50W音频功率放大器的制作.ppt

分立前置放大器的制作与调试,50W音频功率放大器的制作,2.1 基本放大电路的组成2.2 放大电路的工作状态分析2.3 其他类型的放大电路2.4 多级放大电路 2.5 差动式放大电路2.6 功率放大电路 2.7 负反馈放大电路 2.8 集成运算放大器及应用2.9 波形产生电路,Home,Next,放大的对象：变化量。,放大的本质：能量的控制和转换。,放大电路的特征：功率放大。,放大电路的必备元件：有源器件（晶体管或场效应管）。,放大的前提：不失真。,2.1 基本放大电路,1.放大的概念,放大电路的结构示意框图见图2.1,图2.1放大电路的结构示意图,2.放大电路的框图,它由信号源、放大电路、直流电源和负载组成。,Home,放大电路的组成及各元件的作用,Next,晶体管：起放大作用的核心元件。,Rc、VCC：集电极电阻和集电极电源，提供输出回路的静态工作点。同时，Rc 还是集电极负载电阻，VCC 还提供输出所需的能量。,Rb、VBB：基极电阻和基极电源，提供输入回路的静态工作点。,3.放大电路的组成,4.放大电路中电压、电流符号的规定,图2.3三极管基极的电流波形(a)直流分量;(b)交流分量;(c)总变化量,小写字母、大写下标表示总量（含交、直流）。如vCE、iB等。,大写字母、大写下标表示直流量。如VCE、IC等。,小写字母、小写下标表示纯交流量。如，vce、ib等。,有关符号的约定,上方有圆点的大写字母、小写下标表示相量。如、等。,大写字母、小写下标表示交流有效值。如Vce、Ie等。,5.放大电路的性能指标,输入端口特性可以等效为一个输入电阻,输出端口可以等效成电压源或电流源,放大电路是一个双口网络。从端口特性来研究放大电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。,Home,Next,Back,（1）放大倍数及增益,电压放大倍数：（无量纲）,电流放大倍数：（无量纲）,对于小功率放大电路，人们往往只关心上述单一指标的放大倍数，而不研究其功率放大能力。本章着重讨论电压放大倍数。,需要注意的是，在实际应用时，只有在波形不失真的情况下，测试的放大倍数才有意义。,互阻放大倍数：（欧姆）,互导放大倍数：（西门子S),Home,Next,Back,（2）输入电阻：,对电压源形式的信号源，放大电路的输入电压：,所以，输入电阻越大，信号电压损失越小。,对电流源形式的信号源，放大电路的输入电流：,所以，输入电阻越小，信号电流损失越小。,（3）输出电阻：,Home,Next,Back,输出电阻的大小，影响到输出到负载信号的大小。当放大电路输出端等效为电压源时，输出电阻越小，则负载获得的输出电压越大；当放大电路输出端等效为电流源时，输出电阻越大，则负载获得的输出电流越大。,输入电阻和输出电阻，都描述了电子电路相互连接时对信号所产生的影响。输入电阻描述了放大电路对输入信号源的影响，输出电阻描述了放大电路的带负载能力（当负载变化时，输出信号保持稳定的能力）。它们都是交流电阻，直接或间接地影响到放大电路的放大能力。,Home,Next,Back,思考题 某放大电路的输入信号为10pA，输出为500mV，其源增益为多少？属于哪一类放大器？,Home,Back,（4）通频带：用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。如图2.1.4 所示。,Home,Next,Back,（5）非线性失真：由元器件非线性特性引起的失真。如图2.1.5 所示。,Home,Next,Back,6.放大电路的工作原理,Home,Next,Back,ui=0 静态工作情况,Home,Next,Back,(b)ui=sint 动态工作情况,iB=IBQ+ib,iC=ICQ+ic,uCE=UCEQ+uce,uo=uce,Home,Next,Back,动态工作情况如图2.3.9所示。,图2.3.9 动态工作情况,Home,Next,（1）直流通路：直流电流流经的通路，用于静态分析。对于直流通路：电容视为开路；电感视为短路；信号源视为短路，但保留其内阻。,（2）交流通路：交流电流流经的通路，用于动态分析。对于交流通路：大容量电容（耦合电容、旁路电容等）视为短路；大容量电感视为开路；直流电源视为短路。,思考题：（1）为什么直流通路中“电容视为开路、电感视为短路、信号源视为短路”？（2）为什么交流通路中“大容量电容视为短路、大容量电感视为开路、直流电源视为短路”？,1、直流通道和交流通道,2.2 放大电路的分析方法,Home,Next,Back,Home,Next,Back,Home,Next,Back,思考题：试分析图2.3.3所示各电路是否可能不失真地放大交流信号，简述理由。设所有电容对交流信号均可视为短路。,2.