13放大电路与集成运算放大器汇总.pptx

1电工电子技术与技能（非电类少学时）电工电子技术与技能（非电类少学时）程周主编程周主编中等职业教育课程改革国家规划新教材配套多媒体资源213 放大电路与集成运算放大器13.1 基本放大电路基本放大电路113.2 多多级放大放大电路路23*13.3 射极输出器射极输出器 13.5 运算放大器运算放大器5*13.4 功率放大器功率放大器4 13.6 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈6 13.7 正弦波振荡器正弦波振荡器7313.1基本放大电路基本放大电路VT 电流放大元件电流放大元件UCC 直直流流电电源源。与与 RB、RC 配配合合，保保证证管管子子的的发发射射极极正正偏偏、集集电电极极反反偏偏；为为输输出出信信号号提提供供能量。能量。RB 基基极极偏偏置置电电阻阻。与与 UCC 配配合合，为为三三极极管管提提供供合合适适的的基基极电流。极电流。RC 集集电电极极负负载载电电阻阻。将将三三极极管管的的电电流流放放大大作作用用转转化化为为电电压放大。压放大。C1、C2 耦合电容。耦合电容。“隔直通交隔直通交”。发射极是输入、输出回路的公共端发射极是输入、输出回路的公共端输入回路输入回路输出回路输出回路共射放大电路共射放大电路13.1.1 共发射极单管放大电路的结构共发射极单管放大电路的结构413.1.2共发射极放大电路工作原理共发射极放大电路工作原理1.静态工作情况静态工作情况直流通路：直流通路：直流信号在电路中流通的路径。直流信号在电路中流通的路径。直流通路的画法：直流通路的画法：电容视为开路。电容视为开路。静态工作点：静态工作点：静态时，晶体管静态时，晶体管IB、IC、UCE 称该放大电路静态工作点。称该放大电路静态工作点。静静态态：放放大大器器无无交交流流信信号号输输入入时的直流工作状态。时的直流工作状态。静态分析时可画出：静态分析时可画出：图图13.2基本共发射极放基本共发射极放大电路的直流通路大电路的直流通路 5根据直流通路的结构计算根据直流通路的结构计算静态工作点静态工作点通常通常则则6 例例 UCC=12 V,RB=300 k,RC=4 k,=50,求放大电路的静态工作点求放大电路的静态工作点IB、IC 和和 UCE。解解 72动态工作情况动态工作情况 动态：动态：有交流信号输入时放大电路的状态。有交流信号输入时放大电路的状态。动动态态时时，在在输输入入交交流流信信号号 ui 作作用用下下，电电路路中中各各极极电电压压、电电流流在在原原静静态态值值上上叠叠加加一一个个交交流流分分量量。只只要要静静态态工工作作点点合合适适，晶晶体体管管工工作作在在放放大大状状态态，各各极极电电压压、电电流流交交流流分分量量的的变变化化规规律与输入交流信号律与输入交流信号 ui 相同。相同。8放大电路的工作波形放大电路的工作波形输入交流信号输入交流信号 ui 经耦合电容经耦合电容 C1 加加在晶体管的发射结。在晶体管的发射结。经耦合电容经耦合电容 C2“隔直通交隔直通交”后，后，输出交流电压输出交流电压 uo。uo 与与 ui 反相。反相。uBE=UBE+ui由于晶体管处于放大状态，集电极由于晶体管处于放大状态，集电极电流电流 iC 受基极电流受基极电流 iB 控制，控制，iC=iB=IC+ic，uCE=UCC iCRC随随 iC 作相反的作相反的变化。变化。uBE 的变化引起基极电流的变化引起基极电流 iB 的变化。的变化。iB=IB+ib9放放大大电电路路在在输输入入交交流流信信号号后后，如如果果静静态态工工作作点点选选择择的的合合适适，在在整整个个信信号号周周期期内内，晶晶体体管管都都工工作作在在线线性性放放大大区区，放放大大电电路路能能不不失失真地放大信号。真地放大信号。如如果果静静态态工工作作点点选选择择不不当当，晶晶体体管管有有时时会会进进入入截截止止状状态态或或饱饱和和状状态态，从从而而产产生生非非线线性失真。性失真。13.1.3静态工作点的选择与波形失真静态工作点的选择与波形失真101静态工作点设置太低时静态工作点设置太低时UBE 小于小于 uim,在交流信号的负半周，在交流信号的负半周，晶体管发射结因反偏而截止，没有放大作晶体管发射结因反偏而截止，没有放大作用，输出波形失真。用，输出波形失真。截止失真：截止失真：因晶体管进入截止区而因晶体管进入截止区而产生的失真。