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HEP 主编 陈振源 中等职业教育电子信息类专业国家规划教材及配套教学用书 电子线路 第3章 常用放大器 教学演示文稿 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 1 HEP 第3章 常用放 大器 放大电路在各类电子产品中有着 非常广泛的应用，由于其应用场合和 性能要求的不同，放大电路的类型有 许多，本章重点介绍几种较为常用的 放大器的功能、电路组成和基本工作 原理。 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 3.1 集成运算放大器 3.2 负反馈放大器 3.3 低频功率放大器 3.4 谐振放大器 2 HEP 3.1 集成运算放大器 3.1.1 集成运放介绍 1.集成运放的结构框图 集成运放的常见封装外形有双列直插式和圆壳式等，集成运放的内部电路组成如 图所示，包括输入级、中间级、输出级和偏置电路等部分。 集成运放的常见封装外形 集成运放的组成框图 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 3 HEP 2．集成运放内部的差分放大电路 差分放大电路由于它在解决零点漂移方面有突出的优点，因而成为集成运放的 主要单元。 基本差分放大电路是由两个完全对称的单管放大器组成的。图中两个三极管的 特性及左右相对应的电阻参数完全一致。 基本差分放大电路 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 4 HEP （1）零点漂移与抑制 所谓的零点漂移是指将直流放大器输入端对地短路，使 之处于静态状态时，在输出仍然会出现不规则变化的电压。 造成零漂的原因是电源电压的波动和三极管参数随温度的变化，其中温度变化 是产生零漂的最主要原因。 零点漂移的检测 输出电压漂移曲线 差分放大电路因左右两个放大电路完全对称，因此具有零输入时零输出的特 点。当温度变化时，两管的输出变化(即每管的零漂)相同，从而有效地抑制了零 点漂移。 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 5 HEP （2）差模输人 输入信号vI被Rl、R2分压为大小相等、极性相反的一对输入信 号分别输入到两管的基极，称为差模信号。 差分放大器的差模放大倍数为 AVD A v AV 2 v I 2 v O v O1 v O2 V 1 I1 vI vI vI 1 1 v I AV ( v I AV ) 2 2 AV vI 上式表明：基本差分放大器的AVD和单个管放大电路的放大倍数AV是相等的， 用多一倍的元件的代价换来了对零点漂移的抑制能力。 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 6 HEP （3）共模输入 在两个输入端加上一对大小相等、极性相同的信号vI1= vI2=vI， 称为共模信号，这种输入方式称为共模输入。 对于完全对称的差分放大器，输出电压vO=vO1-vO2=0，共模电压放大倍数为： AVC vO 0 vI 共模放大倍数AVC愈小，则表明抑制零漂能力愈强。 差分放大器常用共模抑制比KCMR来衡量放大器对有用信号的放大能力及对无用 漂移信号的抑制能力，其定义是： K CMR 《电子线路》陈振源主编 AVD AVC 第3章 常用放大电路 7 HEP 3．集成运放符号与引脚功能 集成运放是目前最通用的模拟集成器件，可以将它看成是一个高电压放大倍数、 低 零漂的双端输入单端输出式差分放大器，其符号如左下图所示。CF741集成 运放的引脚功能见右下图。 集成运放的电路符号 《电子线路》陈振源主编 CF741引脚功能 第3章 常用放大电路 8 HEP 4．集成运放的主要参数 （1）开环电压放大倍数AVD 指集成运放无外加反馈回路时，输出信号电压与输入 差模电压之比，它体现运放器件的放大能力，一般在103~107之间。 （2）差模输入电阻rid 是指集成运放的两个输入端之间的交流电阻，一般在几十千 欧至几十兆欧范围，rid大的集成运放性能好。 （3）开环输出电阻rod 指集成运放无外加反馈回路时的输出电阻。 （4）共模抑制比KCMR 用来综合衡量集成运放的放大和抗零漂、抗共模干扰的能力。 （5）输入失调电压VIO 在输入信号为零时，为使输出电压也为零，在输入端所加的 补偿电压值。它反映差分放大部分参数的不对称程度，VIO越小越好，一般为毫伏级。 （6）输出峰一峰电压VOPP 指放大器在空载情况下，最大不失真输出电压的峰一峰 值。 （7）静态功耗PD 集成运放在输入端短路、输出端开路时所消耗的功率。 （8）开环带宽BW 与放大器的幅频特性的频带宽度相类似，指下限频率与上限频率 之间的频率范围，一般在几千赫至几百千赫。 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 9 HEP 3.1.2 集成运算放大器的运用 1．集成运放的理想特性 开环电压放大倍数AVD=∞； 输入电阻rid=∞； 输出电阻rod=0； 频带宽度BW=∞。 2.理想运放等效电路 理想运放等效电路 （1）同相输入端的电位等于反相输入端的电位，即 vI+=vI当有一个输入端接地时，另一个输入端非常接近地电位，称为“虚地”。 （2）输入电流等于零。理想集成运放的输入电阻rid=∞，因此输入端不取用电流， 即 iI+=iI- =0 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 10 HEP 3．集成运算放大器的三种输入形式 （1）反相放大器 输入信号vI从运 算放大器的反相输入端加入，就构成反 相放大器。 AVF R1为输入耦合电阻。 vo R i R f F f vI R1 i1 R1 Rf为反馈电阻。 R2为平衡电阻，取值R2=Rl∥Rf。 反相放大器 反相电路的放大倍数为 AVF 反相电路的输出电压为 vo 《电子线路》陈振源主编 vo R i R f F f vI R1 i1 R1 Rf vI R1 第3章 常用放大电路 11 HEP （2）同相放大器 输入信号vI从运算放 大器的同相输入端加入，就构成同相放人器。 输入电压vI通过电阻R2接到同相输入端， 在输出端与反相输入端之间接有反馈电阻R， 为使输入端保持平衡，R2=R1∥Rf。 同相放大器的电压放大倍数为 同相放大器 AVF 1 同相放大器的输出电压为 vo （ 1 《电子线路》陈振源主编 Rf R1 Rf ） vI R1 第3章 常用放大电路 12 HEP （3）差分放大器 输入信号vI1 通过R1加到反相输入端，另一输入 信vI2则通过R2加到同相输入端，Rf 为反馈电阻，R3为平衡电阻。 当R1=R2，且Rf=R3时，同相放大 器的电压放大倍数为 ： R vo f（vI2 vI1 ) R1 差分放大器 同相放大器的输出电压为 ： AVF 《电子线路》陈振源主编 Rf R1 第3章 常用放大电路 13 HEP 应用提示 ●不能调零 电路没有加入外接反馈电阻Rf，可能产生该故障。若电 路已接入合适的反馈电阻Rf ，还出现不能调零问题，其原因可能是接线 错误、电路虚焊或集成运放损坏。 ●“堵塞”现象 切断电源后再重新通电，或把集成运放的两个输入 端短路一下，这样电路就能恢复到正常。 ●产生“自激” 加强对正、负电源的滤波，调整电路板的布线结构， 避免电路接线过长。 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 14 HEP 3．信号运算电路 （1）加法运算电路 通常又称为加法器，其电路实际上是在反相放大器的 基础上增加几路输入信号源，图中的R1、R2、R3为输入耦合电阻，R4为平衡 电阻，R4=R1∥R2∥R3∥R f。 根据集成运放的理想特性有iI=0，所以 iF i1 i2 i3 vI1 vI 2 vI3 R1 R2 R3 集成运放的反相输入端为虚地点，故有 vI1 vI 2 vI 3 ) R1 R2 R3 当R1=R2=R3=Rf时，有 vO iF Rf Rf ( 加法运算电路 vO (vI1 vI 2 vI 3 ) 输出电压vo为各输入信号电压之和，式中的负号表示输出电压与输入电压相位相 反。 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 15 HEP （2）减法运算电路 又称为减法器，电路构成与差分放大器相同。 