放大电路的图解分析法,（1）直流分析,Home,Next,Back,图解分析法，必须已知三极管的输入、输出特性曲线。,首先，画出直流通路，如图2.3.4所示。,Home,Next,Back,在输入特性曲线上，作直线 VBE=VCCIBRb，两线的交点即是Q点，得到IBQ。如图2.3.5所示。,列输入回路方程：VBE=VCCIBRb,图2.3.5 输入回路中的Q点,Home,Next,Back,在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCICRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。如图2.3.6所示。,图2.3.6 输出回路中的Q点,列输出回路方程：VCE=VCCICRc,（2）交流分析,Home,Next,Back,首先，画出交流通路，如图2.3.7所示。,由交流通路得纯交流负载线：vce=-ic(Rc/RL)=-ic RL,所以交流负载线也过Q点,则交流负载线为:vCE-VCEQ=-(iC-ICQ)RL,依据叠加原理，有iC=ICQ+ic,vCE=VCEQ+vce,Home,Next,Back,Home,Next,Back,动态工作情况如图2.3.9所示。,图2.3.9 动态工作情况,交流负载线,1.从B点通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜率为-1/RL。,2.RL=RLRc，是交流负载电阻。,3.交流负载线是有交流 输入信号时Q点的运动轨迹。,4.交流负载线与直流 负载线相交Q点。,通过图解分析，可得如下结论：1.vi vBE iB iC vCE|-vo|2.vo与vi相位相反；3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；4.可以确定最大不失真输出幅度。,（3）非线性失真分析和最大不失真输出电压,Home,Next,Back,饱和失真,截止失真,由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。,由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。,注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。,所谓失真,是指输出信号的波形与输入信号的波形不成比例的现象。,截止失真,截止失真：由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。,截止失真（动画）,饱和失真,饱和失真：由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。,注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。,饱和失真（动画）,图2.8（a）正常波形、（b）饱和失真、（c）截至失真、（d）双向失真,Home,Next,Back,放大电路动态范围如图2.3.11所示,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求：工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；要有合适的交流负载线。,Vom=minVom1，Vom2,最大不失真输出,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：,1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；2.要有合适的交流负载线。,Q位于交流负载线中间时，VomICQRL,要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom 和Iom 都要大。,放大电路向电阻性负载提供的输出功率：,在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ的面积，这一三角形称为功率三角形。,输出功率和功率三角形,RB取值合理，静态工作点合适，放大的过程中不会产生失真。,不失真的波形,RB取值偏小，静态工作点上移，放大的过程中容易产生饱和失真。,饱和失真,RB取值偏大，静态工作点下移，放大的过程中容易产生截至失真。,截至失真,（4）图解法的适用范围,Home,Next,Back,图解法的特点是直观、形象，但要求实测晶体管的输入、输出曲线，而且用图解法进行定量分析的误差较大。图解法适于分析输出幅值较大、频率较低的情况。实际应用中，常用于静态工作点位置、最大不失真输出电压和失真情况分析，另外在大信号工作时，往往也采用图解法。