电工电子技术与技能第3版第12章.ppt

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1、第12章 放大电路与集成运算放大器 学习目标【知识目标】1.1.能能识读识读共射放大共射放大电电路路图图，理解共射放大，理解共射放大电电路的路的电电路路结结构构和主要元件的作用和主要元件的作用 2.2.了解小信号放大器的静了解小信号放大器的静态态工作点和性能指工作点和性能指标标的含的含义义 3.3.了解温度了解温度对对放大器静放大器静态态工作点的影响工作点的影响 4.4.了解多了解多级级放大器的三种放大器的三种级间级间耦合方式及特点耦合方式及特点 5.5.了解了解负负反反馈馈的概念、及的概念、及对对放大放大电电路性能的影响路性能的影响 6.6.了解集成运放的了解集成运放的电电路路结结构、符号、

2、引脚功能及其理想特构、符号、引脚功能及其理想特性在性在实际实际中的中的应应用用 【技能目标】1.1.会使用万用表会使用万用表调试调试晶体三极管静晶体三极管静态态工作点工作点 2.2.会安装和会安装和调试调试分分压压式放大器式放大器 主要内容 12.1 基本放大电路的概念及工作原理 12.1.1 12.1.1 基本放大基本放大电电路的概念路的概念 12.1.2 12.1.2 基本共射极放大基本共射极放大电电路的路的结结构构 12.1.3 12.1.3 共共射极放大的静射极放大的静态态分析分析 12.1.4 12.1.4 共射极放大的共射极放大的动态动态分析分析 12.1.5 12.1.5 放大放

3、大电电路的主要性能指路的主要性能指标标 12.1.6 12.1.6 分分压压式偏置放大式偏置放大电电路路12.2 多级放大电路 12.2.1 12.2.1 多多级级放大放大电电路的耦合方式路的耦合方式 12.2.2 12.2.2 多多级级放大放大电电路的主要参数路的主要参数12.3 功率放大器和差动放大电路 12.3.1 12.3.1 功率放大器功率放大器 12.2.212.2.2差差动动放大放大电电路路12.4 负反馈放大电路 12.4.1 12.4.1 负负反反馈馈的基本概念的基本概念 12.4.2 12.4.2 负负反反馈对馈对放大放大电电路性能的影响路性能的影响12.4 集成运算放大器

4、 12.5.1 12.5.1 集成运算放大器的基本特征集成运算放大器的基本特征 12.5.2 12.5.2 集成运算放大器的主要参数及理想特征集成运算放大器的主要参数及理想特征 12.5.3 12.5.3 集成运算放大器的集成运算放大器的应应用用电电路路12.1 基本放大电路的概念及工作原理 12.1.112.1.1基本放大基本放大电电路的基本概念路的基本概念 基本放大基本放大电电路一般是由一个三极管路一般是由一个三极管组组成的放大成的放大电电路。放大路。放大电电路的功能路的功能是利用晶体管的控制作用，把是利用晶体管的控制作用，把输输入的微弱信号不失真地放大到所需的数入的微弱信号不失真地放大到

5、所需的数值值。放大。放大电电路的路的实质实质，是用，是用较较小的能量去控制小的能量去控制较较大能量大能量转换转换的一种能量的一种能量转换转换装置。装置。根据根据输输入和入和输输出回路公共端的不同，放大出回路公共端的不同，放大电电路路课课分分为为共共发发射极放大射极放大电电路、路、共集共集电电极放大极放大电电路和共基极放大路和共基极放大电电路路3 3种基本形式。种基本形式。12.1.2 12.1.2 基本共射极放大基本共射极放大电电路路结结构构 如如图图12-212-2所所示，共射极放大示，共射极放大电电路主要由以下部分路主要由以下部分组组成：成：【晶体管三极管晶体管三极管T T】起起电电流放大

6、作用，通流放大作用，通过过基极基极电电流流i iB B控制集控制集电电极极电电流流i iC C ，是放大，是放大电电路核心元件。路核心元件。【基极偏置基极偏置电电阻阻R Rb b】也称偏流也称偏流电电阻，阻，电电源源V VCCCC通通过过R Rb b为为三极管提供三极管提供发发射射结结正向偏正向偏压压，并，并给给基极提供一个合适的直流偏置基极提供一个合适的直流偏置电电流流I Ib b，简简称偏流称偏流 【集集电电极极负载电负载电阻阻R Rc c】R Rc c将集将集电电极极电电流的流的变变化化转换转换成集成集射之射之间间的的电压变电压变化，化，这这个个变变化的化的电压电压，就是放大器的，就是放

