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1 多级放大电路的耦合方式
2 差动放大电路
3 互补对称功率放大电路
4 集成运算放大器
5 放大电路中的负反馈
第3章 多级放大电路
1
第3章 多级放大电路
本 章 要 求
2
(1) 了解多级放大电路的概念，掌握两级阻容耦合放大电路的分析方法。
(2) 了解差动放大电路的工作原理及差模信号和共模信号的概念。
(3) 了解基本互补对称功率放大电路的工作原理。
(4) 了解集成运算放大器的基本组成、特点以及各主要参数的意义。
(5) 了解集成运算放大器的电压传输特性和理想化的主要条件。
(6) 掌握集成运算放大器线性应用和非线性应用的基本条件和分析依据。
(7) 理解反馈的概念、反馈的类型和负反馈对放大电路性能的影响。
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输入级 电压
放大级
电压
放大级
功率
输出级 推动级 ～
信号源
中间级
小信号放大电路 功率放大电路
负载
多级放大电路的组成
3
耦合方式：信号源与放大电路之间、两级放大电路之间、放大器与负载
之间的连接方式。
常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。
动态：传送信号 减少压降损失
静态：保证各级有合适的Q点
波形不失真
第二级 推动级 输入级 输出级
输入
输出
多级放大电路的框图
对耦合电路的要求
3.1 多级放大电路的耦合方式
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1 阻 容 耦 合
第一级 第二级 负载 信号源
两级之间通过耦合电容 C2 与下级输入电阻连接
RB1 RC1
C1
C2
RB2
CE1
RE1
+
+
+
+
+
–
RS
+
–
RC2 C3
CE2
RE2 RL
+
+
+UCC
+
– –
V1 V2
R'B1
R'B2
𝑈𝑆
𝑈 O1 𝑈 O
𝑈𝑖
5
1. 静态分析
由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流通路互不相通，
每级的静态工作点互相独立，互不影响，可以各级单独计算。
两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。
RB1 RC1
C1
C2
RB2
CE1
RE1
+
+
+
+
+
–
RS
+
–
RC2 C3
CE2
RE2 RL
+
+
+UCC
+
– –
V1 V2
R'B1
R'B2
𝑈𝑆
𝑈 O1 𝑈 O
𝑈i
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2. 动态分析 微变等效电路
第一级 第二级
rbe RB2 RC1
E
B C
+
-
+
-
+
-
RS
rbe RC2 RL
E
B C
+
-
RB1
𝑈𝑆
𝑈 O1 𝑈 O 𝑈i
R'B1 R'B2
𝐼i 𝐼 b1 𝐼 c1 𝐼 b2 𝐼 c2
𝛽1𝐼 b1 𝛽2𝐼 b2
电压放大倍数𝑨 𝒖 = 𝑼 𝐨𝑼𝐢 =
𝑼 𝐨𝟏𝑼𝐢
𝑼 𝐨𝑼 𝐢𝟐
= 𝑨 𝒖𝟏𝑨 𝒖𝟐
𝑅′L1 = RC1 // ri2 𝑅′L2 = RC2 // 𝑅L ri= ri1
𝑨 𝒖𝟏 = 𝑼 𝐨𝟏𝑼𝐢 = −𝛽1
𝑅′L1𝒓𝐛𝐞𝟏
𝑨 𝒖𝟐 = 𝑼 𝐨𝑼 𝐢𝟐
= −𝛽2𝑅′L2𝒓𝐛𝐞𝟐
ro= ro2
ri2
7
如图所示的两级电压放大电路，已知β 1= β 2 =50，V1和V2均为3DG8D。
(1) 计算前、后级放大电路的静态值(UBE=0.6V)；(2) 求放大电路的输入电阻和
输出电阻； (3) 求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。
例1:
RB1
C1
C2
RE1
+ + +
–
RC2 C3
CE
+
+
+24V
+
–
oU
iU
V1 V2
1M
27k
82k
43k 7.5k
510
10k
R'B1
R'B2
R'E2
R''E2
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解: (1) 两级放大电路的静态值可分别计算。
第一级是射极输出器:
RB1
RE1
+
–
RC2
+24V
V1 V2
1M
27k
82k
43k 7.5k
510
10k
IB1
IE1
UCE1
R'B1
R'B2