,思考题：在图 2.3.12 所示阻容耦合放大电路中：（1）增大Rc 时，交流负载线将如何变化？Q点怎样变化？（2）增大Rb时，交流负载线将如何变化？Q点怎样变化？（3）减小VCC时，交流负载线将如何变化？Q点怎样变化？（4）减小RL时，交流负载线将如何变化？Q点怎样变化？,3.等效电路分析法,（1）直流分析,Home,Next,Back,等效电路分析法，必须已知三极管的 值。,首先，画出直流通路，以共射放大电路为例。,静态工作点的估算,（2.6）,（2.7）,（2.8）,（2.9）,（2.10）,（2）交流分析,Home,Next,Back,(a)晶体管的小信号模型,建立小信号模型的意义：由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。,建立小信号模型的思路：当放大电路的输入信号电压足够小时，晶体管工作于线性区，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。,Home,Next,Back,(b)h 参数简化模型,ib 是受控源，且为电流控制电流源。电流方向与ib的方向是关联的。,简化电路（如图2.3.17所示）,三极管的b、e之间用rbe等效代替，c、e之间用一受控电流源ic=ib等效代替。rbe称为三极管基极输入电阻。,放大电路分析步骤：画直流通路，计算静态工作点Q计算 rbe画交流通路画微变等效电路计算电压放大倍数Au计算输入电阻Ri计算输出电阻Ro,Home,Next,Back,rbe的近似计算,rbe 与Q点有关，,其中对于低频小功率管，如果无特别指出，均取r bb300,一般用下列公式估算:,(c)用微变等效电路法进行共射放大电路的动态分析,步骤：首先画出交流通路，然后画出放大电路的微变等效电路，最后求放大电路的主要性能指标：电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,放大电路微变等效电路,Home,Next,Back,画出放大电路的微变等效电路如下图所示。,Home,Next,Back,根据,则电压放大倍数,电压放大倍数,输入电阻：,输出电阻：,令,解：,（1）,（2）,例：放大电路如图所示。试求:(1)Q点；(2),、,、,。,已知=50，r bb200。,Home,Next,Back,作业：P74：2-4,小 结 本讲主要介绍了晶体管放大电路的分析方法：放大的分析包括两个方面：静态分析（直流分析）和动态分析（交流分析）。静态分析就是求解静态工作点Q，在输入信号为零时，点（UBEQ,IBQ）和点（UCEQ,ICQ）称之为静态工作点。可以用图解法和估算法求解，是在直流通路上进行的。动态分析就是求解放大电路的动态参数和进行波形分析。通常利用h 参数等效模型计算放大倍数、输入电阻、输出电阻；用图解法求解最大不失真输出电压和进行失真分析。是在交流通路上进行的。,Home,Back,2.3 放大电路的分析方法,Home,1.静态工作点稳定的必要性,Next,2.4 放大电路静态工作点的稳定,（1）必要性静态工作点决定放大电路是否产生失真；静态工作点影响电压放大倍数、输入电阻等动态参数；静态工作点的不稳定，将导致动态参数不稳定，甚至使放大电路无法正常工作。,（2）影响静态工作点稳定的因素 电源电压波动、元件老化、环境温度变化等，都会引起晶体管和电路元件参数的变化，造成静态工作点的不稳定。其中，温度对晶体管参数的影响是最为主要的。,Home,Next,Back,（3）温度对静态工作点的影响,(a)温度变化对ICBO的影响,(b)温度变化对输入特性曲线的影响,温度T 输出特性曲线上移,温度T 输入特性曲线左移,(c)温度变化对 的影响,温度每升高1 C，要增加0.5%1.0%,温度T 输出特性曲线族间距增大,Home,Next,Back,2.典型的静态工作点稳定电路,（1）电路组成,Home,Next,Back,（2）Q点稳定原理,目标：温度变化时，使IC维持恒定。,如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。,IB1 IB，VB VBE，则,（一般取 IB1=(510)IB，VB=3V5V）,Home,Next,Back,（3）Q点的估算,Home,Next,Back,（4）动态参数的估算,图2.4.4 微变等效电路,作业：P74：2-5，2-6,3.固定偏流电路与射极偏置电路的比较,共射极放大电路,3.固定偏流电路与射极偏置电路的比较,固定偏流共射极放大电路,Ro=Rc,#射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？,发射极带两个电阻分压偏置式共发射极放大器的动态分析,动态分析：,例：试计算下图放大电路的中频电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。