第04章 集成電路運(yùn)算放大器

§3.3

差分放大電路§4.2

集成運(yùn)放中的電流源§4.3

集成運(yùn)放電路TL084§4.4

集成運(yùn)放的性能指標(biāo)及低頻等效電路2/6/20231集成運(yùn)算放大器簡介模擬集成電路中，發(fā)展最早、應(yīng)用最廣的IC是集成運(yùn)算放大器(OperationalAmplifier)。該電路最初多用于各種模擬信號(hào)的運(yùn)算（如比例、求和、積分、微分……）上，故被稱為集成運(yùn)算放大電路，簡稱集成運(yùn)放。集成運(yùn)放內(nèi)部集成了幾拾到幾百支晶體管。其性能接近理想。1.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod→2.差模輸入電阻Rid→3.輸出電阻RO→0+–U+U–UOA2/6/20232運(yùn)算放大器外形圖2/6/20233一.運(yùn)放內(nèi)部框圖輸入級(jí)中間放大級(jí)輸出級(jí)偏置電路uiduo輸入級(jí)－差分放大電路；基本單元電路：輸出級(jí)－互補(bǔ)推挽電路；偏置電路－電流源電路。本章主要討論對(duì)象2/6/202342/6/20235二.集成電路中元件特點(diǎn)①尺寸相同且圖形一致的同類晶體管器件參數(shù)對(duì)稱性好。如BJT：b1=b2,UBE1=UBE2,rbe1=rbe2②電阻R=幾十W~幾十kW,大阻值電阻占半導(dǎo)體芯片面積大。③電容容量一般不超過100pF,大容量電容占半導(dǎo)體芯片面積更大面。為了提高集成電路的集成度電路設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量少用或者不采用電容、電阻。2/6/202361、放大器采用直接耦合方式；2、采用差分放大電路（作輸入級(jí)）和恒流源電路（作偏置電路或有源負(fù)載）；3、允許采用復(fù)雜的電路形式，提高電路性能；4、用有源元件（晶體管或場效應(yīng)管）取代電阻；5、晶體管采用復(fù)合管形式。+–三、集成運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2/6/20237一、運(yùn)放輸入級(jí)采用差分放大電路原因1.集成運(yùn)算放大器級(jí)與級(jí)之間只能采用直接耦合?！罴呻娐饭に囁拢o法生產(chǎn)大容量電容）；☆直接耦合電路能放大直流信號(hào)和變化緩慢的信號(hào)。§3.3差分放大電路(differentialamplifier)uid=ui1-ui2(稱為差模輸入電壓)uod=uo1-uo2(稱為差模輸出電壓)差分放大電路又稱為差動(dòng)放大電路。典型電路為雙端輸入、雙端輸出電路ui1ui2uo1uo22/6/202382.零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移：沒有輸入信號(hào)時(shí)，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。RB2RC1T1RC2T2UCCREuouSRS3.抑制零點(diǎn)漂移的方法（1）在電路中引入直流負(fù)反饋；（2）采用溫度補(bǔ)償；（3）采用差分式放大電路。主要原因：溫度變化引起，也稱溫漂。電源電壓波動(dòng)、元件老化等也會(huì)產(chǎn)生輸出電壓的漂移。溫漂指標(biāo)：溫度每升高1度時(shí)，輸出漂移電壓按電壓放大倍數(shù)折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。uo0t集成運(yùn)放作為一種高增益的直接耦合放大器，輸入級(jí)的性能對(duì)整個(gè)運(yùn)放的性能的影響至關(guān)重要。因此，集成運(yùn)放的輸入級(jí)一般都采用高性能的差分放大電路，以克服溫度帶來的零點(diǎn)漂移問題。零點(diǎn)漂移往往是由于溫度變化等原因引起的，因而也叫作溫度漂移。溫度變化會(huì)使BJT的ICEO，β和UBE發(fā)生變化，從而引起放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的變化。當(dāng)?shù)谝患?jí)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)發(fā)生微小而又緩慢的變化時(shí)，這種變化量會(huì)被后面的電路逐級(jí)放大，最終在輸出端產(chǎn)生較大的電壓漂移。這種漂移電壓大到一定程度時(shí)，就無法與正常放大的信號(hào)加以區(qū)別，使得放大器不能正常工作。2/6/20239基本差放電路又稱為長尾電路，電路由對(duì)稱的兩個(gè)CE電路通過射極公共電阻耦合而成。即：1=2=

UBE1=UBE2=UBE

rbe1=rbe2=

rbe

RC1=RC2=RCRB1=RB2=RB1.基本差放電路電路特點(diǎn)：T1、T2

所在的兩邊電路參數(shù)完全對(duì)稱。長尾電路+UCC

–UEE++ui1ui2uO

–

+RCRCRB1RB2RET1T2二、基本差放電路及性能指標(biāo)2/6/2023102.