7、大器的输输出信号，即通出信号，即通过过R Rc c将三极将三极管的管的电电流放大作用流放大作用转换为电压转换为电压放大。放大。图图12-2共共射极放大电路射极放大电路 【直流电源直流电源V VCCCC】为三极管提供偏置电为三极管提供偏置电压，使三极管处在放大状态，同时也是放压，使三极管处在放大状态，同时也是放大电路的能量来源。大电路的能量来源。【耦合电容耦合电容C C1 1和和C C2 2】用来传递交流信用来传递交流信号，起到耦合的作用。同时，又使放大电号，起到耦合的作用。同时，又使放大电路和信号源及负载间直流相互隔离，起隔路和信号源及负载间直流相互隔离，起隔直作用。直作用。12.1.3 12

8、.1.3 共射极放大共射极放大电电路的工作情况路的工作情况 放大放大电电路的工作状路的工作状态态分分为为静静态态和和动态动态两种，当放大两种，当放大电电路无交流信号路无交流信号输输入（入（u ui i=0=0），），仅仅工作在直流状工作在直流状态时态时，称，称为为静静态态；当放大；当放大电电路有信号路有信号输输入（入（u ui i00），），电电路中的路中的电压电压、电电流将随流将随输输入信号的入信号的变变化做相化做相应变应变化，称化，称为动态为动态。【静静态态工作点工作点Q Q】放大放大电电路静路静态态工作工作时时三极管各极三极管各极电压电压和和电电流流U UBEBE、I IB B、U UC

9、ECE和和I IC C 的数的数值值叫做放大叫做放大电电路的静路的静态态工作点工作点Q Q，相，相应应的的电压电压、电电流流值值记记作作U UBEQBEQ、I IBQBQ、U UCEQCEQ和和I ICQCQ 。图图12-3 12-3 直流通路直流通路 【静态分析静态分析】即确定放大电路的静态工作点即确定放大电路的静态工作点U UBEQBEQ、I IBQBQ、U UCEQCEQ和和I ICQCQ 的值，以确定三极管是否的值，以确定三极管是否满足放大要求。其中满足放大要求。其中U UBEQBEQ基本恒定（硅管约为基本恒定（硅管约为0.7V0.7V，锗管约为，锗管约为0.2V0.2V）。）。为了便

10、于分析和计算，需要画出放大电路的为了便于分析和计算，需要画出放大电路的直流通路（即直流等效电路），如图直流通路（即直流等效电路），如图12-212-2所示，所示，将图将图13-113-1中电容中电容C C1 1和和C C2 2开路就可以得到共射极放开路就可以得到共射极放大电路的直流通路。大电路的直流通路。12.1.4 12.1.4 共射极放大电路的动态分析共射极放大电路的动态分析 对于共射极放大电路的动态分析，我们可做如下实验：对于共射极放大电路的动态分析，我们可做如下实验：【课堂实验课堂实验】共射极放大电路动态分析共射极放大电路动态分析 按图按图12-412-4接接好电路，由信号发生器输入好

11、电路，由信号发生器输入1KHz1KHz、10mV10mV的正弦波信号，的正弦波信号，调试好静态工作点后，用示波器观察输入、输出电压波形幅值和相位情调试好静态工作点后，用示波器观察输入、输出电压波形幅值和相位情况。况。图图12-4共共射极放大电路动态分析实验电路射极放大电路动态分析实验电路 实验现实验现象：象：用示波器用示波器观观察可得到如察可得到如图图13-413-4所示波形。所示波形。实验结论：实验结论：由实验可以看出输出电压由实验可以看出输出电压u uo o比比u ui i大得多，说明共射极放大大得多，说明共射极放大电路具有电压放大作用；且电路具有电压放大作用；且u uo o和和u ui

12、i反相，说明共射放大电路还具有倒相作反相，说明共射放大电路还具有倒相作用。用。图13-4 共射极放大电路动态分析各点波形12.1.5 12.1.5 放大器的主要性能指放大器的主要性能指标标 【放大倍数放大倍数】放大倍数是描述放大器放大能力的指放大倍数是描述放大器放大能力的指标标，常用，常用A A表示。表示。放大器的框放大器的框图图如如图图12-612-6所所示示,左左边边是是输输入端，外接信号源，入端，外接信号源，u ui i、i ii i分分别为输别为输入入电压电压和和输输入入电电流；右流；右边边是是输输出端，外接出端，外接负载负载，u uo o、i io o分分别为输别为输出出电压电压和和

13、输输出出电电流。流。如图所示如图所示12-612-6所所示电压放大倍示电压放大倍数，即放大电路输出电压与输入电数，即放大电路输出电压与输入电压之比为：压之比为：除电压放大倍，还有电流放大除电压放大倍，还有电流放大倍数倍数A Ai i和功率放大倍数和功率放大倍数A Ap p，三者关三者关系为：系为：工程上常用对数来表示放大倍工程上常用对数来表示放大倍数，称为增益数，称为增益G G，单位为分贝，单位为分贝(dB)(dB)。电压增益为：电压增益为：G Gu u=20lg20lgAvAv(dB)(dB)图图12-6 放大器的方框图放大器的方框图 【输入电阻输入电阻r ri i】输入电阻是从放大电路的输