R'E2
R''E2
𝐼B1 =𝑈CC−𝑈BE
𝑅B1+ 1+𝛽1 𝑅E1
= 24−0.6
1000+(1+50)×27 m𝐴 = 9.8 μA
𝐼E1 = (1 + 𝛽1)𝐼B1 = (1 + 50) × 0.0098 = 0.49 mA
𝑈CE1 = 𝑈CC− 𝐼E1 RE1= 24 − 0.49 × 27 = 10.77 V
9
第二级是分压式偏置电路
𝑈B2 =𝑈CC
𝑅′B1+𝑅′B2 𝑅′B2 =
24
82 +43× 43 = 8.26 V
𝐼C2 ≈ 𝐼E2 =𝑈B2 −
𝑈BE2 𝑅′E2+𝑅′′𝐸2
= 8.26 −0.6
0.51 +7.5 = 0.96 mA
𝐼B2 =𝐼C2𝛽2
= 0.96
50 = 19.2 μA
10
𝑈C𝐸2 = 𝑈CC− 𝐼C2 (RC2+R'E2+R''E2)= 24 − 0.96× (10+0.51+7.5) = 6.71V
RB1
RE1
+
–
RC2
+24V
+
–
oU
V1 V2
1M
27k
82k
43k 7.5k
510
10k
IB2
IC2
UCE2
UB2 IE2
R'B1
R'B2
R'E2
R''E2
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(2) 计算 ri 和 ro
由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻ri 等于第一级的输入电阻ri1。
第一级是射极输出器，它的输入电阻ri1与负载有关，而射极输出器的负载即是
第二级输入电阻 ri2。
微变等效电路
ri= ri1 ri2 ro= ro2
11
rbe2
RC2
rbe1
RB1
RE1
+
_
+
_
+
_
R'B1 R'B2
R'E2 𝑈 o1
𝑈 O 𝑈i
𝐼 b1 𝐼 c1 𝐼 b2 𝐼 c2
𝛽𝐼 b1 𝛽𝐼 b2
ri2
rbe2
RC2
rbe1
RB1
RE1
+
_
+
_
+
_
R'B1 R'B2
R'E2 𝑈 O1
𝑈 O 𝑈i
𝐼 b1 𝐼 c1 𝐼 b2 𝐼 c2
𝛽𝐼 b1 𝛽𝐼 b2
ri2
𝑟be2 = 300 + (1+β2 ) 26
𝐼E2 = 300 + 51×
26
0.96 = 1680 Ω = 1.68 kΩ
𝑟i2 = 𝑅′B1 // 𝑅′B2 // [𝑟be2 + (1+β2 ) 𝑅′E1 ] = 14 kΩ
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第二级放大电路输入电阻 ri2
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𝑅′L1 = 𝑅E1 // 𝑟i2 = 27×14
27+14 = 9.22 kΩ
𝑟be1 = 300 + (1+β1 ) 26
𝐼E1 = 300 + 51×
26
0.49 = 3 kΩ
𝑟i = 𝑟i1 = 𝑅B1 // [𝑟be1 + (1+β1 ) 𝑅′L1 ] = 320 kΩ
13
ri= ri1
rbe2
RC2
rbe1
RB1
RE1
+
_
+
_
+
_
R'B1 R'B2
R'E2 𝑈 O1
𝑈 O 𝑈i
𝐼 b1 𝐼 c1 𝐼 b2 𝐼 c2
𝛽𝐼 b1 𝛽𝐼 b2
ri2
第一级放大电路输入电阻 ri1
放大电路输出电阻 ro
ro= ro2
rbe2
RC2
rbe1
RB1
RE1
+
_
+
_
+
_
R'B1 R'B2
R'E2 𝑈 O1
𝑈 O 𝑈i
𝐼 b1 𝐼 c1 𝐼 b2 𝐼 c2
𝛽𝐼 b1 𝛽𝐼 b2
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ro= ro2 = RC2 = 10 kΩ
𝑈i = 0 𝐼 b1 = 0 𝐼 c1 = 0 𝐼 b2 = 0 𝐼 c2 = 0
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(3) 求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数
rbe2
RC2
rbe1
RB1
RE1
+
_
+
_
+
_
+
_
R'B1 R'B2
R'E2 𝑈 O1
𝑈 O 𝑈i
𝐼 b1 𝐼 c1 𝐼 b2 𝐼 c2
𝛽1𝐼 b1 𝛽2𝐼 b2
𝑈 o1
第二级放大电路为共发射极放大电路
𝐴 𝑢2 = 𝑈 o𝑈 o1
15
𝐴 𝑢2 = −𝛽2 𝑅C2
𝑟be2+(1+𝛽2)𝑅′E1 = −50 ×
