清華大學(xué)自動化系電路與模擬電子技術(shù)CircuitsandAnalogElectronics8.1頻率響應(yīng)概述8.2一階RC電路的頻率響應(yīng)8.3MOS管的高頻等效模型8.4單管共源放大電路的的頻率響應(yīng)8.5多級放大電路的的頻率響應(yīng)第8章頻率響應(yīng)238.1頻率響應(yīng)概述8.1.1

頻率響應(yīng)的基本概念8.1.2

頻率響應(yīng)的本質(zhì)48.1.1

頻率響應(yīng)的基本概念

實際情況下，耦合電容、晶體管的結(jié)電容和MOS管的極間電容都會對放大電路的電壓放大倍數(shù)產(chǎn)生影響，從而使得放大電路的放大倍數(shù)是信號頻率的函數(shù)，這種函數(shù)關(guān)系稱為頻率響應(yīng)或者頻率特性。當(dāng)信號頻率發(fā)生改變時，放大倍數(shù)會發(fā)生相應(yīng)的幅值和相位變化。58.1.2

頻率響應(yīng)的本質(zhì)耦合電容將在低頻時將導(dǎo)致電壓放大倍數(shù)數(shù)值下降并且產(chǎn)生相移；晶體管的結(jié)電容和MOS管的極間電容將在高頻時導(dǎo)致放大倍數(shù)數(shù)值下降并且產(chǎn)生相移。68.2.1

頻率響應(yīng)分析8.2.2

一階RC電路的頻率特性8.2.3一階RC電路的波特圖8.2集成運算放大電路78.2.1

頻率響應(yīng)分析一、一階RC高通電路

8二、一階RC低通電路

98.2.2

一階RC電路的頻率特性一、一階RC高通電路二、一階RC低通電路幅頻特性相頻特性幅頻特性相頻特性108.2.3一階RC電路的波特圖

一、一階RC高通電路118.2.3一階RC電路的波特圖

二、一階RC低通電路128.3MOS管的高頻等效模型

13

一般情況下，C'gs>>C'ds，且|ZC'ds|>>R'L通常忽略C‘ds的作用，得到簡化的模型148.4單管共源放大電路的的頻率響應(yīng)15一、中頻電壓放大倍數(shù)

中頻時，C'gs的復(fù)阻抗|ZC'gs|很大，近似開路，可以不考慮其影響；而C的復(fù)阻抗|ZC|很小，近似短路，也可以不考慮其影響。

16二、低頻電壓放大倍數(shù)

低頻時，C'gs的復(fù)阻抗|ZC'gs|很大，近似開路，可以不考慮其影響；而C的復(fù)阻抗|ZC|較大，需要考慮其影響。

17

18三、高頻電壓放大倍數(shù)

高頻時，C'gs的復(fù)阻抗|ZC'gs|較小，需要考慮其影響；而C的復(fù)阻抗|ZC|很小，近似短路，可以不考慮其影響。

19

20四、總的電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式及波特圖

218.5.1

頻率響應(yīng)分析8.5.2

截止頻率和帶寬8.5集成運放的兩個工作區(qū)228.5.1

頻率響應(yīng)分析

238.5.2

截止頻率和帶寬

248.5.2

截止頻率和帶寬

清華大學(xué)自動化系2025.06電路與模擬電子技術(shù)葉朝輝CircuitsandAnalogElectronics9.1模擬集成電路的特點9.2集成運算放大電路9.3集成運放電路簡介9.4集成運放的符號和電壓傳輸特性9.5集成運放的性能指標(biāo)9.6集成運放的兩個工作區(qū)第9章集成運算放大電路26279.1模擬集成電路的特點為了提高集成度，集成電路應(yīng)避免制造大體積的元件：不用大容量的耦合電容，采用直接耦合方式；避免用大阻值的電阻，采用等效電阻非常大的電流源代替大阻值的電阻。

此外集成電路中由于相鄰元件距離非常近，因此用同樣的工藝制作元件時，很容易制作出一模一樣的元件。因此模擬集成電路中可以利用一對或者多個性能相同（對稱）的管子來設(shè)計電路。289.2.1

概述9.2.2

集成運放的組成9.2.3

差分放大電路簡介9.2.4

互補輸出級電路9.2.5

電流源電路9.2集成運算放大電路299.2.1概述一、發(fā)展歷史20世紀(jì)30至40年代，電子管運算放大器，應(yīng)用于專用模擬計算系統(tǒng)。1946年由美國貝爾實驗室發(fā)表的“求和放大器（SummingAmplifier）”是一個直接耦合的電子管放大器，能夠完成算術(shù)和統(tǒng)計運算，稱為運算放大器（Operationalamplifier，簡稱為Opamp）。第一片單片集成電路運算放大器是由仙童公司（FairchildSemiconductorCorporation，簡稱為FSC）的工程師BobWidlar于1963年設(shè)計的，型號為μA702。1968年FSC設(shè)計了μA741，并且成為了后來的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)并被廣泛應(yīng)用。30集成運算放大電路簡稱為集成運放或運放，是一種高放大倍數(shù)、高輸入電阻Ri、低輸出電阻Ro的直接耦合多級放大電路。集成運放通常用于放大電壓信號。集成運放廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，凡是需要處理微弱信號的應(yīng)用均可以采用集成運放。319.2.2集成運放的組成集成運放通常由輸入級、中間級、輸出級共三級放大電路以及偏置電路組成，用于電壓信號的處理。輸入級：通常采用差分放大電路組成，具有較強的穩(wěn)定靜態(tài)工作點的性能；中間級：通常由共射或者共源放大電路組成，具有較大的電壓放大倍數(shù)；輸出級：通常由互補輸出級電路組成，帶負(fù)載能力強。偏置電路：由電流源（恒流源）組成，給各級放大電路提供靜態(tài)電流。329.2.3差分放大電路簡介一、直接耦合放大電路的零點漂移現(xiàn)象

由于載流子濃度受溫度影響，因此半導(dǎo)體器件的特性受溫度影響，從而使放大電路的靜態(tài)工作點受溫度影響。當(dāng)溫度變化時，Q點將發(fā)生變化，若為直接耦合放大電路，則輸出電壓也將發(fā)生變化。這種輸入信號為零而輸出信號發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為零點漂移現(xiàn)象。由于零點漂移現(xiàn)象主要由溫度變化引起，因此也稱為溫度漂移，簡稱為溫漂。

由于晶體管的發(fā)射結(jié)電阻rbe與IBQ或ICQ有關(guān)，并且rbe與動態(tài)性能也有關(guān)，因此動態(tài)性能將受溫度影響。因此，為了穩(wěn)定性能，需要想辦法減小或消除零點漂移現(xiàn)象。33二、穩(wěn)定Q點的方法