14、入端向放大输入电阻是从放大电路的输入端向放大器里面看进去的等效电阻，它放大器工作时，向信号源索器里面看进去的等效电阻，它放大器工作时，向信号源索取电流的本领。取电流的本领。r ri i大，则放大器向信号源索取的电流小；大，则放大器向信号源索取的电流小；r ri i小，则放大器向信号源索取的电流大。所以，从放大器的小，则放大器向信号源索取的电流大。所以，从放大器的性能来看，放大器的输入电阻大一些好。性能来看，放大器的输入电阻大一些好。【输出电阻输出电阻r ro o】输出电阻输出电阻r ro o是当放大器不接负载（空载）是当放大器不接负载（空载）时，从放大器的输出端向放大器里面看进去的等效电阻。时

15、，从放大器的输出端向放大器里面看进去的等效电阻。输出电阻反映了放大器的带负载能力，输出电阻反映了放大器的带负载能力，r ro o小，则带负载能力小，则带负载能力强。所以，从放大器的性能来看，放大器的输出电阻小一强。所以，从放大器的性能来看，放大器的输出电阻小一些好。些好。12.1.6.12.1.6.分分压压式偏置放大式偏置放大电电路路 【温度温度对对静静态态工作点的影响工作点的影响】基本共射极放大基本共射极放大电电路路虽虽然然结结构构简单简单，调试调试方便，方便，电压电压放放大作用明大作用明显显，但其静，但其静态态工作点易受外界条件工作点易受外界条件变变化影响，化影响，难难以以保持保持稳稳定。

16、定。引起静引起静态态工作点不工作点不稳稳定的原因很多，如定的原因很多，如电电源源电压电压波波动动、电电路参数路参数变变化、晶体管老化等，但影响最大的是温度的化、晶体管老化等，但影响最大的是温度的变变化，化，例如当温度升高例如当温度升高时时，发发射射结结正向正向电压电压U UBEQBEQ减小，减小，电电流放大倍流放大倍数数 增大，都会使增大，都会使I ICQCQ增大，增大，导导致静致静态态工作点工作点Q Q发发生生变变化，引化，引起放大起放大电电路路动态动态参数参数发发生生变变化，甚至造成放大化，甚至造成放大电电路不能正常路不能正常工作。工作。为为了了稳稳定静定静态态工作点，可以从工作点，可以从

17、电电路路结结构上采取措施，分构上采取措施，分压压式偏置放大器就是典型的式偏置放大器就是典型的Q Q点点稳稳定定电电路。路。【分分压压式偏置放大式偏置放大电电路路 】分分压压式偏置放大式偏置放大电电路如路如图图12-712-7所所示，示，图图中中R Rb1b1和和R Rb2b2分分别为别为上下偏上下偏置置电电阻，阻，组组成分成分压电压电路路为为三极管三极管提供基提供基级级偏置偏置电压电压U UBOBO。R Re e为发为发射极射极电电阻，起阻，起稳稳定静定静态态工作点的工作点的作用。作用。C Ce e为发为发射极旁路射极旁路电电容，容，对对交流信号交流信号视为视为短路短路,它的作用是提它的作用是

18、提供交流信号通路，以减小信号供交流信号通路，以减小信号损损耗，使放大器的交流放大能力不耗，使放大器的交流放大能力不因因R Re e的存在而降低。的存在而降低。图图12-712-7分分压式偏置电路压式偏置电路12.2 多级放大电路 12.2.1 12.2.1 多多级级放大放大电电路的耦合方式路的耦合方式 多多级级放大放大电电路的路的结结构如构如图图12-812-8所所示，示，组组成多成多级级放大放大电电路的每一个基路的每一个基本放大本放大电电路称路称为为一一级级，第一，第一级级与信号源相与信号源相连连称称为输为输入入级级，最后一，最后一级级与与负负载载相相连连称称为输为输出出级级，其余称，其余称

19、为为中中间级间级。级级与与级级之之间间的的连连接称接称为为耦合。常耦合。常见见的耦合方式有直接耦合、阻容耦合和的耦合方式有直接耦合、阻容耦合和变压变压器耦合。器耦合。【直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路】将放大电路前极的输出端直接连接到后将放大电路前极的输出端直接连接到后极输入端的方式，称为直接耦合。极输入端的方式，称为直接耦合。由于直接耦合多级放大电路各级的直流通路互相连通，所以各级静由于直接耦合多级放大电路各级的直流通路互相连通，所以各级静态工作点相互影响，这样就给电路的分析、设计和调试带来一定的困难。态工作点相互影响，这样就给电路的分析、设计和调试带来一定的困难。但直接耦合多级放大