减法运算电路 Rf v （vI2 vI1 ) 得： 当R1=R2= R3=Rf时，由公式 o R1 vO vI 2 vI1 上式表明，该差分放大器的输出电压为输入电压vI2与vI1差，由此实现 减法运算。 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 16 HEP 3.2 负反馈放大器 反馈是指将放大电路的输出信号的一部分或全部返回到输入端，并与输入信号叠加的过程。 在放大电路中引入负反馈可以大大改善放大器的性能，因此得到广泛的应用。 3.2.1 反馈的基本概念 1．反馈放大器的组成 反馈放大电路的结构方框如下图所示。图中A代表无反馈的放大电路，也称基本放大电路， F代表反馈电路。 开心一刻：“反馈” 反馈放大器方框图 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 17 HEP 2. 反馈的分类 （1）按反馈极性分类 正反馈：反馈信号使净输入信号得到增强，常应用于各种振荡电路。 负反馈：反馈信号使净输入信号得到削弱 ，多应用于以改善放大电路特性为目 的场合。 正反馈常应用于各种振荡电路 正、负反馈示意图 负反馈常应用于各种放大电路 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 18 HEP （2）按反馈成分分类 交流反馈：反馈回来的信号是交流量，交流反馈能改善放大电路的交流性能。 直流反馈：反馈回来的信号是直流量，直流反馈主要用于稳定放大器的静态工作 点。 （3）按反馈信号在输出端取样方式分类 电压反馈：反馈信号取自放大电路的输出电压vo，反馈信号是与输出电压成正比。 电流反馈：反馈信号取自放大电路的输出电流io，反馈信号是与输出电流成正比。 电压反馈示意图 电流反馈示意图 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 19 HEP （4）按反馈信号在输入端接入方式分类 串联反馈：在放大电路的输入回路中，反馈信号vf与外输入电压vi串联后加至放 大器件的输入端。串联反馈信号在输入端以电压形式出现。 并联反馈：在放大电路的输入回路中，反馈信号if与输入电流ii并联后加至放大 器的输入端。并联反馈信号在输入端以电流形式出现。 串联反馈示意图 《电子线路》陈振源主编 并联反馈示意 第3章 常用放大电路 20 HEP 3.2.2 三极管负反馈放大电路 1．反馈类型的判别方法 找到联系放大器输出与输入 回路之间的元件，这是判断反馈 存在与否的依据。 观察放大电路有无反馈元件 根据反馈信号在输出端取样 方式来判断 判断电压和电流反馈的方法 判别串联和并联反馈的方法 根据反馈信号在输入端的接 入方式来判断 判别反馈极性 采用瞬时极性法来判别 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 21 HEP （1）判断电压和电流反馈 共射电路情况 共集电路情况 （2）判别串联和并联反馈 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 22 HEP （3）判别反馈极性 假定输入信号vi加至三极管的基极瞬时极性为“+”。 若反馈信号返回三极管基极为“+”，则为正反馈。反之，反馈信号返回三极管 的基极为“-”，则为负反馈。 若反馈信号返回三极管的发射极为“+”，为负反馈。若返回三极管的发射极为 “-”则为正反馈。 反馈至放大电路的基极 大电路的发射极 《电子线路》陈振源主编 反馈至放 第3章 常用放大电路 23 HEP 2．常见的几种三极管反馈放大电路 （1）电压并联负反馈放大电路 （2）电压串联负反馈放大电路 单级电压串联负反馈放大电路 压串联负反馈放大电路 《电子线路》陈振源主编 两级电 第3章 常用放大电路 24 HEP （3）电流串联负反馈放大电路 （4）电流并联负反馈放大电路 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 25 HEP 3.2. 3 负反馈放大器性能的影响 1．负反馈使放大倍数下降，提高放大倍数的稳定性 Avf Av 1 Av F 2．