产生的失真。克服截止失真的办法：克服截止失真的办法：增大静态工增大静态工作点的值，通常减小基极偏置电阻作点的值，通常减小基极偏置电阻 RB。截止失真的特点：截止失真的特点：对于对于 NPN 型晶体型晶体管组成的放大电路，发生截止失真时，管组成的放大电路，发生截止失真时，输出电压波形的正半周被削。输出电压波形的正半周被削。112静态工作点设置太高时静态工作点设置太高时在在交交流流信信号号的的正正半半周周，随随输输入入信信号号增增大大，集集电电极极电电流流 iC 因因受受最最大大值值 ICm 的的限限制制不不能能相相应应增增大大，iB 对对 iC 失失去去控控制制作作用用，晶晶体体管管进进入入饱饱和和区区，输输出出波形产生失真。波形产生失真。饱饱和和失失真真：因因晶晶体体管管进进入入饱饱和和区区而而产产生生的的失失真。真。饱饱和和失失真真的的特特点点：对对于于 NPN 型型晶晶体体管管组组成成的的放放大大电电路路，发发生生饱饱和和失失真真时时，输输出出电电压压波波形形的的负半周被削。负半周被削。克克服服饱饱和和失失真真的的办办法法：减减小小静静态态工工作作点点的的值，通常增大基极偏置电阻值，通常增大基极偏置电阻 RB。12为了不失真的放大信号，必须设置合适的静态工作为了不失真的放大信号，必须设置合适的静态工作点，同时工作点要稳定。点，同时工作点要稳定。由于晶体管的参数与温度有关，当环境温度变化或更由于晶体管的参数与温度有关，当环境温度变化或更换管子时，晶体管的参数要发生变化，引起静态工作点的换管子时，晶体管的参数要发生变化，引起静态工作点的变化。变化。TICEOIC例：例：即，温度升高，静态工作点上移，可能会引起饱和即，温度升高，静态工作点上移，可能会引起饱和失真。失真。稳定静态工作点，采用具有稳定静态工作点作用的稳定静态工作点，采用具有稳定静态工作点作用的分压式放大电路。分压式放大电路。13.1.4静态工作点的稳定静态工作点的稳定13分压式放大电路：分压式放大电路：稳定静态工作点的原理：稳定静态工作点的原理：如果如果 I1 IB，UCC UBE，则：则：基本不变基本不变UE=UB UBE 也基本不变也基本不变基本不变基本不变稳定静态工作点的过程：稳定静态工作点的过程：TICIEVEUBE (=UB UE)ICCE：旁路电容。对交流信号：旁路电容。对交流信号 CE 视为短路。视为短路。14 交流通路交流通路放大电路的交流通路放大电路的交流通路交流通路：交流通路：交流信号在电路中交流信号在电路中流通的路径。流通的路径。交流通路的画法：交流通路的画法：对交流信号对交流信号阻抗很小的耦合电容、旁路电阻抗很小的耦合电容、旁路电容视为短路；直流电源对交流容视为短路；直流电源对交流信号内阻很小，也视为短路。信号内阻很小，也视为短路。输入回路输入回路输出回路输出回路13.1.5电压放大倍数、输入电阻和输出电阻电压放大倍数、输入电阻和输出电阻151电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数所以所以负号表示输出与输入信号反相。负号表示输出与输入信号反相。CL,u=beC rRARR-=空载时，空载时，为晶体管基极和发射极为晶体管基极和发射极间的动态电阻。间的动态电阻。ber约为约为1 k。162输入电阻输入电阻 Ri 和输出电阻和输出电阻 Ro放大电路的输入电阻放大电路的输入电阻 Ri 是是从放大电路的输入端看进去的从放大电路的输入端看进去的交流等效电阻。交流等效电阻。riRi 相相当当于于信信号号源源或或前前级级放放大大电电路路的的负负载载。一一般般来来说说，Ri 越越大大，放放大大电电路路向向信信号号源源取取用用的的电电流流越越小小，对对信信号号源源的的影响越小。影响越小。17放大电路的输出电阻放大电路的输出电阻 Ro 是从放是从放大电路的输出端大电路的输出端(不包括负载不包括负载)看进看进去的交流等效电阻。去的交流等效电阻。roRo 表示放大电路的带负载能力。放大电路对负载来表示放大电路的带负载能力。放大电路对负载来说相当于一个内阻为说相当于一个内阻为 Ro 的信号源。的信号源。Ro 越小，放大电路带越小，放大电路带负载的能力越强。负载的能力越强。18 例例 UCC=12 V,RB=300 k,RC=4 k,=50，rbe=1 k,RL=4 k，求放大电路的，求放大电路的 Au、ri、ro。