20、电路具有良好的低频特性，不仅能放大交流信号，但直接耦合多级放大电路具有良好的低频特性，不仅能放大交流信号，也能放大缓慢变化的信号；且体积小，易于集成化。也能放大缓慢变化的信号；且体积小，易于集成化。图图12-8 12-8 多级放大器组成框图多级放大器组成框图 【阻容耦合多阻容耦合多级级放大放大电电路路】将放大将放大电电路前路前级输级输出端通出端通过电过电容容C C连连接接到后到后级输级输入端的方式，称入端的方式，称为为阻容耦合。阻容耦合。阻容耦合多阻容耦合多级级放大放大电电路，由于耦合路，由于耦合电电容的隔直流通交流作用，所以容的隔直流通交流作用，所以各各级级静静态态工作点彼此独立，互不影响，

21、工作点彼此独立，互不影响，电电路的分析、路的分析、设计设计和和调试简单调试简单易易行。但阻容耦合多行。但阻容耦合多级级放大放大电电路低路低频频特性差，不能放大特性差，不能放大缓缓慢慢变变化的信号，化的信号，信号信号频频率越低，率越低，电电容上衰减越大；且不便于集成化。容上衰减越大；且不便于集成化。【变压变压器耦合多器耦合多级级放大放大电电路路】将放大将放大电电路前路前级级的的输输出信号通出信号通过变压过变压器接到后器接到后级级的的输输入端或入端或负载电负载电阻上的方式，称阻上的方式，称为变压为变压器耦合。器耦合。变压变压器耦合多器耦合多级级放大前后放大前后级级靠磁路耦合，靠磁路耦合，变压变压器

22、利用器利用电电磁感磁感应应将交将交流信号从流信号从变压变压器的一次器的一次侧侧感感应应到二次到二次侧侧，实现实现了信号的了信号的传输传输。所以与阻。所以与阻容耦合容耦合电电路一路一样样，它的各，它的各级级放大放大电电路的静路的静态态工作点相互独立，便于分析、工作点相互独立，便于分析、设计设计和和调试调试。但它的低。但它的低频频特性差，不能放大特性差，不能放大缓缓慢慢变变化的信号，且笨重，化的信号，且笨重，更不能集成化。与前两种多更不能集成化。与前两种多级级放大放大电电路比路比较较，其最大的特点是可以，其最大的特点是可以实现实现阻抗阻抗变换变换，因而在分立元件功率放大，因而在分立元件功率放大电电

23、路中得到广泛路中得到广泛应应用。用。12.2.2 12.2.2 多多级级放大放大电电路的主要参数路的主要参数 【电压电压放大倍数放大倍数】在多在多级级放大放大电电路中，由于前路中，由于前级级的的输输出出电压电压就是后就是后级级的的输输入入电压电压，所以，所以总总的的电压电压放大倍数等于各放大倍数等于各级级放大倍数之放大倍数之积积，对对于于n n级级放大放大电电路，有路，有 A Au u=A Au1u1 A Au2u2 A Aunun 【.输输入入电电阻阻】多多级级放大放大电电路的路的输输入入电电阻阻R Ri i就是第一就是第一级级的的输输入入电电阻阻R Ri1i1，即，即 R Ri i=R R

24、i1i1 【输输出出电电阻阻】多多级级放大放大电电路的路的输输出出电电阻阻R Ro o等于第等于第n n级级（末（末级级）的）的输输出出电电阻阻R Ronon ，即，即 R Ro o=R Ronon13.3功率放大器和差动放大电路12.3.112.3.1功率放大器功率放大器 1 1 1 1功率放大器的特点功率放大器的特点功率放大器的特点功率放大器的特点 功率放大功率放大电电路与路与电压电压放大放大电电路都属于能量路都属于能量转换电转换电路，将路，将电电源源的直流功率的直流功率转换转换成被放大信号的交流功率从而起到功率和成被放大信号的交流功率从而起到功率和电压电压放大作放大作用，但它用，但它们们

25、的功能各不相同。的功能各不相同。电压电压放大放大电电路主要使路主要使负载负载得到不失真的得到不失真的电压电压信号。信号。2.2.2.2.功率放大器的要求功率放大器的要求功率放大器的要求功率放大器的要求 功率放大器的主要任功率放大器的主要任务务是向是向负载负载提供提供较较大的信号功率，故功率放大的信号功率，故功率放大器大器应满应满足以下几个要求。足以下几个要求。（1 1）输输出功率要足出功率要足够够大大 为为了了获获得最大的得最大的输输出功率，担任功率放大任出功率，担任功率放大任务务的三极管工作参的三极管工作参数往往接近极限状数往往接近极限状态态，这样这样在允在允许许的的失真范的的失真范围围内才

