第3章生物醫(yī)學(xué)常用放大器

第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第四節(jié)功率放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器

利用電子技術(shù)，可以把除了生物電以外的各種生理參數(shù)借助醫(yī)用傳感器變成易控制的電信號(hào)，進(jìn)行放大、信號(hào)加工、A/D轉(zhuǎn)換、顯示和記錄。這樣就能比較方便地研究和觀察生命過(guò)程的各種微妙變化，使得生命現(xiàn)象能夠客觀又定量地顯示和計(jì)算。第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)

一、生物電信號(hào)的基本特性二、生物醫(yī)學(xué)放大器的基本要求第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器一、生物電信號(hào)的基本特性1.生物信號(hào)的定義：攜帶生物信息的信號(hào)。生物電信號(hào)：如心電、腦電、肌電等非生物電信號(hào)：如體溫、血壓、呼吸等分類：施加物理因素的方法而獲得的信號(hào)：超聲回波、放射性探測(cè)等注意：非生物電信號(hào)的采集需要合適傳感器將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器1、頻率低：例如，心電和腦電0.05~100Hz，眼電：DC~20Hz2、幅度較低：例如，心電和腦電：10μv~5mv，眼電：0.5μv~5mv

4、信噪比低：易被生物體內(nèi)各種無(wú)規(guī)則的電活動(dòng)產(chǎn)生的噪聲或被其他更強(qiáng)的電信號(hào)所淹沒(méi)

5、頻帶范圍:頻響與所要放大的生物電信號(hào)頻率范圍相適應(yīng)；

3、生物體阻抗高：輸出電壓幅度低提供電流的能力差選用低頻率、高輸入阻抗和放大倍數(shù)穩(wěn)定的放大器阻容耦合的多級(jí)放大器很難通過(guò)這種頻率的信號(hào)，需要適應(yīng)這種信號(hào)特點(diǎn)的直流放大器放大倍數(shù)越高，穩(wěn)定越困難，通過(guò)負(fù)反饋放大實(shí)現(xiàn)；高放大倍數(shù)高輸入阻抗低噪聲適當(dāng)?shù)念l響低漂移高共模抑制比2.生物電信號(hào)的特性二、生物醫(yī)學(xué)放大器的基本要求基本要求：由于生物醫(yī)學(xué)信號(hào)頻率較低且頻帶較寬、阻抗較高且幅度較低和信噪比較小的特點(diǎn)，選用放大器有如下要求：1.高放大倍數(shù)4.低噪聲2.高輸入阻抗5.低漂移3.高共模抑制比6.合適的頻帶第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器三、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的頻譜

非正弦式周期波形包含多種頻率的正弦波成分：頻率為橫軸，振幅為縱軸，在橫軸上找到所有振幅不為零的正弦波的頻率并引出垂線，其長(zhǎng)度表示相應(yīng)的振幅An，這種圖稱為頻譜fA0f1f2f3f5第二節(jié)負(fù)反饋放大器

一、反饋的基本概念二、負(fù)反饋的基本類型

三、負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器一、反饋的基本概念將放大電路輸出端的電壓或電流，通過(guò)一定的方式，一部分或全部返回到放大器的輸入端，對(duì)輸入端的輸入量產(chǎn)生作用的過(guò)程，稱為反饋。

有無(wú)反饋的判斷：判斷輸出回路與輸入回路是否存在起聯(lián)系作用的反饋網(wǎng)絡(luò)或公共支路。反饋放大器的組成框圖放大器輸出輸入取+加強(qiáng)輸入信號(hào)(同相)正反饋用于振蕩器取-削弱輸入信號(hào)(反相)負(fù)反饋用于放大器開(kāi)環(huán)電路閉環(huán)電路反饋網(wǎng)絡(luò)±疊加反饋信號(hào)實(shí)際被放大信號(hào)反饋電路框圖反饋電路的三個(gè)環(huán)節(jié)：放大：反饋：疊加：基本放大電路Ao反饋回路F

+–輸出信號(hào)輸入信號(hào)反饋信號(hào)差值信號(hào)——反饋系數(shù)基本放大電路Ao反饋回路F

+–——開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)——閉環(huán)放大倍數(shù)——反饋系數(shù)負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)的一般表達(dá)式：基本放大電路Ao反饋回路F

+–負(fù)反饋深度定義：ufud例：Rf

、RE1組成反饋網(wǎng)絡(luò)，反饋系數(shù)：+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+–T1T2Rf1）、電壓反饋和電流反饋電壓反饋：反饋信號(hào)取自輸出電壓信號(hào)