晶体管的=99、UBEQ=0.7V、VCC=15V，Rb1=20k、Rb2=5.1k、Rc=3.3k、Re=2k、RL=10k；电容器的容量足够大。,解:,先进行静态计算，求出晶体管静态工作点的参数值。然后画出放大电路的中频微变等效电路，即可进行放大电路动态技术指标的计算。,静态计算：,工作点参数的计算：,动态计算：,晶体管输入电阻rbe的计算：,放大电路电压放大倍数的计算：,旁路电容的断开，使电压放大倍数下降，其物理意义将在后面解释。,电压放大倍数可近似等于是两电阻之比，因而电压放大倍数的稳定性提高。,求输入电阻,求输出电阻,Re归算到基极回路,例：图示电路（接CE），已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50,试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。,解：（1）用估算法计算静态工作点,（2）求电压放大倍数,（3）求输入电阻和输出电阻,共发射极基本放大电路的电压放大倍数较大，输出电压和输入电压反相，应用十分广泛。作为一个电压放大器来说，共发射极电路的输入电阻不够大，仅约为rbe，使放大器得到的输入电压比信号源电压衰减很多，导致源电压放大倍数下降。电路的输出电阻相对较大，带负载的能力不强。,从上面的分析过程得出的公式典型例题的数据，可以得出这样的结论：,小 结 本讲主要介绍了静态工作点的稳定问题：静态工作点不仅决定了波形是否失真，还影响动态参数的稳定性。影响静态工作点最主要的因素是温度。温度变化对静态工作点的影响集中表现在Ic 的变化上，采用射极偏置电路，利用直流负反馈可以稳定静态工作点。射极偏置放大电路的静态分析和动态分析在方法上与固定偏置放大电路没本质的区别，但在计算的具体过程是不同的，不仅如此，当电路的形式稍作变化，各放大电路的计算过程都有区别，所以不能死记公式，生搬硬套。,Home,Back,2.4 放大电路静态工作点的稳定,1.共集电极电路分析,共集电极电路结构如图示,该电路也称为射极跟随器,求静态工作点,由,得,2.5 晶体管放大电路的其他组态,电压增益,输出回路：,输入回路：,电压增益：,画小信号等效电路,确定模型参数,已知，求rbe,增益,其中,一般,，则电压增益接近于1，,即,射极跟随器,输入电阻：,基极电流：,输入电阻：,根据电阻归算的原理,Ri是从放大电路输入端看进去的输入电阻，是从基极看进去的输入电阻，所以,所以，输入电阻,输出电阻：,根据输出电阻的定义，需要将信号源换成源电压信号源，并将 短路，但保留内阻；将负载电阻 开路，同时在输出端加一个测试用信号源。,求,求,基极电流：,于是,所以，输出电阻相当两个电阻的并联，一个是Re，另一个是基极回路的等效电阻归算到发射极回路的电阻,共集电极放大电路的特点：,.共集放大电路只能放大电流，电压放大倍数小于且接近等于1。,.输出电压的相位与输入电压的相位相同，输出电压的波形和输入电压的波形一样，故又名射极跟随器。,3.共集电极基本放大电路的输入电阻高，输出电阻低，具有阻抗变换的特点，有较强的带负载能力，常用于多级放大电路的输入级和输出极，以及功率放大电路。,例：图示电路，已知UCC=12V，RB=200k，RE=2k，RL=3k，RS=100，=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。,解：（1）用估算法计算静态工作点,2.共基极放大电路,（1）电路组成,直流、交流通路、微变等效电路,电压放大倍数：,它与共射组态基本放大电路的结果一样，只是负号变为正号，表示输出输入同相。,输出电阻 Ro RC,输入电阻,共基极放大电路的特点,.共基放大电路不能放大电流，只能放大电压，电压放大倍数在数值上与共射放大电路相同，但输出电压与输入电压同相。,.共基放大电路的高频性能良好，通频带在三种组态的放大电路中最宽。,.共基放大电路的输入电阻低，输出电阻与共射放大电路相同。,3.三种组态的比较,三种组态电路比较,共射电路：电压和电流放大倍数均大，输入输出电压相位相反，输出输出电阻适中。常用于电压放大。共集电路：电压放大倍数是小于且接近于1的正数，具有电压跟随特点，输入电阻大，输出电阻小。常作为电路的输入和输出级。共基电路：放大倍数同共射电路，输入电阻小，频率特性好。常用作宽带放大器。,小 结 本讲主要介绍了晶体管放大电路的三种组态：共发射极放大电路既能放大电压，也能放大电流，输入电阻居中，输出电阻较大，频带较窄。常作低频电压放大。共集电极放大电路只能放大电流，不能放大电压。输入电阻最大、输出电阻最小，具有电压跟随的特点常用于多级放大的输入级和输出级，有时还用作中间隔离级（缓冲级），起阻抗变换的作用。