為了減小或消除零點漂移現(xiàn)象，需要穩(wěn)定Q點，特別是穩(wěn)定ICQ和UCEQ。

在晶體管發(fā)射極加入電阻Re，可以起到穩(wěn)定Q點的作用，穩(wěn)定過程如下：若溫度T(℃)↑→IC↑→IE↑→電阻Re上的電壓URe(=Re·IE)↑→UBE↓→IB↓→IC↓Re起到了負(fù)反饋的作用，穩(wěn)定了輸出信號。34

35

為了簡化電路，可以將兩個發(fā)射極電阻合并為一個電阻，同時將兩個正電源VBB改為一個負(fù)電源-VEE，該電路稱為差分放大電路，常用于集成運放的第一級，用于有效抑制溫漂。36三、差分放大電路

集成運放通常采用差分放大電路作為第一級來抑制溫漂。1.組成利用對稱性來設(shè)計電路：T1、T2相同，Rb1=Rb2，RC1=RC2，Re1=Re2；uO=uC1-uC2，當(dāng)溫度變化時，雖然兩個電路的輸出端電壓uC1、uC2會產(chǎn)生變化，但變化量相同，因此它們的差值uO將不變，從而可以抑制溫漂。372.靜態(tài)分析靜態(tài)時uI1=uI2=0，由于左右兩邊電路完全對稱，兩個晶體管各極的電流以及電壓都分別相等，即：IBQ1=IBQ2=IBQ，ICQ1=ICQ2=ICQ

UCQ1=UCQ2因此uO=UCQ1-UCQ2=0383.動態(tài)分析

39（2）差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)將差模信號uId=uI1-uI2放大為輸出信號uOd，該電壓放大倍數(shù)稱為差模電壓放大倍數(shù)，即Ad=uOd/uId。將共模信號uIc=(uP+uN)/2放大為輸出信號uOc，該電壓放大倍數(shù)稱為共模電壓放大倍數(shù)，即Ac=uOc/uIc。為了衡量放大電路放大差模信號、抑制共模信號的綜合能力，定義了共模抑制比，即KCMR=Ad/Ac，通常KCMR越大性能越好。Ac=0，從而達(dá)到抑制共模信號的目的。40

41設(shè)Rb1=Rb2=Rb，Rc1=Rc2=Rc，rbe1=rbe2=rbe，β1=β2=β

42差分放大電路接入負(fù)載的仿真電路：測量靜態(tài)工作點43差分放大電路接入負(fù)載的仿真電路：測量差模電壓放大倍數(shù)444.MOS管差分放大電路

采用MOS管同樣可以組成差分放大電路，圖所示為N溝道增強型MOS管組成的差分放大電路。455.差分放大電路的四種接法雙端輸入雙端輸出差分放大電路單端輸入單端輸出差分放大電路雙端輸入單端輸出差分放大電路單端輸入雙端輸出差分放大電路466.雙端輸入單端輸出差分放大電路MOS管雙端輸入單端輸出差分放大電路（1）靜態(tài)分析靜態(tài)時uI1=uI2=0，輸入回路對稱設(shè)IDQ1=IDQ2=IDQ，ISQ1=ISQ2=IDQVDD=UGSQ+2IDQRsID=kn(UGS-UGS(th))2，kn=IDO/(UGS(th))2可求得IDQ和UGSQ輸出回路不對稱UDQ2=VDD-IDQRd，UDSQ2=UDQ2-2IDQRs

476.雙端輸入單端輸出差分放大電路MOS管雙端輸入單端輸出差分放大電路（2）動態(tài)分析

1）差模電壓放大倍數(shù)ΔuGS1=-ΔuGS2，ΔiD1=-ΔiD2，ΔiS1=-ΔiS2，電阻Rs中的電流ΔiRs=ΔiS1+ΔiS2=0，ΔuRs=RsΔiRs=0，源極交流電位為零，仍相當(dāng)于交流接地點。486.雙端輸入單端輸出差分放大電路（2）動態(tài)分析

1）差模電壓放大倍數(shù)

496.雙端輸入單端輸出差分放大電路MOS管雙端輸入單端輸出差分放大電路（2）動態(tài)分析

2）共模電壓放大倍數(shù)506.雙端輸入單端輸出差分放大電路（2）動態(tài)分析

2）共模電壓放大倍數(shù)

516.雙端輸入單端輸出差分放大電路（2）動態(tài)分析電路主要依靠Rs的負(fù)反饋作用抑制共模，抑制溫漂。Rs

的共模負(fù)反饋作用：uIc

uGS1(uGS2)

iD1(iD2)

uD1(uD2)

iD1(iD2)

uS

uGS1(uGS2)

iD1(iD2)

uD1(uD2)

529.2.4互補輸出級電路

作為輸出級電路的要求：帶負(fù)載能力強、輸出功率較大、效率較高，因此要求負(fù)載上靜態(tài)功耗小。通常采用互補輸出級電路做直接耦合放大電路的輸出級。T1和T2性能對稱，靜態(tài)時ui=0，uo=0，負(fù)載上靜態(tài)功耗為零。假設(shè)晶體管導(dǎo)通電壓Uon=0，動態(tài)時：ui正半周，T2截止，T1導(dǎo)通并組成共集放大電路，uo跟隨ui變化。ui負(fù)半周，T1截止，T2導(dǎo)通并組成共集放大電路，uo跟隨ui變化。T1、T2分別在信號的正、負(fù)半周工作在放大狀態(tài)，以互補的方式組成共集放大電路，使uo跟隨ui變化，帶負(fù)載能力強，負(fù)載上靜態(tài)功耗為零。53

實際應(yīng)用時，由于T1、T2的導(dǎo)通電壓Uon不為零，當(dāng)ui幅值較小時不足以使T1、T2發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，因此互補輸出級電路的輸出信號存在失真，稱為交越失真。

采用二極管消除交越失真，靜態(tài)時，T1、T2發(fā)射結(jié)電壓分別等于兩個二極管的導(dǎo)通電壓，使T1、T2處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而消除交越失真。圖6-2-11交越失真圖6-2-12采用二極管消除交越失真的互補輸出級電路54559.2.5電流源電路一、晶體管電流源1.鏡像電流源(CurrentMirror)T0和T1完全對稱，即β0=β1=β。由于UBE0=UBE1=UBE，因此IB0≈IB1，IC0≈IC1IR=IC0+IB0+IB1≈IC1+2IB1=(1+2β)IC1562.多路電流源(Multi-outputCurrentMirror)IC0≈IC1≈IC2≈IC3≈IRT0至T3完全對稱57二、MOS管電流源1.鏡像電流源2.多路電流源

T0至T3完全對稱ID0≈ID1≈ID2≈ID3≈IR58三、有源負(fù)載（ActiveLoad）放大電路

電流源電路除了可以設(shè)置靜態(tài)電流外，還可以取代放大電路中需要阻值大的電阻（例如共射放大電路的集電極電阻），作為有源負(fù)載來提高電壓放大倍數(shù)數(shù)值。

