例：扩音系统

执行机构 信号提取电压放大功率放大 3.4 功率放大器功率放大器的作用：用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。例：扩音系统

Ic ICM PCM uce UCEM 分析功放电路应注意的问题 (1) 功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、UCEM、 PCM 。

(2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。 (3) 电源提供的能量尽可能转换给负载，减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。 Pomax: 负载上得到的交流信号功率。 PE ：电源提供的直流功率。

Ic USC /RE Q uce USC (3) 功率放大器的分类及各自的工作特点。 D类、E类 1 分类：甲类、乙类、丙类甲类工作特点

USC /RE USC /RE Ic Ic Q Q uce uce USC USC (3) 功率放大器的分类及各自的工作特点。乙类工作特点甲乙类工作特点

射极输出器输出电阻低，带负载 能力强，可以用做功率放大器吗问题讨论: ？答：不合适，因为效率太低。 Ic USC /RE USC ib Q Rb uce USC uo ui RE uo uo t

2 2 U I CEQ CQ 2 = = P U I U / 2 R E SC CQ SC E 2 2 ( U / 2 2 ) U = = = P SC SC R 8 R O E E 射极输出器效率低的原因：一般射随静态工作点（Q）设置较高（靠近负载线的中部），信号波形正负半周均不失真。电路中存在的静态电流（ICQ），在晶体管和射极电阻中造成较大静态损耗，致使效率降低。设Q点正好在负载线中点，若忽略晶体管的饱和压降，则有： UCEQ = 0.5USC；ICQ =0.5USC /RE。

如何解决效率低的问题？ 办法：降低Q点但又会引起截止失真既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器

第四章　集成运算放大器

内容简介 • 集成运放的组成与性能 • 基本的运算放大器 • 集成运放在信号测量及处理方面的应用

集成电路是将半导体三极管、二极管、电阻等元件及连线全部集中制造在同一小块半导体基片上，成为一个完整的固体电路。集成电路是将半导体三极管、二极管、电阻等元件及连线全部集中制造在同一小块半导体基片上，成为一个完整的固体电路。集成电路的元件密度高、引线短、外部接线少，从而提高了电子设备的可靠性和灵活性，并且减低了成本，为电子技术的应用开辟了一个新的时代。

将彼此独立的三极管、二极管、电阻、电容等用导线连接成的电路称为分立元件电路。与分立元件电路相比，集成电路除了体积小、元件高度集中外，还有以下特点:将彼此独立的三极管、二极管、电阻、电容等用导线连接成的电路称为分立元件电路。与分立元件电路相比，集成电路除了体积小、元件高度集中外，还有以下特点: (1) 所有各元件是在同一块硅片上用相同的工艺过程制造的，因而具有相同的同向偏差，温度特性等参数，特别适用于制造对称性较高的差分放大电路。

(2) 由于电阻元件是由硅半导体的体电阻构成的，阻值范围有一定的局限性，一般在几十欧到几十千欧之间，过高或过低的电阻制造很困难。 (3) 由于集成工艺不适于制作大容量的电容，更难于制造电感器件，所以电路结构大都采用直接耦合方式。

(4) 为了提高集成度（单位硅片面积上所集成的元件数）和集成电路性能，一般集成电路的功耗要小，这样集成运放各级的偏置电路通常较小。 (5) 在集成电路中，制造有源器件（晶体三极管、场效应管等）比制造大电阻占用的面积小，工艺上也不麻烦。所以在集成放大电路中，常用三极管代替电阻，尤其是大电阻。

集成电路常有3种外形，即双列直插式、圆壳式和扁平式，如图所示。集成电路常有3种外形，即双列直插式、圆壳式和扁平式，如图所示。

集成电路按其功能分，有数字集成电路和模拟集成电路。集成电路按其功能分，有数字集成电路和模拟集成电路。集成运算放大器是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路，简称集成运放。它实质是一个多级直接耦合高电压放大倍数的放大器，早期的应用主要是数值运算，故称运算放大器，目前的用途已经远远超过了此范围，但仍沿用此名称。

