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(1)第 3 章多级放大电路. 本章学习要求 . 掌握多级放大电路电压放大倍数的计算；互补对称功率放大电路的工作原理；差动放大电路的工作原理及输入输出方式。. . 掌握集成运算放大器的性能特点。. . 掌握反馈极性和类型的判别方法。. . 理解差模放大倍数和共模抑制比的概念。. . 了解多级放大电路的耦合方式和频率特性；功率放大电路的特点和交越失真；负反馈对放大电路性能的影响。. 几乎在所有情况下，放大电路的输入信号都很微弱，一般为毫伏或微伏级，输入功率常在 1mW 以下。从单级放大电路的放大倍数来看，仅几十倍到一百多倍，输出的电压和功率都不大。为推动负载工作，必须由多级放大电路对微弱信号进行连续放大，方可在输出端获得必要的电压幅值或足够的功率。一般多级放大电路的组成如图 3-1 所示。中间级信号源～. 输入级. 电压放大级. 电压放大级. 推动级. 小信号放大电路. 图 3-1. 功率输出级. 负载. 功率放大电路. 多级放大电路的组成方框图. 根据信号源和负载性质的不同，对各级电路有不同要求。各级放大电路的第一级称为输入级（或前置级），一般要求有尽可能高的输入电阻和低的静态工作电流，后者以减小输入级的噪声；中间级主要提高电压放大倍数，但级数过多易产生自激振荡；推动级（或称激励级）输出一定信号幅度推动功率放大电路正作；功率放大电路则以一定功率驱动负载工作。本章介绍多级放大电路的耦合方式和分析方法；差动放大电路及功率放大电路的组成和工作原理；集成运算放大器的基本结构和主要参数；负反馈的概念、反馈极性及类型的判别以及负反馈对放大电路性能的影响。.

(2) 电子技术基础. 48. 3.1. 多级放大电路的耦合方式. 在多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的联接方式称为耦合。耦合方式有阻容耦合、变压器耦合和直接耦合三种。阻容耦合和变压器耦合只能放大交流信号。直接耦合既能放大交流信号，又能放大直流信号。由于变压器耦合在放大电路中的应用已经逐渐减少，所以本节只讨论阻容耦合和直接耦合两种耦合方式。 3.1.1 阻容耦合放大电路 1．阻容耦合放大电路的特点阻容耦合放大电路的各级之间通过耦合电容及下级输入电阻联接。图 3-2 所示为两级阻容耦合放大电路，两级之间通过耦合电容 C2 及下级输入电阻联接。耦合电容对交流信号的容抗必须很小，其交流分压作用可以忽略不计，以使前级输出信号电压差不多无损失地传送到后级输入端。信号频率愈低，电容值应愈大。耦合电容通常取几微法到几十微法。图 3-2 所示电路中，C1 为信号源与第一级放大电路之间的耦合电容，C3 是第二级放大电路与负载（或下一级放大电路）之间的耦合电容。信号源或前级放大电路的输出信号在耦合电阻上产生压降，作为后级放大电路的输入信号。 +UCC RC1 RB11 C1. +. + V1. + Rs us. +. ui. －. －. RB12. RC2. C2. RB21. RE1 + CE1 －. 图 3-2. C3 +. V2. + uo1. +. RL RB22. RE2. +. CE2. uo －. 阻容耦合放大电路. 阻容耦合放大电路在一般多级分立元件交流放大电路中得到广泛应用。阻容耦合方式的优点是各级放大电路的静态工作点互不影响，可以单独调整到合适位置，且不存在直接耦合放大电路的零点漂移问题。其缺点是不能用来放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号，且在集成电路中，由于难于制造容量较大的电容器，因此不能在集成电路中采用阻容耦合方式。 2．阻容耦合放大电路的分析由于阻容耦合放大电路级与级之间由电容隔开，静态工作点互不影响，故其静态工作点的分析计算方法与单级放大电路完全一样，各级分别计算即可。多级放大电路的动态分析一般采用微变等效电路法。至于两级放大电路的电压放大倍数，从图 3-2 可以看出，第一级的输出电压 U o1 即为第二级的输入电压 U i2 ，所以两级放大电路的.

(3) 第 3 章多级放大电路. 49. 电压放大倍数为：. U 式中 A u1  o1 U i. U U U A u  o  o1 o  A u1 A u 2 U i U i U o1 U U 为第一级的电压放大倍数， A u 2  o  o 为第二级的电压放大倍数。 U U o1. i2. 一般地，多级放大电路的电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。计算多级放大电路的电压放大倍数时应注意，计算前级的电压放大倍数时必须把后级的输入电阻考虑到前级的负载电阻之中。如计算第一级的电压放大倍数 A u1 时，其负载电阻就是第二级的输入电阻，即 RL1  ri 2 。多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电阻，输出电阻就是最后一级的输出电阻。例 3-1 在图 3-2 所示的两级阻容耦合放大电路中，已知 U CC  12 V， RB11  30 kΩ， RB21  15 kΩ ， RC1  3 kΩ ， RE1  3 kΩ ， RB12  20 kΩ ， RB22  10 kΩ ， RC2  2.5 kΩ ， RE2  2 kΩ， RL  5 kΩ，  1   2  50 ， U BE1  U BE2  0.7 V。求：. （1）各级电路的静态值；（2）各级电路的电压放大倍数 A u1 、 A u 2 和总电压放大倍数 A u ；（3）各级电路的输入电阻和输出电阻。解（1）静态值的估算。第一级： RB12 15 U CC   12  4（V） RB11  RB12 30  15 U  U BE1 4  0.7  I E1  B1   1.1（mA） RE1 3 I 1 .1 I B1  C1  （mA） 22（A）  1 50. U B1  I C1. U CE1  U CC  I C1 ( RC1  RE1 )  12  1.1  (3  3)  5.4（V）. 第二级： R B22 10 U CC   12  4（V） RB21  RB22 20  10 U  U BE2 4  0.7  I E2  B2   1.65（mA） RE2 2 I 1.65 I B2  C2  （mA） 33（A） 2 50. U B2  I C2. U CE2  U CC  I C2 ( RC2  RE2 )  12  1.65  (2.5  2)  4.62（V）（2）求各级电路的电压放大倍数 A u1 、 A u 2 和总电压放大倍数 A u 。首先画出图 3-2 电路. 的微变等效电路。如图 3-3 所示。.

(4) 电子技术基础. 50 第一级. Ib1. + Rs +  U s. 第二级. U i. RB11 RB12 rbe1. －. －. 图 3-3. Ib2. + RC1 U o1. Ib1. RB21 RB22. +. rbe2. －. RC2. Ib2. RL U o －. 图 3-2 电路的微变等效电路. 三极管 V1 的动态输入电阻为： rbe1  300  (1   1 ). 26 26  300  (1  50)   1500 (Ω)  1.5 (kΩ) I E1 1.1. 三极管 V2 的动态输入电阻为： rbe2  300  (1   2 ). 26 26  300  (1  50)   1100 (Ω)  1.1 (kΩ) I E2 1.65. 第二级输入电阻为： ri 2  RB21 // RB22 // rbe2  20 // 10 // 1.1  0.94 （kΩ）第一级等效负载电阻为：  R L1  R C1 // ri 2  3 // 0.94  0.72 （kΩ）. 第二级等效负载电阻为：  R L2  R C2 // R L  2.5 // 5  1.67 （kΩ）. 第一级电压放大倍数为：. R  50  0.72 A u1   1 L1    24 rbe1 1 .5 第二级电压放大倍数为：.  R  50  1.67 A u 2   2 L2    76 rbe2 1 .1 两级总电压放大倍数为： A u  A u1 A u 2  ( 24)  (76)  1824. （3）求各级电路的输入电阻和输出电阻。第一级输入电阻为： ri1  RB11 // RB12 // rbe1  30 // 15 // 1.5  1.3 （kΩ）. 第二级输入电阻已在上面求出，为 ri2=0.94 kΩ。第一级输出电阻为： ro1  RC1  3 （kΩ）.