599.3集成運放電路簡介圖6-2-13簡單集成運放電路60將電阻用電流源代替，T6、T6、T8組成多路電流源，分別給第一級差分放大電路、第二級共射放大電路和第三級互補輸出級電路提供靜態(tài)電流。61629.4.1

集成運放的符號9.4.2

集成運放的電壓傳輸特性9.4集成運放的符號和電壓傳輸特性639.4.1集成運放的符號圖6-2-13集成運放符號

集成運放有兩個輸入端和一個輸出端：通常用“＋”表示同相輸入端（簡稱同相端），即表示該輸入端的電壓uP與輸出端電壓uO相位相同；用“－”表示反相輸入端（簡稱反相端），即表示該輸入端的電壓uN與輸出端電壓uO相位相反。uP、uN、uO都以“地”為公共端。64集成運放通常采用正、負(fù)雙電源供電。集成運放的開環(huán)（不引入反饋）差模電壓放大倍數(shù)Ad通常為105以上，而輸出電壓的最大幅值UOM一般為14V左右（設(shè)電源電壓為±15V），因此其差模輸入信號uId=uO/Ad

非常小，通常為微伏級或者更小。當(dāng)uId=uP-uN較小，使uO<UOM時，uO與uId成線性關(guān)系；當(dāng)uO>UOM時,uO不再隨uId而變化，成非線性關(guān)系。圖9-4-1集成運放的電壓傳輸特性9.4.2集成運放的電壓傳輸特性65開環(huán)差模電壓增益G（或Aod）集成運放在沒有外加反饋時的差模電壓放大倍數(shù)稱為開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)或者開環(huán)差模電壓增益，通常用G或者Aod表示；或者用20lg|G|或者20lg|Aod|表示，單位為分貝（dB）。一般運放的Aod范圍為80dB至130dB。2.開環(huán)共模電壓增益Aoc集成運放在沒有外加反饋時的共模電壓放大倍數(shù)稱為開環(huán)共模電壓放大倍數(shù)或者開環(huán)共模電壓增益，通常用Aoc表示；或者用20lg|Aoc|表示，單位為分貝（dB）。9.5集成運放的性能指標(biāo)663.共模抑制比CMRR(CommonModeRejectionRation)CMRR是指運放開環(huán)差模電壓增益與共模電壓增益的比值，KCMRR=|Aod/Aoc|，或者用20lg|Aod/Aoc|表示，單位為分貝（dB）。CMRR反映了運放放大差模信號、抑制共模信號的綜合能力。4.差模輸入電阻rid集成運放當(dāng)輸入為差模信號時的輸入電阻稱為差模輸入電阻rid，通?？蛇_(dá)幾兆歐姆以上，甚至1011歐姆以上。675.差模輸出電阻rod集成運放當(dāng)輸入為差模信號時的輸出電阻稱為差模輸出電阻rod。一般運放的rod通常為歐姆級別。6.帶寬BW（或fbw）當(dāng)集成運放Aod下降3dB即下降到中頻的0.707倍時，對應(yīng)的頻率定義為-3dB帶寬，或稱為帶寬BW(Bandwidth)，也可用fbw表示。7.增益帶寬積GBP當(dāng)差模輸入信號為小信號且運放工作在線性范圍內(nèi)時，其電壓增益與帶寬的乘積Aod*fbw近似為一個常數(shù)，稱為增益帶寬積GBP（GainBandwidthProduct）。68圖9-5-1電壓反饋型集成運放簡化的低頻等效模型9.5集成運放的等效模型清華大學(xué)自動化系2025.06電路與模擬電子技術(shù)葉朝輝CircuitsandAnalogElectronics10.1反饋的作用10.2反饋的基本概念10.3反饋的判斷10.4反饋放大電路的方塊圖分析10.5深度負(fù)反饋放大電路電壓放大倍數(shù)的分析10.6反饋對放大電路性能的影響10.7集成運放的兩個工作區(qū)第10章反饋基本知識707110.1反饋的作用1927年，美國西部電力公司的年輕工程師HaroldBlack在解決長距離電話通信系統(tǒng)中的真空管放大器的失真和不穩(wěn)定性時發(fā)明了反饋方法。

反饋發(fā)明之后，被廣泛地應(yīng)用于各類需要進(jìn)行控制的系統(tǒng)中。

放大電路引入反饋后，將對系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響。若引入合適的反饋，將穩(wěn)定放大倍數(shù)、增大帶寬、減小非線性失真等。7210.2反饋的基本概念10.2.1

反饋的定義10.2.2

反饋的效果7310.2.1反饋的定義反饋是指將輸出量的一部分或者全部通過一定的方式作用到輸入回路，與輸入量疊加，來影響輸入量的方法。輸入量和輸出量可以是電壓或電流。圖6-3-1反饋放大電路的方框圖

741.正反饋與負(fù)反饋

使凈輸入量減小的反饋稱為負(fù)反饋，反之則為正反饋。

負(fù)反饋使輸出量的變化減小，能穩(wěn)定輸出量，改善放大電路的性能；正反饋則使輸出量的變化增大，使放大電路不穩(wěn)定，因此可利用其組成振蕩電路。2.直流反饋與交流反饋

存在于放大電路直流通路中的反饋稱為直流反饋，存在于交流通路中的反饋稱為交流反饋。

直流反饋影響放大電路的靜態(tài)工作點，而交流反饋則影響其動態(tài)性能。10.2.2反饋的效果753.電壓反饋與電流反饋

反饋量取自于輸出電壓，則稱為電壓反饋；反饋量取自于輸出電流，則稱為電流反饋。4.串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋

若在輸入回路中輸入電壓與反饋電壓疊加產(chǎn)生凈輸入電壓，則輸入回路與反饋網(wǎng)路的連接方式為串聯(lián)連接，稱這種反饋方式為串聯(lián)反饋。

若在輸入回路中輸入電流與反饋電流疊加產(chǎn)生凈輸入電流，則輸入回路與反饋網(wǎng)路的連接方式為并聯(lián)連接，稱這種反饋方式為并聯(lián)反饋。7610.3反饋的判斷10.3.1

反饋有無的判斷10.3.2

反饋極性的判斷10.3.3

直流反饋與交流反饋的判斷10.3.4

交流負(fù)反饋四種組態(tài)的判斷7710.3.1

反饋有無的判斷

判斷有無反饋的方法：根據(jù)反饋的定義，首先判斷輸出信號是否被作用到了輸入回路，若是，則再判斷輸出信號是否影響了凈輸入信號。無反饋無反饋有反饋7810.3.2