差放抑制溫漂原理靜態(tài)時(shí):ui1=ui2=0當(dāng)溫度上升時(shí)：

溫度升高時(shí),引起兩集電極電流增加,使得流過RE

上的電流增加,發(fā)射極電位上升,從而限制了集電極電流的增加。這一過程類似于射極偏置電路的溫度穩(wěn)定過程。A).RE的抑制溫漂作用+UCC

–UEE++ui1ui2uO

–

+RCRCRBRBRET1T22/6/202311

在直流狀態(tài)下由于電路的對(duì)稱性，在任何溫度下IC變化幅度相等。

UO=UC1–UC2=0

UC變化的幅度也相等。

即：

DUC1=DUC2

說明只要電路對(duì)稱在任何溫度下DUO=0B).電路對(duì)稱性的影響結(jié)論:

完全對(duì)稱的差放電路理論上不受溫度影響∵UC=UCC–ICRC即：

DIC1

=DIC2+UCC

–UEE++ui1ui2uO

–

+RCRCRBRBRET1T22/6/202312若ui1、ui2兩個(gè)信號(hào)大小相等、極性(對(duì)地)相反，則稱這兩個(gè)信號(hào)互為差模信號(hào)；3.差放電路的輸入信號(hào)+?++ui1ui2RLuouid?+A).差模信號(hào)若ui1=?ui2,差模信號(hào)

uid

=ui1?ui2理想差放電路只放大差模信號(hào)：uo=Auduid+?++RLuouid?+2/6/202313若兩個(gè)輸入信號(hào)大小相等,極性(對(duì)地)相同，則稱這兩個(gè)信號(hào)互為共模信號(hào)。共模信號(hào)

uic=ui1=ui2,此時(shí)差模信號(hào)

uid

=ui1?ui2=0。

由于溫度變化或電源電壓波動(dòng)，會(huì)對(duì)兩個(gè)輸出端產(chǎn)生相同的影響，其效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端都加入了共模信號(hào)。

理想差放電路抑制共模信號(hào)，uo=Aucuic，Auc=0。B).共模信號(hào)+?++ui1ui2RLuouid?++?+uicRLuo2/6/202314C).任模信號(hào)：一般情況下兩個(gè)信號(hào)既不互為差模，也不互為共模，稱兩個(gè)信號(hào)互為任模信號(hào)。兩個(gè)互為任模的信號(hào)可以分解為共模信號(hào)與差模信號(hào)分量組合的形式。差模信號(hào)分量uid=ui1?

ui2共模信號(hào)分量uic=(ui1+ui2)/2兩個(gè)任模信號(hào)分解為:ui1=uic+

uid/2ui2=uic

?

uid/2+?+++uicuid/2-uid/2RLuo+?RLuoui1ui22/6/202315例1.設(shè)ui1=10sinwt(mV),ui2=4sinwt(mV)，求uid、uic。解：uid

=ui1?

ui1=6sinwt(mV)+?+++uicuid/2-uid/2RLuo+?++ui1ui2RLuouid?+2/6/2023164.基本差放電路的主要性能指標(biāo)A).差模放大倍數(shù)Aud

：輸入差模信號(hào)時(shí)電路的放大倍數(shù)。定義為：+?++ui1ui2RLuouid?+B).共模放大倍數(shù)Aud

：輸入共模信號(hào)時(shí)的電路放大倍數(shù)。定義為：

電路越對(duì)稱，抑制零點(diǎn)漂移能力越強(qiáng)，Auc越小。Auduid

—輸出電壓的差模分量；Aucuic—輸出電壓的共模分量(誤差分量)。

2/6/202317C).共模抑制比KCMR

(Commonmoderejectionratio)：綜合考察放大電路對(duì)差模信號(hào)的放大能力和對(duì)共模信號(hào)的抑制能力的參數(shù)。定義為：電路完全對(duì)稱

,雙端輸出時(shí)：

KCMR=差分放大的作用就是在放大差模信號(hào)的同時(shí)要抑制共模信號(hào)。不完全對(duì)稱時(shí)：+?++ui1ui2RLuouid?+2/6/202318例2.設(shè)差放電路對(duì)稱Aud=–