(反饋信號(hào)的大小與輸出電壓成比例)。電流反饋：反饋信號(hào)取自輸出電流信號(hào)。

(反饋信號(hào)的大小與輸出電流成比例)。電壓負(fù)反饋：可以穩(wěn)定輸出電壓、減小輸出電阻。電流負(fù)反饋：可以穩(wěn)定輸出電流、增大輸出電阻。根據(jù)反饋所采樣的信號(hào)不同，可以分為電壓反饋和電流反饋。1、反饋分類二、負(fù)反饋的基本類型取樣方式——電壓反饋與電流反饋

假設(shè)輸出端交流短路（RL=0），即uo=0，若反饋信號(hào)消失了，則為電壓反饋；若反饋信號(hào)仍然存在，則為電流反饋。判斷方法——輸出短路法：根據(jù)反饋信號(hào)在輸入端與輸入信號(hào)比較形式的不同，可以分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。串聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)串聯(lián)，即反饋電壓信號(hào)與輸入信號(hào)電壓比較。ufuiube2）、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋

串聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)加在放大電路輸入回路的兩個(gè)電極(不在同一點(diǎn)引入)。有：ud

=ui-ufiifib并聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)并聯(lián)，即反饋信號(hào)電流與輸入信號(hào)電流比較。并聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)加在放大電路輸入回路的同一個(gè)電極(在同一點(diǎn)引入)。有：id=ii-if

iifibib=i-if并聯(lián)反饋ufuiubeube=ui-uf串聯(lián)反饋反饋極性：正反饋與負(fù)反饋判定方法——“瞬時(shí)極性法”方法：假設(shè)輸入信號(hào)極性判斷電路中相關(guān)點(diǎn)電位極性輸出信號(hào)極性反饋信號(hào)極性比較【凈輸入信號(hào)減小(增大)則為負(fù)(正)反饋】負(fù)反饋的作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)；穩(wěn)定放大倍數(shù)；改善輸入電阻和輸出電阻；擴(kuò)展通頻帶，改善輸出信號(hào)波形。注意：在共射放大電路中，基極與集電極的信號(hào)反極性，基極與發(fā)射極的信號(hào)同極性

2、負(fù)反饋放大器的四種類型負(fù)反饋類型有四種組態(tài):

電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋1）.

電壓串聯(lián)負(fù)反饋從輸入端看，有：ube=ud

=ui-uf故為串聯(lián)反饋。

“瞬時(shí)極性法”判斷反饋極性為負(fù)反饋；所以電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋反饋電壓：因?yàn)榉答伭颗c輸出電壓成比例，所以稱電壓反饋。ui一定

2）.電流串聯(lián)負(fù)反饋

反饋電壓：uf=icRf根據(jù)瞬時(shí)極性判斷是負(fù)反饋，所以該電路為電流串聯(lián)負(fù)反饋ube=ud

=ui-uf在輸入端有因?yàn)榉答伭颗c輸出電流成比例，所以是電流反饋。故為串聯(lián)負(fù)反饋。3）.電壓并聯(lián)負(fù)反饋根據(jù)瞬時(shí)極性判斷是負(fù)反饋，所以該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。Ib

=id=is-if從輸入端看有：因?yàn)榉答伭颗c輸出電壓成比例，所以是電壓反饋。

反饋電流：故為并聯(lián)反饋。4）.電流并聯(lián)負(fù)反饋根據(jù)瞬時(shí)極性判斷是負(fù)反饋，所以該電路為電流串聯(lián)負(fù)反饋。在輸入端有:ib

=id=is-if反饋電流：因?yàn)榉答伭颗c輸出電流成比例，所以是電流反饋。故為并聯(lián)反饋。三、負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響基本放大電路A反饋電路F

+–反饋電路的基本方程：ofXXF··=doXXA··=

A開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)

Af閉環(huán)放大倍數(shù)第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器1.降低放大倍數(shù)

則有：結(jié)論:負(fù)反饋使放大倍數(shù)下降,|1+AF|

稱為反饋深度，其值愈大，負(fù)反饋?zhàn)饔糜鷱?qiáng)。第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器2.提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性例如，1+

AF

=

101，dA/A

=

10%則，dAf/Af

=

（

10

%）

1010.1

%引入負(fù)反饋后使放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器

某一放大器的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)A=1000，若由于環(huán)境溫度的影響，使A下降為600。若引入負(fù)反饋，反饋系數(shù)F=0.01，比較引入負(fù)反饋前后電壓放大倍數(shù)的相對(duì)變化量。