(5) 第 3 章多级放大电路. 51. 第二级输出电阻为： ro2  RC2  2.5 （kΩ）. 第二级的输出电阻就是两级放大电路的输出电阻。 3．阻容耦合放大电路的频率特性和频率失真前面对放大电路的讨论仅限于中频范围，即信号频率不太高也不太低的情况。在所讨论的频段内，放大电路中所有电容的影响都可以忽略。因此，放大电路的各项指标均与信号频率无关，如电压放大倍数为一常数，输出信号对输入信号的相位偏移恒定（为π的整倍数）等。但随着信号频率的降低，耦合电容和发射极旁路电容的容抗增大，以致不可视为短路，因而造成电压放大倍数减小；而随着信号频率的增高，晶体管的结电容以及电路中的分布电容等的容抗减小，以致不可视为开路，也会使电压放大倍数降低。此外，在低频和高频段，输出信号对输入信号的相位移也要随信号频率而改变。所以，在整个频率范围内，电压放大倍数和相位移都将是频率的函数。电压放大倍数与频率的函数关系称为幅频特性，相位移与频率的函数关系称为相频特性，二者统称为频率特性或频率响应。阻容耦合单级放大电路的幅频特性曲线如图 3-4 所示，可见放大电路呈现带通特性。图中 fH 和 fL 为电压放大倍数下降到中频段电压放大倍数的 0.707 倍时所对应的两个频率，分别称为上限频率和下限频率。上限频率和下限频率的差称为通频带，用 BW 表示，即： BW  f H  f L ˙ A u ˙ A um ˙ 0.707A um. 通频带 BW 0. fL. 图 3-4. fH. f. 阻容耦合单级放大电路的幅频特性. 一般情况下，放大电路的输入信号都是非正弦信号，其中包含有许多不同频率的谐波成份。由于放大电路对不同频率的正弦信号放大倍数不同，相位移也不一样，所以当输入信号为包含多种谐波分量的非正弦信号时，若谐波频率超出通频带，输出电压 uo 的波形将产生失真。这种失真与放大电路的频率特性有关，故称为频率失真。为了尽可能减小输出信号的频率失真，这就要求放大电路的幅频特性在相当宽的频率范围内近似保持一致，即放大电路的通频带要尽可能宽。根据分析表明，旁路电容 CE 对低频特性的影响远大于耦合电容。所以，要改善低频特性，特别要增大 CE。但受到成本体积等因素的限制，CE 不可能选得太大，因此一般放大电路的下限频率 fL 主要由 CE 决定。放大电路的高.

(6) 电子技术基础. 52. 频特性主要受晶体管结电容及分布电容的影响，上限频率 fH 主要由这些电容的大小决定。 3.1.2 直接耦合放大电路直接耦合放大电路的前后级之间没有耦合电容。图 3-5 所示为两级直接耦合放大电路，两级之间直接用导线联接。在放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号时，必须采用直接耦合方式。在集成电路中，为了避免制造大容量电容的困难，也采用直接耦合方式。 +UCC RC1. RC2. RB1 V1. +. +. ui. uo1. －. －. 图 3-5. V2. + uo. RE2. －. 直接耦合放大电路. 直接耦合放大电路的放大原理及其分析方法与阻容耦合放大电路完全一样。因为没有耦合电容，所以直接耦合放大电路在低频段电压的放大倍数不会因信号频率的下降而降低。在高频段，晶体管的结电容以及电路中的分布电容等对信号电流的分流作用与阻容耦合放大电路一样不能忽略，所以随着信号频率的增高，电压放大倍数也会降低。直接耦合放大电路的幅频特性曲线如图 3-6 所示。 Au Aum 0.707Aum. 0 fH f. 图 3-6. 直接耦合放大电路的幅频特性. 直接耦合似乎很简单，其实它所带来的问题远比阻容耦合严重。其中主要有两个问题需要解决：一个是前、后级的静态工作点互相影响的问题；另一个是所谓零点漂移的问题。 1．前级与后级静态工作点的相互影响由图 3-5 可见，前级的集电极电位恒等于后级的基极电位，而且前级的集电极电阻 RC1 同时又是后级的偏流电阻，前、后级的静态工作点就互相影响，互相牵制。因此，在直接耦合放.

(7) 第 3 章多级放大电路. 53. 大电路中必须采取一定的措施，以保证既能有效地传递信号，又能使每一级有合适的静态工作点。常用的办法之一是提高后级的发射极电位。在图 3-5 中是利用 V2 的发射极电阻 RE2 上的压降来提高发射极的电位。这一方面能提高 V1 的集电极电位，增大其输出电压的幅度，另一方面又能使 V2 获得合适的工作点。在工程实践中，还有其他方法可以实现前、后级静态工作点的配合。 2．零点漂移一个理想的直接耦合放大电路，当输入信号为零时，其输出电压应保持不变（不一定是零）。但实际上，把一个多级直接耦合放大电路的输入端短接（ u i  0 ），测其输出端电压时，却如图 3-7 中记录仪所显示的那样，它并不保持恒值，而在缓慢地、无规则地变化着。这种现象就称为零点漂移，简称零漂。所谓漂移就是指输出电压偏离原来的起始值作上下漂动，看上去似乎像个输出信号，其实它是个假信号。当放大电路输入信号后，这种漂移就伴随着信号共存于放大电路中，两者都在缓慢地变动着，一真一假，互相纠缠在一起，难于分辨。当漂移量大到足以和信号量相比时，放大电路就更难工作了。因此，必须查明产生漂移的原因，并采取相应的抑制漂移的措施。 uo. 多级直接耦 ui=0. 合放大电路. uo t. 记录仪. 图 3-7. 直接耦合放大电路的零点漂移现象. 引起零点漂移的原因很多，如三极管参数（ICBO，UBE，β）随温度的变化，电源电压的波动，电路元件参数的变化等，其中温度的影响是最严重的。在多级放大电路各级的漂移当中，第一级的漂移影响最为严重。因为直接耦合，第一级的漂移被逐级放大，以致影响到整个放大电路的工作。所以，抑制漂移要着重于第一级。作为评价放大电路零点漂移的指标，只看其输出端漂移电压的大小是不充分的，必须同时考虑到放大倍数的不同。就是说，只有把输出端的漂移电压折合到输入端才能真正说明问题，即： u id . u od | A | u. 式中，uid 为输入端等效漂移电压； | A u | 为电压放大倍数；uod 为输出端漂移电压。.

(8) 电子技术基础. 54. 既然温度漂移是放大电路中的主要漂移成分，因此通常把对应于温度每变化 1℃在输出端的漂移电压折合到输入端作为一项衡量指标，用来确定放大电路的灵敏界限。较差的直接耦合放大电路的温度漂移约为几毫伏每度，较好的约为几微伏每度。显然，只有输入端等效漂移电压比输入信号小许多时，放大后的有用信号才能被很好地区分出来。因此，抑制零点漂移就成为制作高质量直接耦合放大电路的一个重要问题。. 3.2. 差动放大电路. 抑制零漂的方法有多种，如采用温度补偿电路、稳压电源以及精选电路元件等方法。最有效且广泛采用的方法是输入级采用差动放大电路。 3.2.1 差动放大电路的工作原理基本差动放大电路的结构如图 3-8 所示，它由完全相同的两个共发射极单管放大电路组成。要求两个晶体管特性一致，两侧电路参数对称。电路有两个输入端和两个输出端，输入信号 ui 加在两个输入端之间，输出信号 uo 由两个输出端之间取出，它们分别是两个单管放大电路输入电压和输出电压的差值，即： u i  u i1  u i 2 u o  u o1  u o2. 1．抑制零点漂移的原理在静态时， u i1  u i 2  0 ，即在图 3-8 中将两个输入端短路，此时由负电源 UEE 通过电阻 RE 和两管发射极提供两管的基极电流。由于电路的对称性，两管的集电极电流相等，集电极电位也相等，即： I C1  I C 2 U C1  U C 2. 故输出电压 u o  U C1  U C 2  0. 当温度发生变化时，例如当温度升高时，两管的集电极电流都会增大，集电极电位都会下降。由于电路是对称的，所以两管的变化量相等。即： I C1  I C2 U C1  U C2 虽然每个管都产生了零点漂移，但是，由于两管集电极电位的变化是互相抵消的，所以输出电压依然为零，即： u o  (U C1  U C1 )  (U C 2  U C 2 )  U C1  U C 2  0 可见零点漂移完全被抑制了。对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移（不管是什么原因引起的）都具有抑制作用，这是它的突出优点。.