50,ui1=10mV,ui2=6mV,

求uid

，

uic

，

uo

。uo=Auduid

+Aucuic

∵電路對(duì)稱Auc＝0,

KCMR=。uo=Auduid

=–50×4m=–200mV+UCC

–UEE++ui1ui2uO

–

+RCRCRBRBRET1T22/6/202319三.差分放大電路分析電路完全對(duì)稱：

UBE1=UBE2

1=2

IB1=IB2靜態(tài)時(shí)：ui1=ui2=0且IC1=IC2,UC1=UC2,

UO=UC1–

UC2=0,RL中無電流。1.靜態(tài)直流工作點(diǎn)估算+UCC

–UEE++ui1ui2uO

–

+RCRCRBRBRET1T22/6/202320+UCC

–UEEuO

–

+RCRCRBRBRET1T2IBRB+UBE+2IERE=UEEIE=(1+b)IB由KVL:實(shí)際電路中IBRB的值很小。UEEUEEUCE=(UCC+UEE)–

ICRC–

2IERE2/6/202321例1.已知BJT的UBE=0.7V,b=100。求BJT的靜態(tài)工作點(diǎn)IB,IC,UCE。解：由ui1=ui2=0≈7mAIC=bIB=100×7m=0.7mAUC=UCC

–ICRC=15–0.7×20k=1V+15V

–15VUC1UC2ICIB+ui1ui220KW10KW1KW1KW20KW10KW+UCE=(UCC+UEE)–

ICRC–

2IERE≈30–0.7×40k=2V2/6/2023222.差模交流輸入分析設(shè)ui1、ui2為差模輸入，即ui1=ui2A).由于電路對(duì)稱，ie1=ie2,流過

RE上的交流電流為零。兩晶體管發(fā)射極端視為交流接地端。

ue

=0（e點(diǎn)又稱為差模地）RL的中點(diǎn)也可視為為差模地。B).

∵ui1=ui2,uc1、uc2也互為差模，即

uc1=-uc2+UCCRERCT1RBRCT2

–UEEuc1uc2RBui1ui2uo–+++ie1ie2e2/6/202323C).交流通路RCRCuc1uidRBui1ui2uO–+RBuc1+–+UCCRERCT1RBRCT2

–UEEuC1uC2RBui1ui2uO–+++ie1ie2eRCT1RBRCT2uc1uc2RBui1ui2rberbeibRCRCRBRBib+uid-+uo-2/6/202324+uo-+uc1--uc2+rberbeibRCRCRBRBib+uid-差模輸入的微變等效電路半邊微變等效電路ib+RC+––RBrbeui1uc1D).差模電壓放大倍數(shù)Aud計(jì)算2/6/202325兩個(gè)輸入端：雙端輸出單端輸出雙端輸入單端輸入兩個(gè)輸出端：雙入雙出單入雙出雙入單出單入單出四種接法：E).差放輸入和輸出方式ui1ui2uc1uc2實(shí)際電路中存在四種不同接法+UCCRERCT1RBRCT2

–UEEuc1uc2RBui1ui2uo+–2/6/202326四種接法：雙端輸入雙端輸出RL雙端輸入單端輸出RL單端輸入雙端輸入RL單端輸入單端輸入RL2/6/202327+?+++ui/2ui/2-ui/2單端輸入可以等效為如圖所示輸入方式：既有差模輸入信號(hào)uid，又有共模輸入信號(hào)uic；輸出電壓既包括差模信號(hào)，又包括共模信號(hào)。單入單出、單入雙出情況下的靜態(tài)分析和差模信號(hào)的分析對(duì)應(yīng)于雙入單出、雙入雙出時(shí)的情況，沒有差別。ui2/6/2023283.共模輸入分析共模輸入：兩輸入信號(hào)大小相等，極性相同。即：ui1=ui2=uicuc1=uc2A).電路對(duì)稱雙端輸出時(shí)：

uic

uc1uc2+–+RL+UCC

–UEE++ui1ui2uO

–

+RCRCRBRBRET1T22/6/202329B).電路對(duì)稱共模輸入單端輸出：ie1=ie2=ie

,iRE

=2ie

uic

uc1uc2RLuo

輸出接在T1或T2的集電極與地之間,Auc1=

Auc2。+UCCRERCT1RBRCT2

–UEEuc1uc2RBui1ui2++uo–+

uic

uc1uc2RLuoRC+––+RBrbe2REui1uc1半邊微變等效電路2/6/202330以上分析表明：（1）單端輸出時(shí)，差放電路對(duì)共模信號(hào)的抑制是通過RE的強(qiáng)烈負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)的；單端輸出時(shí)RE越大，KCMR