26、能得到最大的内才能得到最大的输输出出功率。功率。（2 2）效率要高）效率要高 在直流在直流电电源提供相同直流功率的条件下，源提供相同直流功率的条件下，输输出信号功率愈大，出信号功率愈大，电电路的效率愈高。路的效率愈高。（3 3）非）非线线性失真要小性失真要小 功率放大器是在大信号状功率放大器是在大信号状态态下工作，下工作，输输出信号不可避免地会出信号不可避免地会产产生一定的非生一定的非线线性失真。在性失真。在实际应实际应用中，要采取措施减少失真，使之用中，要采取措施减少失真，使之满满足足负载负载要求。要求。3.3.3.3.功率放大器的分功率放大器的分功率放大器的分功率放大器的分类类 根据所根据

27、所设设静静态态工作点的不同状工作点的不同状态态，常用功率放大，常用功率放大电电路可分路可分为为甲甲类类、乙乙类类、甲乙、甲乙类类等。等。1 1、甲、甲类类功率放大功率放大电电路在路在输输入信号的整个周期内，功率放大管都有入信号的整个周期内，功率放大管都有电电流通流通过过，如，如图图12-1012-10（a a）所示。）所示。2 2、乙、乙类类功率放大功率放大电电路只在路只在输输入信号的正半周入信号的正半周导导通，通，负负半周截止，半周截止，如如图图13-1013-10（b b）所示。）所示。3 3、甲乙、甲乙类类功率放大功率放大电电路三极管路三极管导导通的通的时间时间大于信号的半个周期，大于信

28、号的半个周期，即介于甲即介于甲类类和乙和乙类类之之间间，如，如图图12-1012-10（c c）所示。）所示。图12-10（a）甲类 图12-10（b）乙类 图12-10（c）丙类 图12-10 功率放大电路的分类 4.4.4.4.功率放大功率放大功率放大功率放大电电路的交越失真路的交越失真路的交越失真路的交越失真 图图12-1112-11为为乙乙类类互互补对补对称称电电路，由于没有直流偏置，只有当路，由于没有直流偏置，只有当输输入入信号信号 大于管子的大于管子的门门坎坎电压时电压时，管子才能，管子才能导导通。当通。当输输入信号入信号 低于低于门门坎坎电电压时压时，和和 都截止，都截止，和和

29、基本基本为为零，零，负载负载 上无上无电电流通流通过过，出，出现现一段死区，一段死区，如如图图所示。所示。这这种种现现象称象称为为交越失真。交越失真。5.5.5.5.差差差差动动放大放大放大放大电电路路路路 （1 1）零点漂移）零点漂移 放大放大电电路没有外加信号路没有外加信号时时，输输出端有出端有缓缓慢慢变变化化电压输电压输出，出，这这种种现现象称象称为为零点漂移。零点漂移主要是温度零点漂移。零点漂移主要是温度变变化使三极管的静化使三极管的静态态工作点工作点发发生，生，变变化量被化量被电电路逐路逐级级放大，最放大，最终输终输出端出端产产生生电压电压漂移。漂移。（2 2）差）差动动放大放大电电

30、路路 差分放大差分放大电电路能放大两个路能放大两个输输入信号之差，由于它具有入信号之差，由于它具有优优异的抑制异的抑制零点漂移的特性，因而成零点漂移的特性，因而成为为集成运放的主要集成运放的主要组组成成单单元。元。差差动动放大放大电电路路电电路路组组成如成如图图所示。所示。基本差基本差动动放大放大电电路由两个完全路由两个完全对对称的共称的共发发射极射极单单管放大管放大电电路路组组成。成。电电路中，路中，VT1VT1管和管和VT2VT2管型号相同、特性一致，各管型号相同、特性一致，各电电阻阻阻阻值对应值对应相等。正相等。正电电源（源（+Vcc+Vcc）为为两管集两管集电结电结提供反偏提供反偏电压

31、电压，负电负电源（源（VccVcc）为为两管两管发发射射结结提供正偏提供正偏电压电压，ReRe为为两管射极公共两管射极公共电电阻。信号从两个管子的基极阻。信号从两个管子的基极输输入，入，集集电电极极输输出，构成双端出，构成双端输输入、双端入、双端输输出差出差动动放大放大电电路。路。（2 2）抑制零漂的原理）抑制零漂的原理 差差动动放大放大电电路的路的输输出出为为两管集两管集电电极极电电位之差，即位之差，即 。因。因电电路路对对称，称，当温度当温度变变化化时时，在两管集，在两管集电电极引起的极引起的电电流流变变化相同，集化相同，集电电极极电压电压的的变变化化也相同，也相同，输输出出电压电压的的变

32、变化量化量 。虽虽然两管分然两管分别别出出现现了零漂，但因而相互抵了零漂，但因而相互抵消，零点漂移得到抑制。消，零点漂移得到抑制。12.4 负反馈放大电路 12.4.1 12.4.1 负负反反馈馈的基本概念的基本概念 【反反馈馈】在在电电子子电电路中，如路中，如图图12-1312-13所所示将放大示将放大电电路的路的输输出量（出量（输输出出电压电压或或输输出出电电流）的一部分或全部通流）的一部分或全部通过过一定的一定的电电路形式回送到放大路形式回送到放大电电路路输输入回路，用来影响其入回路，用来影响其输输入量（入量（输输入入电压电压或或输输入入电电流）的措施称流）的措施称为为反反馈馈。反反馈馈