(9) 第 3 章多级放大电路. 55. +UCC. RC. V1 + ui1. RC － + uo2 V2 －. + uo + uo1 －. RE. + ui2 －. －－UEE. 图 3-8. 基本差动放大电路. 2．信号输入当有信号输入时，对称差动放大电路（图 3-8）的工作情况可以分为下列几种输入方式来分析。（1）共模输入。若两个输入信号电压 ui1 和 ui2 的大小相等、极性相同，即 u i1  u i 2  u ic ，这样的输入称为共模输入。在共模输入信号作用下，对于完全对称的差动放大电路来说，显然两管的集电极电位变化相同，即 u o1  u o2 ，因而输出电压为： u o  u o1  u o2  0. 可见，差动放大电路对共模信号没有放大能力，共模电压放大倍数为： u Ac  o  0 u ic 实际上，差动放大电路对零点漂移的抑制就是该电路抑制共模信号的一个特例。因为折合到两个输入端的等效漂移电压如果相同，就相当于给放大电路加了一对共模信号。所以，差动放大电路抑制共模信号能力的大小，也反映出它对零点漂移的抑制水平。（2）差模输入。若两个输入信号电压 ui1 和 ui2 的大小相等、极性相反，即 u i1  u i 2 . 1 u id ， 2. 这样的输入称为差模输入。设 u i1  0 ， u i 2  0 ，则 V1 管集电极电流的增加量等于 V2 管集电极电流的减小量。这样，两个集电极电位一增一减，呈现异向变化，因而 V1 管集电极输出电压 uo2 与 V2 管集电极输出电压 uo2 大小相等、极性相反，即 u o1  u o2 ，输出电压为： u o  u o1  u o2  2u o1  0. 可见在差模输入信号的作用下，差动放大电路的输出电压为两管各自输出电压变化量的两倍，即差动放大电路对差模信号有放大能力。差模电压放大倍数为：.

(10) 电子技术基础. 56. Ad . u o 2u o1   Ad1 u id 2u i1. 与共发射极单管放大电路的电压放大倍数相同。（3）比较输入。两个输入信号电压的大小和相对极性是任意的，既非共模，又非差模，这种输入称为比较输入。比较输入在自动控制系统中是常见的。比较输入可以分解为一对共模信号和一对差模信号的组合，即： u i1  u ic  u id u i 2  u ic  u id. 式中. uic——共模信号； uid——差模信号。由以上两式可解得： 1 (u i1  u i 2 ) 2 1 u id  (u i1  u i 2 ) 2 u ic . 例如，比较输入信号为 u i1  10 mV ， u i 2  4 mV ，则共模信号为 u ic  3 mV ，差模信号为 u id  7 mV 。对于线性差动放大电路，可用叠加定理求得输出电压： uo1  Acuic  Ad uid uo2  Acuic  Ad uid uo  uo1  uo2  2 Ad uid  Ad (ui1  ui 2 ). 上式表明，输出电压的大小仅与输入电压的差值有关，而与信号本身的大小无关，这就是差动放大电路的差值特性。对于差动放大电路来说，差模信号是有用信号，要求对差模信号有较大的放大倍数；而共模信号是干扰信号，因此对共模信号的放大倍数越小越好。对共模信号的放大倍数越小，就意味着零点漂移越小，抗共模干扰的能力越强，当用作差动放大时，就越能准确、灵敏地反映出信号的偏差值。上面讨论的是理想情况，在一般情况下，电路不可能绝对对称，Ac≠0。为了全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力，引入共模抑制比，以 KCMR 表示。共模抑制比定义为 Ad 与 Ac 之比的绝对值，即： K CMR . 或用对数形式表示：. Ad Ac.

(11) 第 3 章多级放大电路. K CMR  20 lg. 57. Ad （dB） Ac. 用对数形式表示的共模抑制比的单位为分贝（dB）。显然，共模抑制比越大，表示电路放大差模信号和抑制共模信号的能力越强。发射极电阻 RE 的作用是为了提高整个电路以及单管放大电路对共模信号的抑制能力。例如，当温度升高时，两个晶体管发射极电流同时增大，流过发射极电阻 RE 的电流增加，发射极电位升高，使两管发射结压降同时减小，基极电流也都减小，从而阻止了两管集电极电流随温度升高而增大。这就稳定了两个单管放大电路的静态工作点，使它们的输出电压漂移减小，即减小了差动放大电路的零点漂移。而在差模信号输入时，由于两个单管放大电路的输入信号大小相等而极性相反，若输入信号使一个晶体管发射极电流增加多少，则必然会使另一个晶体管发射极电流减少多少。因此，流过发射极电阻的电流保持不变，发射极电位恒定，故 RE 对差模信号而言相当于短路，不影响差模放大倍数。由于零点漂移等效于共模输入，所以发射极电阻 RE 对于共模信号必然也有很强的抑制能力。显然，发射极电阻 RE 越大，对于零点漂移和共模信号的抑制作用越显著。但 RE 越大，产生的直流压降就越大。为了补偿 RE 上的直流压降，使发射极基本保持零电位，故增加负电源 UEE。当 RE 选得较大时，维持正常工作电流所需的负电源将很高，这显然是不可取的。为了解决这个矛盾，常常采用晶体管恒流源电路代替电阻 RE，如图 3-9（a）所示。 +UCC. +UCC RC +. R1 ui1. RC. uo －. RC V2. V1. ui2 ui1. RC. uo －. +. V2. V1. ui2. V3 R2. I. RE －UEE (a). 图 3-9. －UEE (b). 具有恒流源的差动放大电路. （a）具有恒流源的差动放大电路；（b）简化电路. 恒流源的静态电阻很小，UEE 不需要太高就可以得到合适的工作电流。但恒流源的动态电阻极大，当共模输入或温度变化引起发射极电流改变时，将呈现极大的动态电阻，对零点漂移和共模信号将产生极强的抑制作用。为了简便起见，通常将恒流源电路用电流源符号表示，如.

(12) 电子技术基础. 58. 图 3-9（b）所示。 3.2.2 差动放大电路的输入输出方式差动放大电路有两个输入端和两个输出端，除了前面讨论的双端输入双端输出式电路以外，还经常采用单端输入方式和单端输出方式。共有 4 种输入输出方式的差动放大电路，其中图 3-10（a）为双端输入双端输出方式，图 3-10（b）为双端输入单端输出方式，图 3-10（c）为单端输入双端输出方式，图 3-10（d）为单端输入单端输出方式。 +UCC. +UCC. RC +. V2. V1. + ui1 －. +. + ui1 －. + ui2 －. I. RC. RC. RC. uo －. RC. V1. + ui1 －. + uo －. V2. I. －UEE (a). －UEE. +UCC. +UCC. (b). RC. RC. uo － V2. V1. + ui2 －. + ui1 －. I. RC. V1. + uo －. V2. I －UEE. －UEE (c). (d). 图 3-10. 差动放大电路的输入输出方式. （a）双端输入双端输出；（b）双端输入单端输出；（c）单端输入双端输出；（d）单端输入单端输出. 图 3-10（b）所示的双端输入单端输出式电路，输出信号 uo 与输入信号 ui1 极性（或相位）相反，而与 ui2 极性（或相位）相同。所以 uil 输入端称为反相输入端，而 ui2 输入端称为同相输入端。双端输入单端输出方式是集成运算放大器的基本输入输出方式。图 3-10（c）、（d）所示的单端输入式差动放大电路，输入信号只加到放大电路的一个输入端，另一个输入端接地。由于两个晶体管发射极电流之和恒定，所以当输入信号使一个晶体.