共基极放大电路只能放大电压，不能放大电流。输入电阻最小，频率特性最好。,Back,2.5 晶体管放大电路的三种组态,Home,2.6 多级放大电路,在实际的电子设备中，为了得到足够大的放大倍数或者使输入电阻和输出电阻达到指标要求，一个放大电路往往由多级组成。1、多级放大电路的组成 多级放大电路由输入级、中间级及输出级组成，如图2.15所示。,图2.15 多级放大电路框图,2、多级放大电路的动态分析,（1）电压放大倍数,（2）输入电阻,（3）输出电阻,对电压放大电路的要求：Ri大，Ro小，Au数值大，最大不失真输出电压大。,Home,1.直接耦合,Next,级间耦合：多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级；级与级之间的连接称之为耦合。多级放大电路有三种基本耦合方式：直接耦合、阻容耦合和、变压器耦合。,将前一级的输出用导线直接连接到后一级的输入端的耦合方式，称之为直接耦合。,一、直接耦合放大电路静态工作点的设置,例3.1 计算图3.1所示直接耦合放大电路的静态工作点，并在输出特性曲线上标出该静态工作点，进行动态范围和失真的定性分析。计算放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。,3.多级放大电路的分析计算,Home,Next,Back,已知：Rs=1.5k，Rb1=20k，Rc1=2.2k，Rc2=720，Vcc=12V，1=2=50，T1、T2均为硅管。,Home,Next,Back,从计算的过程可以看出，直接耦合放大电路的静态工作点是相互影响的；从图中可以看出，T1的静态工作点靠近饱和区，容易产生饱和失真。,Home,Next,Back,改进电路(a),电路中接入 Re2，保证第一级集电极有较高的静态电位，但第二级放大倍数严重下降。,改进电路(b),稳压管动态电阻很小，可以使第二级的放大倍数损失小。但集电极电压变化范围减小。,直接耦合放大电路的改进形式：,改进电路(c),+VCC,改进电路(d),可降低第二级的集电极电位，又不损失放大倍数。但稳压管噪声较大。,NPN管和PNP管混合使用，可获得合适的工作点。为经常采用的方式。,(c),二、直接耦合放大电路的优缺点,优点：具有良好的低频特性，可以放大缓慢变化的信号；无大电容和电感，容易集成。,Home,Next,Back,缺点：静态工作点相互影响，分析、计算、设计较复杂；存在零点漂移。,2.阻容耦合,将前一级的输出用电容连接到后一级的输入端的耦合方式，称之为阻容耦合。,例3.2 图3.5所示阻容耦合放大电路，推导静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。,Home,Next,Back,提示：（1）在直流通路上求解静态工作点，此时电容相当于开路；（2）在微变等效电路上求解交流参数，此时电容和直流电源均相当于短路。,阻容耦合放大电路的直流通路是相互独立的，电路的分析、计算和调试比较容易，是分立元件放大电路的主要耦合方式。其缺点是低频特性差，不能放大缓慢变化的信号；由于耦合电容容量较大，所以不便于集成化。,分析举例,如图所示的两级电压放大电路，已知1=2=50,T1和T2均为3DG8D。计算前、后级放大电路的静态值(UBE=0.6V)及电路的动态参数。,例:1,两级放大电路的静态值可分别计算。,RB1,C1,C2,RE1,+,+,+,RC2,C3,CE,+,+,+24V,+,T1,T2,1M,27k,82k,43k,7.5k,510,10k,解:,第一级是射极输出器:,第二级是分压式偏置电路,计算 r i和 r 0,小信号等效电路,由等效电路可知，放大电路的输入电阻 ri 等于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器，它的输入电阻ri1与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻 ri2。,2,b,I,2,c,I,rbe2,RC2,rbe1,RB1,1,b,I,1,c,I,RE1,+,_,+,_,+,_,求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数,第一级放大电路为射极输出器,第二级放大电路为共发射极放大电路,总电压放大倍数,Home,Next,Back,提示：（1）在直流通路上求解静态工作点，此时电容相当于开路，电感相当于短路；（2）在微变等效电路上求解交流参数，此时电容和直流电源均相当于短路，变压器相当于阻抗变换器。,3.变压器耦合,将前一级的输出通过变压器连接到后一级的输入端（或负载上）的耦合方式，称之为变压器耦合。,例3.3 对图3.6所示放大电路进行静态和动态分析。