反饋極性的判斷

負(fù)反饋正反饋79例10.3.1判斷所示電路的反饋極性。

8010.3.3

直流反饋與交流反饋的判斷10.3.4

交流負(fù)反饋四種組態(tài)的判斷

交流負(fù)反饋分為四種組態(tài)：電壓串聯(lián)，電壓并聯(lián)，電流串聯(lián)，電流并聯(lián)。

在判斷四種組態(tài)時，可以分別判斷是電壓還是電流反饋，是串聯(lián)還是并聯(lián)反饋。交流反饋81

若將輸出電壓設(shè)為零，若反饋量也隨之為零，則為電壓反饋，否則為電流反饋。uI'=uId=uI

-uFuF=uOR1/

(R1+R2)電壓串聯(lián)負(fù)反饋iI'=iN=iI

-iFiF=-uO/R2電壓并聯(lián)負(fù)反饋uI'=uId=uI

-uFuF=iOR1電流串聯(lián)負(fù)反饋8210.4反饋放大電路的方塊圖分析

圖10-4-1反饋放大電路的方塊圖

83

84

8510.5深度負(fù)反饋放大電路電壓放大倍數(shù)的分析10.5.1

深度負(fù)反饋放大電路的特點10.5.2

深度負(fù)反饋放大電路的分析方法10.5.3

深度負(fù)反饋放大電路的電壓放大倍數(shù)的分析舉例8610.5.1

深度負(fù)反饋放大電路的特點

深度串聯(lián)負(fù)反饋：ui’

0，此時放大電路輸入端近似短路，具有“虛短”的特點；深度并聯(lián)負(fù)反饋：ii’

0，此時放大電路輸入端近似開路，具有“虛斷”的特點。8710.5.2

深度負(fù)反饋放大電路的分析方法

88一、分立元件組成的深度負(fù)反饋放大電路兩級放大電路引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋。利用“虛短”可得uf

ui；利用“虛斷”可得T1發(fā)射極電流ie1

0，因此if

i1；uo

(1+Rf/Re1)uf，則Auf=uo/ui

1+Rf/Re1。10.5.3

深度負(fù)反饋放大電路的電壓放大倍數(shù)的分析舉例1.電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路89理論分析：Auf=1+Rf/Re1=2仿真測量：Auf=18.976/9.97≈1.9電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路仿真90一、分立元件組成的深度負(fù)反饋放大電路兩級放大電路引入了電流并聯(lián)負(fù)反饋。

10.5.3

深度負(fù)反饋放大電路的電壓放大倍數(shù)的分析舉例2.電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路91二、理想運放組成的深度負(fù)反饋放大電路1.電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路電路通過電阻R1、R2引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋。利用“虛短”可得uF≈uI；利用“虛斷”可得運放反相端電流i-≈0，則iR1≈iR2；因此uO=(1+R2/R1)?uF，Auf≈uO/uI=1+R2/R1。922.電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路

需要注意的是，上述兩個電壓負(fù)反饋放大電路的電壓放大倍數(shù)與負(fù)載RL無關(guān)，說明電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓，電壓負(fù)反饋放大電路輸出電阻Ro近似為零。

93

3.電流串聯(lián)負(fù)反饋94

需要注意的是，上述兩個電流負(fù)反饋放大電路的電壓放大倍數(shù)與負(fù)載RL成正比，說明輸出電流與負(fù)載無關(guān)，電流負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流，電流負(fù)反饋放大電路的輸出電阻Ro近似為無窮大。4.電流并聯(lián)負(fù)反饋9510.6反饋對放大電路性能的影響10.6.1

負(fù)反饋對放大電路性能的影響10.6.2

正反饋對放大電路性能的影響9610.6.1

負(fù)反饋對放大電路性能的影響直流負(fù)反饋能穩(wěn)定靜態(tài)工作點。二、交流負(fù)反饋對放大電路性能的影響

一、直流負(fù)反饋對放大電路性能的影響97

98三、自激振蕩

負(fù)反饋在一定的條件下有可能產(chǎn)生負(fù)面的影響，即產(chǎn)生自激振蕩。自激振蕩是指放大電路在沒有輸入信號時，輸出產(chǎn)生一定幅值和一定頻率的信號的現(xiàn)象。

自激振蕩產(chǎn)生的根本原因是負(fù)反饋在一定條件下變成了正反饋，從而使電路發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。99三、自激振蕩

當(dāng)電路中有電容時，例如耦合電容、晶體管或者M(jìn)OS管的電極之間存在的等效電容，將使交流信號產(chǎn)生相移，從而有可能使輸出信號在某一個頻率信號作用下（例如周圍環(huán)境中的電磁干擾信號）產(chǎn)生±180o或±(2n+1)π的相移，進(jìn)而使反饋信號產(chǎn)生±180o或±(2n+1)π的相移，使負(fù)反饋變成了正反饋，從而使電路在干擾信號作用下產(chǎn)生較大的輸出信號，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，即產(chǎn)生自激振蕩。

當(dāng)電路產(chǎn)生自激振蕩時，可以通過在電路的合適位置加入電容產(chǎn)生新的相移來抵消已有電容的相移，或者去掉某個耦合電容以減小相移，破壞自激振蕩的條件，達(dá)到消除自激振蕩的目的。10010.6.2

正反饋對放大電路性能的影響由于正反饋使凈輸入量增大，因此使輸出變化量增大，使放大倍數(shù)數(shù)值增大，有可能會使電路出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。因此大多數(shù)情況下應(yīng)避免引入正反饋，只有少數(shù)情況需要引入正反饋，例如，通過正反饋使電路產(chǎn)生振蕩，可以組成波形發(fā)生電路。10110.7.1

想運放的線性工作區(qū)10.7.2

理想運放的非線性工作區(qū)10.7集成運放的兩個工作區(qū)10210.7.1

想運放的線性工作區(qū)

理想運放特點：Aod=∞、Rid=∞、Rod=0

10310.7.2理想運放的非線性工作區(qū)

理想運放在沒有引入反饋（稱為開環(huán)）或者僅僅引入了正反饋時，工作在非線性區(qū)。

此時uO=Aod(uP-uN)，當(dāng)uP>uN

時uO=+UOM，當(dāng)uP<uN

時uO=-UOM。

此外，由于Rid=∞，iP=iN=uId/Rid=0，因此兩個輸入端仍具有“虛斷”的特點，但是沒有“虛短”的特點。圖10-7-1理想運放工作在非線性區(qū)的特點及其電壓傳輸特性清華大學(xué)自動化系2025.06電路與模擬電子技術(shù)葉朝輝CircuitsandAnalogElectronics11.1概述11.2運算電路11.3濾波電路11.4電壓比較器第11章模擬信號處理電路10510611.1概述11.1.1

模擬信號處理電路的應(yīng)用11.1.2

模擬信號處理電路的組成及分析方法10711.1.1模擬信號處理電路的應(yīng)用

運算電路用于實現(xiàn)信號的數(shù)學(xué)運算，包括比例、求和、加減、積分和微分、對數(shù)和指數(shù)、乘法和除法等運算。

濾波電路通常用于濾除不需要的某個頻率范圍的信號以保留需要的信號，例如濾除語音信號以外的干擾信號。

電壓比較器用于比較兩個信號的大小，例如比較PM2.5的濃度是否超標(biāo)、人體溫度是否超過正常體溫等。10811.1.2模擬信號處理電路的組成及分析方法

模擬信號處理電路通常由集成運放組成。

運算電路和濾波電路通常由集成運放引入電壓負(fù)反饋組成，使運放工作在線性區(qū)，因此當(dāng)運放為理想運放時，可利用“虛短”、“虛斷”特點分析輸入信號和輸出信號之間的運算關(guān)系。