负反馈使非线性失真减小 3．负反馈可展宽通频带 4．负反馈可改变输入电阻和输出电阻的大小 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 26 HEP 3.3 低频功率放大器 多级放大电路末级的输出信号往往都是送到负载，驱动其正常工作。负载装置 常见的有扬声器、伺服电机、记录仪表、继电器、电视机的扫描偏转线圈等。这类 主要用于向负载提供低频信号功率的放大电路称为低频功率放大电路。 3.3.1 功率放大电路的基本要求 1．有足够大的输出功率 2．效率要高 3．非线性失真要小 4．功放管散热要好 《电子线路》陈振源主编 家用立体声功率放大器 第3章 常用放大电路 27 HEP 3.3.2 功率放大器的分类 1．按静态工作点设置分类：甲类 、乙类 、甲乙类 甲类功率放大器工作状态 乙类功率放大器工作状态 甲乙类功率放大器工作状态 2．按耦合方式分类：阻容耦合 、变压器耦合 、直接耦合 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 28 HEP 3.3.3 双电源互补对称电路（OCL电路） 1．电路基本结构 由+ VCC、Vl和RL组成NPN型管射极输出电路，由-VCC、V2和RL组成PNP型管的 射极输出电路。Vl与V2管的基极连接在一起作为信号输入端，两管的发射极也连接 在一起作为信号的输出端，直接与负载相连接。 OCL原理电路 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 29 HEP 2．工作原理 ●当输入信号vi为正半周时，V2管发射结反偏而截止，V1管发射结正偏而导通， 产生电流iC1流经负载RL形成输出电压vo的正半周。 ●当输入信号vi为负半周时，V1管的发射结反偏而截止，V2管的发射结正偏而导 通，产生电流iC2流经负载RL形成输出电压vo的负半周。 ●综上所述，V1管与V2管交替导通，分别放大信号的正、负半周，于是在负载 获得完整的输出信号。 OCL放大电路工作波形 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 30 HEP 应用提示 ●OCL电路的互补管V1与V2必须选用特性基本相同的配对管。 ●功率放大器的功放管由于工作在大电流状态，且温度较高，属易损 器件，在电子设备的检修中应注意检查功放管是否损坏。 3．输出功率和效率 OCL电路中，负载RL上输出的电压和电流的最大值为: Pom 2 VCC 2RL OCL电路的理想效率为 : 《电子线路》陈振源主编 Pom 78.5% PDC 第3章 常用放大电路 31 HEP 4．交越失真及其消除方法 OCL电路在没有直流偏置的情况下，当输入电压vi低于死区电压时，V1和V2管 会产生截止，即在正、负半周的交替处出现一段死区，这种现象称为交越失真。 交越失真波形 消除交越失 真的OCL电路 消除交越失真的方法是在两个功放管基极间串入二极管V4和V5，利用二极管的 压降为三极管V2、V3的发射结提供正向偏置电压，使管子处于微导通状态，即工作 于甲乙类状态，此时负载RL上输出信号波形就不会出现交越失真。 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 32 HEP 3.3.4 单电源互补对称电路（OTL电路） 1.OTL基本电路 OTL功率放大电路的V1管与V2管是一对导电类型不同，特性对称的配对管。从 电路连接方式上看两管均接成射极输出电路，工作于乙类状态。 OTL与OCL电路不同之处有两点：第一，由双电源供电改为单电源供电；第二， 输出端与负载RL的连接由直接耦合改为电容耦合。 OTL功率放大电路实物图 OTL功率放大电路图 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 33 HEP 2.工作原理 ●静态时， V1、 V1双管都截止。 ●输入交流信号vi为正半周时，V1导通，V2截止，电源VCC过V1向耦合电容C1充 电，并在负载RL上输出正半周波形。 ●输入交流信号vi为负半周时，V1管截止，V2管导通，耦合电容C1放电向V2管提 供电源，并在负载RL上输出负半周波形。