10
1.65+ 1+50 ×0.51= −18
=−𝛽2𝐼 b2𝑅c2
𝐼 b2𝑟be2+ (1 + 𝛽2)𝐼 b2𝑅′E2
第一级放大电路为射极输出器
rbe2
RC2
rbe1
RB1
RE1
+
_
+
_
+
_
R'B1 R'B2
R'E2 𝑈 o1
𝑈 O 𝑈i
𝐼 b1 𝐼 c1 𝐼 b2 𝐼 c2
𝛽1𝐼 b1 𝛽2𝐼 b2
𝐴 𝑢1 = (1+𝛽1)𝑅′L1
𝑟be1+(1+𝛽1)𝑅′L1 =
(1+50)×9.22
3 + (1+50)×9.22= 0.994
总电压放大倍数 𝑨 𝒖 = 𝑨 𝒖𝟏 × 𝑨 𝒖2 = 𝟎. 𝟗𝟗𝟒 × (−𝟏𝟖)= −𝟏𝟕. 𝟗
16
ri2
𝑅′L1 = 𝑅E1 // 𝑟i2 = 27×14
27+14 = 9.22 kΩ
𝐴 𝑢1 = 𝑈 o1𝑈 i
=(1 + 𝛽1)𝐼 b1𝑅
′L1
𝐼 b1𝑟be1+ (1 + 𝛽1)𝐼 b1𝑅′L1
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放大电路的频率特性
阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射极旁路电容及三
极管的结电容等，它们的容抗随频率变化，故当信号频率不同时，放大
电路的输出电压相对于输入电压的幅值和相位都将发生变化。
频率特性
幅频特性：电压放大倍数的模(输出电压与输入
电压的幅值比) |Ȧu |与频率 f 的关系
相频特性：输出电压相对于输入电压的
相位移 与频率 f 的关系
17
通频带
f
|Ȧu |
0.707| Ȧum |
fL fH
| Ȧum |
幅频特性
下限截止频率 上限截止频率
耦合、旁路电容造成。
三极管结电容、电路中的分布电容
f
–270°
–180°
–90°
相频特性
O
中频范围
单管共射放大电路
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在中频段
三极管的极间电容和导线的分布电容很小，可认为它们的等效电容CO与负载并联。由于CO的电容量很小，它对中频段信号的容抗很大，可视作开路。
由于耦合电容和发射极旁路电容的容量较大，故对中频段信号的容抗很小，可视作短路。
rbe RB RC RL
E
B C
+
-
+
- +
-
RS +
-
𝑈i
𝐼 b 𝐼 c
𝑈s
𝑈 be
β𝐼 b
𝑈o
19
所以，在中频段可认为电容不影响交流信号的传送，放大电路的放大倍数与信号频率无关。(前面所讨论的放大倍数及输出电压相对于输入电压的相位移均指中频段)
由于信号的频率较低，耦合电容和发射极旁路电容的容抗较大，其分压作用
不能忽略。以至实际送到三极管输入端的电压𝑼 𝐛𝐞 比输入信号𝑼 𝐢 要小，故放大倍数
降低，并使 𝑼 𝐨 产生越前的相位移(相对于中频段)。
在低频段：
CO的容抗比中频段还大，仍可视作开路。
20
所以，在低频段放大倍数降低和相位移越前的主要原因是耦合电容和发射极
旁路电容的影响。
rbe RB RC RL
E
B C
+
-
+
- +
-
RS +
-
C1 C2 𝐼 b
𝑈i
𝐼 c
𝑈s
𝑈 be
β𝐼 b
𝑈o
𝐼 i
𝑈i
𝐼 b 𝐼 c 𝑈 be 𝐼 i 𝜔 → 0
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CO的容抗将减小，它与负载并联，使总负载阻抗减小，在高频时三极管的电流放大系数 也下降，因而使输出电压减小，电压放大倍数降低，并使𝑼 𝐨 产生滞后的相位移（相对于中频段）。
由于信号的频率较高，耦合电容和发射极旁路电容的容抗比中频段还小，仍可视作短路。
在高频段：
所以，在高频段放大倍数降低和相位移滞后的主要原因是三极管电流放大系数、极间电容和导线的分布电容的影响。
rbe RB RC RL
E
B C
+
-
+
- +
-
RS
Co
+
-
𝑈i
𝐼 b 𝐼 c
𝑈s
𝑈 be
β𝐼 b
𝑈o
21
2 直接耦合
直接耦合：将前级的输出端直接接后级的输入端。
可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。
+UCC
uo
RC2
V2
ui
RC1 R1
V1
R2
– –
+
+
RE2
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由于不采用电容，所以直接耦合放大电路具有良好的
低频特性。
通频带
f
|Ȧu |
0.707|Ȧum |
O fH