解：當(dāng)A=1000時(shí)當(dāng)A=600時(shí)若|AF|>>1，稱為深度負(fù)反饋，此時(shí)：結(jié)論：深度負(fù)反饋條件下，放大倍數(shù)僅與反饋電路有關(guān)。而反饋電路一般由無(wú)源元件組成，受溫度影響較小，故Af比較穩(wěn)定。第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器3.減少非線性失真無(wú)負(fù)反饋Auiuo大小有負(fù)反饋uiA接近正弦波Fuf略小略大ufuo+–uid改善波形的失真第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器4.展寬通頻帶放大器加入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)下降，但通頻帶卻加寬了，如圖所示。第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器5.對(duì)輸入、輸出電阻的影響(1)對(duì)輸入電阻的影響ii

A

FuiudufRiAFud無(wú)反饋時(shí)有反饋時(shí)串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大Rif第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小ifiidii

A

FuiRiAFiidRif第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器無(wú)反饋時(shí)電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小電壓負(fù)反饋→穩(wěn)定輸出電壓（當(dāng)負(fù)載變化時(shí)）→恒壓源→輸出電阻小。電流負(fù)反饋使輸出電阻提高電流負(fù)反饋→穩(wěn)定輸出電流（當(dāng)負(fù)載變化時(shí)）→恒流源→輸出電阻大。（2）對(duì)輸出電阻的影響第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器總結(jié)：引入負(fù)反饋改善性能的一般原則要穩(wěn)定輸出電壓——引電壓負(fù)反饋要穩(wěn)定輸出電流——引電流負(fù)反饋要增大輸入電阻——引串聯(lián)負(fù)反饋要減小輸入電阻——引并聯(lián)負(fù)反饋第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器第三節(jié)直流放大器一、直流放大器的零點(diǎn)漂移二、差分放大器第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器一、直流放大器的零點(diǎn)漂移

1.零點(diǎn)漂移：輸入電壓為零，而輸出電壓緩慢變化的現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱零漂。如下圖所示。第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器2.引起零點(diǎn)漂移的原因

（1）晶體管的參數(shù)(ICBO、UBE、β)隨溫度的變化而變化，引起電路中靜態(tài)工作點(diǎn)的變化，所以零點(diǎn)漂移也稱為溫度漂移（簡(jiǎn)稱溫漂）。（2）電源電壓的波動(dòng)：在多級(jí)直接耦合放大器中各級(jí)漂移中，又以第一級(jí)的漂移影響最為嚴(yán)重，減小輸入級(jí)的零點(diǎn)漂移，成為多級(jí)直接耦合放大器一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器3.出現(xiàn)問(wèn)題

零點(diǎn)漂移引起輸出電壓的變化與被放大的有用信號(hào)無(wú)法區(qū)別開(kāi)，對(duì)于直流放大器，前級(jí)引起的零點(diǎn)漂移電壓，被后級(jí)放大，最后將掩蓋正常輸出，造成錯(cuò)誤輸出。4.解決零漂的方法放大器的輸入級(jí)采用差分放大器。差分放大器具有抑制零點(diǎn)漂移的作用，廣泛用于集成電路的輸入級(jí)。第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器二、差分放大器(differentialamplifier)輸入信號(hào)ui1、ui2由兩管的基極輸入，輸出電壓uo取自兩管的集電極。這種電路稱為雙端輸入—雙端輸出差分放大器。電路結(jié)構(gòu)：T1、T2管特性和參數(shù)相同，具有相同的溫度特性。第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)對(duì)稱。ui1ui2uoRC1RB1T1RS1RC2RB2T2RS2IC2IC1⑴

當(dāng)沒(méi)有輸入信號(hào)

ui1=ui2=0

RC1IC1＝RC2IC2

UC1=UC2

Uo=0

輸入信號(hào)電壓為零時(shí)，輸出信號(hào)電壓也為零。

⑵

當(dāng)把輸入信號(hào)電壓ui加在兩個(gè)輸入端之間

ui1＝ui

/2ui2＝-ui

/2差模信號(hào)

差模輸入

ic1=-ic2=ic

uo＝uo1－uo2

＝RC1iC1－RC2iC2

=2RCiC

電路是根據(jù)兩個(gè)輸入信號(hào)之差來(lái)工作的，所以有差動(dòng)式電路之稱。

二、差分放大器(differentialamplifier)uo=UC1-UC2

=0uo=(UC1+

uC1

)-(UC2+

uC2)=0當(dāng)ui1

=

ui2=0

時(shí)：當(dāng)溫度變化時(shí)：+UCCuoui1RC1Rb1T1RS1RC2Rb2T2RS2ui21.零點(diǎn)漂移的抑制(1)共模輸入(common-modeinput)