而電壓比較器中的集成運放則不引入反饋，或者僅僅引入正反饋，使運放工作在非線性區(qū)，因此當(dāng)運放為理想運放時，可利用“虛斷”的特點分析電路。10911.2.1

比例運算電路11.2.2

求和運算電路11.2.3

加減運算電路11.2.4

積分和微分運算電路11.2.5

對數(shù)和指數(shù)運算電路11.2.6

乘法和除法運算電路11.2運算電路11011.2.1比例運算電路一、概述圖7-2-1中，輸入信號從反相端輸入，輸出信號與輸入信號相位相反圖7-2-2中，輸入信號從同相端輸入，輸出信號與輸入信號相位相同

由于以上兩種放大電路均引入了負(fù)反饋，因此可利用“虛短”、“虛斷”方法分析輸入信號與輸出信號的關(guān)系。圖11-2-1反相比例運算電路

圖11-2-2同相比例運算電路111二、反相比例運算電路同相端與反相端具有“虛斷”的特點：iN=iP=0，因此iR=iF；且同相端與反相端具有“虛短”的特點：uN=uP=iP?R?=0，因此

uI/R=-uO/Rf運算關(guān)系為

112三、同相比例運算電路同相端與反相端具有“虛斷”的特點：iN=iP=0，則iR=iF，即uN/R=(uO?uN)/Rf；且同相端與反相端具有“虛短”的特點：uP=uN=uI

電壓跟隨器

113四、平衡電阻

為了使集成運放兩個輸入端的等效電阻平衡即相等，使運算電路的精度高，通常在比例運算電路中接入平衡電阻，以提高運算精度，設(shè)輸入信號uI=0，uO=0，則R?=R//Rf。五、兩種比例運算電路的比較當(dāng)需要實現(xiàn)負(fù)的比例運算，且對輸入電阻要求不高時，可采用反相比例運算電路；當(dāng)需要實現(xiàn)電壓跟隨，或者實現(xiàn)正的比例運算，且要求輸入電阻比較高時，可采用同相比例運算電路。11411.2.2求和運算電路一、反相求和運算電路

兩個或兩個以上的輸入信號從運放反相端輸入，即可實現(xiàn)反相求和運算電路。同相端與反相端具有“虛短”的特點，則uN=uP=0；且同相端與反相端具有“虛斷”的特點，即iN=iP=0，則i1+i2=iF。

115二、同相求和運算電路同相端與反相端具有“虛短”的特點，即uN=uP；且同相端與反相端具有“虛斷”的特點，即iN=iP=0，則i1+i2=0，iR=iF

當(dāng)R//Rf=R1//R2時

11611.2.3加減運算電路圖11-2-6減法運算電路

117圖11-2-7加減運算電路

實現(xiàn)加、減運算：uO=k1uI1+k2uI2–k3uI3（其中k1、k2、k3均大于零）。

當(dāng)R3//Rf=R1//R2//R4時：

k1=Rf/R1，k2=Rf/R2，k3=Rf/R311811.2.4積分和微分運算電路一、積分運算電路

+-

積分運算電路由于沒有直流負(fù)反饋，靜態(tài)時運放工作在非線性區(qū)，輸出電壓將飽和（|uO|=UOM），使電路無法正常工作。Rf通常可取幾百千歐或1兆歐119圖11-2-10方波積分仿真結(jié)果

例題11.2.1電路如上圖所示，已知R1=10kΩ，C1=100nF，輸入方波的幅值Uip為2.5V、頻率為100Hz，試求解輸出三角波的周期和幅值。解：三角波的周期T=1/100Hz=10mS

幅值：Uop=UipT/(2R1C1)=2.5×10×10-3/(2×10×103×100×10-9)V=12.5V120二、微分運算電路

12111.2.5對數(shù)和指數(shù)運算電路一、對數(shù)運算電路對數(shù)運算電路在實際應(yīng)用時存在以下缺點：（1）運算關(guān)系受溫度影響；（2）運算精度受輸入電流影響；（3）為了使二極管或晶體管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，uI必須大于零。（4）輸出電壓大小受二極管或者晶體管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓限制。實用的對數(shù)運算電路：精密對數(shù)放大器LOG104

12211.2.5對數(shù)和指數(shù)運算電路二、指數(shù)運算

指數(shù)運算電路在實際應(yīng)用時仍存運算關(guān)系受溫度影響以及運算精度受輸入電流影響的缺點。當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓uBE>>UT時

uI=uBEiE=iR

12311.2.6乘法和除法運算電路一、模擬乘法器二、模擬乘法器實現(xiàn)次方運算uO=k?uX?uY，其中k為系數(shù)124三、模擬乘法器實現(xiàn)除法運算uN=uP=0

設(shè)uI1極性為正，則uO極性為負(fù)，為保證反饋極性為負(fù)，要求kuI2的極性為正；若uI1極性為負(fù)，則uO極性為正，為保證反饋極性為負(fù)，也要求kuI2的極性為正。125四、模擬乘法器實現(xiàn)開方運算設(shè)k>0，為了保證電路中引入的是負(fù)反饋，則要求uI<0，因此uO>0。若希望uI>0，則要求k<0，此時uO<0。

當(dāng)干擾信號使uI>0，反饋將變?yōu)檎答?，將使電路工作不穩(wěn)定。為了阻止正反饋形成，可以采用二極管限制輸出電壓極性。126五、模擬乘法器實現(xiàn)立方根運算

12711.3濾波電路11.3.1

濾波電路的定義11.3.2

濾波電路的幅頻特性11.3.3

有源濾波電路的組成11.3.4

低通濾波電路11.3.5

高通濾波電路11.3.6

帶通和帶阻濾波電路12811.3.1濾波電路的定義

濾波電路是指讓特定頻率范圍內(nèi)的信號能夠正常放大，而阻止其它頻段信號通過的電路，簡稱為濾波器。

根據(jù)濾波電路能夠正常放大的信號頻段的不同，分為低通、高通、帶通和帶阻濾波電路。12911.3.2濾波電路的幅頻特性一、理想幅頻特性圖11-3-1四種濾波電路的理想幅頻特性圖（a）：低通濾波電路，常用于削弱高頻干擾；圖（b）：高通濾波電路，常用于削弱低頻或直流成分；圖（c）：帶通濾波電路，常用于突出有用頻段信號；圖（d）：帶阻濾波電路，常用于抑制干擾信號。130二、實際幅頻特性圖11-3-2低通濾波器的實際幅頻特性