(13) 第 3 章多级放大电路. 59. 管发射极电流改变时，另一个晶体管发射极电流必然随之作相反的变化，情况和双端输入时相同。此时由于恒流源等效电阻或发射极电阻 RE 的耦合作用，两个单管放大电路都得到了输入信号的一半，但极性相反，即为差模信号。所以，单端输入属于差模输入。图 3-10（b）、（d）所示的单端输出式差动电路，输出减小了一半，所以差模放大倍数亦减小为双端输出时的二分之一。此外，由于两个单管放大电路的输出漂移不能互相抵消，所以，零漂比双端输出时大一些。由于恒流源或射极电阻 RE 对零点漂移有极强的抑制作用，零漂仍然比单管放大电路小得多。所以，单端输出时仍常采用差动放大电路，而不采用单管放大电路。. 3.3. 互补对称功率放大电路. 多级放大电路的最后一级总要带动一定的负载，如扬声器、电动机、继电器等。负载通常都要求一定的激励功率才能正常工作，所以多级放大电路的末级一般为功率放大电路，即功率放大电路也是构成多级放大电路的基本单元电路。 3.3.1 功率放大电路的特点及类型 1．功率放大电路的特点功率放大电路的任务是向负载提供足够大的功率，这就要求功率放大电路不仅要有较高的输出电压，还要有较大的输出电流。因此功率放大电路中的晶体管通常工作在高电压大电流状态，晶体管的功耗也比较大。对晶体管的各项指标必须认真选择，且尽可能使其得到充分利用。因为功率放大电路中的晶体管处在大信号极限运用状态，非线性失真也要比小信号的电压放大电路严重得多。此外，功率放大电路从电源取用的功率较大，为提高电源的利用率，必须尽可能提高功率放大电路的效率。放大电路的效率是指负载得到的交流信号功率与直流电源供出功率的比值。 2．功率放大电路的类型根据工作状态的不同，功率放大电路可分为甲类、乙类和甲乙类 3 种不同的类型，如图 3-11 所示。甲类功率放大电路的静态工作点设置在交流负载线的中点，如图 3-11（a）所示。在工作过程中，晶体管始终处于导通状态。由于静态工作点较高，晶体管的功率损耗较大，放大电路的效率较低，最高只能达到 50％。乙类功率放大电路的静态工作点设置在交流负载线的截止点，如图 3-11（b）所示。晶体管仅在输入信号的半个周期导通。由于静态工作点设置在截止点，功率损耗减到最少，使效率大大提高。甲乙类功率放大电路的静态工作点介于甲类和乙类之间，如图 3-11（c）所示。晶体管有不大的静态偏流。其失真情况和效率介于甲类和乙类之间。.

(14) 电子技术基础. 60 iC. iC. uCE. 0. iC. uCE. 0. (a). (b). 图 3-11. uCE. 0 (c). 功率放大电路的 3 种工作状态. （a）甲类；（b）乙类；（c）甲乙类. 3.3.2 互补对称功率放大电路为了使功率放大电路既有尽可能高的效率，又有尽可能小的失真，常采用工作于甲乙类或乙类状态的互补对称功率放大电路。 1．OCL 功率放大电路由双电源供电的互补对称功率放大电路又称无输出电容的功率放大电路，简称 OCL 电路，其原理电路如图 3-12（a）所示。图中 V1 为 NPN 管，V2 为 PNP 管，两管特性基本上相近。两管的发射极相联接到负载上，基极相联作为输入端。静态（ u i  0 ）时， U B  0 ，由于 V1、V2 两管对称，因此 U E  0 ，故偏置电压为零， V1、V2 均处于截止状态，负载中没有电流，电路工作在乙类状态。动态（ u i  0 ）时，在 ui 的正半周 V1 导通而 V2 截止，V1 以射极输出器的形式将正半周信号输出给负载；在 ui 的负半周 V2 导通而 V1 截止，V2 以射极输出器的形式将负半周信号输出给负载。可见在输入信号 ui 的整个周期内，V1、V2 两管轮流交替地工作，互相补充，使负载获得完整的信号波形，故称为互补对称电路。由于 V1、V2 都工作在共集电极接法，输出电阻极小，可与低阻负载 RL 直接匹配。电路的工作波形如图 3-12（b）所示。从图 3-12（b）的工作波形可以看到，在波形过零的一个小区域内输出波形产生了失真，这种失真称为交越失真。产生交越失真的原因，是由于 V1、V2 发射结静态偏压为零，放大电路工作在乙类状态。当输入信号 ui 小于晶体管的发射结死区电压时，两个晶体管都截止，在这一区域内输出电压为零，使波形失真。为减小交越失真，可给 V1、V2 发射结加适当的正向偏压，以便产生一个不大的静态偏流，使 V1、V2 导通时间稍微超过半个周期，即工作在甲乙类状态，如图 3-13 所示。图中二极管 VD1、VD2 用来提供偏置电压。静态时三极管 V1、V2 虽然都已基本导通，但因它们对称，UE 仍为零，负载中仍无电流流过。.

(15) 第 3 章多级放大电路. 61. ui t. 0. +UCC. uo1 ic1. t. 0. V1. uo2 ic2. + ui －. V2. RL. + uo －. t. 0 uo. 交越失真 t. 0. －UCC (a). (b). 图 3-12. 乙类 OCL 功率放大电路. （a）电路图；（b）工作波形. 2．OTL 功率放大电路 OCL 功率放大电路需要正、负两个电源。但实际电路多采用单电源供电，如收音机、扩音机等。为此，可用一个大容量的电容器代替 OCL 电路中的负电源，组成所谓无输出变压器的功率放大电路，简称 OTL 电路。图 3-14 所示为工作在甲乙类状态的 OTL 功率放大电路。 +UCC. +UCC. R1. R1 V1. +. V1. R2. ui. VD1. －. VD2. RL V2. R3. 图 3-13. + uo －. －UCC. 甲乙类 OCL 电路. +. R2. ui. VD1. －. VD2. +C RL V2. + uo －. R3. 图 3-14 甲乙类 OTL 电路. 因电路对称，静态时两个晶体管发射极联接点电位为电源电压的一半，负载中没有电流。动态时，在 ui 的正半周 V1 导通而 V2 截止，V1 以射极输出器的形式将正半周信号输出给负载，同时对电容 C 充电；在 ui 的负半周 V2 导通而 V1 截止，电容 C 通过 V2、RL 放电，V2 以射极输出器的形式将负半周信号输出给负载，电容 C 在这时起到负电源的作用。为了使输出波形对称，必须保持电容 C 上的电压基本维持在 UCC/2 不变，因此 C 的容量必须足够大。把互补对称功率放大电路和前置放大电路一起制作在同一硅片上，就成为集成功率放大器。集成功率放大器的种类很多，用途及使用方法各异，使用时可查阅有关手册。.