解解 若放大电路未带负载若放大电路未带负载19多多个个单单级级放放大大电电路路通通过过一一定定的的方方式式连连接接在在一一起起，组组合合成多级放大电路成多级放大电路 。级间耦合：级间耦合：级与级间的连接方式。级与级间的连接方式。级间耦合的要求：级间耦合的要求：一、前后级静态工作点影响应最小。一、前后级静态工作点影响应最小。二二、信信号号能能顺顺利利传传递递，传传递递过过程程中中信信号号损损耗耗和和失失真真要要尽可能的小。尽可能的小。13.2多级放大电路多级放大电路201耦合方式耦合方式常常用用的的耦耦合合方方式式有有三三种种：直直接接耦耦合合、阻阻容容耦耦合合、变变压压器耦合。器耦合。(1)直接耦合直接耦合缺缺点点：前前后后级级静静态态工工作作点点互互相相影影响响，存存在在“零零点点漂漂移移”现象。现象。零零点点漂漂移移：输输入入信信号号为为零零时时，输输出出随随外外界界条条件件变变化化而偏离静态值的现象。而偏离静态值的现象。优优 点点：能能 够够 放放 大大 直直 流流 信信号和变化缓慢的信号。号和变化缓慢的信号。零零点点漂漂移移危危害害：轻轻则则使使电电路路输输出出存存在在误误差差，重重则则使使电路无法正常工作。电路无法正常工作。21(2)阻容耦合阻容耦合由由于于耦耦合合电电容容的的隔隔直直作作用用，各各级级静静态态工工作作点点可可独独立立设设置置，互互不不影影响响。但但不不能能放放大大直直流流信信号号和和变变化化缓缓慢慢的的信信号。号。(3)变压器耦合变压器耦合优优点点：变变压压器器一一次次、二二次次绕绕组组间间不不能能传传递递直直流流信信号号，因因而而前前后后级级静静态态工工作作点点互互不不影影响响；由由于于变变压压器器的的阻阻抗抗电电压、电流的变换作用，可使放大电路传输效率高。压、电流的变换作用，可使放大电路传输效率高。缺点：频率特性差，体积大，不适于集成化。缺点：频率特性差，体积大，不适于集成化。222多级放大电路的组成多级放大电路的组成多多级级放放大大电电路路的的总总电电压压放放大大倍倍数数等等于于各各单单级级放放大大电电路路放大倍数的乘积。放大倍数的乘积。Au=Au1Au2 Aun注注意意：在在计计算算放放大大倍倍数数时时，后后级级的的输输入入电电阻阻即即为为前前级级的负载电阻。的负载电阻。23射极输出器电路图射极输出器电路图输出电压输出电压 uo 为晶体管发射极输出。为晶体管发射极输出。13.3 射极输出器射极输出器241电压放大倍数电压放大倍数经理论分析可得经理论分析可得可见输出电压可见输出电压 uo 随随 ui 变化而变化，大小近似相等，且变化而变化，大小近似相等，且相位相同，所以该电路又称射极跟随器。相位相同，所以该电路又称射极跟随器。13.3.1电压放大倍数、输入电阻和输出电阻电压放大倍数、输入电阻和输出电阻252输入电阻输入电阻 Ri射极跟随器的输入电阻很射极跟随器的输入电阻很高。通常为几千欧至几百千欧。高。通常为几千欧至几百千欧。riri ro3输出电阻输出电阻 Ro射极跟随器的输出电阻很小。通常为几十欧至几百欧。射极跟随器的输出电阻很小。通常为几十欧至几百欧。原因：因原因：因 uo ui，当，当 ui 不变，不变，uo 也近似不变，可见，也近似不变，可见，负载电阻对输出电压影响很小，说明输出电阻很小。负载电阻对输出电压影响很小，说明输出电阻很小。26射射极极跟跟随随器器具具有有输输入入电电阻阻高高；输输出出电电阻阻低低；电电压压放放大大倍倍数数近近似似等等于于 1；输输出出电电压压与与输输入入电电压压同同相相位位的的特特点点，因因而在电路中得到广泛的应用。而在电路中得到广泛的应用。1作输入级作输入级2作输出级作输出级3作中间隔离级作中间隔离级利用高输入阻抗可减小对信号源的影响。利用高输入阻抗可减小对信号源的影响。利用低输出阻抗可提高带负载能力，使输出电压稳定。利用低输出阻抗可提高带负载能力，使输出电压稳定。利利用用其其阻阻抗抗变变换换作作用用，接接在在两两级级共共发发射射极极放放大大电电路路之之间，可减小后级对前级的影响。间，可减小后级对前级的影响。13.3.2射极输出器的应用射极输出器的应用27是是以以供供给给负负载载一一定定输输出出功功率率为为主主要要目目的的的的放放大大电电路路，简称功放。简称功放。对功放的要求：对功放的要求：1输出功率大：输出功率大：即输出信号的电压和电流幅值都应很大。即输出信号的电压和电流幅值都应很大。