越大。

（2）雙端輸出時(shí)，差放電路對(duì)共模信號(hào)的抑制主要是通過電路參數(shù)的對(duì)稱性實(shí)現(xiàn)的；在電路參數(shù)不完全對(duì)稱時(shí)，也通過RE的強(qiáng)烈負(fù)反饋?zhàn)饔?，進(jìn)一步抑制共模信號(hào)。增大RE是提高電路KCMR的主要電路設(shè)計(jì)思路。2/6/202331例2.已知BJT的rbe=1KW,b=50。1).求Aud

,Rid,RO。

2).若ui1=8mV,ui2=6mV,求uO解：R'L=RC//(RL/2)=5KWRo=2RC=20KWuo=Aud(ui1–ui2)=–125×(8m–6m)=–

250mV+15V

–15V+ui1ui210KW10KW1KW1KW10KW20KWRLuO

–

+RCRCRBRBRET1T2+rberbeibRCRCRBRBib+uid-+uo-2/6/202332+UCC

–UEE++ui1ui2uO

–

+RCRCRBRBRET1T2+UCC

–UEE++ui1ui2uO

–

+RCRCRBRBT1T2四、改進(jìn)型差分放大電路Rw差放電路依靠電路的對(duì)稱性抑制零漂，當(dāng)電路對(duì)稱性不好時(shí)，將產(chǎn)生零漂，故在兩管發(fā)射極之間增加一阻值很小的調(diào)零電位器Rw，以使當(dāng)ui1=ui2=0時(shí)，uo=0。此外，增加RE的阻值，可以增加抑制零漂的效果，但同時(shí)需要提高電源電壓，并且在集成電路中，大阻值電阻制作困難，所以改用恒流源代替RE

。2/6/2023331.帶調(diào)零的差分放大電路Rw為調(diào)零電位器基本差放由于電路對(duì)稱,靜態(tài)時(shí)：UO=UC1－UC2=0實(shí)際上電路不可能完全對(duì)稱UO=UC1－UC2≠0接入Rw并調(diào)整滑動(dòng)端可使UO=0設(shè)滑動(dòng)端位于電位器中點(diǎn)：+UCC

–UEE++ui1ui2uO

–

+RCRCRBRBRET1T2Rw2/6/202334電路對(duì)稱靜態(tài)時(shí)理想情況下，當(dāng)ro→∞時(shí)，KCMR→∞用恒流源代替RE，以提高KCMR。2.帶恒流源的差分放大電路+UCCroRCT1RBRCT2

–UEEuC1uC2RBui1ui2uO

–

+

I2/6/202335帶恒流源的差分放大電路實(shí)例電流源內(nèi)阻ro>rce3單端輸出差模電壓增益為：單端輸出共模電壓增益為：ro

–UEE

II3電流源電路+12V

–12VUC1ui1ui2RCRCRBRBR1R2T1T2T3R3UCC–UEE+uo-++UC12/6/202336例1.設(shè):β=70,電位器Rw滑動(dòng)端位于中點(diǎn),求靜態(tài)工作點(diǎn)

，差模放大倍數(shù)Aud,Rid和Ro

。解：電流源電路+12V

–12VuC1uC2ui1ui210K20K1K1K10K24KIC3200RCRCRBRBR1R2T1T2T3RwR35.1KUCC–UEERL10K++2/6/202337電流源電路+12V

–12VuC1uC2ui1ui210K20K1K1K10K24KIC3200RCRCRBRBR1R2T1T2T3RwR35.1KUCC–UEERL10K++2/6/202338

例2：如圖所示電路，求：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）Au、

Ri、

Ro的表達(dá)式。解:(1)求Q點(diǎn)：一級(jí)二級(jí)三級(jí)2/6/202339(2)動(dòng)態(tài)分析一級(jí)二級(jí)三級(jí)2/6/202340JFET差放如圖，已知

gm=2mS;rds=20kΩ。求：1）Aud=(us1–us2)/

uo

;2)電路改為T1管輸出時(shí)的

Aud1、AuC

、KCMR。RSRdRdUDDUSS10kΩ10kΩ10kΩ+20V-20VuS1uS2+uo

–T1T2解：1）Aud

=uo/(us1–us2)=–gm(Rd//rds)=–2m×(10k//20k)=–13.32)單端輸出的電壓放大倍數(shù)是雙端輸出的一半

Aud1=Aud/2=

–6.67例.五、場效應(yīng)管差分放大電路2/6/202341共模電壓增益：共模抑制比：RSRdRdUDDUSS10kΩ10kΩ10kΩ+20V-20VuS1uS2+uo