33、到到输输入端的信号称入端的信号称为为反反馈馈信号，用于信号，用于传输传输反反馈馈信号的信号的电电路称路称为为反反馈馈电电路或反路或反馈馈网网络络，带带有反有反馈环节馈环节的放大的放大电电路称路称为为反反馈馈放大放大电电路。路。【负反馈负反馈】根据放大电路反根据放大电路反馈的效果，反馈可分为正反馈和馈的效果，反馈可分为正反馈和负反馈两大类。如果反馈使放大负反馈两大类。如果反馈使放大电路净输入量增大，则称为正反电路净输入量增大，则称为正反馈；如果反馈使放大电路净输入馈；如果反馈使放大电路净输入量减小，则称为负反馈。由于负量减小，则称为负反馈。由于负反馈可以改善多项放大器的性能反馈可以改善多项放大器

34、的性能指标，因此在现代工业产品中所指标，因此在现代工业产品中所用到的放大器几乎都带有反馈。用到的放大器几乎都带有反馈。图图12-13 反馈放大电路框图反馈放大电路框图12.4.2 12.4.2 反反馈类馈类型的判断型的判断 电压电压反反反反馈还馈还是是是是电电流反流反流反流反馈馈的判断：的判断：的判断：的判断：判断是判断是电压电压反反馈还馈还是是电电流反流反馈时馈时，常用常用“输输出短路法出短路法”，即假，即假设负载设负载短路（短路（RL=0RL=0），使），使输输出出电压电压uo=0uo=0，看，看反反馈馈信号是否信号是否还还存在。若存在，存在。若存在，则说则说明反明反馈馈信号与信号与输输出

35、出电压电压成比例，是成比例，是电压负电压负反反馈馈；若反；若反馈馈信号不存在了，信号不存在了，则说则说明反明反馈馈信号不是与信号不是与输输出出电压电压成成比例，而是和比例，而是和输输出出电电流成比例，是流成比例，是电电流流负负反反馈馈。串串串串联负联负反反反反馈还馈还是并是并是并是并联负联负反反反反馈馈的判断的判断的判断的判断：判断是串：判断是串联负联负反反馈还馈还是并是并联联负负反反馈馈主要是根据反主要是根据反馈馈信号、原信号、原输输入信号和入信号和净输净输入信号在入信号在电电路路输输入端的入端的连连接方式和特点。接方式和特点。若反若反馈馈信号和信号和输输入信号是在入信号是在输输入端以入端以

36、电电流方式求和的，流方式求和的，则为则为并并联联负负反反馈馈；若反；若反馈馈信号和信号和输输入信号是在入信号是在输输入端以入端以电压电压方式求和的，即方式求和的，即为为串串联负联负反反馈馈。将将输输入信号交流短路后，若反入信号交流短路后，若反馈馈信号消失了，信号消失了，则为则为并并联联反反馈馈；否；否则为则为串串联联反反馈馈。12.4.3 12.4.3 负负反反馈对馈对放大放大电电路性能的影响路性能的影响 放大放大电电路引入路引入负负反反馈馈后，能使其多后，能使其多项项性能指性能指标标得到改善：得到改善：【提高放大倍数的提高放大倍数的稳稳定性定性】一般来一般来讲讲，放大，放大电电路的放大倍数是

37、不路的放大倍数是不稳稳定的，例如，定的，例如，环环境温度的境温度的变变化、更化、更换换晶体管，晶体管，负载发负载发生生变变化化时时都会引起都会引起放大倍数的放大倍数的变变化，引入化，引入负负反反馈馈后能减小后能减小这这种种变变化。化。【改改变变放大放大电电路的路的输输入、入、输输出出电电阻阻】负负反反馈对馈对放大放大电电路路输输入、入、输输出出电电阻的影响与放大阻的影响与放大电电路的反路的反馈类馈类型有关。型有关。电压负电压负反反馈馈使使输输出出电电阻减小，阻减小，电电流流负负反反馈馈使使输输出出电电阻增大；并阻增大；并联负联负反反馈馈使使输输入入电电阻减小，串阻减小，串联负联负反反馈馈使使输