(16) 电子技术基础. 62. 在功率放大电路中，大功率晶体管的功耗较大，如不采取有效措施，会使功率管因结温过高而烧坏。给功率管安装表面积足够大的散热器，改善其散热条件，可有效地降低结温，保证安全，从而在相同条件下大大提高功率管的最大允许功耗，提高其效率。通常采用由纯铝轧制而成的散热器型材。在安装时，应使晶体管与散热器良好接触，以提高散热效果。. 3.4. 集成运算放大器. 传统的放大电路由分立元件构成，就是由各种单个元件联接起来的电子电路，这种由分立元件构成的电路称为分立电路。集成电路是相对于分立电路而言的，就是把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的整体。近年来，集成电路正在逐渐取代分立电路，它打破了分立元件和分立电路的设计方法，实现了材料、元件和电路及系统的统一。它与由晶体管等分立元件联成的电路比较，体积更小，重量更轻，功耗更低。又由于减少了电路的焊接点而提高了工作的可靠性，并且价格也较便宜。同时也使电路设计人员摆脱了从电路设计、元件选配到组装调试等一系列的繁琐过程，大大缩短了电子设备的制造周期。所以集成电路的问世，是电子技术的一个新的飞跃，进入了微电子学时代，从而促进了各个科学技术领域先进技术的发展。就集成度而言，集成电路有小规模、中规模、大规模和超大规模集成电路之分。目前的超大规模集成电路，每块芯片上制有上亿个元件，而芯片面积只有几十平方毫米。就导电类型而言，有双极型、单极型（场效应管）和两者兼容的集成电路。就功能而言，集成电路有数字集成电路和模拟集成电路，而后者又有集成运算放大器、集成功率放大器、集成稳压电源和集成数模和模数转换器等许多种。本章所讲的主要是集成运算放大器。至于其他集成器件，将在后面各章中分别介绍。集成运算放大器简称集成运放，是应用最广泛的集成放大器，最早用于模拟计算机，对输入信号进行模拟运算，并由此而得名。集成运算放大器作为基本运算单元，可以完成加减、积分和微分、乘除等数学运算。集成运放具有可靠性高、使用方便、放大性能好（如极高的放大倍数、较宽的通频带、很低的零漂等）等特点。随着技术指标的不断提高和价格日益降低，作为一种通用的高性能放大器，目前已广泛应用于自动控制、精密测量、通信、信号运算、信号处理、波形产生及电源等电子技术应用的各个领域。 3.4.1 集成运算放大器的特点集成运算放大器的一些特点与其制造工艺是紧密相关的，主要有以下几点：（1）在集成电路工艺中难于制造电感元件。制造容量大于 200pF 的电容也比较困难，而且性能很不稳定，所以集成电路中要尽量避免使用电容器。而运算放大器各级之间都采用直接耦合，基本上不采用电容元件，因此适合于集成化的要求。必须使用电容器的场合，也大多采.

(17) 第 3 章多级放大电路. 63. 用外接的办法。（2）运算放大器的输入级都采用差动放大电路，它要求两管的性能应该相同。而集成电路中的各个晶体管是通过同一工艺过程制作在同一硅片上的。容易获得特性相近的差动对管。又由于管子在同一硅片上，温度性能基本保持一致，因此，容易制成温度漂移很小的运算放大器。（3）在集成电路中，比较合适的阻值大致为 10Ω～30kΩ。制作高阻值的电阻成本高，占用面积大，且阻值偏差大（10％～20％）。因此，在集成运算放大器中往往用晶体管恒流源代替电阻。必须用直流高阻值电阻时，也常采用外接方式。（4）集成电路中的二极管都采用晶体管构成，把发射极、基极、集电极三者适当组配使用。 3.4.2 集成运算放大器的组成集成运放是一种高电压放大倍数（通常大于 104）的多级直接耦合放大器，内部电路通常由输入级、中间级、输出级和偏置电路 4 个部分组成，如图 3-15（a）所示。集成运放的电路符号如图 3-15（b）所示。它有两个输入端，标“+”的输入端称为同相输入端，输入信号由此端输入时，输出信号与输入信号相位相同；标“－”的输入端称为反相输入端，输入信号由此端输入时，输出信号与输入信号相位相反。中间级. 输出级. Δ. 输入级. 反相输入端－ u－ u+ + 同相输入端. 偏置电路 (a). 图 3-15. A +. uo. (b). 集成运算放大器的组成框图和电路符号. （a）集成运算放大器的组成框图；（b）集成运算放大器的电路符号. 输入级是提高集成运放质量的关键部分，通常由具有恒流源的双端输入、单端输出的差动放大电路构成，其目的是为了减小放大电路的零点漂移、提高输入阻抗。中间级主要用于电压放大。为获得较高的电压放大倍数，中间级通常由带有源负载（即以恒流源代替集电极负载电阻）的共发射极放大电路构成。输出级通常采用互补对称射极输出电路，其目的是为了减小输出电阻，提高电路的带负载能力，此外输出级还附有保护电路，以防意外短路或过载时造成损坏。偏置电路的作用是为上述各级电路提供稳定、合适的偏置电流，决定各级的静态工作点，一般由各种恒流源电路构成。 3.4.3 集成运放的主要参数及种类 1．集成运放的主要参数集成运放的性能可以用各种参数反映，主要参数如下：（1）差模开环电压放大倍数 Ado。指集成运放本身（无外加反馈回路）的差模电压放大.

(18) 电子技术基础. 64. 倍数，即 Ado . uo 。它体现了集成运放的电压放大能力，一般在 104～107 之间。Ado 越大， u  u. 电路越稳定，运算精度也越高。（2）共模开环电压放大倍数 Aco。指集成运放本身的共模电压放大倍数，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 Aco 应接近于零。（3）共模抑制比 KCMR。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。（4）差模输入电阻 rid。指差模信号作用下集成运放的输入电阻。（5）输入失调电压 Uio。指为使输出电压为零，在输入级所加的补偿电压值。它反映差动放大部分参数的不对称程度，显然越小越好，一般为毫伏级。（6）失调电压温度系数ΔUio／ΔT。是指温度变化ΔT 时所产生的失调电压变化ΔUio 的大小，它直接影响集成运放的精确度，一般为几十微伏每度。（7）转换速率 SR。衡量集成运放对高速变化信号的适应能力，一般为几伏每微秒，若输入信号变化速率大于此值，输出波形会严重失真。其他还有输入偏置电流、输出电阻、输入失调电流、失调电流温度系数、输入差模电压范围、输入共模电压范围、最大输出电压、静态功耗等。 2．集成运放的种类目前国产集成运放种类很多，根据用途不同可分为：（1）通用型。性能指标适合一般性使用，其特点是电源电压适应范围广，允许有较大的输入电压等，如 CF741 等。（2）低功耗型。静态功耗小于或等于 2mW，如 XF253 等。（3）高精度型。失调电压温度系数在 1μV／℃左右，能保证组成的电路对微弱信号检测的准确性，如 CF75、CF7650 等。（4）高阻型。输入电阻可达 1012Ω，如 F55 系列等。还有宽带型、高压型等。使用时须查阅集成运放手册，详细了解它们的各种参数，作为使用和选择的依据。 3.4.4 集成运放的理想模型在分析计算集成运放的应用电路时，为了使问题分析简化，通常可将运放看作一个理想运算放大器，即将运放的各项参数都理想化。集成运放的理想参数主要有：（1）开环电压放大倍数 Ado   。（2）输入电阻 ri   。（3）输出电阻 ro  0 。（4）共模抑制比 K CMR   。由于集成运放的实际参数与理想运放十分接近，在分析计算时用理想运放代替实际运放.

(19) 第 3 章多级放大电路. 65. 所引起的误差并不严重，在工程上是允许的，但这样的处理使分析计算过程大为简化。理想运放的电路符号如图 3-16（a）所示，图中的∞表示开环电压放大倍数为无穷大的理想化条件。图 3-16（b）所示为集成运放的电压传输特性，它描述了输出电压与输入电压之间的关系。该传输特性分为线性区和非线性区（饱和区）。当运放工作在线性区时，输出电压 uo 和输入电压 ui（  u   u  ）是一种线性关系，即： u o  Ado u i  Ado (u   u  ) uo UOM Δ. u－ u+. 理想特性实际特性. ∞. － +. +. 0. uo. u+-u－. -UOM (a). 图 3-16. (b). 理想运放的电路符号和电压传输特性. （a）理想运放的电路符号；（b）运放的电压传输特性. 这时集成运放是一个线性放大元件。但由于集成运放的开环电压放大倍数极高，只有输入电压 u i  u   u  极小（近似为零）时，输出电压 uo 与输入电压 ui 之间才具有线性关系。当 ui 稍大一点时，运放便进入非线性区。运放工作在非线性区时，输出电压为正或负饱和电压（± UOM），与输入电压 u i  u   u  的大小无关。即可近似认为：当 u i  0 ，即 u   u  时， u o  U OM ；当 u i  0 ，即 u   u  时， u o  U OM 。为了使运放能在线性区稳定工作，通常把外部元器件如电阻、电容等跨接在运放的输出端与反相输入端之间构成闭环工作状态，即引入深度电压负反馈，以限制其电压放大倍数。工作在线性区的理想运放，利用上述理想参数可以得出以下两条重要结论：（1）因 Rid   ，故有 i   i   0 ，即理想运放两个输入端的输入电流为零。由于两个输入端并非开路而电流为零，故称为“虚断”。（2）因 Ado  0 ，故有 u   u  ，即理想运放两个输入端的电位相等。由于两个输入端电位相等，但又不是短路，故称为“虚短” 。如果信号从反相输入端输入，而同相输入端接地，即 u   0 ，这时必有 u   0 ，即反相输入端的电位为“地”电位，通常称为“虚地”。上述两条重要结论是分析理想运放线性运用时的基本依据。. 3.5. 放大电路中的负反馈. 反馈在科学技术中的应用非常广泛，通常的自动调节和自动控制系统都是基于反馈原理.