13111.3.3有源濾波電路的組成

13211.3.4低通濾波電路

一階有源低通濾波電路由同相比例運算電路和一階RC無源濾波電路組成。

圖11-3-4一階低通濾波電路的幅頻特性133圖11-3-5一階低通濾波電路仿真134

135圖11-3-6簡單二階低通濾波電路136簡單二階低通濾波電路分析設(shè)C1=C2=C

137

為了提高截止頻率附近的電壓放大倍數(shù)，使濾波特性更加理想，可以通過提高f0處的電壓放大倍數(shù)來實現(xiàn)，這樣也會使fp趨近于f0。

138三、壓控電壓源(VCVS)二階低通濾波電路(Sallen-KeyLowPassFilter)引入正反饋，提高f0處的電壓放大倍數(shù)設(shè)C1=C2=C

139

14011.3.5高通濾波電路

一階高通濾波電路由一階RC無源濾波電路和同相比例運算電路組成。

141

如需組成二階高通濾波電路，可以采用兩個RC無源濾波電路與同相比例運算電路串聯(lián)，或者由兩個一階低通濾波電路串聯(lián)連接組成。也可以組成壓控電壓源二階高通濾波電路。

14211.3.6帶通和帶阻濾波電路一、帶通濾波電路

帶通濾波電路可以用一個低通和一個高通濾波電路串聯(lián)組成，需要注意的是低通濾波電路的通帶截止頻率fpL要求高于高通濾波電路的fpH，即fpL>fpH，該電路為簡單二階帶通濾波電路。（a）由兩個運放組成

（b）由一個運放組成圖11-3-9簡單二階帶通濾波電路143二、帶阻濾波電路

帶阻濾波電路可以用一個低通和一個高通濾波電路，再加上一個同相求和電路組成。需要注意的是低通濾波電路的通帶截止頻率fpL要求低于高通濾波電路的fpH，即fpL<fpH。也可以用一個二階高通電路、一個一階低通電路和一個同相求和電路組成。（a）由三個運放組成

（b）由一個運放組成圖11-3-10簡單二階帶阻濾波器14411.4電壓比較器11.4.1

概述11.4.2

單限電壓比較器11.4.3

滯回比較器11.4.4

集成電壓比較器14511.4.1概述一、定義和組成

電壓比較器（簡稱為比較器）用于比較兩個電壓值的大小，廣泛應(yīng)用于信號的鑒別和波形發(fā)生電路。

電壓比較器可以用集成運放組成，也可以采用專用的集成電壓比較器。組成電壓比較器的集成運放通常為開環(huán)或者只引入了正反饋，因此工作在非線性區(qū)。146二、電壓傳輸特性電壓比較器輸入與輸出電壓之間的關(guān)系一般用電壓傳輸特性描述，有三個要素：（1）輸出電壓的高、低電平UOH、UOL：用于表示比較的結(jié)果；（2）閾值電壓UT：輸入電壓變化經(jīng)過該電壓值時，輸出電平將發(fā)生翻轉(zhuǎn)。（3）輸入電壓變化經(jīng)過UT時，輸出電平的躍變方向，即從高電平UOH變?yōu)榈碗娖経OL，還是反過來。圖11-4-1

電壓比較器的電壓傳輸特性147三、分類根據(jù)電壓傳輸特性的形狀，可以將電壓比較器分為三類：單限、滯回和窗口比較器。圖11-4-2三種電壓比較器電壓傳輸特性148（1）單限比較器：電壓傳輸特性只有一條曲線，只有一個閾值電壓。單限比較器靈敏度高，但抗干擾能力弱。（2）滯回比較器：電壓傳輸特性由兩條曲線組成，有兩個閾值電壓。滯回比較器靈敏度較低，但抗干擾能力強。（3）窗口比較器：電壓傳輸特性只有一條曲線，但有兩個閾值電壓。與單限比較器類似，窗口電壓比較器靈敏度高，但抗干擾能力弱。14911.4.2單限電壓比較器一、過零比較器圖11-4-3

過零比較器及其電壓傳輸特性圖11-4-4電壓比較器輸出限幅電路150二、一般單限比較器

若要求uI大于UT時比較器輸出高電平，則uI應(yīng)從運放同相端輸入，而參考電壓從反相端輸入。

15111.4.3滯回比較器滯回比較器中運放引入了正反饋。分析電壓傳輸特性的三要素：

1523.經(jīng)過閾值電壓的躍變方向：將uI分為三個范圍，即uI<?UT，?UT<uI<UT，uI>UT。（1）當(dāng)uI<?UT時，運放的UN<UP，因此輸出為+UZ，此時閾值電壓為+UT；（2）當(dāng)uI>UT時，運放的UN>UP，因此輸出為?UZ，此時閾值電壓為-UT；（3）當(dāng)?UT<uI<+UT時，則無法確定UN和UP的大小，因此無法確定輸出電壓。圖11-4-6反相輸入滯回比較器及其電壓傳輸特性153圖11-4-7同相輸入滯回比較器及其電壓傳輸特性

15411.4.4窗口比較器A1、A2分別組成單限電壓比較器，設(shè)運放的輸出電壓幅值為+UOM和-UOM。UT1=URH，UT2=URL，設(shè)URH>URL當(dāng)uI<URL時，uO1、uO2分別為-UOM和+UOM，D1截止、D2導(dǎo)通，uO=+UZ。15511.4.4窗口比較器當(dāng)URL<uI<URH時，uO1、uO2均為-UOM，則D1、D2均截止，uO=0。當(dāng)uI>URH時，uO1、uO2分別為+UOM和-UOM，則D1導(dǎo)通、D2截止，uO=+UZ。15611.4.4集成電壓比較器

用運放組成的電壓比較器，其響應(yīng)速率受運放轉(zhuǎn)換速率的影響，同時輸出電壓幅值也由運放輸出幅值決定。

集成電壓比較器是專門用于信號比較的集成電路，參數(shù)通常包括供電電源、響應(yīng)時間、靜態(tài)電流、輸出電流、輸出電平范圍、輸入電壓范圍等。根據(jù)性能指標(biāo)可將集成電壓比較器分為高精度型、高速型、低功耗型、高壓型等。

通用型低電壓比較器LMV339、LMV393和LMV331的電源范圍為2.7~5V，單電源供電，響應(yīng)速率為幾微秒，可用于一般的電壓比較。

通用型高電壓比較器LM339、LM393、TL331的電源范圍為2~36V，可單或雙電源供電，響應(yīng)速率為幾微秒，可用于一般的電壓比較。清華大學(xué)自動化系2025.06電路與模擬電子技術(shù)葉朝輝CircuitsandAnalogElectronics12.1概述12.2正弦波振蕩電路12.3非正弦波發(fā)生電路12.4精密整流電路12.5電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路第12章模擬信號發(fā)生與轉(zhuǎn)換電路15815912.1概述

信號發(fā)生電路廣泛應(yīng)用于測量和通信領(lǐng)域。

例如，在模擬電路測量中常用正弦波、方波、三角波或階梯波信號，在數(shù)字電路測量中常用方波及矩形波信號，在通信領(lǐng)域常用正弦波信號作為載波信號等。

信號發(fā)生電路由于要自動產(chǎn)生連續(xù)不斷的周期信號，電路處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，因此電路中將會有引入正反饋的環(huán)節(jié)。16012.2.1