–T1T22/6/202342一.實(shí)際電流源(恒流源)模型實(shí)際電流源模型實(shí)際電流源VCR

ro稱為電流源內(nèi)阻,ro越大恒流特性越接近理想。iu0I實(shí)際§4.2恒流源電路Iiuro+–2/6/202343二.電流源電路的組成電流源電路設(shè)計(jì)要求：當(dāng)RL、US及溫度在一定范圍變化時(shí)，

IL保持不變。IroILRL電流源電路RLUSIL2/6/202344uCEiCIBICo利用晶體管放大區(qū)的恒流特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流。三.實(shí)現(xiàn)恒流的基本思想IBUCEIC+–在晶體管放大區(qū)IB一定時(shí),IC隨UCE變化的幅度很小。晶體管放大區(qū)具有恒流特性。

rce越大的晶體管恒流特性越好。2/6/202345原始電流源電路由射極偏置電路構(gòu)成如圖

RE接入可增強(qiáng)穩(wěn)流效果。如果由于某種原因造成電流I

變化，必然有：RE接入使ro增大，電流源穩(wěn)流特性得到提高。電路缺點(diǎn)：IL受直流電壓源波動(dòng)影響大；+UCCRLRER2UBILR1+UCCIroILRL2/6/202346三.常用分立元件電流源電路A)基極電壓穩(wěn)定恒流源

基極電壓UB=UZ,不受電源電壓變化的影響。UCC>UZ→UB=UZ+UCCRLREUZILR1DZ當(dāng)UCC、

RL及溫度在一定范圍變化時(shí)，IL保持不變。2/6/202347B).恒流場效應(yīng)管UGS(V)UPIDOIDSSQIJFETRSI+-2/6/202348四.集成運(yùn)算放大器中的電流源

鏡像電流源多路電流源電流源作有源負(fù)載微電流源比例電流源2/6/202349集成運(yùn)放中的電流源電路特點(diǎn)：1、用晶體管或場效應(yīng)管電路組成；

2、直流電阻和交流電阻不同。優(yōu)點(diǎn)：既可以提供合適的靜態(tài)電流，又可以有較大的交流電阻。用途：1、設(shè)置集成運(yùn)放各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。

2、作放大電路的有源負(fù)載。iu+-rOiu+-I2/6/2023501.鏡像電流源輸出電流IC2

與IR成鏡像關(guān)系。IC2=kIR,k越接近1鏡像誤差越小?！町?dāng)

＞＞2時(shí)，IC2IR基本鏡像電流源電路A)基本鏡像電流源電路+UCCRLRIRIC1IC22IBT1T22/6/202351電路簡單，應(yīng)用廣泛。輸出電流小，R必然大；輸出電流大，R上功耗大。具有一定的溫度補(bǔ)償作用：+UCCRLRIRIC1IC22IBT1T2電路缺點(diǎn)：當(dāng)BJT的b值較小時(shí)，電流源的鏡像誤差較大。若=10時(shí)，k=0.833。鏡像電流源的特點(diǎn)：2/6/202352B).加射極輸出器的電流源該電流源的鏡像誤差較小，若=10時(shí)，k=0.98。電流源的電源內(nèi)阻ro=rce2。增加電阻Re3的作用是提高T3的值。IB3IE3+UCCRLRIRIC1IC2T1T2T32/6/202353

鏡象電流源電路適用于較大工作電流（毫安數(shù)量級(jí)）的場合，若需要減小恒流值（例如微安級(jí)），可采用微電流源電路。為了減小IC2的值，可在鏡象電流源電路中的T2發(fā)射極串入一電阻Re2，便構(gòu)成微電流源。由電路可得2.

微電流源T1T2IRIC2RLRUCCRe2UBE1=UBE2+IE2Re2由于ΔUEB很小，所以IC2也很小2/6/202354由PN結(jié)方程：在晶體管內(nèi)部同樣有：若IR=0.73mA,Re≈3KΩ,IC2=28μA。T1T2IRIC2RLRUCCRe2/6/2023553.比例電流源IC1與IR成比例變化。2/6/2023564.多路電流源在模擬集成電路中，經(jīng)常用到多路電流源，下圖為一種典型的多路電流源。T1、T2、T3的基極是并聯(lián)在一起的。該電路用一個(gè)基準(zhǔn)電流IR獲得了多個(gè)輸出電流。IR≈IC1=IC2=IC3=IC4UCCIRIC2IC3IC4IC1T1T2T3T4∵b1=b2=b3=b4UBE1=UBE2=UBE3

