电路与电子技术 第6章集成运算放大器及其应用2
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1、6.2.3 中间级中间级采用有源负载的共射放大电路采用有源负载的共射放大电路 中间级的主要任务是提供足够大的电压放大倍数，要求中间级本身具有较高的电压增益，同时为了减少对前级的影响，还应具有较高的输入电阻。共射放大电路具有较高的电压放大倍数，而且，为了提高电压放大倍数，比较有效地方法是增大集电极电阻Rc。集成电路：一是集成电路的工艺不便于集成大电阻；二是为了维持放大管的静态电流不变，在增大Rc的同时必须提高电源电压，当电源电压增大到一定程度时，电路的设计就变得不合理了。三极管工作在放大区（也称恒流区）时，c-e之间的等效电阻rce的值很大。因此，在集成运放中，常采用由三极管构成的电流源取代Rc
2、，这样在电源电压不变的情况下，既可获得合适的静态电流，对于交流信号，又可得到很大的等效的Rc。这样的电路称之为有源负载称之为有源负载。另外，中间级的放大管有时采用复合管复合管的结构形式，这样可以有很高的电流放大系数，以便提高本级的电压放大倍数，而且能够大大提高本级的输入电阻，特别是在前级采用有源负载时，其效果是提高了集成运放总的电压放大倍数。复合管的几种接法 2112bcII1. 复合管的接法及其复合管的接法及其和和rbe1bI1b1I1b21I1bI1bI1b21Ibce 12 bce 12 复合管可由两个或两个以上三极管组合而成。复合管的接法有多种，它们可以由相同类型的三极管组成，也可以由
3、不同类型的三极管组成为NPN型或同为PNP型。bce =121bI1bI1b21Ice =121bIb1bI1bI1b21Iececbb综合上图所示的几种复合管，可以得出以下结论： 复合管的复合原则：复合管的复合原则：一是一是在前后两个三极管的连接关系上，应保证前级三极管的输出电流与后级三极管的输入电流的实际方向一致，以便形成适当的电流通路，否则电路不能形成通路，复合管无法正常工作。 二是二是为了实现电流放大，应将前级管的集电极电流或发射极电流作为后级管的基极电流，外加电压的极性应保证前后两个三极管均为发射结正向偏置，集电结反向偏置，使两管都工作在放大区。1）由两个相同类型的三极管组成的复合管
4、，其类型与原来相同。复合管的12，复合管的rbe = rbe1 +（1 +1）rbe2 。 2）由两个不同类型的三极管组成的复合管，其类型与前级三极管相同。复合管的=1（1 + 2）12，复合管的rbe = rbe1 。 其中三极管T1和T2组成的NPN型复合管是放大管，是T3管的有源负载。RUVI4BECCREF- 根据基准电流IREF，即可确定放大管的集电极静态电流ICQ。当2时，ICQIREF。 2. 由复合管构成的由复合管构成的有源负载有源负载共射放大电路共射放大电路集成运放的输出级应有较低的输出电阻，以提高电路的带负载能力。同时，也希望有较高的输入电阻，以免影响中间级共射电路的电压放
5、大倍数。复合管构成的有源负载共射放大电路T3与T4组成镜像电流源，作为偏置电路，负责为放大管提供合适的集电极直流偏置电流ICQ。由图可得，基准电流IREF由VCC、T4和R支路产生，其表达式为：例：例： 扩音系统扩音系统执行机构执行机构功率放大器的作用：功率放大器的作用： 用作放大电路的用作放大电路的输出级输出级，以，以驱动驱动执行机构。执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、如使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。仪表指针偏转等。 功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取6.2.4 输出级输出级功率放大电路功率放大电路 集成运放的输出级是向负载提供一定的功率，属于功率放大，一般采
