第三章 常用放大器

第三章 常用放大器教学重点1．掌握集成运放的符号及器件的引脚功能、集成运放的主要参数和理想集成运放的特点。

2．能识读由理想集成运放构成的常用电路（反相输入、同相输入、差分输入运放电路和加法、减法运算电路），会估算输出电压值。

3．了解集成运放的使用常识，会根据要求正确选用元器件，安装和调试集成运放组成的应用电路。

4．能识读OTL 、OCL 功率放大器的电路图。

5．了解典型功放集成电路的引脚功能，能按工艺要求装接典型功放电路。

教学难点1．差分放大电路分析。

2．理解功放电路与小功率放大电路的区别。

3．读图能力综合训练。

学时分配3.1集成运算放大器3.1.1放大电路中的负反馈反馈是指将放大电路输出量（电压或电流）的一部分或全部，按一定方式反方向送回到输入端，并与输入信号叠加的过程。

如图所示，由基本放大电路A 和反馈电路F 构成一个闭环放大器。

反馈系数 o f X XF =开环放大倍数 'io X XA =比较X o闭环放大倍数AFAX X A +==1i o f 其中1+AF 称为反馈深度。

1．反馈类型若将直流量反馈到输入端，称为直流反馈。

多用于稳定静态工作点。

若将交流量反馈到输入端，称为交流反馈。

多用于改善放大器的动态性能。

引入反馈后使净输入量增加的反馈，称为正反馈。

多用于振荡电路和脉冲电路。

引入反馈后使净输入量减小的反馈，称为负反馈。

多用于改善放大器的性能。

引入交流负反馈后的放大电路，称为负反馈放大电路。

若反馈深度1+AF ≫1，则称为深度负反馈，那么FAF A AF A A 11f =≈+=2．负反馈放大电路的四种组态电压反馈 反馈量取自输出电压的反馈。

可以减小输出电阻，稳定输出电压 电流反馈 反馈量取自输出电流的反馈。

可以增大输出电阻，稳定输出电流 串联反馈 反馈量与输入量以电压方式相叠加的反馈。

提高输入电阻 并联反馈 反馈量与输入量以电流方式相叠加的反馈。

减小输入电阻这样，交流负反馈放大电路有四种组态，即 电压串联 电流串联 电压并联 电流并联电路评价：负反馈放大电路是以减小放大倍数为代价，获得放大电路增益的稳定性；减小非线性失真；扩展频带宽度；改变输入、输出电阻，从而改善放大电路的性能。

3.1.2集成运放符号、引脚功能集成运放电路图形符号如图所示。

“♦”表示运算放大器，“∞”表示开环增益极高。

集成运放有两个输入端，一个输出端u o 。

其中“+”为同相输入端u i+，“－”为反相输入端u i －。

通过实物认识集成运放的外形与封装—++♦∞u i － u ou i+以µA741为例介绍引脚排列：（a ）µA741实物图 （b ）µA741引脚排列3.1.3 集成运放组成和主要参数1．集成运放的组成集成运放的内部由输入级、中间级、输出级以及偏置电路四部分组成，如图所示：（1）输入级 运放输入级都采用差分放大电路，解决直接耦合放大电路中零点漂移问题。

（2）中间级 中间级的作用是提供高的放大倍数，通常由一或两级有源负载放大电路构成。

（3）输出级 集成运放的输出级一般由互补对称电路或准互补对称电路构成，以提高运放的输出功率和带负载能力。

（4）偏置电路 为各级提供稳定的静态工作电流，确保静态工作点的稳定。

2．差分放大电路差分放大电路不但能有效地放大信号，而且还能有效的抑制零点漂移。

如图是差分放大电路的基本形式，由于电路只有当两个输入端之间有差别时，输出电压才有变动，所以该电路也称为差分放大电路。

由于差分放大电路电路完全对称，当u i =0时，U o =U C1－U C2=0。

（1）差模信号——u i1与u i2所加信号为大小相等、极性相反的输入信号（即放大信号）。

V u+ BBu i2OA 1 NC IN － IN ＋ V ＋ OUT GND OA 2u i+u i这时，Δi C1=－Δi C2，Δu C1=－Δu C2，u o =（U C1 +Δu C1）－（U C2－Δu C2）=2Δu C1，从而实现电压放大。

（2）共模信号——以大小相等、极性相同的一对信号加在两管的输入端（由温度变化等因素引起的两管输出漂移电压，相当于有害信号）。

这时，产生的Δi C1=Δi C2，Δu C1=Δu C2，u o =（U C1 +Δu C1）－（U C2+Δu C2）=0，共模输出为零。

（3）共模抑制比cdCMR u u A A K它是反映差分放大器放大有用的差模信号和抑制有害的共模信号的能力的一个综合指标，其中， A u d 是差模放大倍数，A u c 是共模放大倍数。