(20) 电子技术基础. 66. 构成的。利用反馈原理还可以实现稳压、稳流等。在放大电路中引入适当的反馈，可以改善放大电路的性能，实现有源滤波及模拟运算，也可以构成各种振荡电路等。 3.5.1 反馈的基本概念将放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部，通过某种电路（反馈电路）送回到输入回路，从而影响输入信号的过程称为反馈。反馈到输入回路的信号称为反馈信号。根据反馈信号对输入信号作用的不同，反馈可分为正反馈和负反馈两大类型。反馈信号增强输入信号的叫做正反馈；反馈信号削弱输入信号的叫做负反馈。图 3-17 所示为负反馈放大电路的原理框图，它由基本放大电路、反馈网络和比较环节 3 部分组成。基本放大电路由单级或多级组成，完成信号从输入端到输出端的正向传输。反馈网络一般由电阻元件组成，完成信号从输出端到输入端的的反向传输，即通过它来实现反馈。图中箭头表示信号的传输方向，xi、xo、xf 和 xd 分别表示外部输入信号、输出信号、反馈信号和基本放大电路的净输入信号，它们既可以是电压，也可以是电流。比较环节实现外部输入信号与反馈信号的叠加，以得到净输入信号 xd。 xi. xd. + －. xf. 基本放大电路 A. xo. 反馈网络 F. 图 3-17. 负反馈放大电路的原理框图. 设基本放大电路的放大倍数为 A，反馈网络的反馈系数为 F，则由图 3-17 可得： xd  xi  xf x o  Ax d x f  Fx o. 若 xi、xf 和 xd 三者同相，则 x d  x i ，即反馈信号起了削弱净输入信号的作用，引入的是负反馈。反馈放大电路的放大倍数为： Af . xo xo A   xi x d  x f 1  AF. 通常称 Af 为反馈放大电路的闭环放大倍数， A 为开环放大倍数， | 1  AF | 为反馈深度。从上式可知，若 | 1  AF | 1 ，则 Af  A ，说明引入反馈后，由于净输入信号的减小，使放大倍数降低了，引入的是负反馈，且反馈深度的值越大（即反馈深度越深），负反馈的作用越强，Af 也越小。若 | 1  AF | 1 ，则 Af  A ，说明引入反馈后，由于净输入信号的增强，使放大倍数增大了，引入的是正反馈。反馈的正、负极性通常采用瞬时极性法判别。晶体管、场效应管及集成运算放大器的瞬.

(21) 第 3 章多级放大电路. 67. 时极性如图 3-18 所示。晶体管的基极（或栅极）和发射极（或源极）瞬时极性相同，而与集电极（或漏极）瞬时极性相反。集成运算放大器的同相输入端与输出端瞬时极性相同，而反相输入端与输出端瞬时极性相反。在应用瞬时极性法判别反馈的类型时，可先任意设定输入信号的瞬时极性为正或为负（以 或标记），然后沿反馈环路逐步确定反馈信号的瞬时极性，再根据它对输入信号的作用（增强或削弱），即可确定反馈极性。 A. Δ. －. +. －. －. +. +. +. +. +. (a). (b). 图 3-18. (c). 晶体管、场效应管及集成运算放大器的瞬时极性. （a）晶体管；（b）场效应管；（c）集成运算放大器. 例 3-2 判断图 3-19 所示各电路的反馈极性。 +UCC. + ui －. C1. +. +. ui. RB2. －  + u f RE －. －. RL. uo －. ∞. + ud － +. +. V ube. R2. . ui.  +. R1. (a). Rf.  + uf －. (b). 图 3-19. R2. ∞. + + ud －－. uo.  + uf －. . Δ. . +. C2. Δ. RC RB1. R1. +. . uo. Rf. (c). 例 3-2 的电路图. 解对图 3-19（a）电路，设基极输入信号 ui 的瞬时极性为正，则发射极反馈信号 uf 的瞬时极性亦为正，发射结上实际得到的信号（净输入信号） ube  ui  uf 与没有反馈时相比减小了，即反馈信号削弱了输入信号的作用，故可确定为负反馈。对图 3-19（b）电路，设输入信号 ui 瞬时极性为正，则输出信号 uo 的瞬时极性为负，经 Rf 返送回同相输入端，反馈信号 uf 的瞬时极性为负，净输入信号 ud  ui  uf 与没有反馈时相比增大了，即反馈信号增强了输入信号的作用，故可确定为正反馈。同理可判断图 3-19（c）电路引入的为负反馈。 3.5.2 负反馈的类型及其判别在放大电路中广泛引入负反馈来改善放大电路的性能，但不同类型的负反馈对放大电路.

(22) 电子技术基础. 68. 性能的影响各不相同。根据反馈信号是取自输出电压还是取自输出电流，可将反馈分为电压反馈和电流反馈。电压反馈的反馈信号 xf 取自输出电压 uo，xf 与 uo 成正比。电流反馈的反馈信号 xf 取自输出电流 io，xf 与 io 成正比。根据反馈网络与基本放大电路在输入端的联接方式，可将反馈分为串联反馈和并联反馈。串联反馈的反馈信号和输入信号以电压串联方式叠加，即 u d  u i  u f ，以得到基本放大电路的净输入电压 ud。并联反馈的反馈信号和输入信号以电流并联方式叠加，即 i d  i i  i f ，以得到基本放大电路的净输入电流 ii。综合以上两种情况，可构成电压串联、电压并联、电流串联和电流并联 4 种不同类型的负反馈放大电路。图 3-20 所示为由集成运放构成的 4 种不同类型的负反馈放大电路。根据瞬时极性法可判定图 3-20 所示的 4 个电路引入的均为负反馈。电压反馈和电流反馈的判别，通常是将放大电路的输出端交流短路（即令 u o  0 ），若反馈信号消失，则为电压反馈，否则为电流反馈。在图 3-20（a）所示的电路中，当输出端交流短路时，Rf 直接接地，反馈电压 uf=0，即反馈信号消失，故为电压反馈。在图 3-20（c）所示的电路中，当将其输出端交流短路时，尽管 uo=0，但输出电流 io 仍随输入信号而改变，在 R 上仍有反馈电压 uf 产生，故可判定为电流反馈。 Δ. R2 ui. uo. +. R1 ii. id. ui R2. R1. (b) if. ∞. +. Rf. io R1 i i. + RL + uf －. + uo －. id. ui. Δ. + ud －－. uo. +. +. Rf. Δ. R2. ∞. －. (a) ui. Rf Δ. + uf －. if. ∞. + + ud －－. － R2 +. ∞ io + RL. R. + uo －. R. (c). (d). 图 3-20. 4 种不同类型的负反馈放大电路. （a）电压串联负反馈；（b）电压并联负反馈；（c）电流串联负反馈；（d）电流并联负反馈.