38、输入入电电阻增大。阻增大。【展展宽频带宽频带】通通频带频带反映放大反映放大电电路路对输对输入信号入信号频频率率变变化的适化的适应应能力，能力，既然放大既然放大电电路引入路引入负负反反馈馈后，由于各种原因引起的放大倍数的后，由于各种原因引起的放大倍数的变变化都将化都将减小，那么，由信号减小，那么，由信号频频率的率的变变化引起的放大倍数的化引起的放大倍数的变变化也将减小，因此化也将减小，因此其效果是展其效果是展宽宽了通了通频带频带。【减小非减小非线线性失真性失真】对对于理想放大于理想放大电电路，其路，其输输出信号与出信号与输输入信号入信号应应完全呈完全呈线线性关系，若性关系，若输输入正弦信号，入正

39、弦信号，则输则输出也出也应应是正弦波，不是正弦波，不应该产应该产生生失真。但是，由于失真。但是，由于组组成放大成放大电电路的半路的半导导体器件均有非体器件均有非线线性特征，所以会性特征，所以会引起引起输输出信号的非出信号的非线线性失真，引入性失真，引入负负反反馈馈后可以在一定程度上减小后可以在一定程度上减小输输出出信号的非信号的非线线性失真。性失真。例如，在例如，在图图12-14a12-14a所示所示电电路中，在放大路中，在放大电电路没有引入路没有引入负负反反馈时馈时，假定，假定输输出出电压电压的的失真波形失真波形u uo o是正半周大是正半周大,负负半半周小。当放大周小。当放大电电路引入路引

40、入负负反反馈馈后，后，图图12-14b12-14b所示（所示（这这里里以引入以引入电压电压串串联负联负反反馈为馈为例，例，来来说说明它是如何减小非明它是如何减小非线线性性失真的）失真的）,由于反由于反馈电压馈电压u uf f正正比于比于输输出出电压电压u uo o，因此反，因此反馈馈电压电压u uf f的波形也的波形也为为正半周大，正半周大，负负半周小，当其反半周小，当其反馈馈到到输输入入端与端与输输入入电压电压u ui i叠加后，得到叠加后，得到的的净输净输入入电压电压u u i i=u ui iu uf f的波的波形却形却变变成正半周小，成正半周小，负负半周半周大，大，这这种失真的波形再种

41、失真的波形再经过经过基本放大基本放大电电路放大就抵消了路放大就抵消了原先原先输输出波形的失真，从而出波形的失真，从而较较小了非小了非线线性失真，改善了性失真，改善了输输出波形。出波形。图图12-14 12-14 负反馈对非线性失真的改善负反馈对非线性失真的改善12.4.4 12.4.4 负负反反馈馈放大放大电电路路应应用的几个用的几个问题问题 1.1.欲欲稳稳定定电电路中的某个量，路中的某个量，则则采用采用该该量的量的负负反反馈馈 稳稳定直流，定直流，则则引入直流反引入直流反馈馈;稳稳定交流，定交流，则则引入交流反引入交流反馈馈;稳稳定定输输出出电压电压，则则引人引人电压电压反反馈馈;稳稳定定

42、输输出出电电流，流，则则引入引入电电流反流反馈馈。2.2.根据根据对输对输入、入、输输出出电电阻的要求阻的要求选择选择反反馈类馈类型型 欲提高欲提高输输入入电电阻，采用串阻，采用串联联反反馈馈，欲降低，欲降低输输入入电电阻，采阻，采用并用并联联反反馈馈;要求高内阻要求高内阻输输出，采用出，采用电电流反流反馈馈;要求低内阻要求低内阻输输出，采用出，采用电压电压反反馈馈。3.3.为为使反使反馈馈效果增效果增强强，根据信号源及，根据信号源及负载负载确定反确定反馈类馈类型型 信号源信号源为为恒恒压压源，采用串源，采用串联联反反馈馈;信号源信号源为为恒流源，采用恒流源，采用并并联联反反馈馈;要求要求带负

43、载带负载能力能力强强，采用，采用电压电压反反馈馈;要求恒流源要求恒流源输输出，采用出，采用电电流反流反馈馈。12.5 集成运算放大器 12.5.1 12.5.1 集成运算放大器的基本特征集成运算放大器的基本特征 1 1、集成运算放大器的电气符号、集成运算放大器的电气符号 集成运放的电路符号如图集成运放的电路符号如图12-1612-16所所示，电路抽象为具有两个输入端示，电路抽象为具有两个输入端u uP P、u uN N,和一个输出端和一个输出端u uo o的三端放大器。其中标的三端放大器。其中标“+”+”的为同相输入端，的为同相输入端，标标“-”-”的为反相输入端。的为反相输入端。图图12-1

44、6 集成运放的常用图形符号集成运放的常用图形符号2 2、集成运算放大器的、集成运算放大器的结结构构 集成运算集成运算实质实质上是一个具有高放大倍数、高上是一个具有高放大倍数、高输输入入电电阻和低阻和低输输出出电电阻的多阻的多级级直接耦合放大直接耦合放大电电路。它的内部通常包含四个基本路。它的内部通常包含四个基本组组成成部分，即部分，即输输入入级级、中、中间级间级、输输出出级级和偏置和偏置电电路，如路，如图图12-1712-17所所示。示。其中，中其中，中间级间级是主放大器，主要提供足是主放大器，主要提供足够够的放大倍数；的放大倍数；输输出出级级主主要提供足要提供足够够的的输输出功率；偏置出功率