=UBE42/6/2023575.多路比例電流源當(dāng)IR確定后，選擇Rei

的數(shù)值，就可以獲得不同的偏置電流。2/6/2023586.電流源作有源負(fù)載共射電路的電壓增益為：

圖示電路中用電流源代替RC，使R'L＝ro

//RC。因此增益為：結(jié)論：用電流源代替RC，使A'u

>Au∵

ro

>>RL;ro//RL

RL>RC//RL;

→A'u↑RLICuiuoUCCRB2/6/202359有源負(fù)載放大電路采用PNP管T2、T3構(gòu)成鏡像電流源。RLICuiuoUCCRB實(shí)際電路T2T3ICIRRL+C2+UCCRuOT1ui2/6/202360功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。為了獲得大的輸出功率，必須使：輸出信號(hào)電壓大；輸出信號(hào)電流大；放大電路的輸出電阻與負(fù)載匹配。思考：功率放大電路與前面介紹的電壓放大電路有本質(zhì)上的區(qū)別嗎？無本質(zhì)的區(qū)別，都是能量的控制與轉(zhuǎn)換。不同之處在于，各自追求的指標(biāo)不同；電壓放大電路追求不失真的電壓放大倍數(shù)；功率放大電路追求盡可能大的不失真輸出功率和轉(zhuǎn)換效率。擴(kuò)音機(jī)電路框圖電壓放大電路功率放大電路直流電源電路MIC幾V幾十V幾mV8Ω??第九章功率放大電路2/6/2023611.功率放大電路主要研究的問題：輸出的功率Po足夠大，獲得最大輸出功率Pom。它是在電路參數(shù)確定的情況下負(fù)載上可能獲得的最大交流功率。

Po＝IoVo

Vo和Io是負(fù)載上獲得的交流電壓和交流電流的有效值。

轉(zhuǎn)換效率最大輸出功率Pom與電源提供的功率PV之比。2/6/202362在功率放大電路中，三極管盡限應(yīng)用。2/6/2023632.功率放大電路的分類根據(jù)三極管靜態(tài)工作點(diǎn)Q在交流負(fù)載線上的位置不同，可分為甲類、乙類、甲乙類和丙類三種功率放大電路。

1）甲類功率放大電路

靜態(tài)工作點(diǎn)Q：在交流負(fù)載線中點(diǎn)附近。輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)都有流iC

過功放管，波形失真度小。由于靜態(tài)電流大，放大電路的功率較低，最高只能達(dá)到50％。QCE/V

iC/mA

2）乙類功率放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)Q：在交流負(fù)載線截止點(diǎn)附近。輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，功放管僅在輸入信號(hào)正半周期導(dǎo)通，iC波形只有半個(gè)波輸出。幾乎無靜態(tài)電流，效率大大提高。

3）甲乙類功率放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)Q：介于甲類和乙類之間，一般略高于乙類。有不大的靜態(tài)電流，輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，在大半個(gè)周期有iC流過功放管。波形失真和效率介于甲乙類之間。乙類：

=180°甲類：

=360°甲乙類：180°<

<

360°丙類：

<

180°

甲類主要用在電壓放大器中，η較低，甲乙類和乙類放大主要用于功率放大電路中(因乙類放大失真大，所以最實(shí)用的是甲乙類放大電路)。2/6/2023642/6/202365直流電源提供的直流功率為

PV＝ICQUCCPV＝ICQUCC,

PT＝ICQUCEQPR＝ICQUR＝ICQ(UCC-UCEQ)3.共射放大電路功率分析1）靜態(tài)時(shí)晶體管集電極耗散功率為：

PT＝ICQUCEQ集電極電阻功率損耗為：

PR＝ICQUR＝ICQ(UCC-UCEQ)2）動(dòng)態(tài)時(shí)電源提供的功率:PV＝ICQUCC集電極交流電流有效值:R,L兩端電壓交流有效值:R'L可以獲得的最大交流功率RL↑，R'L≈Rc交流負(fù)載線和直流負(fù)載線重合。這種工作方式稱為甲類放大2/6/202366變壓器耦合功率放大電路（單管甲類功率放大電路）單管變壓器耦合功率放大電路(a)電路(b)圖解分析電源提供的功率:PV＝ICQUCC從變壓器原邊向負(fù)載方向看的交流等效電阻為最大輸出功率電源提供的功率PV不變，輸入信號(hào)ui＝0，Po＝0，η＝0；輸入信號(hào)ui↑，ic

