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1、电工电子技术与技能 （非电类 少学时）,人民邮电出版社,第10单元 认识放大电路与集成运算放大器,知识目标： 掌握共射分压式偏置放大电路的组成及分析方法 掌握用估算法求放大电路静态工作点，输入、输出电阻和电压放大倍数的方法 了解反馈及其分类，理解负反馈对放大电路性能的影响 了解集成运算放大电路的外形和符号 掌握理想集成运算放大电路的主要特性、线性使用 技能目标： 会用万用表测量放大电路的静态工作点 会用示波器观察信号的波形 会用毫伏表测量输入、输出信号的有效值，并计算电压放大倍数 能正确识别集成运算放大电路的引脚,任务1 认识基本放大电路,一、连接单管共射放大电路 二、测试放大电路的波形和参数
2、 三、认识放大电路的性能特点 四、认识静态工作点对放大电路性能的影响,所谓放大电路，就是把微弱的电信号（电流、电压或功率）转变为较强的电信号的电子电路。在日常生活和生产领域中，往往要求用微弱的电信号去控制较大功率的负载，如空调里的感温头（传感器）能使温度信号产生微弱的电信号，经过放大电路放大后去控制大功率压缩机的工作，最终控制温度。,一、连接单管共射放大电路,二、测试放大电路的波形和参数,放大电路中各元器件的作用。 放大电路如图10.2 所示，其中各元器件的作用如下。 （1）三极管VT：放大电路的核心器件，具有电流放大作用和能量转换作用。 （2）直流电源UCC：一方面给放大电路提供能源，另一方
3、面保证发射结正偏，集电结反偏，使三极管工作在放大状态。 （3）集电极直流电阻RC：把三极管的电流放大作用转换为电压放大的形式。 （4）耦合电容器C1、C2：一方面耦合交流信号，另一方面将三极管与信号源、负载的直流静态工作点分开。 （5）RB1、RB2：给三极管的基极提供合适的偏置电流。 （6）RE：引入直流负反馈、稳定静态工作点。 （7）CE：提供交流信号的通道，减少信号放大过程中的损耗。,放大电路的静态、动态及其参数。 1静态及其参数 放大电路接通电源后，若没有信号输入，电路就处于静态。此时，三极管直流电压UBE、UCE 和对应的直流电流IB、IC 统称为静态工作点Q，分别记作UBEQ、IB
4、Q、UCEQ 和ICQ，其波形如图10.3 所示。,2动态及其参数 在放大电路的输入端加入交流信号时，电路中的各电压、电流量都随之变化，电路就处于动态。此时，加在三极管b、e 两极间的是直流电压量UBEQ 和交流信号量ui 两种电压量的叠加，记为uBE，其波形具有单向脉动性。由于uBE 的作用，将产生另一个脉动直流电流iB 流过输入回路。iB 流经三极管时被放大成较大的电流iC，在集射极之间将得到放大的电压信号uCE，它们也都具有单向脉动性。由于隔直电容C2 的作用，uCE 的直流量被阻隔，只有交流分量通过C2，形成输出电压uo，这正是希望得到的放大的电压信号，如图10.3 所示。 输入放大电
5、路的是交流电压信号，输出的也是交流电压信号，其幅度被放大，而流经三极管的仍是直流电（脉动直流电），完成交、直流分离的是电容器C1、C2。对输入、输出信号来说，直流量仅是一种运载工具，信号被运载进入放大电路，从直流电源中吸取能量，得以放大后离开直流量，输出至负载。,注意：（1）为了使放大电路不失真地放大信号，放大电路必须建立合适的静态工作点。 （2）单级共射放大电路输出的交流信号uo 与输入信号ui 的波形是反相的。 （3）在交流放大电路中同时存在着直流分量和交流分量两种成分。,描述放大电路的基本性能的指标主要有：电压放大倍数Au、输入电阻ri 和输出电阻ro。 （1）电压放大倍数Au：反映放大
6、电路对信号的放大能力。定义为输出电压有效值与输入电压有效值之比： Au=Uo/Ui （2）输入电阻ri 和输出电阻ro：输入电阻ri 是撇开信号源从放大电路的输入端看进去，放大电路对输入信号所呈现的等效动态电阻。 输出电阻ro 是撇开负载电阻RL 从放大电路的输出端看进去的等效动态电阻。 一般情况下，放大电路的输入电阻大，有利于减小信号源的负担；放大电路的输出电阻小，有利于提高带负载的能力。,三、认识放大电路的性能特点,直流通路和交流通路。 在放大电路中，同时存在着直流分量和交流分量两种成分。直流信号的通道称为直流通路；交流信号的通道称为交流通路。 直流通路和交流通路的画法为： 画直流通路时，