(23) 第 3 章多级放大电路. 69. 同理，可判定图 3-20（b）所示电路引入的是电压反馈，而图 3-20（d）所示电路引入的是电流反馈。串联反馈和并联反馈可以根据电路结构判别。当反馈信号和输入信号接在放大电路的同一点（另一点往往是接地点）时，一般可判定为并联反馈；而接在放大电路的不同点时，一般可判定为串联反馈。在图 3-20（a）、（c）所示的电路中，输入信号 ui 加在集成运算放大器的同相输入端和地之间，而反馈信号 uf 却加在集成运算放大器的反相输入端和地之间，不在同一点，故为串联反馈。而对于图 3-20（b）、（d）所示的电路，输入信号 ui 加在集成运算放大器的反相输入端和地之间，而输出信号经 Rf 也反馈到集成运算放大器的反相输入端和地之间，在同一点，故为并联反馈。 3.5.3 负反馈对放大电路性能的影响负反馈放大电路中，反馈信号削弱了输入信号，使净输入信号减小，放大倍数下降。但是，其他指标却可以因此而得到改善。 1．稳定放大倍数为讨论方便，设放大电路在中频段工作，反馈网络由电阻组成，则 A、F 和 Af 均为实数。即： Af . A 1  AF. 上式对 A 求导数 Af dAf 1  AF  AF 1 1    dA (1  AF ) 2 (1  AF ) 2 1  AF A. 整理，得： dAf 1 dA  Af 1  AF A dAf ——闭环放大倍数的相对变化率； Af dA ——开环放大倍数的相对变化率。 A. 式中. 对负反馈放大电路，由于 1  AF  1 ，所以. dAf dA  。上述结果表明，由于外界因素的 Af A. 影响，使开环放大倍数 A 有一个较大的相对变化率时，由于引入负反馈，闭环放大倍数的相 1 对变化率为开环放大倍数相对变化率的，所以闭环放大倍数的稳定性优于开环放大 1  AF 倍数。例如，某放大电路的开环放大倍数 A  1000 ，由于外界因素（如温度、电源波动、更换元.

(24) 电子技术基础. 70. 件等）使其相对变化了. dA  10% ，若反馈系数 F  0.009 ，则闭环放大倍数的相对变化为 A. dAf  1% 。可见放大倍数的稳定性大大提高了。但此时的闭环放大倍数为 A f  100 ，比开环 Af. 放大倍数显著降低，即用降低放大倍数的代价换取提高放大倍数的稳定性。负反馈越深，放大倍数越稳定。在深度负反馈条件下，即 1  AF  1 时，有： A 1 Af   1  AF F 上式表明深度负反馈时的闭环放大倍数仅取决于反馈系数 F，而与开环放大倍数 A 无关。通常反馈网络仅由电阻构成，反馈系数 F 十分稳定。所以，闭环放大倍数必然是相当稳定的，诸如温度变化、参数改变、电源电压波动等明显影响开环放大倍数的因素，都不会对闭环放大倍数产生多大影响。 2．减小非线性失真一个无负反馈的放大电路，即使设置了合适的静态工作点，由于存在三极管等非线性元件，也会产生非线性失真。当输入信号为正弦波时，输出信号不是正弦波，比如产生了正半周大负半周小的非线性失真，如图 3-21（a）所示。引入负反馈可以使非线性失真减小。因为引入负反馈后，这种失真了的信号经反馈网络又送回到输入端，与输入信号反相叠加，得到的净输入信号为正半周小而负半周大。这样正好弥补了放大电路的缺陷，使输出信号比较接近于正弦波，如图 3-21（b）所示。. xi xi. A. xo. xd. + － xf. (a). A. xo. F (b). 图 3-21. 负反馈对非线性失真的改善. （a）无反馈时波形失真；（b）加负反馈时改善失真. 3．展宽通频带前已述及，放大电路对不同频率信号的放大倍数不同，只有在通频带范围内的信号，放大倍数才可视为基本一致，可以得到正常的放大。因此，对于频率范围较宽的信号，通常要求放大电路具有较宽的通频带。引入负反馈可以展宽放大电路的通频带。这是因为放大电路在中频段的开环放大倍数 A 较高，反馈信号也较大，因而净输入信号降低得较多，闭环放大倍数 Af 也随之降低较多；而在低频段和高频段，A 较低，反馈信号较小，因而净输入信号降低得较小，闭环放大倍数 Af 也降低较小。这样使放大倍数在比较宽的频段上趋于稳定，即展宽了通频带，如图 3-22 所示。.

(25) 第 3 章多级放大电路. 71. A 0.707A Af 0.707Af 0. 图 3-22. fLf fL. fH fHf. f. 负反馈展宽放大电路的通频带. 4．改变输入电阻和输出电阻负反馈对输入电阻和输出电阻的影响，因反馈方式而异。对输入电阻的影响仅与输入端反馈的联接方式有关。对于串联负反馈，由于反馈网络和输入回路串联，总输入电阻为基本放大电路本身的输入电阻与反馈网络的等效电阻两部分串联相加，故可使放大电路的输入电阻增大。对于并联负反馈，由于反馈网络和输入回路并联，总输入电阻为基本放大电路本身的输入电阻与反馈网络的等效电阻两部分并联，故可使放大电路的输入电阻减小。对输出电阻的影响仅与输出端反馈的联接方式有关。对于电压负反馈，由于反馈信号正比于输出电压，反馈的作用是使输出电压趋于稳定，使其受负载变动的影响减小，也就是使放大电路的输出特性接近理想电压源特性，故而使输出电阻减小。对于电流负反馈，由于反馈信号正比于输出电流，反馈的作用是使输出电流趋于稳定，使其受负载变动的影响减小，也就是使放大电路的输出特性接近理想电流源特性，故而使输出电阻增大。在电路设计中，可根据对输入电阻和输出电阻的具体要求，引入适当的负反馈。例如，若希望减小放大器的输出电阻，可引入电压负反馈；若希望提高输入电阻，可引入串联负反馈等。引入负反馈可以稳定放大倍数，减小非线性失真，展宽通频带，按需要改变输入电阻和输出电阻等。一般来说，反馈越深，效果越显著。但是，也并非反馈越深越好，因为性能的改善是以牺牲放大倍数为代价的，反馈越深，放大倍数下降越多。. 本. 章. 小. 结. （1）多级放大电路由单级放大电路联接而成，级间可采用阻容耦合或直接耦合方式。第一级一般要求有较高的输入电阻，以减小信号源电流，通常采用场效应管放大电路或射极跟随器。而末级通常采用射极跟随器，以便得到较低的输出电阻，与低阻的负载相匹配；或者采用功率放大器，以便供给负载足够的功率。（2）在直接耦合放大电路中零点漂移变得异常突出，差动放大电路可有效地抑制零点漂移。差动放大电路是利用两个相同的单管放大电路相互补偿，依靠电路的对称性来抑制零点漂移。零点漂移可以等效为共模输入信号，所以差动放大电路具有很强的共模抑制能力。典型的.