正弦波振蕩的條件12.2.2

正弦波振蕩電路的組成和分類12.2.3

RC正弦波振蕩電路12.2正弦波振蕩電路16112.2.1正弦波振蕩的條件圖12-2-1正反饋放大電路方塊圖

產(chǎn)生正弦波振蕩的起振條件為：

穩(wěn)定振蕩的條件為

16212.2.2正弦波振蕩電路的組成和分類

163

根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)采用的電路不同，將正弦波振蕩電路分為：RC、LC或石英晶體正弦波振蕩電路三種。

其中RC正弦波振蕩電路應(yīng)用最為廣泛。16412.2.3RC正弦波振蕩電路一、文氏橋正弦波振蕩電路圖12-2-2(a)RC正弦波振蕩電路(b)文氏橋電路1651.RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)使得當(dāng)頻率為f0時，反饋系數(shù)F的幅值最大，相移為0，具有選頻作用圖12-2-4RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率特性1672.同相比例運算電路

起振幅值條件:|AF|

略大于1起振條件:Rf

略大于2R1

168

3.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)圖12-2-5加穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的RC正弦波振蕩電路方法一：在反饋支路中串聯(lián)兩個二極管

方法二：采用熱敏電阻代替R1或Rf。169圖12-2-6RC正弦波振蕩電路的仿真結(jié)果17012.3.1

方波發(fā)生電路12.3.2

占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路12.3.3

三角波發(fā)生電路12.3.4

鋸齒波發(fā)生電路12.3非正弦波發(fā)生電路17112.3.1方波發(fā)生電路若將比較器的輸出信號通過一個延時電路反饋到其輸入端，用該信號作為觸發(fā)比較器輸出信號翻轉(zhuǎn)的輸入信號，則能產(chǎn)生方波或矩形波。延時電路一般可采用一階RC電路或者積分電路。圖12-3-1方波和矩形波發(fā)生電路原理簡圖一、電路組成及工作原理172圖12-3-2方波發(fā)生電路

設(shè)uO初始狀態(tài)為+UZ：uO通過R3對C充電，uN（即uC）逐漸升高，當(dāng)uC=+UT時uO將翻轉(zhuǎn)為-UZ。電容C通過R3放電，使uC逐漸降低，當(dāng)uC=-UT時uO將翻轉(zhuǎn)為+UZ，電路回到初始狀態(tài)。電路將依照上述工作過程循環(huán)往復(fù)，從而產(chǎn)生方波。一、電路組成及工作原理173二、

波形分析圖12-3-2方波發(fā)生電路圖12-3-3方波發(fā)生電路波形

174圖12-3-4方波發(fā)生電路的仿真結(jié)果175

17612.3.2占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路一、電路組成及工作原理當(dāng)uO=+UZ時D1導(dǎo)通、D2截止，uO將通過RW1、R3對C充電；當(dāng)uO=-UZ時D1截止、D2導(dǎo)通，電容C將通過R3、RW2放電。

17712.3.2占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路二、波形分析

調(diào)節(jié)RW滑動端時周期不變，占空比改變17812.3.3三角波發(fā)生電路一、電路組成及工作原理圖12-4-1利用方波發(fā)生電路和積分電路組成的三角波發(fā)生電路

uO的幅值將與方波周期成正比，因此調(diào)節(jié)方波周期會同時改變?nèi)遣ǖ姆怠?79圖12-4-2三角波發(fā)生電路

當(dāng)uO1為+UZ時，uO將逐漸減小，當(dāng)uO達(dá)到閾值電壓-UZ時，uO1翻轉(zhuǎn)為-UZ；之后uO將逐漸增大，當(dāng)uO達(dá)到閾值電壓+UZ時，uO1翻轉(zhuǎn)為+UZ。如此周而復(fù)始，uO產(chǎn)生三角波，uO1產(chǎn)生方波。一、電路組成及工作原理180圖12-4-3三角波發(fā)生電路輸出波形

二、

波形分析181圖12-4-4三角波發(fā)生電路的仿真結(jié)果182

18312.3.4鋸齒波發(fā)生電路一、電路組成及工作原理當(dāng)uO1=+UZ時D1導(dǎo)通、D2截止，uO將通過R3和滑動端以上的電阻RW上被積分，uO下降；當(dāng)uO1=-UZ時D1截止、D2導(dǎo)通，uO將通過R3和滑動端以下的電阻RW下被積分，uO上升。184二、

波形分析uO1=+UZ

uO1=-UZ

18512.4.1

半波精密整流電路12.4.2

全波精密整流電路12.4精密整流電路186

精密整流電路是信號處理電路，實現(xiàn)交流小信號的整流，即將交流小信號轉(zhuǎn)換為直流信號。18712.4.1

半波精密整流電路

188圖12-4-4負(fù)半波精密整流電路的輸出波形仿真189圖12-4-5正半波精密整流電路的輸出波形仿真19012.4.2

全波精密整流電路

19112.5.1

電路組成及工作原理12.5.2

振蕩頻率分析12.5電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路19212.5.1電路組成及工作原理

設(shè)輸出電壓uO的初始值為-UZ，此時二極管截止，uO1上升。經(jīng)過時間T1后，當(dāng)uO1上升至比較器的閾值電壓+UT時，uO翻轉(zhuǎn)為+UZ。此時二極管導(dǎo)通，uO通過R5、uI通過R1一起被積分。由于R5<<R1，因此uO1將由于uO=+UZ的作用而快速下降，當(dāng)uO1下降至比較器的閾值電壓-UT時，uO翻轉(zhuǎn)為-UZ，回到初始狀態(tài)。如此周而復(fù)始，uO產(chǎn)生矩形波，uO1產(chǎn)生鋸齒波。193

12.5.2振蕩頻率分析集成電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路芯片LM231/331194

（a）輸入為直流電壓（b）輸入為低頻正弦波信號圖12-5-4壓頻轉(zhuǎn)換電路仿真清華大學(xué)自動化系2025.06電路與模擬電子技術(shù)葉朝輝CircuitsandAnalogElectronics13.1功率放大電路概述13.2功率放大電路簡介13.3OCL功率放大電路的輸出功率和效率13.4集成功率放大電路第13章功率放大電路19619713.1功率放大電路概述13.1.1

性能指標(biāo)13.1.2

對功率放大電路的要求13.1.3

功率放大電路中的晶體管或MOS管19813.1.1

性能指標(biāo)

功率放大電路(PowerAmplifier)簡稱為功放，一般為放大電路的最后一級即輸出級，能夠給負(fù)載提供一定的功率。

19913.1.2

對功率放大電路的要求帶負(fù)載能力強；Pom盡可能大：即在電源電壓和負(fù)載一定時，希望Uom盡可能大；η盡可能高：即希望動態(tài)時Pom盡可能大而PV盡可能??；靜態(tài)時電路的直流功耗盡可能小。20013.1.3