、 综上所述可知，V1管放大信号的正半周，V2管放大信号的负半周，两管工作性 能对称，在负载上获得正，负半周完整的输出波形。 3．输出功率和效率 最大输出功率为 ： POM 2 VCC 8RL OTL电路的理想效率： Pom 78.5% PDC 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 34 HEP 4．典型电路分析 典型OTL功率放大电路的见下图，它由激励放大级和输出放大级所组成。 OTL实物连接图 OTL原理电路图 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 35 HEP 5．采用复合管的OTL电路 把两个或两个以上的三极管的电极适当地连接起来，等效一个管子使用， 即为复合管。它有四种连接方式，图（a）、（b）由两只同类型管子构成复合 管，图（e）、（d）则由不同类型的两只管子构成复合管。 四种常见复合管形式 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 36 HEP 应用实例 超声波压焊机中的功率放大电路如下图所示，三极管V1组成激励放大级，V2与 V4管组成NPN型复合管，V3与V5管组成PNP型复合管，两只复合管作为电路的输出配 对管，由于大功率管V4和V5都是NPN型管，因此可选用同型号、性能接近的管子。 超声波压焊机的功率放大电路 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 37 HEP 3.3.5 集成功率放大器 1．4100功放集成电路介绍 4100功放集成电路属于直接耦合的多级放大电路结构，主要由差分输入级、中 间放大级和OTL输出级所组成。4100集成电路的14脚为双排直插式塑料封装结构， 该集成电路带有散热片 。 4100功放集成框图 4100功放集成电路引脚排列 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 38 HEP 应用实例 用LA4100功放集成电路组成的互补对称式功率放大器的原理电路和印刷电路板 装配图。 （a）原理电路 (b)印刷电路板装配图 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 39 HEP 3.4 谐振放大器 采用具有谐振性质的元件作负载的放大器称为谐振放大器，又称调谐放大器。 谐振放大器具有选频放大作用，即选择有用信号进行放大，而对通频带以外的各种 频率信号基本不放大，在无线接收系统中常用作高频、中频放大器。 3.4.1 单谐振放大器 输入信号经变压器T1加在三极管的b、e之间进行放大，三极管集电极所接的电 感L与电容C组成并联谐振回路，当谐振回路调谐在输入信号频率时，在并联谐振回 路获得最大的谐振电压，这个电压经变压器T2耦合到负载阻抗RL上，从而使负载得 到较大的信号功率或电压。 单谐振放大电路 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 40 HEP 3.4.2 双谐振放大器 为了提高谐振放大器选频特性或改善通频带，可以采用具有两个LC选频回路的 双谐振放大器。双谐振放大器一般有互感耦合和电容耦合两种形式，图（a）为互感 耦合双谐振放大器，图（b）为电容耦合双谐振放大器。 （a）互感耦合双谐振放大电路 （b） 电容耦合双谐振放大 电路 双谐振放大器具有较好的通频带和选择性，双谐振回路的谐振曲线如下图所示。 松耦合 紧耦合 《电子线路》陈振源主编 临界耦合 第3章 常用放大电路 41 HEP 3.4.3 集成谐振放大器 1．电路组成 集成谐振放大器的组成结构主要有两种形式，一种是滤波器在宽带放大器后面如 左下图所示，另一种是滤波器在宽带放大器前面如右下图所示。 滤波器在宽带放大器后面 宽带放大器前面 滤波器在 2．陶瓷谐振放大器 陶瓷滤波器是由压电陶瓷材料制成的具有选频特性的二端或三端器件。与一般 的LC谐振回路相比，具有体积小、重量轻、耐振动、选频特性好等优点。 （1）二端陶瓷滤波器 外型 电路图 等效电路 谐振特性 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 42 HEP （2）三端陶瓷滤波器 外型 谐振特性 电路图 等效电路 （3）三端陶瓷滤波放大器 长虹彩色电视机的伴音集成中频放大电路 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 43 HEP 3．声表面波谐振放大器 声表面波滤波器具有工作频率高，通频带宽、选频特性好、体积小等优点，并 且可采用集成电路相同的生产工艺，制造简单，成本低，频率特性的一致性较好， 因此广泛应用于各种电子设备中。 声表面波滤波器的符号和结构示意如图所示。它是以石英、钽酸锂或铌酸锂等 压电晶体为基片，经表面抛光后在其上蒸发一层金属膜，通过光刻工艺制成两组具 有能量转换功能的叉指型的金属电极，分别称为输入叉指换能器和输出叉指换能器。 表面波滤波器符号 声表面波滤波器结构示意 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 44 HEP 应用实例 康佳T2588B彩电中频谐振放大电路如图所示。由高频头的1脚输出的中频信 号经L101、R101、R102和C104组成的带通滤波器滤波后，送到前置放大管V102进行放大， 获得20dB左右的增益，再由声表面波滤波器Z101形成所需的幅频特性，然后送入集 成电路TDA8362的45、46 脚，在集成电路内进行中频放大。 康佳T2588B彩电中频谐振放大电路 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 45 本 章 小 结 HEP 1．集成运算放大器是一种高电压放大倍数的多级直接耦合集成放大电路，内 部主要由差分式输入级、中间级、互补对称式输出级及偏置电路所组成。差分放大 器能有效抑制直接耦合引起的零点漂移，因此广泛应用于集成运放电路中。 2．集成运放按输入信号的接入方式不同可组成反相放大器、同相放大器和差 分放大器。集成运放的应用范围极为广泛，本章介绍了常用的信号运算电路(加法器、 减法器)的电路形式和信号运算关系。 3．在放大电路中，把输出信号馈送到输入回路的过程称为反馈。反馈放大器 主要由基本放大电路和反馈电路两部分组成。负反馈放大电路主要有四种类型，即 电压并联、电压串联、电流并联、电流串联负反馈放大电路。 4．负反馈对放大器的性能有广泛的影响，可稳定放大倍数、展宽通频带、减 小非线性失真、增大或减小输入和输出电阻。实际应用中可根据不同的要求引入不 同的反馈方式，但负反馈是以损失放大倍数为代价，换取放大电路性能的改善。 5．功率放大器的主要任务是不失真地放大信号功率。常用的功率放大器按静 态工作点的设置不同，分为甲类、乙类和甲乙类。按耦合方式不同可分为阻容耦合、 变压器耦合和直接耦合三种方式。 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 46 HEP 6．目前广泛应用的功率放大器是互补对称式功放电路，它有OCL和OTL两 种类型，它们都是由对称的两个射极输出器组合而成，两只配对管导电极性相 反，轮流放大信号的正、负半周，在负载上得到完整的放大信号。为了克服交 越失真，应将推挽电路的静态工作点设置在甲乙类状态。 7．集成功率放大器是由输入级、中间放大级和OTL输出级构成，具有体积 小、重量轻、工作可靠、调试组装方便之优点，在目前得到越来越广泛的应用。 使用集成功率放大器的关键是弄清引脚功能、接线图和各外部元件的作用。 8．谐振放大器主要由放大电路和谐振回路所组成，它具有选频放大的功能， 主要用于无线接收机的高频放大和中频放大。 9．LC谐振放大器分为单谐振、双谐振两种类型，双谐振放大器适当地选择 谐振回路之间的耦合程度可以改善通频带和选择性 10．集成谐振放大器式由集成放大电路和集中滤波器所组成，常用的集中滤 波器有陶瓷滤波器和声表面波滤波器。 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 47 HEP 谢谢！ Thanks ! 《电子线路》编写组制作 [email protected] 本资料仅供课堂教学使用 图文未经允许不得复制出版 《电子线路》陈振源主编 第3章 常用放大电路 48