输入级中间级输出级偏置电路第一节集成运放的组成与性能一、集成运放的电路组成

① 偏置电路：采用恒流源，向各级提供稳定的静态电流。 ② 输入级：采用差动放大器，减小零漂，提高输入电阻。 ③ 中间级：采用一至两级直接耦合放大器，提供足够的电压放大倍数。 ④ 输出级：采用功率放大器，提高集成运放的带负载能力，向负载提供一定的功率。

集成运算放大器结构 （1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。（2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。

∞ 反相输入端 u－－输出端 uo ＋同相输入端 u+ ＋  u－－ uo ＋ u+ 集成运算放大器符号国内符号：国际符号：

国内外的集成运放种类繁多，应用非常广泛。除通用型集成运放外，还有很多特殊运放，它们的部分性能比通用型好得多。国内外的集成运放种类繁多，应用非常广泛。除通用型集成运放外，还有很多特殊运放，它们的部分性能比通用型好得多。 • 例如，高输入阻抗型，主要用作测量放大器、模拟调节器、有源滤波器及采样—保持电路；高精度型，一般用于精密检测、自控仪表等；高速型，一般用于快速模—数和数—模转换器、有源滤波器、精度比较器、高速采样—保持电路和视频放大器等要求输出对输入响应迅速的情况；低功耗型，一般用于遥测，遥感、生物医学和空间技术等要求能源消耗有限制的场合。

除了根据用途和要求正确选型之外，为了能达到使用要求和精度，避免在调试过程中损坏，在调试使用时还应注意以下问题。除了根据用途和要求正确选型之外，为了能达到使用要求和精度，避免在调试过程中损坏，在调试使用时还应注意以下问题。

集电极调零 输入输出保护 1.调零 3.保护基极调零电源保护集成运放的使用中的问题 2.消振

1.调零 • 失调电压、失调电流的存在，使得实际运放当输入信号为零时，输出不为零。 • 为此，有些运放在引脚中设有调零端子，接上调零电位器可调零。电位器应选用精密的线绕电位器。 • 调零时，将电路的输入端接地，调整电位器RP，同时用最低档直流电压表测输出电压，使输出电压为零即可，如图所示。

有些集成运放没设调零端，例如有些双运放、四运放就不设调零端。为此，使用中可采取辅助调零的办法，如图所示。

辅助调零措施

2. 消除自激 • 运放工作时很容易产生自激振荡，此时用示波器接在输出端，可看到输出信号上叠加了波形近似正弦的高频振荡，偶尔也有出现低频振荡情况。 • 为了消除自激，有些集成运放在内部已做了消振电路，有些集成运放则引出消振端子，外接RC消振网络。 • 在实际应用中，为了使电路稳定，有些电路分别在运放的正、负电源端与地之间并接上几十微法与0.01~0.1μF的电容，有些在反馈电阻两端并联电容。有些在输入端并联一个RC支路，见图。

集成运放的消振电路

3. 保护措施 • 在使用过程中，由于电源极性接反、输入信号过大、输出端负载过重等原因会造成集成运放损坏。因此，除操作过程中加以注意外，还应在电路上采取一定的保护措施。

（1）输入保护 • 运放的差模或共模输入信号电压过高会引起其输入级损坏，为此，可在集成运放输入端并联接入极性相反的两只二极管，以将输入电压限制在二极管导通电压之内，如图所示。

输入保护

（2）输出保护 • 输出端保护是为了防止输出碰到过电压时使输出级击穿，可采用下图所示电路。 • 正常工作时，输出电压小于双向稳定管的稳压值，双向稳压管相当于开路。当输出端电压大于稳压管稳压值时，稳压管将击穿，使运放负反馈加深，将输出电压限制在稳压范围内。