功率放大電路中的晶體管或MOS管功率放大電路中的晶體管或MOS管又稱為功放管；由于輸出為大信號，管子可能工作在接近極限性能的狀態(tài)（盡限狀態(tài)）；通常輸入信號和輸出信號均為大信號，因此一般采用圖解法分析。20113.1.3

功率放大電路中的晶體管或MOS管功率放大電路通常有三種不同的工作方式：（1）甲類方式：晶體管在信號的整個周期內(nèi)均處于放大狀態(tài)，例如共射、共集、共源或共漏放大電路；（2）乙類方式：晶體管僅在信號的半個周期處于放大狀態(tài)，例如互補輸出級電路；（3）甲乙類方式：晶體管在信號的多半個周期處于放大狀態(tài)，例如用二極管消除交越失真的互補輸出級電路。20213.2.1OCL功率放大電路13.2.2OTL功率放大電路13.2.3橋式推挽（BTL）功率放大電路13.2功率放大電路簡介20313.2.1OCL功率放大電路

帶負(fù)載能力強的電路包括共集放大電路、共漏放大電路以及互補輸出級電路，但是由于共集放大電路和共漏放大電路靜態(tài)時工作在放大狀態(tài)，消耗功率，效率較低，不適合作為功率放大電路，因此常用互補輸出級電路作為功率放大電路。20413.2.1OCL功率放大電路

互補輸出級電路采用直接耦合方式，便于集成，又稱為無輸出電容的功率放大電路(OCL,OutputCapacitorless)

動態(tài)時uo跟隨ui變化，最大不失真輸出電壓峰值Uop=VCC-|UCES|，幅值較大，因此輸出功率較大，且效率高。20513.2.1OCL功率放大電路20613.2.2OTL功率放大電路優(yōu)點是采用單電源供電，缺點是采用阻容耦合使得低頻特性較差。

20713.2.2OTL功率放大電路MOS管OTL功率放大電路20813.2.3橋式推挽(BTL)功率放大電路優(yōu)點是采用單電源供電，采用直接耦合便于集成；缺點是采用雙端輸入和雙端輸出方式，使用不太方便。

20913.3OCL功率放大電路的輸出功率和效率一、最大不失真輸出電壓Uom

二、最大輸出功率Pom

210三、電源提供的功率PV

211四、效率

212例13.3.1增強型MOS管組成的OCL功率放大電路如圖所示。已知VDD=10V，RL=5k?。已知增強型NMOS管T1參數(shù)為UGS(th)=0V，Kn=0.4mA/V2，增強型PMOS管T2參數(shù)為UGS(th)=0V，Kp=-0.4mA/V2。（1）求最大輸出電壓峰值Uop，并求此時的iLp和uip的值。（2）求最大輸出功率和效率。解：(1)預(yù)夾斷電壓為uDSmin=uGS-UGS(th) Uop=10-uDSmin=10-(uGS-UGS(th)) Uop/RL=iDmax=Kn(uGS-UGS(th))2

聯(lián)立上面兩式求出uGS=2V

因此Uop=10-(uGS-UGS(th))=8V iLmax=Uop/RL=1.6mA Uip=uGS+Uop=10V213例13.3.1增強型MOS管組成的OCL功率放大電路如圖所示。已知VDD=10V，RL=5k?。已知增強型NMOS管T1參數(shù)為UGS(th)=0V，Kn=0.4mA/V2，增強型PMOS管T2參數(shù)為UGS(th)=0V，Kp=-0.4mA/V2。（1）求最大輸出電壓峰值Uop，并求此時的iLp和uip的值。（2）求最大輸出功率和效率。

21413.4.1LM38613.4.2PA0413.4集成功率放大電路21513.4.1LM386LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于音頻電路中。21613.4.2PA04PA04是一種以采用MOS管和晶體管相結(jié)合制造的BiCMOS集成功放，具有電源電壓范圍大、輸出功率大、輸入阻抗高、轉(zhuǎn)換速率高、靜態(tài)電流小、具有睡眠模式控制等特點，可應(yīng)用于驅(qū)動聲納換能器和揚聲器。217清華大學(xué)自動化系2025.06電路與模擬電子技術(shù)葉朝輝CircuitsandAnalogElectronics14.1交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源14.2整流電路14.3濾波和穩(wěn)壓電路14.4線性穩(wěn)壓電源14.5開關(guān)型穩(wěn)壓電源第14章直流電源21922014.1交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源圖14-1-1交流電轉(zhuǎn)換成直流電框圖22114.2.1

半波整流電路14.2.2

全波整流電路14.2整流電路222輸出電壓平均值UO(AV)≈0.45U2負(fù)載上的電流平均值IO(AV)≈0.45U2/RL其中U2為變壓器副邊電壓u2的有效值14.2.1

半波整流電路選擇整流二極管：

223輸出電壓平均值UO(AV)≈0.9U2負(fù)載上的電流平均值IO(AV)≈0.9U2/RL14.2.2

全波整流電路選擇整流二極管：

22422514.3.1

電容濾波電路14.3.2

穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路14.3濾波和穩(wěn)壓電路22614.3濾波和穩(wěn)壓電路圖14-3-1濾波和穩(wěn)壓電路由低通濾波電路和穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成。UO=UZ22714.3.1

電容濾波電路

電容濾波電路適用于負(fù)載電流小且變化較小的應(yīng)用。228

當(dāng)UI一定而負(fù)載RL變化（例如增大）時，若穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，則輸出電流IO=UO/RL將發(fā)生變化（減?。?，從而使IDz=IR-IO發(fā)生變化（增大），且

IO=-

IDz。

為了保證穩(wěn)壓管正常穩(wěn)壓，要求|

IO|<|

IDz|。14.3.2

穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路22923014.4.1

組成及原理14.4.2

性能指標(biāo)14.4.3

集成線性穩(wěn)壓電路14.4線性穩(wěn)壓電源23114.4.1組成及原理一、基本串聯(lián)型穩(wěn)壓電路設(shè)IR=(UI-UZ)/R基本不變，IO=IE=(1+β)IB=(1+β)(IR-IDz)

則

IO=-(1+β)

Idz

因此

IO比

IDz擴大了β倍若忽略發(fā)射結(jié)電壓UBE，則UO=UZ-UBE

UZ

由于輸出電壓的穩(wěn)定是通過晶體管調(diào)節(jié)IE實現(xiàn)的，因此晶體管又稱為調(diào)整管。由于調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)連接，因此又稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。232二、輸出電壓可調(diào)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路為了得到可調(diào)的UO，可加入電壓放大環(huán)節(jié)。（a）基本電路

穩(wěn)壓管和R組成基準(zhǔn)電壓，R1、R2、R3組成采樣電路，集成運放與調(diào)整管稱為比較放大電路。（b）習(xí)慣畫法233

23414.4.2性能指