13.4.1功率放大器的概念功率放大器的概念2效率高：效率高：减小晶体管消耗的能量，使直流电源提供的减小晶体管消耗的能量，使直流电源提供的直流功率尽可能多的转化为输出功率。直流功率尽可能多的转化为输出功率。3失失真真小小：功功放放中中的的晶晶体体管管工工作作在在大大信信号号状状态态，不不可可避避免会产生非线性失真。要求非线性失真在规定的范围内。免会产生非线性失真。要求非线性失真在规定的范围内。281 OCL 功放电路工作原理功放电路工作原理结构特点结构特点：VT1 和和 VT2 分别是分别是 NPN 和和 PNP 管，两管，两管参数对称，管参数对称，。该该电电路路可可看看作作两两个个射射极极输输出出器器组组合合而而成成。射射极极输输出出器器具具备备电电流放大作用。流放大作用。13.4.2互补对称功率放大器互补对称功率放大器(OCL 电路电路)29工工作作原原理理：当当输输入入信信号号 ui =0 时时，两两管管均均不不导导通通，无无电流流过负载，输出电压电流流过负载，输出电压 uo=0。30ic2 自下而上流过负载，输出自下而上流过负载，输出 uo 的负半周。的负半周。当输入信号当输入信号 ui 0 时时:在在 ui 正半周，正半周，VT1 发射发射结正偏导通，结正偏导通，VT2 截止。截止。ic1Ic1 自上而下流过负载，自上而下流过负载，输出输出 uo 的正半周。的正半周。ic2在在 ui 负半周，负半周，VT2 发射发射结正偏导通，结正偏导通，VT1 截止。截止。可见在可见在 ui 的整个周期的整个周期内，两管交替导通，负载上内，两管交替导通，负载上得到一个完整得到一个完整 波形。波形。31结论：结论：两两管管互互补补，工工作作性性能能对对称称，各各自自导导通通半半个个周周期期，因因而而称称为为互互补补对对称电路。称电路。2最大输出功率和效率最大输出功率和效率(1)最大输出功率最大输出功率 Pom(2)效率效率 平均功率平均功率实际实际 OCL 功放，其效率一般在功放，其效率一般在 60 左右。左右。32运算放大器是一个集成的高运算放大器是一个集成的高放大倍数的多级直接耦合放大放大倍数的多级直接耦合放大器，简称运放。器，简称运放。运放由输入级、中间级、输出级和偏置电路组成。运放由输入级、中间级、输出级和偏置电路组成。输入级：采用具有抑制零点漂移作用的差分放大器。输入级：采用具有抑制零点漂移作用的差分放大器。中间级：采用多级电压放大器，以提供大的电压放大倍中间级：采用多级电压放大器，以提供大的电压放大倍数。数。结构：结构：13.5.1运算放大器的结构和特点运算放大器的结构和特点13.5 运算放大器运算放大器33 输出级：输出级：采用具有功率放大作用的射极输出器，以提高带负采用具有功率放大作用的射极输出器，以提高带负载能力；载能力；偏置电路：给运放的各级提供合适的静态工作点。偏置电路：给运放的各级提供合适的静态工作点。特点：特点：输入电阻很高，输出电阻很小，电压放大倍数很大，输入电阻很高，输出电阻很小，电压放大倍数很大，零点漂移很小。零点漂移很小。符号：符号：同相输入端同相输入端反相输入端反相输入端输出端输出端34U UoppoppUUoppopp线性区线性区正饱和区正饱和区 负饱和区负饱和区 运放的输入输出特性：运放的输入输出特性：由于运放的电压放大倍数由于运放的电压放大倍数很大，为保证正常工作，需引很大，为保证正常工作，需引入负反馈。入负反馈。Ao 为开环电压放大倍数。为开环电压放大倍数。斜率斜率A0ouoAB运放工作在线性区时运放工作在线性区时35运算放大器实际电路运算放大器实际电路RP：调零电位器：调零电位器C：消振电容：消振电容+UCC与与-UEE：电源电压：电源电压RF：负反馈电阻：负反馈电阻36由由于于实实际际运运算算放放大大器器的的技技术术指指标标接接近近理理想想化化条条件件，为为简简化化分分析析，可可将将实实际际运运放放看看作作理理想想运运放放，按按其其理理想想化化条件进行分析。条件进行分析。1开环电压放大倍数为无穷大，即开环电压放大倍数为无穷大，即 A=。2开环输入电阻无穷大，即开环输入电阻无穷大，即 Ri=。3开环输出电阻为零，即开环输出电阻为零，即 Ro=0在在分分析析运运算算放放大大器器的的电电路路时时，一一般般将将它它看看成成是是理理想想的的运算放大器。运算放大器。