显然，K CMR 越大，电路对共模信号的抑制能力越强。

理想情况下，A u c =0，K CMR →∞。

3．集成运放主要参数（1）开环差模增益A od 指集成运放无外加反馈回路的差模增益。

一般在104～107之间。

A od 越大，电路越稳定，运算精度也越高。

（2）开环共模增益A oc 指集成运放无外加反馈回路的共模增益。

它反映集成运放抗温漂、抗共模干扰的能力，优质的集成运放A oc 应接近于零。

（3）共模抑制比K CMR 用来综合衡量集成运放的放大能力和抗温漂、抗共模干扰的能力，一般应大于80dB 。

3.1.4集成运放的理想特性在分析运放的各种实用电路时，为了简化问题的分析，通常将运放看成为理想运放。

1．理想运放条件（1）开环差模放大倍数趋于无穷大。

（2）两输入端之间的输入电阻趋于无穷大。

（3）输出电阻为零。

（4）共模抑制比趋于无穷大。

（5）漂移为零。

2．理想运放特点理想运放工作区域有两个，即线性工作区和非线性工作区。

工作在线性放大状态的理想运放具有两个重要特点： （1）虚短：两输入端电位相等，即u i+=u i －相当于两输入端短路，但又不是真正的短路，如图（b ）所示，故称为“虚短”。

（2）虚断：净输入端电流等于零，即i i =0相当于两输入端断开，但又不是真正的断开，如图（b ）所示，故称为“虚断”。

（a ）运放电压和电流示意 （b ）“虚短”、“虚断”示意3.1.5集成运放的基本运用当理想集成运算放大器在线性工作条件下，根据两个输入端的不同连接，运放有反相、同相和差分输入三种输入方式。

1．反相输入放大器 反相输入放大器如图所示，利用理想运放“虚断”（i i =0）的概念，则u i+=0，又由于“虚短”（u i －=u i+）的概念，所以u i －=u i+=0f 1i i =，1i 1R u i =和fo f R ui -= 则，输出电压为：i 1fou R R u -= 反相输入放大器的电压放大倍数为：1f i o uR R u u A -==式中负号表示输出电压u o 和输入电压u i 反相。

例：加法运算电路当u i1单独作用时，电路为反相输入放大器，i11fo1u R R u -=。

u uu ou ou i －u o u同样，当u i2单独作用时，i22fo2u R R u -=。

则u i1、u i2共同作用下电路输出电压为：i22f i11f o2o1ou R R u R R u u u --=+= 当R 1=R 2=R f 时，则u o =-（u i1+u i2），实现加法运算，负号表示输出电压与输入电压相位相反。

2．同相输入放大器 同相输入放大器如图所示。

利用理想运放“虚断”（i i =0）的概念，则u i+= u i ，又利用“虚短”（u i －=u i+）的概念，那么，u i －=u i+= u i由于i i =0，则f 1i i =，即f o 1i 0R u u R u i ---=- +-+=+=i 1f i 1f o )1()1(u R Ru R R u输出电压为：i 1fo)1(u R R u += 同相输入放大器的电压放大倍数为：）（1f i o 1R Ru u A u+==表明输出电压u o 和输入电压u i 同相，且u o 大于u i ，即电压放大倍数A u >1。

例：电压跟随器由于R 1→∞，A u =1，u o =u i ，因此该电路称为电压跟随器。

因为电路具有高的输入阻抗和低的输出阻抗，电压跟随器在电子电路中应用极为广泛，常作为阻抗变换器或缓冲器。

3．差分输入放大电路 差分输入放大电路如图所示。

u ou iu o当u i1单独作用时，u i2=0，电路为反相输入方式，输出电压为1i 1f1o u R R u -= 当u i2单独作用时，u i1=0，电路为同相输入方式，根据理想运放虚断的概念，i i =0，则2i 3231f 2o )1(u R R R R R u ++= 那么， u i1和u i2共同作用时，输出电压则为2i 3231f i11f o )1(u R R R R R u R R u +++-= 如果在电路应用中，选择R 1=R 2，R 3=R f ，则)1i i21f o u u R Ru -=（差分输入放大器可以实现减法运算。

当图中R 1=R 2=R 3=R f 时，输出电压为u o =u i2－u i1。

例：减法器图示电路由第一级的反相器和第二级的反相加法运算电路级联而成。

u o1=u i211f 22f o12f 11f o )(i i i u R R u R R u R R u R R u -=+-= 当R 1=R 2 =R f 时，输出电压为u o =u i2－u i1，实现了减法运算。

3.1.6集成运放的使用常识1．集成运放的调零集成运放调零的作用是保证运放实现零输入时零输出。

当选用的运放有调零端，应查阅集成电路手册，按接线图正确接上调零电位器进行调零。

uu ou2．集成运放的保护 （1）输入保护 （2）输出保护 （3）电源端反接保护做一做：反相输入放大器3.2低频功率放大器功率放大器是指供给最终负载较大信号功率的电路，以推动执行机构工作。

如：让扬声器发出优质的声音，使显像管的偏转线圈扫描，令继电器动作等。

3.2.1功率放大电路的要求与分类1．功率放大器的基本要求 （1）尽可能大的输出功率 （2）尽可能高的效率 （3）较小的非线性失真 （4）较好的散热装置 2．功率放大器的分类根据功放管静态工作点的不同，常用功率放大器可分为甲类、乙类和甲乙类三种，如图所示。

按功放输出端特点不同，又可分为变压器耦合功率放大器、无输出变压器功率放大器和无输出电容功率放大器等。

3.2.2双电源互补对称功率放大器双电源互补对称功率放大器，又称无输出电容功率放大器，简称OCL 电路。

OCL 基本电路结构如图所示。

图中VT 1、VT 2是一对特性对称的PNP 型管和NPN 型管，电路工作在乙类状态，两三极管的基极相连后作为输入端，射极连在一起作为信号的输出端，集电极则是输入、输出的公共端，所以，两只三极管均连接为射极输出器形式，输出端与负载采用直接耦合方式连接。