45、；偏置电电路主要路主要为为各各级级放大放大电电路建立合适路建立合适而而稳稳定的静定的静态态工作点。工作点。12-17 12-17 集成运放电路框图集成运放电路框图12.5.2 12.5.2 集成运算放大器的主要参数及理想特性集成运算放大器的主要参数及理想特性 【开开环环差模差模电压电压放大倍数放大倍数 】是指集成运放无外加反是指集成运放无外加反馈时馈时的差模的差模电压电压放大倍数，即放大倍数，即 。通用型集成运放的。通用型集成运放的 通常在通常在10105 5左右，左右，且且 越大，运算精度越高，在理想运放中越大，运算精度越高，在理想运放中 。【差模差模输输入入电电阻阻r ridid】r ri

46、did是指集成运放是指集成运放对输对输入差模信号的入差模信号的输输入入电电阻，阻，r ridid越大，从信号源索取的越大，从信号源索取的电电流越小，流越小，对对信号源的影响也越小，在理想运信号源的影响也越小，在理想运放中：放中：，输输出出电电阻阻 。【共模抑制比共模抑制比K KCMRCMR 】K KCMRCMR是指差模放大倍数与共模放大倍数之比是指差模放大倍数与共模放大倍数之比的的绝对值绝对值，即，即 ，K KCMRCMR越大，越大，对对共模信号抑制能力越共模信号抑制能力越强强，理，理想运放中想运放中 。【虚短虚短】由于理想运放的开由于理想运放的开环环差模差模电压电压放大倍数放大倍数为为 ，可

47、，可得得 ，故有，故有 ，即集成运放同相，即集成运放同相输输入端和反相入端和反相输输入端入端电电位相等，相当于短路，但又不是位相等，相当于短路，但又不是实际电实际电路短路，故称路短路，故称为为虚短虚短 【虚断虚断】由于理想运放的差模由于理想运放的差模输输入入电电阻阻 ，故可，故可认为认为其两个其两个输输入入端的端的净输净输入入电电流流为为零，即零，即 ,好像好像电电路断开一路断开一样样，但又不是，但又不是实际实际断断开开电电路，故称路，故称为为虚断。虚断。12.5.3 12.5.3 集成运算放大器的集成运算放大器的应应用用电电路路 1.1.反相比例运算反相比例运算电电路路 【电电路路结结构构】

48、反相比例运算反相比例运算电电路如路如图图13-1313-13所示，所示，输输入入电压电压u uI I经电经电阻阻R R1 1作用于集成运放的反相作用于集成运放的反相输输入端，故入端，故输输出出电压电压u uO O与与输输入入电压电压u uI I反相，同相反相，同相输输入端入端经电经电阻阻R R2 2接地，接地，R R2 2为补偿电为补偿电阻，以保阻，以保证证集成运放集成运放输输入入级级的的对对称性，称性，在反相在反相输输入端和入端和输输出端之出端之间间接一反接一反馈电馈电阻阻R Rf f ，引入反，引入反馈馈。图图13-13 反相比例运算放大电路反相比例运算放大电路 【电路功能电路功能】根据理

49、想运放根据理想运放“虚断虚断”的的特性，有特性，有 ，由图可知，由图可知根据理想运放根据理想运放“虚短虚短”的特性，有的特性，有 =0=0，可得：，可得：可可见见，u uO O与与u uI I成比例关系，比例系数成比例关系，比例系数为为，负负号表示号表示u uO O与与u uI I反相，即反相，即该该电电路完成了路完成了对输对输入信号的反相比例运算，且比例系数的数入信号的反相比例运算，且比例系数的数值值可以是大于可以是大于1 1、等于、等于1 1和小于和小于1 1的任何的任何值值。2.2.同相比例运算同相比例运算 【电电路路结结构构】将将图图13-1313-13所示所示电电路中的路中的输输入端

50、和接地端互入端和接地端互换换，即同相，即同相端端输输入信号，反相端接地，就得到同相比例运算入信号，反相端接地，就得到同相比例运算电电路，如路，如图图13-1413-14所示。所示。【电路功能电路功能】根据理想运放根据理想运放“虚断虚断”的特性，有的特性，有 ，由图，由图可知：可知：根据理想运放根据理想运放“虚短虚短”的特的特性，有性，有 =u uI I，可得：，可得：图图13-14 13-14 同相比例运算放大电路同相比例运算放大电路 可可见见，u uO O与与u uI I成比例关系，比例系数成比例关系，比例系数为为，且，且u uO O与与u uI I同相，即同相，即该电该电路路完成了完成了对