理想化的主要条件：理想化的主要条件：13.5.2理想运算放大器理想运算放大器37理想运放工作在线性区的依据理想运放工作在线性区的依据由于由于 Ao=，uo 为有限值，为有限值，由由得：得：u+-u-=01u+=u-相相当当于于两两输输入入端端之之间间短短路路,但但又又未未真真正正短短路路，故故称称 “虚虚假假短短路路”，简称虚短简称虚短 。由于由于 Ri=两两输入端无电流流进，输入端无电流流进，相相当当于于两两输输入入端端之之间间断断路路，但但又又未未真真正正断断路路，故故称称 “虚虚假断路假断路”，简称虚断。，简称虚断。2i+=i-=0381比例运算电路比例运算电路(1)反相比例运算电路反相比例运算电路可列出可列出平衡电阻平衡电阻解得解得结结论论：输输出出电电压压与与输输入入电电压压为为反反相相比比例例运运算算关关系系。反反相相输输入端称为入端称为“虚地虚地”。若若反相器反相器由由i+=i-=0得得虚地虚地if13.5.3运算放大器组成的基本运算电路运算放大器组成的基本运算电路39(2)同相比例运算电路同相比例运算电路可列出可列出解得解得则则 uo=ui若若或或由由i+=i-=0得得结论：输出电压与输入电压为同相比例运算关系。结论：输出电压与输入电压为同相比例运算关系。电压跟随器电压跟随器40由图可列出由图可列出解得解得当当时，时，平衡电阻平衡电阻2加法运算电路加法运算电路结论：输出电压与输入电压之和成比例。结论：输出电压与输入电压之和成比例。当当 R1=R2=RF 时时加法器加法器反相加法电路反相加法电路41因为因为，所以，所以由图可列出由图可列出3减法运算减法运算当当时，时，=平衡电阻平衡电阻减法器减法器是实现若干个输入信号相减功能的电路是实现若干个输入信号相减功能的电路42反反馈馈：将将放放大大电电路路输输出出信信号号(电电压压或或电电流流)的的一一部部分分或或全全部部，通过一定的方式通过一定的方式(反馈电路反馈电路)引回到放大电路输入端。引回到放大电路输入端。正反馈：正反馈：如果反馈信号使净输入信号增加。如果反馈信号使净输入信号增加。负反馈：负反馈：如果反馈信号使净输入信号减小。如果反馈信号使净输入信号减小。输入量由两部分组成：输入量由两部分组成：输入信号输入信号 xi输出信号输出信号 xo(一部分或全部一部分或全部)13.6.1负反馈的概念负反馈的概念13.6 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈43负反馈放大电路的一般方框图负反馈放大电路的一般方框图 输入信号输入信号 净输入信号净输入信号 反馈信号反馈信号 输出信号输出信号若若为正反馈为正反馈本节只讨论负反馈本节只讨论负反馈若若为负反馈为负反馈44瞬时极性法：瞬时极性法：先假定将反馈信号放大电路输入端的先假定将反馈信号放大电路输入端的连线断开，连线断开，在某一瞬间，假设输入端信号的瞬间极性在某一瞬间，假设输入端信号的瞬间极性(表示信号表示信号增加，表示信号减小增加，表示信号减小)，根据放大电路的结构，得到输出，根据放大电路的结构，得到输出信号的瞬时极性。若反馈电路引回输入回路的反馈信号与原信号的瞬时极性。若反馈电路引回输入回路的反馈信号与原输入信号极性相同，使净输入增加，为正反馈；若反馈电路输入信号极性相同，使净输入增加，为正反馈；若反馈电路引回输入回路的反馈信号与原输入信号极性相反，使净输入引回输入回路的反馈信号与原输入信号极性相反，使净输入减小，为负反馈。减小，为负反馈。*13.6.2反馈的极性判断反馈的极性判断45例：例：试用瞬时极性法判断电路的反馈极性试用瞬时极性法判断电路的反馈极性解：解：(1)1先断开反馈电路；先断开反馈电路；2反相输入端加反相输入端加“”(增大增大)瞬时信瞬时信号，输出端信号为号，输出端信号为“”。3经经RF引回反向输入端为引回反向输入端为“”与原输与原输入端的入端的“”信号相反信号相反负反馈负反馈ui“”同理：同理：uo“”(2)经经RF反馈反馈“”与与ui“”极性相同极性相同 正反馈正反馈 46(3)若若 VT1 加入端加加入端加“”，由，由 VT1“倒相倒相”，VT2 的发射极为的发射极为“”，经，经 RF、CF 反馈引反馈引回回 VT1 输入端后为输入端后为“”，与输入，与输入“”相反，相反，负反馈负反馈47概概念念：如如果果在在电电路路中中引引入入的的反反馈馈量量仅仅是是直直流流量量，这这种种反反馈馈称为直流反馈。称为直流反馈。13.6.3 直流负反馈直流负反馈作用：直流负反馈可以稳定放大电路的静态工作点。