電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)第10章(海大)

第十章功率放大電路與直流穩(wěn)壓電源第一節(jié)差動(dòng)放大電路

10.1.1零點(diǎn)漂移

10.1.2差動(dòng)放大電路

10.1.3基本形式

10.1.4長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路

10.1.5恒流源差動(dòng)放大電路第二節(jié)功率放大電路10.2.1功率放大電路的分類(lèi)10.2.2功率放大器的特點(diǎn)10.2.3提高功率輸出的方法10.2.4乙類(lèi)互補(bǔ)推挽功率放大電路10.2.5甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路附：多級(jí)放大電路及其級(jí)間耦合方式

耦合方式：信號(hào)源與放大電路之間、兩級(jí)放大電路之間、放大器與負(fù)載之間的連接方式。常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合。動(dòng)態(tài):傳送信號(hào)減少壓降損失靜態(tài)：保證各級(jí)有合適的Q點(diǎn)波形不失真第二級(jí)推動(dòng)級(jí)輸入級(jí)輸出級(jí)輸入輸出多級(jí)放大電路的框圖對(duì)耦合電路的要求1.阻容耦合第一級(jí)第二級(jí)負(fù)載信號(hào)源兩級(jí)之間通過(guò)耦合電容

C2

與下級(jí)輸入電阻連接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T2（1）靜態(tài)分析

由于電容有隔直作用，所以每級(jí)放大電路的直流通路互不相通，每級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)互相獨(dú)立，互不影響，可以各級(jí)單獨(dú)計(jì)算,但不能放大緩慢變化的直流信號(hào)。兩級(jí)放大電路均為共發(fā)射極分壓式偏置電路。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T22.直接耦合直接耦合：將前級(jí)的輸出端直接接后級(jí)的輸入端。

可用來(lái)放大緩慢變化或直流的信號(hào),但各級(jí)直流通路相互應(yīng)用，電路調(diào)試麻煩。另外，存在零點(diǎn)漂移。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2––++RE2(2)零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移：指輸入信號(hào)電壓為零時(shí)，輸出電壓發(fā)生緩慢地、無(wú)規(guī)則地變化的現(xiàn)象。uotO產(chǎn)生的原因：晶體管參數(shù)隨溫度變化、電源電壓波動(dòng)、電路元件參數(shù)的變化。直接耦合存在的兩個(gè)問(wèn)題

(1)前后級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響抑制零點(diǎn)漂移是制作高質(zhì)量直接耦合放大電路的一個(gè)重要的問(wèn)題。適合于集成化的要求，在集成運(yùn)放的內(nèi)部，級(jí)間都是直接耦合。零點(diǎn)漂移的特點(diǎn)緩慢變化、無(wú)規(guī)則。由于阻容耦合中電容的阻礙作用，在阻容耦合電路中，輸出的零點(diǎn)漂移只有最后一級(jí)的零點(diǎn)漂移，其值相對(duì)較小。所以，在阻容耦合電路中，不考慮零點(diǎn)漂移。而在直接耦合電路中，前級(jí)的零點(diǎn)漂移會(huì)被后級(jí)放大電路放大，輸出的零點(diǎn)漂移相對(duì)較大。所以，零點(diǎn)漂移是直接耦合放大電路中的一個(gè)突出問(wèn)題。本節(jié)要求：熟悉差動(dòng)放大電路的工作原理和性能特點(diǎn)

第一節(jié)差動(dòng)放大電路1.差動(dòng)放大電路的工作原理差動(dòng)放大原理電路+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2差動(dòng)放大電路是抑制零點(diǎn)漂移最有效的電路結(jié)構(gòu)。電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，兩管的特性及對(duì)應(yīng)電阻元件的參數(shù)值應(yīng)盡量一致

1)零點(diǎn)漂移的抑制（無(wú)信號(hào)輸入時(shí)的工作情況）uo=VC1－VC2

=0

uo=(VC1+VC

)－(VC2+

VC)=0當(dāng)溫度變化時(shí)，VC1

、VC2變化VC相等+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2當(dāng)

ui1=ui2=0時(shí)，電路對(duì)稱差動(dòng)放大電路對(duì)兩管所產(chǎn)生的同向漂移有抑制作用c1c2

1)零點(diǎn)漂移的抑制（無(wú)信號(hào)輸入時(shí)的工作情況）uo=VC1－VC2

=0

uo=(VC1+VC

)－(VC2+

VC)=0當(dāng)溫度變化時(shí)，VC1

、VC2變化VC相等+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2當(dāng)

ui1=ui2=0時(shí)，但這種抑制作用完全要依靠電路及其元件參數(shù)的對(duì)稱c1c22）有信號(hào)輸入時(shí)的工作情況(1)共模信號(hào)：ui1=ui2，即大小相等、極性相同。+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+–ui1ui2++––T2+–+–+–+–+–+–共模信號(hào)需要抑制uo=uC1