输出保护

（3）电源极性错接保护 • 下图为电源极性错接保护电路，它是利用二极管的单向导电性来防止电源极性接错造成运放损坏的。 • 由该图可知，当电源极性接反时，二极管截止，等于电源断路，从而保护了集成运放。

电源极性错接保护

二、集成运算放大器的主要性能技术指标 (1) 开环差模电压放大倍数(开环增益)大 Ao(Ad)=uo/(u+-u-)=105-107倍; (2) 共模抑制比高 CMRR=100db以上; (3) 输入电阻大 ri>1M, 有的可达100M以上; (4) 输出电阻小 ro =几-几十 (5) 失调电压、失调电流以及它们的温漂均为零。

三、集成运算放大器的理想模型 分析集成运放组成的各种电路时，应将其视为理想运放来处理，并要分清它的工作状态是线性区还是非线性区。理想运放是将集成运放的各项技术指标理想化，用理想运放来代替实际运放，误差在允许的范围内，在一般工程计算中是允许的。本章中凡未特别说明，均将集成运放视为理想集成运放来考虑。

+UCC   u– – + uo + u+ –UEE uo +Uo(sat) u+– u– –Uo(sat) 电压传输特性 uo= f (ui) 线性区： uo= Auo(u+– u–) 理想特性线性区非线性区： u+> u–时， uo = +Uo(sat) u+< u–时， uo = – Uo(sat) O 实际特性饱和区

i– ∞  u– – uo + i+ u+ + uo +Uo(sat) 线性区 u+– u– –Uo(sat) 1、理想运放工作在线性区的特点因为 uo= Auo(u+–u–) 所以(1) 差模输入电压约等于 0 即 u+= u–,称“虚短” 电压传输特性 (2) 输入电流约等于 0 即 i+= i–  0 ,称“虚断” Auo越大，运放的线性范围越小，必须加负反馈才能使其工作于线性区。 O

uo +Uo(sat) u+– u– 饱和区 O –Uo(sat) 2、理想运放工作在饱和区的特点电压传输特性 (1) 输出只有两种可能, +Uo(sat) 或–Uo(sat) 当 u+> u–时， uo = + Uo(sat) u+< u–时， uo = – Uo(sat) 不存在 “虚短”现象 (2) i+= i–  0,仍存在“虚断”现象

虚短 Ao =  CMRR=  ri = ro = 0 u＋ =u－ Ii =0 虚断

Ii ∞ u－－＋ uo u+ ＋  第二节基本运算放大器 u＋ =u－ Ii =0

集成运放外加不同的反馈网络，可以实现比例、加法、减法、乘法、除法 、积分、微分、对数、反对数等运算。此时集成运放工作在线性区。

虚地点 RF iF i1 i- uo  _  ui + R1 + i+ F RP 电压放大倍数: F i 一、　反相比例运算放大器 i+ =0 u+=0 u－=u+=0 i1=iF+I-=iF , i- =0 平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):RP=R1//RF

RF iF 输入电阻(小): ri=R1 i1  i- _  ui uo + R1 + 反馈方式： i+ RP i1=iF+i- i-= i1-iF 电压并联负反馈反相比例运算放大器输入电阻及反馈方式：反馈电阻

iF RF i1  _  uo + R1 ui + RP F f RF Au=1+ F ) R1 1 二、同相比例运算放大器 i+ =0 u-= u+= ui i- =0 iF=i1 RP=R1//RF

反馈方式? RF  _  uo + R1 ui + 输入电压: u+- u- = ui - uo RP R1 R1 +RF 同相比例运算放大器输入电阻及反馈方式：输入电阻(高) 电压串联负反馈

RF  _  uo + Rf ui + RP RF Au=1+ Rf 当R1=∞，RF＝0时此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，电压放大倍数为1，称为电压跟随器。 uo=ui Au=1

例： 扩音系统