6、用互补对称的功率放大电路。（2）为获得足够大的不失真输出功率，功率放大电路中的电压、电流幅度都很大，使输出信号容易产生非线性失真，这就需要根据负载要求规定允许的失真度范围。1. 功率放大电路的特点（1）射极输出器的输出电流较大，输出电阻小，带负载能力强，通常采用射极输出器作为基本的功率放大电路。实用的功率放大电路中大多采用双管的互补对称电路形式。（3）为提高功率放大电路的效率，需尽可能降低其静态工作电流。但静态工作电流太小容易引起输出信号的失真，互补对称电路可消除其非线性失真。甲类放大状态 QM,OAMNUCEQUCCUcemuCEBiCIcmICQ 低频功率输出级按功放管的工作状态，可分为甲
7、类、乙类、甲乙类三种。它们各有特点。 甲类放大电路的工作点设置在放大区的中间甲类放大电路的工作点设置在放大区的中间，这种电路的优优点点是在输入信号的整个周期内三极管都处于导通状态，输出信号失真小（前面讨论的电压放大电路都工作在这种状态）。2. 功放管的三种工作状态功放管的三种工作状态 缺点是三极管有较大的静态电流ICQ，这时管耗PC大，而且甲类放大时，不管有无输入信号，电源供给的功率是不变的。甲类放大电路的效率最高也只有50%，那些对于输出功率及效率要求不高的功率放大电路可以采用甲类。甲类功率放大电路的工作状态如左图所示甲类功率放大电路的工作状态如左图所示 乙类放大状态 QUcemuCEiCI
8、cmO 如果在甲类的基础上，把静态工作点Q向下移动，使静态电流ICQ等于零，这样就能改变甲类放大时效率低的状况，这种工作方式下的电路称为乙类乙类放大电路。乙类放大乙类放大电路的工作点设置在截止区电路的工作点设置在截止区。乙类放大电路提高了能量的转换效率，在理想情况下效率可达78.5%，但此时却出现了严重的波形失真，在输入信号的整个周期，仅在半个周期内三极管导通，有电流流过，只能对半个周期的输入信号进行放大。乙类功率放大电路的工作状态如图所示乙类功率放大电路的工作状态如图所示 甲乙类放大状态 QUcemuCEiCIcmO 如果将工作点如果将工作点Q设在放大区但接近截止区设在放大区但接近截止区，使
9、三极管的导通时间大于信号的半个周期，且小于一个周期，这类工作方式下的电路称为甲乙类甲乙类放大电路。目前常用的音频功率放大电路中，功放管多数是工作在甲乙类放大状态。这种电路的效率略低于乙类放大，但它克服了乙类放大电路的失真问题，目前使用较广泛。甲乙类功率放大电路的工作状态如图所示甲乙类功率放大电路的工作状态如图所示 3. 双电源互补对称电路双电源互补对称电路 (OCL:output Capacitorless电路电路) Ow tuiOuow t+ UCC-UccT1T2uiuoRL1ci2ciw tO2ciw tO1ci1）电路图）电路图RLuiuo+ UCCT11ci正半周RLT2uiuo-
10、UEE2ci负半周 T1、T2管交替工作, 流过RL的电流为一完整的正弦波信号, 波形如上图所示。由于该电路中两个管子导电特性互为补充, 电路对称, 因此该电路称为互补对称功率放大电路。称为无输出电容的功率放大电路，即OCL（Output Capacitorless）2 指标计算指标计算 O波形QUCCUcemuCEIcmUcesUCE波形波形Icm2IcmOUcesUcem2UcemABOuCEUcesQiBL1R(a)(b)1ci2ci1ci1ci1Bi1Bi双电源互补对称电路的图解分析双电源互补对称电路的图解分析 （1）最大输出功率：）最大输出功率：当输入信号足够大时，可使负载获得最大输
11、出功率。负载电压为正弦波形，若忽略管子的饱和压降，其幅值（最大值）为：Uom = VCCLCCLomomRVRUI则OCL电路的最大输出功率为： 负载电流幅值为：如果考虑管子的饱和压降UCES，则最大输出功率为：cemURUVRP2L2CESCCLom21)(21乙类乙类OCL互补对称功率放大电路的主要工作指标如下：互补对称功率放大电路的主要工作指标如下：L2CComomom2122RVIUPIcm2IcmOUcesUcem2UcemABOuCEUcesQiBL1R2ci1ciVCC （2）电源提供功率）电源提供功率：直流电源的电压为VCC，电流即为管子中的集电极电流。因此，在一个周期里两个电