(26) 电子技术基础. 72. 差动放大电路为双端输入双端输出方式。为了和一端接地的信号源联接，亦可采用单端输入。而为了和一端接地的负载联接，亦可采用单端输出。其中双端输入单端输出方式通常用作集成运算放大器的输入级。（3）功率放大电路具有较大的输出功率，晶体管工作在大信号极限运用状态，为减小晶体管的损耗和提高电源的利用率，通常晶体管工作在乙类或甲乙类状态。（4）集成运算放大器是一种输入电阻高、输出电阻低、电压放大倍数高的直接耦合放大电路，其内部主要由差动式输入级、中间级、互补对称式输出级及偏置电路组成。实际运放的特性与理想运放十分接近，在分析运放应用电路时，一般将实际运放视作理想运放。运放引入负反馈后工作在线性区，虚断和虚短是分析运放线性应用时的重要概念和基本依据。若运放工作在开环状态（非线性区），其作用如同一个开关，输出电压只有正、负饱和电压两种状态。（5）负反馈对放大电路的性能有着广泛的影响。引入负反馈可稳定放大倍数（同时减小放大倍数）、展宽通频带、减小非线性失真、增大或减小输入电阻和输出电阻。负反馈有电压串联、电压并联、电流串联和电流并联 4 种不同的类型，实际应用中可根据不同的要求引入不同的反馈方式。. 习 3-1. 题. 三. 图 3-23 所示为两级阻容耦合放大电路，已知 U CC  12 V， RB11  RB21  20 kΩ，. RB12  RB22  10 kΩ， RC1  RC2  2 kΩ， RE1  RE2  2 kΩ， RL  2 kΩ，  1   2  50 ， U BE1  U BE2  0.6 V。. （1）求前、后级放大电路的静态值；（2）画出微变等效电路；（3）求各级电压放大倍数 A u1 、 A u 2 和总电压放大倍数 A u 。 +UCC RC1 RB11 C1. +. + ui. +. C2. RB21. RC2 +. V1. C3 +. V2 RL. RB12. RE1 CE1. + RB22. RE2 CE2 +. uo －. －. 图 3-23. 3-2. 习题 3-1 的图. 在图 3-24 所示的两级阻容耦合放大电路中，已知 U CC  12 V， RB11  30 kΩ，. RB12  20 kΩ， RC1  RE1  4 kΩ， RB2  130 kΩ， RE2  3 kΩ， RL  1.5 kΩ，  1   2  50 ，.

(27) 第 3 章多级放大电路. 73. U BE1  U BE2  0.8 V。. （1）求前、后级放大电路的静态值；（2）画出微变等效电路；（3）求各级电压放大倍数 A u1 、 A u 2 和总电压放大倍数 A u ；（4）后级采用射极输出器有何好处？ +UCC RC1 RB11 C1. +. +. RB2. V1. + ui. C2. V2 +. RB12. RE1 CE1 +. C3. RE2. + RL. －. －. 图 3-24. 3-3. uo. 习题 3-2 的图. 在图 3-25 所示的两级阻容耦合放大电路中，已知 U CC  24 V， RB1  1 MΩ，. RE1  27 kΩ， RB21  82 kΩ， RB22  43 kΩ， RC2  10 kΩ， RE2  8.2 kΩ， RL  10 kΩ，.  1   2  50 。（1）求前、后级放大电路的静态值；（2）画出微变等效电路；（3）求各级电压放大倍数 A u1 、 A u 2 和总电压放大倍数 A u ；（4）前级采用射极输出器有何好处？ +UCC RB21. RB1 C1. +. V1. + ui. +. RC2 +. C3. C2. +. V2 RL. RE1. RB22. RE2 CE2. +. uo －. －. 图 3-25. 3-4. 习题 3-3 的图. 在图 3-26 所示的双端输入双端输出差动放大电路中， U CC  12 V ， U EE  12V ，. RC  12 k ， RE  12 k ，   50 ， U BE  0 V ，输入电压 u i1  9 mV ， u i 2  3 mV 。. （1）计算放大电路的静态值 IB、IC 及 UC；（2）把输入电压 ui1、ui2 分解为共模分量 uic 和差模分量 uid；.

(28) 电子技术基础. 74. RC ）； 2RE R R C （4）求单端差模输出 uod1 和 uod2（差摸电压放大倍数为 Ad1   C ， Ad2  ）； rbe rbe. （3）求单端共模输出 uoc1 和 uoc2（共摸电压放大倍数为 Ac  . （5）求单端总输出 uo1 和 uo2；（6）求双端共摸输出 uoc、双端差模输出 uod 和双端总输出 uo。 3-5 图 3-27 所示的是单端输入单端输出差动放大电路， U CC  15 V ， U EE  15 V ， RC  10 k ， RE  14.3 k ，   50 ， U BE  0.7 V ，试计算静态值 IC、UC 和电压放大倍数 Ad . uo 。 ui +UCC. RC. +. V1. RC － + uo2 V 2 －. + uo + uo1 －. ui1. +UCC. RC. uo ui1. V2. V1. + ui2. RE. RE. －. －. －UEE. －UEE. 图 3-26. RC. 习题 3-4 的图. 图 3-27 习题 3-5 的图. 3-6 OCL 电路如图 3-28 所示，若 U CES  2 V，求电路可能的最大输出功率。 +12V R1 V1 +. R2. ui. D1. －. D2 V2. + RL u o 8Ω －. R3 －12V. 图 3-28. 3-7. 习题 3-6 的图. 一负反馈放大电路的开环放大倍数 A 的相对误差为±25％时，闭环放大倍数 Af 为 100. ±1％，试计算开环放大倍数 A 及反馈系数 F。 3-8. 一负反馈放大电路的开环放大倍数 A  10 4 ，反馈系数 F  0.0099 ，若 A 减小了 10%，. 求闭环放大倍数 Af 及其相对变化率。.

(29) 第 3 章多级放大电路. 3-9. 指出图 3-29 所示各放电路中的反馈环节，判别其反馈极性和类型。 +UCC. RB C1 +. RC. +UCC. C2 + V. + ui －. C1 + uo －. RL. RE. RB. +. V C2 +. + ui －. R2. －. + R3. +. RL. R2. －. + R3. +. 习题 3-9 的图. +UCC RC1 C1 (a). +. +. V1. + ui. RB12. C2. RB21. RC2 +. RE1. C3 +. V2. Rf. RL RB22. －. uo －. RE2 CE2 +. +UCC RC1 RB11 C1 (b). +. + ui －. RB12. + V1. C2. RB21. +. C3 +. V2. Rf. RE1 CE1 + RB22. 图 3-30. RC2. RL RE2. 习题 3-10 的图. ∞ + R4 RL. 指出图 3-30 所示各放大器中的反馈环节，判别其反馈极性和类型。. RB11. + uo －. ∞. (e). 图 3-29. 3-10. －. + uo －. R4. (d). R1. +. +. RL. (c). ui. ∞. C2. Δ. +. ∞. RC + V. + ui －. + uo －. (b). Δ. －. RL. RE. C1 +. Δ. Δ. R1. +UCC. RB. (a). ui. 75. uo －. + uo －.

(30) 电子技术基础. 76. 3-11 为了增加运算放大器的输出功率，通常在其后面加接互补对称电路来作输出级，如图 3-31（a）、（b）所示。分析图中各电路负反馈的类型，并指出能稳定输出电压还是输出电流？输入电阻、输出电阻如何变化？ Rf. Rf +UCC. R2 － +. ∞. R2 R1. V1. Δ. Δ. ui. R1. －. D1 +. D2. + uo －. RL V2. R3. ui. ∞ D1 +. +. D2. RL V2. R3. －UCC. + uo －. －UCC. (b). (a). 图 3-31. 3-12. +UCC V1. 习题 3-11 的图. 在图 3-32 所示的两级放大电路中，试回答：. （1）哪些是直流反馈？（2）哪些是交流反馈？并说明其反馈极性及类型；（3）如果 Rf 不接在 V2 的集电极，而是接在 C2 与 RL 之间，两者有何不同？（4）如果 Rf 的另一端不是接在 V1 的发射极，而是接在 V1 的基极，有何不同？是否会变成正反馈？ +UCC RC1. RC2. RB11 C1 (b). +. +. V1. + ui. RE1. 图 3-32. +. V2. Rf. RL. RB12. －. 3-13. C2. RE2 CE2. +. uo －. 习题 3-12 的图. 试说明对于图 3-33 所示放大电路欲达到下述目的，应分别引入何种方式的负反馈，. 并分别画出接线图。（1）增大输入电阻；（2）稳定输出电压；（3）稳定电压放大倍数 A u ；（4）减小输出电阻但不影响输入电阻。.

(31) 第 3 章多级放大电路. 77 +UCC. RC1. RC2. RB11 C1. +. +. V1. + ui. C2 +. V2 RL. RB12. RE1. RE2. －. 图 3-33. 习题 3-13 的图. uo －.

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