7、把电容器视为开路，电感器视为短路，其他不变； 画交流通路时，把电容器和电源都短路成一条直线。,放大电路的静态工作点Q 的求法。 在如图10.4（b）所示的直流通路中，忽略基极电流IBQ，则电路静态工作点为：,放大电路的性能参数的计算。 （1）放大电路的输入电阻ri：在如图10.4（b）所示放大电路的交流通路中，,rbe 称为三极管的输入电阻，在低频小信号时，,（2）放大电路的输出电阻ro：在图10.4（b）中， ro=RC/rce RC （3）电压放大倍数Au：对共射放大电路，Au 可按如下公式估算。,四、认识静态工作点对放大电路性能的影响,静态工作点对信号输出波形的影响。 静态工作点选得合适
8、，放大电路才能正常地放大信号，否则就会产生所谓的失真。静态工作点选得过高（ICQ 过大），放大电路将产生饱和失真（uo 波形下平顶）；静态工作点选得过低（ICQ 过小），放大电路将产生截止失真（uo 波形上平顶），如图10.7 所示。,调整静态工作点的方法很简单，只需调节上偏置电阻Rb1，就能改变IBQ、ICQ 和UCEQ 的值。,根据输入波形分析可以判断波形失真情况。对于NPN型三极管组成的放大器，若是在输入电压波形的正半周失真，则为饱和失真；若是在输入电压波形的负半周失真，则为截止失真。 如图10.8 所示，放大电路输出电压的负半周失真，由于共射电路的倒相作用也就是输入波形的正半周时产生了
9、失真，为饱和失真。,任务2 认识负反馈放大电路,一、连接负反馈放大电路 二、探究负反馈对放大电路性能的影响,一、连接负反馈放大电路,反馈及其类型 1反馈 反馈是指从放大电路的输出端把输出信号的一部分或全部通过一定的方式送回到放大电路输入端的过程，如图10.10 所示。引入反馈后的放大电路称为闭环放大电路，反之，称为开环放大电路。,2反馈的类型 反馈的类型主要有3 大类。 （1）正反馈和负反馈。凡反馈信号起到增强输入信号作用的叫做正反馈。凡反馈信号起到削弱输入信号作用的叫做负反馈。其判别方法是瞬时极性法，即先假设某一瞬时，输入信号极性为“+”，经过一系列反馈再到输入端，若为“+”，则增强输入信号
10、，为正反馈，反之为负反馈。 （2）电压反馈和电流反馈。在放大电路的输出端，凡反馈信号取自输出电压并与输出电压成正比的是电压反馈，凡反馈信号取自输出电流并与输出电流成正比的是电流反馈。其判别方法是把放大电路的输出端短路时，反馈信号消失的为电压反馈，不消失的为电流反馈，如图10.11 所示。,（3）串联反馈和并联反馈。在放大电路的输入端，串联反馈是指反馈信号uf 与输入信号ui 串联相加（减）后，作为放大电路的净输入电压信号ui；并联反馈是指反馈信号if 与输入信号ii 并联相加（减）后，作为放大电路的净输入电流信号ii，如图10.12 所示。其判别方法是把放大电路的输入端短路，反馈信号被短路掉的
11、为并联反馈，反馈信号没有被短路掉的为串联反馈，如图10.12 所示。,二、探究负反馈对放大电路性能的影响,负反馈对放大电路性能的影响。 （1）放大器的放大倍数将下降，但稳定性得到提高。 （2）改善了输出波形，减小非线性失真。 （3）展宽通频带。放大电路对各种频率的信号放大能力并非相同，在其性能不降低的情况下，有一个频率的范围，称为通频带。引入负反馈后，放大电路通频带加宽。 另外，负反馈还可以稳定放大器的静态工作点，改变放大电路的输入、输出电阻。,分压式偏置放大电路,影响放大电路静态工作点稳定的因素主要包括温度的变化、电源电压的波动以及元器件因老化而导致的参数改变等，其中最主要的因素是温度的变化
12、。 在分压式偏置放大电路中，当环境温度升高时，引起ICQ 增大。,任务3 认识集成运算放大电路,一、了解集成运放的外部特性 二、组装并测试加法器电路 三、组装并测试减法器电路,一、了解集成运放的外部特性,集成运放的理想特性。 根据运算放大电路参数的主要特点，常常将它理想化为一个放大器模型，具有以下主要特征。 （1）开环电压放大倍数Auo 为无穷大。 （2）开环输入电阻ri 为无穷大。 （3）开环输出电阻ro 为0。 （4）开环频带宽度BW 为无穷大。,理想运放的两个重要推论。（见图10.16） （1）虚断：指运放的两个输入端上的电流等于零，即I+=I=0（好像运放两个输入端在内部是断开的），这是由于运放的输入电阻ri=所致。 （2）虚短：是指运放的两个输入端的电压为零，即uA=uB，两个输入端之间与短路相似。,二、组装并测试加法器电路,加法器的一般公式为,当R1=R2=R3=Rf 时，上式为 uo=(ui1+ui2+ui3) 由此可见，电路输出电压正比于各输入电压之和，故为加法器。,三、组装并测试减法器电路,减法器的一般公式为,当R1=R2=R3=Rf 时，上式为 uo=ui2ui1 由此可见，电路输出电压正比于两端输入电压之差，故为减法器。,