兩管基極輸入信號(hào)大小相等，極性相同，即uil=ui2，這樣的輸入稱為共模輸入。差分放大器對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有放大作用，即放大倍數(shù)為零。溫度變化所引起的零點(diǎn)漂移和其它干擾信號(hào)都可以視為共模信號(hào)，差分電路抑制共模信號(hào)能力的大小反映出它對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制水平，在高質(zhì)量的直流放大器中第一級(jí)總是采用差分放大器。

2.差分放大器對(duì)信號(hào)的放大作用第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器(2)差模輸入(differentialinput)

兩管基極輸入信號(hào)大小相等，極性相反，即uil=-ui2，這樣的輸入稱為差模輸入。差模輸入信號(hào)使兩管的集電極電流IC一增一減，相應(yīng)的兩管的集電極電位一減一增，差動(dòng)放大電路的輸出電壓為兩管各自輸出電壓變化量的兩倍，也就是將要放大的輸入信號(hào)。例如：ΔUCl=-1V，ΔUC2=1V，則u。=-1V-1V=-2V第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器改進(jìn)原因：在實(shí)際電路中，完全對(duì)稱的情況并不存在，單靠電路的對(duì)稱性來(lái)抑制零點(diǎn)漂移是有限的；同時(shí)差分電路中每個(gè)管的集電極電位的漂移并未得到抑制，如果采用單端輸出則根本無(wú)法抑制漂移,必須從改進(jìn)電路著手，來(lái)減小每個(gè)三極管自身的零點(diǎn)漂移。3.典型差分放大器的改進(jìn)第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器

（1）長(zhǎng)尾式差分放大器電路特點(diǎn)：接入射極電阻RE、輔助負(fù)電源UEE，采用正負(fù)雙電源供電。為使電路左右平衡，設(shè)置調(diào)零電位器Rw。雙電源的作用：1）使信號(hào)變化幅度加大。2）IB1、IB2由負(fù)電源-UEE提供。第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器

射極電阻RE的作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，限制每一個(gè)三極管的漂移范圍，減小每個(gè)管子的零點(diǎn)漂移。第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器差分放大器共模抑制比（CMRR）的定義共模抑制比：放大器對(duì)差模信號(hào)的放大倍數(shù)和對(duì)共模信號(hào)的放大倍數(shù)之比。共模抑制比愈大，說(shuō)明電路抑制零漂能力愈強(qiáng)。CMRR—CommonModeRejectionRatioKCMRR=KCMRR

(dB)=(分貝)第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器在差分電路中，提高共模抑制比的有效途徑是增大射極電阻RE，但會(huì)造成靜態(tài)工作點(diǎn)偏低，這在電子電路中是不可取的，采用恒流源來(lái)代替射極電阻是常用措施之一。（2）恒流源式差放電路第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器恒流源的作用:恒流源相當(dāng)于阻值很大的電阻。恒流源不影響差模放大倍數(shù)。恒流源影響共模放大倍數(shù)，使共模放大倍數(shù)減小，從而增加共模抑制比，理想的恒流源相當(dāng)于阻值為無(wú)窮的電阻，所以共模抑制比是無(wú)窮。第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器4.差分放大器的輸入輸出方式

第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器第四節(jié)功率放大器三、集成功率放大器

二、互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器一、功率放大器的特點(diǎn)和分類第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器

電子儀器最后一級(jí)的放大器，常常需要給負(fù)載提供較大的電壓和較大的電流，也就是需要供給負(fù)載較大的功率，這種放大器稱為功率放大器(poweramplifier)，簡(jiǎn)稱為功放。放大電路實(shí)質(zhì)都是能量轉(zhuǎn)換電路，從能量控制的觀點(diǎn)來(lái)看功率放大器和電壓放大器、電流放大器沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，無(wú)論哪種放大器，在負(fù)載上都同時(shí)存在輸出電壓，輸出電流和輸出功率。功率放大電壓放大信號(hào)提取一、功率放大器的特點(diǎn)和分類

1．功率放大器工作特點(diǎn)

（1）在不失真情況下能輸出盡可能大的功率。在選擇功放管時(shí)要特別注意集電極最大允許電流ICM、管壓降最大值UCEO、最大耗散功率PCM等極限參數(shù)的選擇，以確保管子安全工作。通常要給功放管加裝散熱片，防止管子因過(guò)熱而損壞。

第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器IcucePCMICMUCEM注意：功放電路中電流、電壓值都比較大，電路參數(shù)不能超過(guò)晶體管的極限值:ICM

、UCEM

、

PCM。

第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器（2）效率要高。在輸出功率比較大的情況下效率問(wèn)題尤為突出。功率放大器的最大輸出功率與電源所提供的功率之比稱為效率，用公式表示：Pom