作用：直流负反馈可以稳定放大电路的静态工作点。481从放大电路输出端看，区分电压反馈、电流反馈从放大电路输出端看，区分电压反馈、电流反馈从从输输出出端端看看，如如果果反反馈馈信信号号取取自自输输出出电电压压，则则为为电电压反馈。压反馈。如如果果反反馈馈信信号号取取自自输输出出电电流流，则则为为电电流流反反馈。馈。*13.6.4负反馈放大电路的类型负反馈放大电路的类型49将将输输出出端端短短路路(输输出出电电压压等等于于零零)，若若反反馈馈信信号号消消失失，说说明明反反馈馈信信号号与与输输出出电电压压成成比比例例，则则为为电电压压反反馈馈；反反之之，则为电流反馈。则为电流反馈。判断方法：判断方法：电电压压负负反反馈馈可可以以稳稳定定输输出出电电压压，电电流流负负反反馈馈可可以以稳稳定输出电流。定输出电流。（a）电压反馈）电压反馈（b）电流反馈）电流反馈502从放大电路输入端看，区分从放大电路输入端看，区分串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈从输入端看，如果反馈信号以电压形式出现，与原输从输入端看，如果反馈信号以电压形式出现，与原输入信号相比较，则为串联反馈；入信号相比较，则为串联反馈；如果反馈信号以电流形式出现，与原输入信号相比如果反馈信号以电流形式出现，与原输入信号相比较，则为并联反馈。较，则为并联反馈。串联负反馈使输入电阻增大，适宜与电压源相连；串联负反馈使输入电阻增大，适宜与电压源相连；并联负反馈使输入电阻减小，适宜与电流源相连。并联负反馈使输入电阻减小，适宜与电流源相连。51将将反馈电路去掉，输入回路断开，则为串联反馈反馈电路去掉，输入回路断开，则为串联反馈；反反之，则为并联反馈。之，则为并联反馈。判断方法：判断方法：串联负反馈使输入电阻增大，并联负反馈使输出电阻串联负反馈使输入电阻增大，并联负反馈使输出电阻减小。减小。（c）串联反馈（d）并联反馈52负反馈有以下四种类型：负反馈有以下四种类型：电压串联负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈结论：结论：uiRF+uo+uouiRF+uiuoRF+R2uoR+RLud+uf+ioui+53 例例 判别图示判别图示电路从电路从 A2 输出端引入输出端引入 A1 输入输入端的反馈端的反馈类型。类型。uoui+uo1+RL Ruf+A1A2 解解 反馈电路从反馈电路从 A2 的输出端引出，故为电压反馈；的输出端引出，故为电压反馈；反馈电压反馈电压 uf 和输入电压和输入电压 ui 分别加在的分别加在的 A1 同相和反相两个输同相和反相两个输入端，故为串联反馈；入端，故为串联反馈；设设 ui 为正，则为正，则 uo1 为负，为负，uo 为正；反馈电压也为正。为正；反馈电压也为正。结论：串联电压负反馈结论：串联电压负反馈 反馈电压反馈电压 uf 使净输入使净输入+故为负反馈。故为负反馈。减小，减小，542提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性 1降低放大倍数降低放大倍数负负反反馈馈使使放放大大器器净净输输入入减减小小,因因而而输输出出信信号号减减小小。放放大大倍数倍数(输出信号与原输入信号之比输出信号与原输入信号之比)减小。减小。3减小非线性失真减小非线性失真4改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻13.6.5负反馈对放大器性能的影响负反馈对放大器性能的影响55uf负反馈负反馈减小了波形失真减小了波形失真负反馈减小非线性失真：负反馈减小非线性失真：加入加入负反馈负反馈无负反馈无负反馈FufAuuiuouo大大小小略大略大略大略大略小略小略小略小略小略小略小略小略大略大略大略大uiAu接近正弦波接近正弦波预失真预失真+56RiRo增高增高减低减低增高增高减低减低 串联串联 并联并联电压电压电流电流思考题：思考题：为了分别实现为了分别实现 (a)稳定输出电压；稳定输出电压；(b)稳定输出电流；稳定输出电流；(c)提高输入电阻；提高输入电阻；(d)降低输出电阻。降低输出电阻。应引入哪种类型的负反馈？应引入哪种类型的负反馈？负反馈对输入电阻负反馈对输入电阻 Ri、输出电阻、输出电阻 Ro 的影响的影响 57电路中无外加输入信号，而在输出端有一定频率和电路中无外加输入信号，而在输出端有一定频率和幅度的信号输出，这种现象称为电路的幅度的信号输出，这种现象称为电路的自激振荡自激振荡。