,变压器耦合放大电路的直流通路也是相互独立的，电路的分析、计算和调试比较容易；可以实现阻抗变换，在分立元件功率放大电路中应用广泛。其缺点是低频特性差，不能放大缓慢变化的 信号；体积大，而且非常笨重，不能集成化。,4、光电耦合,光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的，因而其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。,一、光电耦合,图3.1.5光电耦合器及其传输特性,发光元件,光敏元件,光电耦合放大电路,图3.1.6光电耦合放大电路,目前市场上已有集成光电耦合放大电路，具有较强的放大能力。,前面提到了在多级放大电路中采用直接耦合存在着两个特殊问题：1、静态工作点的相互影响;2、零点漂移。,单元2：集成前置放大器的制作与调试,零点漂移现象：uI0，uO0的现象。,产生原因：温度变化，直流电源波动，器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。,克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。典型电路：差分放大电路,零点漂移：输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产生。,2.差分放大电路,电路特点：T1、T2 所在的两边电路参数完全对称。,一、电路的组成和抑制温漂的原理,Home,Next,Back,对称的含义为两个三极管的特性一致，电路参数对应相等,温度变化和电源电压波动，都将使T1、T2集电极电流产生变化，且变化趋势是相同的，因此当从T1、T2 集电极输出信号时，其变化量相互抵消，理想情况下，没有温漂。,1、静态分析,二、差放电路的分析计算,Home,Next,Back,图2.19 共模信号和差模信号示意图,差模信号和共模信号,差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。,温度对三极管电流的影响相当于加入了共模信号。差分放大电路是模拟集成运算放大器输入级所采用的电路形式。,差模信号 共模信号,是指在两个输入端加上幅度相等，极性相反的信号。,是指在两个输入端加上幅度相等，极性相同的信号。,2、动态分析,返回,差模信号和共模信号,差模信号,共模信号,纯差模输入,纯共模输入,任意输入信号都可以分解为差模信号和共模信号之和。,差模信号和差模输入 若ui1、ui2大小相同、极性相反，即ui1=-ui2，称为差模信号，记为uid。其中uid=ui1ui2 输入信号是差模信号的输入方式称差模输入。差模输出uod=Au(ui1ui2)=Au uid 表明差分放大电路可放大差模信号共模信号和共模输入 若ui1、ui2大小和极性都相同，即ui1=ui2=uic，称为共模信号，记为uic。其中uic=（ui1+ui2）/2 输入信号是共模信号的输入方式称共模输入。共模输出uoc=Au(ui1ui2)=0 表明差分放大电路可抑制共模信号,Home,Next,Back,（1）共模输入：uI1=uI2=uIc，称之为共模输入信号。,以上计算结果表明：（1）单端输出时，差放电路对共模信号的抑制是通过Re的强烈负反馈实现的；（2）双端输出时，差放电路对共模信号的抑制主要是通过电路参数的对称性实现的；在电路参数不完全对称时，通过Re的强烈负反馈作用，进一步抑制共模信号。,共模电压放大倍数,共模电压放大倍数,抑制共模信号,共模信号：数值相等，极性相同的输入信号。即 uI1=uI1=uIc,Re的共模负反馈作用：T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 抑制每只差分管集电极电位的变化。,对于每一边电路，Re=?,放大差模信号,iE1=iE2，Re中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。E点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。,分析时注意二个“虚地”,负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。,Home,Next,Back,（2）差模输入：uI1=-uI2=uId/2，称之为差模输入信号。,Home,Next,Back,差模电压放大倍数,思考题（1）为什么差放可以抑制零漂？（2）当输出端接负载电阻RL时，静态工作点和差模电压放大倍数如何？,由上式可以看出，KCMRR越大，差动式放大电路放大差模信号（有用信号）的能力越强，抑制共模信号（无用信号）的能力越强，即KCMRR越大越好。理想差动式电路的共模抑制比KCMRR。