↑，負(fù)載獲得的功率Po↑，管子的損耗↓，轉(zhuǎn)換效率η↑。我們希望功率放大電路是：①輸入信號(hào)為零時(shí)，電源不提供功率；

②輸入信號(hào)增大，輸出功率增大；③

輸入信號(hào)增大，管子的平均電流增大；④輸入信號(hào)增大，電源提供的功率增大；效率增大。自學(xué)2/6/202367優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換。缺點(diǎn)：體積龐大、笨重、消耗有色金屬，且效率較低（變壓器損耗），低頻和高頻特性都差。變壓器耦合乙類推挽功率放大電路４.乙類互補(bǔ)功率放大電路信號(hào)的正半周T1導(dǎo)通、T2截止；負(fù)半周T2導(dǎo)通、T1截止。

兩只管子交替工作，稱為“推挽”。設(shè)β為常量，則負(fù)載上可獲得正弦波。輸入信號(hào)越大，電源提供的功率也越大。自學(xué)2/6/202368無輸出變壓器（OTL）乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

靜態(tài)時(shí)：基極電位為Ucc/2，由于電容C的容量足夠大，若初始電壓為0，則基極電壓通過T1管發(fā)射結(jié)向電容C充電，直至近似為Ucc/2為止。信號(hào)的正半周T1導(dǎo)通、T2截止；負(fù)半周T2導(dǎo)通、T1截止。優(yōu)點(diǎn)：單電源供電缺點(diǎn)：低頻特性差自學(xué)2/6/202369無輸出電容(OCL)乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路信號(hào)的正半周T1導(dǎo)通、T2截止；負(fù)半周T2導(dǎo)通、T1截止。

優(yōu)點(diǎn)：直接耦合，頻率特性好。

缺點(diǎn)：雙電源供電。2/6/202370信號(hào)的正半周T1T4導(dǎo)通、T2T3截止；負(fù)半周T2T3導(dǎo)通、T1T4截止。雙端輸入、雙端輸出形式，輸入信號(hào)、負(fù)載電阻均無接地點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：直接耦合，頻率特性好，單電源供電。缺點(diǎn)：管子多，損耗大，使效率低。橋式推挽（BTL）乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路自學(xué)2/6/202371幾種電路的比較變壓器耦合乙類推挽：單電源供電，笨重，效率低，低頻特性差。OTL電路：單電源供電，低頻特性差。OCL電路：雙電源供電，效率高，低頻特性好。BTL電路：單電源供電，低頻特性好；雙端輸入雙端輸出。目前集成功率放大電路多為OTL和OCL電路，OTL電路需外接電容。自學(xué)2/6/202372OCL功率放大電路的組成及工作原理1）電路組成

優(yōu)點(diǎn)：無輸出電容器，直接耦合，體積小，價(jià)錢便宜，低頻特性好（音質(zhì)好）。缺點(diǎn)：雙電源供電。2）工作原理（乙類IC≈0）互補(bǔ)：NPN與PNP對(duì)稱：上邊、下邊一樣(電路及參數(shù)相同)T1、T2輪流導(dǎo)通，交替工作，組成推挽式電路。在RL上波形合成。靜態(tài)時(shí)ui=0,IC1=IC2=0，(UE=0)；ui正半周：T1導(dǎo)通，T2截止，RL得到正半周波形；ui負(fù)半周：T2導(dǎo)通，T1

截止，RL上得到負(fù)半周波形。結(jié)果在RL上得到一個(gè)完整的正弦波形。2/6/2023732/6/2023742/6/2023752/6/202376三極管的管耗PT電源輸入的直流功率，有一部分通過三極管轉(zhuǎn)換為輸出功率，剩余的部分則被消耗在三極管上，形成三極管的管耗。電路選擇三極管的一個(gè)依據(jù)。2/6/202377晶體管的選擇

最大管壓降：

集電極最大電流：

集電極最大功耗：功放管的選擇原則：2/6/202378乙類功率放大電路中晶體管工作點(diǎn)在橫軸上IB＝0，而晶體管輸入特性是非線性的，因?yàn)楣ぷ鼽c(diǎn)低，輸出信號(hào)在零點(diǎn)附近出現(xiàn)嚴(yán)重的失真。在零點(diǎn)附近輸入信號(hào)小于開啟電壓，兩只管子都截止交越失真消除交越失真的方法：設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。5.甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2/6/202379消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí)CE/V

iC/mA

Q動(dòng)態(tài)時(shí)，設(shè)ui加入正弦信號(hào)，正半周T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，T2基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。倍增電路常用于集成電路中，選擇合適的R3、