uf当当 S 合于合于 1 时，时，输入输入 ui 经放大电路经放大电路输出电压输出电压 uo；当当 S 合于合于 2 时，时，调节反馈参数调节反馈参数 ui=uf，如果如果 uf =ui，输出电压，输出电压 uo 不变。即产生自激振荡。不变。即产生自激振荡。1自激振荡的概念自激振荡的概念2uo1基本放大电路基本放大电路(A)Sui+_正反馈电路正反馈电路(F)13.7正弦波振荡器正弦波振荡器13.7.1 正弦波振荡器的基本原理正弦波振荡器的基本原理582.自激振荡的平衡条件自激振荡的平衡条件uf2uo1ui 基本放大电路基本放大电路(A)Sui+_正反馈电路正反馈电路(F)当当 uf=ui 时，电路能维持振荡。时，电路能维持振荡。uo=Auiuf =FuoA 基本放大电路的电压放大倍数；基本放大电路的电压放大倍数；F 反馈电路的反馈系数。反馈电路的反馈系数。则自激振荡器平衡条件：则自激振荡器平衡条件：AF =1。59(2)振荡的相位平衡条件振荡的相位平衡条件:即：反馈电压与输入电压即：反馈电压与输入电压同相同相,为正反馈；为正反馈；(1)振荡的幅值平衡条件：振荡的幅值平衡条件：即：反馈电压即：反馈电压与输入电压的大小相等；与输入电压的大小相等；Uf =Ui自激振荡器平衡条件自激振荡器平衡条件 AF=1 可表示为可表示为结结论论：自自激激振振荡荡电电路路是是一一个个具具有有足足够够强强正正反反馈馈的的放放大电路。大电路。(n=1,2,)输入信号经放大电路的相移量；输入信号经放大电路的相移量；输出信号经反馈网络产生的相移量。输出信号经反馈网络产生的相移量。603自激振荡的建立自激振荡的建立振荡电路利用外界微弱的干扰信号振荡电路利用外界微弱的干扰信号(如刚接通电源如刚接通电源时各极电压、电流的扰动时各极电压、电流的扰动)作为初始信号作为初始信号，该信号包含，该信号包含各种频率成分，经放大器放大后，由选频网络选出某各种频率成分，经放大器放大后，由选频网络选出某一频率的信号，经正反馈电路送回到输入端、再放大、一频率的信号，经正反馈电路送回到输入端、再放大、再选频、再反馈再选频、再反馈，使输出信号从无到有，从小到，使输出信号从无到有，从小到大，从而建立起振荡。大，从而建立起振荡。由于晶体管的非线性及直流电源供给的能量有限，输出由于晶体管的非线性及直流电源供给的能量有限，输出信号不会无限制地增大。信号不会无限制地增大。可见，可见，产生自激振荡的条件是：产生自激振荡的条件是：AF 1。614正弦波振荡器的基本组成正弦波振荡器的基本组成(1)放大电路：放大电路：为满足振幅平衡条件必不可少的电路。为满足振幅平衡条件必不可少的电路。(2)正反馈电路：正反馈电路：为满足相位平衡条件必不可少的电路。为满足相位平衡条件必不可少的电路。(3)选频电路：选频电路：为输出单一频率正弦波信号所必须的电路。为输出单一频率正弦波信号所必须的电路。正弦波振荡器的类型：正弦波振荡器的类型：RC 正弦波振荡器：选频电路由正弦波振荡器：选频电路由 R、C 元件组成。元件组成。LC 正弦波振荡器：选频电路由正弦波振荡器：选频电路由 L、C 元件组成。元件组成。(4)稳幅电路：稳幅电路：保证振荡器输出的信号振幅稳定。保证振荡器输出的信号振幅稳定。62正反馈选频电路正反馈选频电路同相比例运放同相比例运放uou+CCRR+RFR11电路组成：电路组成：同相比例运放构成的放同相比例运放构成的放大器；大器；RC 串并联网络构成的正串并联网络构成的正反馈选频电路。反馈选频电路。2振荡频率：振荡频率：由振荡条件知：由振荡条件知：当当 RF 2R1 时，时，振荡频率为振荡频率为ui适用于产生频率小于适用于产生频率小于 1 000Hz 的低频信号。的低频信号。13.7.2RC 正弦波振荡器正弦波振荡器63LC 正弦波振荡器的类型：正弦波振荡器的类型：变变压压器器反反馈馈式式：选选频频电电路路由由变变压压器器一一次次绕绕组组与与电电容容组组成；正反馈电压取自变压器二次绕组。成；正反馈电压取自变压器二次绕组。由由电电感感 L 和和电电容容 C 组组成成选选频频电电路路，利利用用由由 LC 谐谐振振特特点确定信号输出的频率。点确定信号输出的频率。电电感感三三点点式式：选选频频电电路路由由电电感感与与电电容容组组成成；正正反反馈馈电电压取自部分电感线圈。