:負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PE

：電源提供的直流功率第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器（3）盡量減小非線性失真。由于功率放大器處于大信號(hào)工作狀態(tài)，輸出電壓和電流的變化幅度較大，有可能超出特性曲線的線性范圍，容易產(chǎn)生非線性失真。（4）功放管的散熱問(wèn)題。實(shí)際功率放大電路中,為了提高輸出信號(hào)功率,在功放管一般加有散熱片。

（5）分析方法。功率放大器處于大信號(hào)極限工作狀態(tài)，必須采用圖解分析法。第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器2.功率放大器的分類

通常按靜態(tài)工作點(diǎn)在交流負(fù)載線上的位置不同，功率放大器可分為甲類、乙類和甲乙類等三種工作狀態(tài)。如圖所示：

第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器

2.功率放大器的分類

(1)功放管靜態(tài)工作點(diǎn)選擇在放大區(qū)內(nèi)的稱為甲類功放電路在工作過(guò)程中功放管處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出波形無(wú)失真。由于設(shè)置的靜態(tài)電流大，放大器的效率較低，最高只能達(dá)到50%。如圖所示。(2)功放管靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在截止區(qū)邊緣的稱為乙類功放電路在工作過(guò)程中功放管僅在輸入信號(hào)的正半周導(dǎo)通，負(fù)半周時(shí)功放管截止，只有半波輸出。由于幾乎無(wú)靜態(tài)電流，電路的功率損耗減到最少，使效率大大提高。在實(shí)際使用中，乙類功放電路采用兩個(gè)功放管組合起來(lái)交替工作，就可輸出完整的信號(hào)。

如圖所示。(3)功放管的靜態(tài)工作點(diǎn)介于甲類和乙類之間的稱為甲乙類功放電路它的波形失真情況和效率介于上述兩類之間。是實(shí)用功放電路經(jīng)常采用的方式。

如圖所示。引入原因：在甲乙類和乙類狀態(tài)下工作時(shí)，雖然提高了功率放大器效率，但產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真。既要保證靜態(tài)時(shí)管耗小，又要輸出失真小，只能從電路結(jié)構(gòu)上想辦法。下面介紹工作在乙類或甲乙類狀態(tài)的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器。二、互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器

（1）電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn):NPN、PNP兩管特性一致，雙電源供電，輸出無(wú)隔直電容。1.OCL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器(OutputCapacitorLess)第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器（2）工作原理分析靜態(tài)分析：ui

=0V

T1、T2均不工作

uo

=0V動(dòng)態(tài)分析：設(shè)ui

為正弦波

ui正半周T1導(dǎo)通、T2截止io=ic1

;ui負(fù)半周T1截止、

T2導(dǎo)通io=ic2T1、T2都只在半個(gè)周期內(nèi)工作,稱為乙類放大。第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器乙類放大的特點(diǎn)：(1)靜態(tài)電流等于零；(2)每管導(dǎo)通時(shí)間等于半個(gè)周期；(3)降低了靜態(tài)工作電流，但產(chǎn)生交越失真。結(jié)論：兩個(gè)三極管一個(gè)正半周，一個(gè)負(fù)半周輪流導(dǎo)電，在負(fù)載上將正半周和負(fù)半周合成在一起，得到一個(gè)完整的波形。第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器最大輸出功率

直流電源提供的功率

（3）OCL功率放大器的效率計(jì)算第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器效率為

實(shí)際電路中存在飽和管壓降UCES，且靜態(tài)工作電流IC也不為零，因此輸出效率一般小于78.5％。

第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器（1）電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩管對(duì)稱，單電源供電，輸出加有大電容。2.OTL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器(OutputTransformerLess)第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器（2）OTL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器工作分析

靜態(tài)工作分析：即ui＝0時(shí)，電路的基極偏置電壓為零，故兩管的靜態(tài)參數(shù)UBE、IB和IC值均為零，負(fù)載電阻RL上無(wú)電流通過(guò)，兩管的發(fā)射極電位UE＝0，工作點(diǎn)位于橫軸的位置，屬于乙類工作狀態(tài)。

第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號(hào)的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器

動(dòng)態(tài)工作分析：輸入信號(hào)正半周時(shí)，T1導(dǎo)通，T2截止，電源＋UCC通過(guò)T1和RL向電容C充電，使電容兩端的電壓為1/2UCC

。負(fù)半周時(shí)，T1截止，T2導(dǎo)通，電容C通過(guò)T2向RL放電，這時(shí)相當(dāng)于負(fù)電源的作用，在負(fù)載上得到一個(gè)完整的正弦波電壓。