R4，可以得到UBE任意倍數(shù)的直流電壓，同時(shí)也可得到PN結(jié)任意倍數(shù)的溫度系數(shù)，用于溫度補(bǔ)償。2/6/2023802/6/202381準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)為保持輸出管的良好對(duì)稱性，輸出管應(yīng)為同類型晶體管。同時(shí)，復(fù)合管也增大了電流放大系數(shù)，以減小前級(jí)驅(qū)動(dòng)電流。2/6/202382§4.3集成運(yùn)算放大器2/6/202383簡化電路2/6/202384F007電路原理圖對(duì)于集成運(yùn)放電路，應(yīng)首先找出偏置電路，然后根據(jù)信號(hào)流通順序，將其分為輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)電路。2/6/202385

若在集成運(yùn)放電路中能夠估算出某一支路的電流，則這個(gè)電流往往是偏置電路中的基準(zhǔn)電流。找出偏置電路2/6/202386雙端輸入、單端輸出差分放大電路以復(fù)合管為放大管、恒流源作負(fù)載的共射放大電路用UBE倍增電路消除交越失真的準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)三級(jí)放大電路簡化電路、分解電路2/6/202387輸入級(jí)的分析

T3、T4為橫向PNP型管，輸入端耐壓高。共集形式，輸入電阻大，允許的共模輸入電壓幅值大。共基形式頻帶寬。共集-共基形式Q點(diǎn)的穩(wěn)定：T（℃）↑→IC1↑IC2↑→IC8↑IC9與IC8為鏡像關(guān)系→IC9↑因?yàn)镮C10不變→IB3↓IB4↓→IC3↓IC4↓→IC1↓IC2↓T1和T2從基極輸入、射極輸出T3和T4從射極輸入、集電極輸出2/6/202388輸入級(jí)的分析T7的作用：抑制共模信號(hào)

T5、T6分別是T3、T4的有源負(fù)載，而T4又是T6的有源負(fù)載。放大差模信號(hào)特點(diǎn)：輸入電阻大、差模放大倍數(shù)大、共模放大倍數(shù)小、輸入端耐壓高，并完成電平轉(zhuǎn)換（即對(duì)“地”輸出）。2/6/202389中間級(jí)的分析中間級(jí)是主放大器，它所采取的一切措施都是為了增大放大倍數(shù)。

F007的中間級(jí)是以復(fù)合管為放大管、采用有源負(fù)載的共射放大電路。由于等效的集電極電阻趨于無窮大，故動(dòng)態(tài)電流幾乎全部流入輸出級(jí)。中間級(jí)輸出級(jí)2/6/202390輸出級(jí)的分析D1和D2起過流保護(hù)作用，未過流時(shí)，兩只二極管均截止。

iO增大到一定程度，D1導(dǎo)通，為T14基極分流，從而保護(hù)了T14。準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)，UBE倍增電路消除交越失真。中間級(jí)輸出級(jí)電流采樣電阻特點(diǎn)：輸出電阻小最大不失真輸出電壓高2/6/202391C14573電路圖2/6/202392C14573的放大電路部分2/6/202393§4.4集成運(yùn)放的性能指標(biāo)及低頻等效電路集成運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)很多，其中一部分與差分放大電路和功率放大電路相同，另一部分則根據(jù)運(yùn)算放大電路本身的特點(diǎn)而設(shè)立的。各種主要參數(shù)比較適中的是通用型運(yùn)算放大器，對(duì)某些項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)有特殊要求的是各種特種運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器的靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)；運(yùn)算放大器的動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)。2/6/2023941.運(yùn)算放大器的靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)

（1）輸入失調(diào)電壓UIO：（inputoffsetvoltage）輸入電壓為零時(shí)，將輸出電壓除以電壓放大倍數(shù)，即為折算到輸入端的失調(diào)電壓。是表征運(yùn)放內(nèi)部電路對(duì)稱性的指標(biāo)。（2）輸入失調(diào)電流IIO：（inputoffsetcurrent）在輸入為零時(shí)，差分輸入級(jí)的差分對(duì)管基極電流之差，用于表征差分級(jí)輸入電流不對(duì)稱的程度。（3）輸入偏置電流IIB：（inputbiascurrent）運(yùn)放兩個(gè)輸入端偏置電流的平均值，用于衡量差分放大對(duì)管輸入電流的大小。。2/6/202395（4）輸入失調(diào)電壓溫漂dUIO/dT：在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電壓隨溫度的變化量與溫度變化量之比。（5）輸入失調(diào)電流溫漂dIIO/dT：在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電流隨溫度的變化量與溫度變化量之比。（6）最大差模輸入電壓UIdmax：