,共模抑制比：,Home,Next,Back,三、差放电路的四种接法,前面我们已经介绍了双入双出和双入单出两种接法。输入信号除了可以接在差放电路的两个输入端之间，还可以单端输入（如图3.19所示），输出也可以采用单端和双端两种形式，从而构成单入双出和单入单出两种接法。,Home,Next,Back,单端输入可以等效为图3.29所示输入方式：既有差模输入信号uI，又有共模输入信号uI/2；输出电压既包括差模信号，又包括共模信号。单入单出、单入双出情况下的静态分析和差模信号的分析对应于双入单出、双入双出时的情况，没有差别。,对共模信号而言，单入双出在理想情况下，其共模信号完全被抑制，可以等效为双入双出的情况；但在电路参数不完全一致时，存在共模双出电压。而单入单出就一定存在共模输出电压，共模电压放大倍数的计算与双入单出相同。,Home,Next,Back,四、差放电路的改进形式,差放电路依靠电路的对称性抑制零漂，当电路对称性不好时，将产生零漂，故在两管发射极之间增加一阻值很小的调零电位器Rw，以使uI1=uI2=0时，uO=0。,此外，增加Re的阻值，可以增加抑制零漂的效果，但同时需要提高电源电压，并且在集成电路中，大阻值电阻制作困难，所以改用恒流源代替Re。,Rw的接入对差模电压放大倍数、输入和输出电阻有何影响？,双端输出时：,单端输出时：,(2)共模电压放大倍数,与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：,双端输出时：,单端输出时：,4.差动放大器动态参数计算总结,(1)差模电压放大倍数,与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：,(3)差模输入电阻,不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。,(4)输出电阻,性能特点比较,(5)共模抑制比,共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。,或,双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比：,四、改进型差分放大电路,用三极管代替“长尾式”电路的长尾电阻，即构成恒流源式差分放大电路,1.电路组成,T3：恒流管,作用：,能使 iC1、iC2基本上不随温度的变化而变化，从而抑制共模信号的变化。,图 3.3.13具有恒流源的差分放大电路,2.静态分析,当忽略 T3 的基极电流时，Rb1 上的电压为,于是得到,图 3.3.13具有恒流源的差分放大电路,3.动态分析,由于恒流三极管相当于一个阻值很大的长尾电阻，它的作用也是引入一个共模负反馈，对差模电压放大倍数没有影响，所以与长尾式交流通路相同。,差模电压放大倍数为,差模输入电阻为,差模输出电阻为,具有电流源的差分放大电路,简化画法,Home,Next,Back,例3.4 图3.22所示电路中，已知VCC=VEE=9V，VBE=0.7V，Rc=4.7 k，Rb=Rw=100，RL=10 k，I=1.2mA，Rw的滑动端位于中点，晶体管=50，rbb=300，uI=0.02V，求：（1）静态工作点；（2）差模输出电压 uO。,Home,Next,Back,Home,Next,Back,例3.5 如图3.23所示电路，求：（1）静态工作点；（2）Au、ri、ro的表达式。,Home,Next,Back,Home,Back,小 结 本讲主要介绍以下内容：放大电路的耦合方式及各自的特点；不同耦合方式放大电路的分析计算方法；直接耦合放大电路的静态工作点的设置；直接耦合放大电路的温漂和抑制温漂的方法；差分放大电路的不同形式及其分析计算方法；直接耦合放大电路的分析计算方法。,作业：P75 2-7,单元3：功率放大器的制作与调试,功率放大电路与电压放大器的区别是：电压放大器是多级放大器的前级，它主要对小信号进行电压放大，主要技术指标为电压放大倍数、输入阻抗及输出阻抗等。而功率放大电路则是多级放大器的最后一级，它要带动一定负载，如扬声器、电动机、仪表、继电器等，所以，功率放大电路要求获得一定的不失真输出功率。,功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。为了获得大的输出功率，必须使 输出信号电压大；输出信号电流大；放大电路的输出电阻与负载匹配。电压放大器一般工作在甲类，三极管360导电，其输出功率由功率三角形确定。甲类放大的效率不高，理论上不超过25%。,1、功率放大电路的特点及分类,（1）特点：,它要求：输出功率尽可能大；效率要高；非线性要小；考虑管子的散热问题。,（2）功率放大器的分类 功率放大器一般是根据功放管工作点选择的不同进行分类的。有甲类、乙类及甲乙类功率放大器。甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态 乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态 甲乙类方式：晶体管在信号的多半个周期处于导通状态,图2.25功率放大器的分类（a）甲类功放;（b）乙类功放;（c）甲乙类功放,图2.25 功率放大器的分类（a）甲类功放;（b）乙类功放;（c）甲乙类功放,图2.25 功率放大器的分类（a）甲类功放;（b）乙类功放;（c）甲乙类功放,图2.26(a)甲类(b)乙类 甲乙类,甲类-三极管导通角=360 导电；甲乙类-三极管导通角 180 360导电 乙类-三极管导通角=180 导电,2、乙类互补对称功放 如果电路处在甲类放大状态，则静态工作电流大，因而效率低。若用一个管子组成甲乙类或乙类放大电路，就会出现严重的失真现象。乙类互补对称功放，选用两个特性接近的管子，使之都工作在乙类状态。一个在正弦信号的正半周工作，另一个在负半周工作，便可得到一个完整的正弦波形。既可保持静态时功耗小，又可减小失真。,（1）OCL电路,输入电压的正半周：VCCT1RL地,输入电压的负半周：地RL T2 VCC,两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。,静态时，UEQ UBQ0。,图 乙类互补功率放大电路及波形,图2.27 ui为正半周时的工作情况,（2）OTL电路,输入电压的正半周：VCCT1CRL地 C 充电。,输入电压的负半周：C 的“”T2地RL C“”C 放电。,C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。OTL电路低频特性差。,交越失真,在乙类电路中，当输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管将不导电。因此在正、负半周交替过零处会出现一种非线性失真，这个失真称为交越失真。,乙类互补对称功放电路结构,交越失真,动画172,3、甲乙类互补对称电路 乙类互补对称电路效率比较高，但当输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管将不导电。因此在正、负半周交替过零处会出现一种非线性失真，这个失真称为交越失真。交越失真的波形如图2.28所示。采用甲乙类互补对称电路(如图2.29所示)，可以克服交越失真问题。其原理是静态时，在V1、V2管上产生的压降为V3、V4管提供了一个适当的正偏电压，使之处于微导通状态。由于电路对称，静态时IC1=IC2，IO=0，UO=0。有信号时，由于电路工作在甲乙类，即使ui很小，也基本上可线性放大。,图 2.28 交越失真波形（a）演示电路;（b）输出波形,图2.29 二极管偏置互补对称电路,利用三极管恒压源提供偏置T4两极间的电压VBE4基本不变,调整R1、R2的比值，就可改变T2、T3管的偏压。,输出电流和电压的最大动态范围,交流负载线,NPN管的输出特性曲线,PNP管的输出特性曲线,VCC,输出功率 输出功率：当信号足够大，使最大不失真输出功率：理想状态下：UCES0 最大不失真输出功率：,2.性能指标估算,效率 直流电源UCC提供给电路的功率考虑正负两组直流电源提供给电路，总的功率效率输出信号达到最大不失真时，效率最高。,单管最大平均管耗PT1m 不记其它耗能元件所消耗功率时 管子消耗功率单管平均管耗最大平均管耗（）时PT1最大,单电源计算只需将前述的双电源计算公式中的VCC换成1/2VCC即可,3.选管原则（1）每只晶体管的最大允许管耗（或集电极功率损耗）PCMPT1max=0.2Pomax；（2）考虑到当VT2接近饱和导通时，忽略饱和压降，此时VT1管的uCE1具有最大值，且等于2UCC。因此，应选用UCEO2UCC的管子；（3）通过晶体管的最大集电极电流约为UCC/RL，所选晶体管的ICM UCC/RL。,4、互补输出级的分析估算,求解输出功率和效率的方法:,然后求出电源的平均功率，,在已知RL的情况下，先求出Uom，则,效率,（1）输出功率,（2）效率,(2)三极管的管耗PT 电源输入的直流功率，有一部分通过三极管转换为输出功率，剩余的部分则消耗在三极管上，形成三极管的管耗。显然,将PT画成曲线，如图17.05所示。,图17.05 乙类互补功放电路的管耗,显然，管耗与输出电压幅度有关，图17.05中画阴影线的部分即代表管耗，PT与Vom成非线性关系，有一个最大值。用PT对Vom求导的办法找出这个最大值。PTmax发生在 处，将Vom=0.64VCC代入PT表达式，可得PTmax为：,对一只三极管,图17.05 乙类互补功放电路的管耗,（3）晶体管的极限参数,PT对UOM求导，并令其为0，可得,在输出功率最大时，因管压降最小，故管子损耗不大；输出功率最小时，因集电