压取自部分电感线圈。电电容容三三点点式式：选选频频电电路路由由电电感感与与电电容容组组成成；正正反反馈馈电压取自电容。电压取自电容。13.7.3LC 正弦波振荡器正弦波振荡器641变压器反馈式正弦波振荡器变压器反馈式正弦波振荡器 选择合适的匝数比，可满足振幅平衡条件。选择合适的匝数比，可满足振幅平衡条件。组成：组成：用瞬时极性法判断满足自激用瞬时极性法判断满足自激振荡的相位平衡条件。振荡的相位平衡条件。振荡频率：振荡频率：适用于产生频率在几十千赫到几兆赫的低频信号。适用于产生频率在几十千赫到几兆赫的低频信号。集成运放组成放大电路；集成运放组成放大电路；L1 和和 C2 并联谐振电路组成选频并联谐振电路组成选频电路；电路；L2 为反馈绕组。为反馈绕组。C1+RFR1R2RFR1-L2C2L165 2电感三点式正弦波振荡器电感三点式正弦波振荡器电感线圈的三个端钮电感线圈的三个端钮 a、b、c，对，对于交流分别与集成运放的两个输入端于交流分别与集成运放的两个输入端和输出端连接。和输出端连接。正反馈信号取自正反馈信号取自 L1 两端。两端。振荡频率：振荡频率：优点：振荡频率很高，一般可做到几十兆赫；缺点：优点：振荡频率很高，一般可做到几十兆赫；缺点：波形失真较大。波形失真较大。L1 与与 L2 串联与串联与 C2 并联组成选频电路并联组成选频电路L=L1+L266 3电容三点式正弦波振荡器电容三点式正弦波振荡器电容的三个端钮电容的三个端钮 a、b、c，对于，对于交流分别与集成运放的两个输入端交流分别与集成运放的两个输入端和输出端连接，正反馈信号取自和输出端连接，正反馈信号取自 C2 两端。两端。振荡频率：振荡频率：电路特点：频率较高，可达电路特点：频率较高，可达 100 100 MHz 以上。以上。优点：输出波形好。缺点：调节频率不方便。优点：输出波形好。缺点：调节频率不方便。671.石英晶体的结构和特性石英晶体的结构和特性结构：结构：将天然石英按一定方位角切成薄片，称为石将天然石英按一定方位角切成薄片，称为石英晶体。在晶片的两个特定的对应表面各引出一个电极，英晶体。在晶片的两个特定的对应表面各引出一个电极，再加上外壳封装即制成石英晶体振荡器。再加上外壳封装即制成石英晶体振荡器。符号符号13.7.4石英晶体正弦波振荡器石英晶体正弦波振荡器68石英晶体在电路中可等效为一损耗很小的谐振回路。石英晶体在电路中可等效为一损耗很小的谐振回路。它有两个很接近的谐振频率：串联谐振频率它有两个很接近的谐振频率：串联谐振频率 fs、并联谐振、并联谐振频率频率 fp。特性：特性：石英晶体具有压电效应。石英晶体具有压电效应。若在石英晶体两电极加上电压，晶片将产生机械形变；若在石英晶体两电极加上电压，晶片将产生机械形变；反之，如在晶片上施加机械压力使其发生形变，则将在相反之，如在晶片上施加机械压力使其发生形变，则将在相应方向上产生电压。应方向上产生电压。石英谐振器在石英谐振器在 fs 和和 fp 之间之间呈感呈感性；在性；在 fs 上呈纯电阻性，相当于一上呈纯电阻性，相当于一个小电阻；个小电阻；在其他区域呈容性。在其他区域呈容性。电抗频率特性电抗频率特性692石英晶体正弦波振荡器石英晶体正弦波振荡器特点：特点：石英晶体与石英晶体与 RP 组成组成正反馈选频电路。正反馈选频电路。对于频率为对于频率为 fs 的信号，石英晶体阻抗最小，且呈纯电的信号，石英晶体阻抗最小，且呈纯电阻性，为正反馈，电路满足自激振荡条件，能产生振荡。阻性，为正反馈，电路满足自激振荡条件，能产生振荡。对对于于其其他他频频率率，石石英英晶晶体体既既不不为为纯纯电电阻阻，且且阻阻抗抗增增大大，不满足自激振荡条件，不能振荡。不满足自激振荡条件，不能振荡。振荡频率近似为振荡频率近似为 fs。(1)串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器70(2)并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器电路特点：电路特点：石石英英晶晶体体在在电电路路中中相相当当于于一一个个电电感感，因因此此，其其工工作作原原理理同电容三点式同电容三点式 LC 振荡器。振荡器。振荡频率近似为振荡频率近似为 fs。石石英英晶晶体体振振荡荡器器的的优优点点是是：振振荡荡频频率率稳稳定定，适适宜宜制制作标准频率信号源。作标准频率信号源。71