－uC2=0+–uC1+–uC2（因兩管集電極電位呈等量同向變化。）即對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有放大能力。2）有信號(hào)輸入時(shí)的工作情況+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+–ui1ui2++––T2+–+–+–+–+–+–+–uC1+–uC2差動(dòng)電路抑制共模信號(hào)能力的大小，反映了它對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制水平。兩管的零點(diǎn)漂移是共模信號(hào)+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T22）有信號(hào)輸入時(shí)的工作情況兩管集電極電位一減一增，呈等量異向變化。(2)差模信號(hào)：ui1=–ui2，即大小相等、極性相反。

uo=(VC1－VC1

)－(VC2+

VC１)=－2VC1即對(duì)差模信號(hào)有放大能力。+–+–+–+–+–+–差模信號(hào)是有用信號(hào)+–uC1+–uC2(3)比較輸入

ui1、ui2

大小和極性是任意的。例1:

ui1=10mV,ui2=6mVui2=8mV－2mV例2:

ui1=20mV,ui2=16mV可分解成:

ui1=18mV+2mVui2=18mV－2mV可分解成:

ui1=8mV+2mV共模信號(hào)差模信號(hào)兩個(gè)比較輸入信號(hào)可分解為兩個(gè)共模信號(hào)和兩個(gè)差模信號(hào)公式自推(3)比較輸入

ui1、ui2

大小和極性是任意的。例1:

ui1=10mV,ui2=6mVui2=8mV－2mV例2:

ui1=20mV,ui2=16mV可分解成:

ui1=18mV+2mVui2=18mV－2mV可分解成:

ui1=8mV+2mV共模信號(hào)差模信號(hào)放大器只放大兩個(gè)輸入信號(hào)的差值信號(hào)—差動(dòng)放大電路2.典型差動(dòng)放大電路+UCCuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+++–––T2EE+–

RE：穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，限制每個(gè)管子的漂移。類(lèi)似于分壓式偏置放大電路中的RE。有了RE，電路抑制零漂就不完全依靠電路及其元件參數(shù)的對(duì)稱了EE：用于補(bǔ)償RE上的壓降，以獲得合適的工作點(diǎn),

即要提供合適的UCE。前已詳述2.典型差動(dòng)放大電路+UCCuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+++–––T2EE+–為什么不需要這兩個(gè)電阻？提供偏置電流的電路調(diào)零電阻+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2不能省。否則，沒(méi)有直流偏置偏置電路

全面衡量差動(dòng)放大電路放大差模信號(hào)和抑制共模信號(hào)的能力。差模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)

KCMR越大，說(shuō)明差放分辨差模信號(hào)的能力越強(qiáng)，而抑制共模信號(hào)的能力越強(qiáng)。

3.共模抑制比共模抑制比

若電路完全對(duì)稱，理想情況下共模放大倍數(shù)

Ac=0。

輸出電壓

uo

=

Ad

（ui1－

ui2）=

Ad

uid

若電路不完全對(duì)稱，則Ac0。

實(shí)際輸出電壓

uo=Ac

uic+Aduid，即共模信號(hào)對(duì)輸出有影響。本節(jié)要求：了解功率放大電路的工作原理和性能特點(diǎn)第二節(jié)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路1.對(duì)功率放大電路的基本要求功率放大電路的作用：是放大電路的輸出級(jí)，去推動(dòng)負(fù)載工作。例如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)、電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)等。(1)在不失真的情況下，能輸出盡可能大的功率。(2)由于功率較大，就要求提高效率。RB1RCC1C2RB2CERERLi1iB++++UCCuiuo++––iCRSeS+–

icc≈ic。平均值近似為IC。較小icc較大。平均值為IC。RB1RCC1C2RB2CERERLi1iB++++UCCuiuo++––iCRSeS+–

電源輸出功率PE≈UCCIC，當(dāng)UCC一定時(shí)，PE取決于IC。icc功放電路的設(shè)計(jì)思路QuCE/VttiB/AIBtiC/mAICiB/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuo晶體管動(dòng)態(tài)分析圖解法---復(fù)習(xí)ui正半波工作區(qū)QuCE/VttiB/AIBtiC/mAICiB/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuo晶體管動(dòng)態(tài)分析圖解法---復(fù)習(xí)ui負(fù)半波工作區(qū)ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO功放電路中晶體管的工作狀態(tài)甲類(lèi)工作狀態(tài)晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期都導(dǎo)通，靜態(tài)IC較大，波形好,管耗大、效率低。乙類(lèi)工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，靜態(tài)IC=0，波形嚴(yán)重失真,管耗小、效率高。甲乙類(lèi)工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通的時(shí)間大于半個(gè)周期，靜態(tài)IC0，波形嚴(yán)重失真,管耗小、效率高。一般功放常采用。ICICIC平均值為IC。2.互補(bǔ)對(duì)稱放大電路互補(bǔ)對(duì)稱電路是集成功率放大電路輸出級(jí)的基本形式。當(dāng)它通過(guò)容量較大的電容與負(fù)載耦合時(shí)，由于省去了變壓器而被稱為無(wú)輸出變壓器(OutputTransformerless)電路，簡(jiǎn)稱OTL電路。若互補(bǔ)對(duì)稱電路直接與負(fù)載相連，輸出電容也省去，就成為無(wú)輸出電容(OutputCapacitorless)電路，簡(jiǎn)稱OCL電路。

OTL電路采用單電源供電，OCL電路采用雙電源供電。1)OTL電路(1)特點(diǎn)T1、T2的特性一致；一個(gè)NPN型、一個(gè)PNP型；兩管均接成射極輸出器；輸出端有大電容；單電源供電。(2)靜態(tài)時(shí)(ui=0),IC10，IC20

OTL原理電路電容兩端的電壓RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-IC1IC2RLuiT1T2Auo+-+-(3)動(dòng)態(tài)時(shí)T1導(dǎo)通、T2截止；同時(shí)給電容充電

T2導(dǎo)通、T1截止；電容放電，相當(dāng)于電源ic1ic2交流通路uo輸入交流信號(hào)ui的正半周輸入交流信號(hào)ui的負(fù)半周設(shè)輸入端在UCC/2直流基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào)。若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負(fù)載上得到的交流信號(hào)正負(fù)半周對(duì)稱。UCC/2

(4)交越失真當(dāng)輸入信號(hào)ui為正弦波時(shí)，輸出信號(hào)在過(guò)零前后出現(xiàn)的失真稱為交越失真。

交越失真產(chǎn)生的原因由于晶體管特性存在非線性，

ui