|Ȧum |
幅频特性
适合于集成化的要求
在集成运放的内部，级间都是直接耦合。
23
直接耦合存在的两个问题之一： 前后级静态工作点相互影响
24
+UCC
uo
RC2
V2
ui
RC1 R1
V1
R2
– –
+
+
V1的集电极电位和V2的基直接相连，使得V1集电极与地之间电压只有0.7V，缩小了V1输出电压的动态变化范围。
RE2
RC1是V2的偏置电阻，通常RC1比较小，V2集的偏置电流比较大，容易造成V2输处于饱和工作状态而不能正常放大。
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零点漂移
零点漂移是指输入信号电压为零时，输出电压发生缓慢地、
无规则地变化的现象。
uo
t 0
直接耦合存在的两个问题之二：
25
产生的原因：晶体管参数随温度变化、电源电压波动、电路元件参数
的变化。
零点漂移的危害：
直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。
严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号电压还是漂
移电压。
一般用输出漂移电压折合到输入端的等效漂移电压作为衡量零点漂
移的指标。
输入端等效
漂移电压
输出端漂移电压
电压放大倍数
抑制零点漂移是制作高质量直接耦
合放大电路的一个重要问题！
𝑢id = 𝑢od
𝐴u
26
只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多时，放大后的有用信
号才能被很好地区分出来。
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1 差动放大电路的工作原理
差动放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。
差动放大原理电路
uo + – 两个输入端、
两个输出端
两管静态工作点相同
3.2 差动放大电路
+ +
– –
+UCC
RC RB2
V1
RB1
RC RB2
RB1 V2
+ +
– –
ui1 ui2
uo1 uo2
27
电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。
（1） 零点漂移的抑制原理
uo= UC1 － UC2 = 0
uo= (UC1 + UC1 ) － (UC2 + UC2 ) = 0
静态时，ui1 =
ui2
= 0
当温度升高时 IC UC （两管变化量相等）
uo + –
–
+ +
–
+UCC
RC RB2
V1
RB1
RC RB2
RB1 V2
ui1 ui2
28
对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。
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（2） 有信号输入时的工作情况
uo1 = uo2，两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为
零，对共模信号没有放大能力AC = 0
共模信号 ui1 = ui2 = uic 大小相等、极性相同
+
–
+
–
共模信号
需要抑制
uo + –
–
+ +
–
+UCC
RC RB2
V1
RB1
RC RB2
RB1 V2
ui1 ui2
29
差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平。
两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，
差模信号 ui1 = – ui2 = uid /2 大小相等、极性相反
uo1= – uo2
对差模信号有放大能力
差模信号
是有用信号
—— 有信号输入时的工作情况
uo = uo1 – uo2 = 2uo1
𝐴d =𝑢o𝑢id
= 2𝑢o12𝑢i1
= 𝐴d1 = 𝐴d2
30
+ –
+ –
uo + –
+ +
– –
+UCC
RC RB2
V1
RB1
RC RB2
RB1 V2
+ +
– –
ui1 ui2
uo1 uo2
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ui1 、ui2 大小和极性是任意的。 比较输入
比较输入可以分解为一对共模信号和一对差模信号的组合，即：
式中uic为共模信号，uid为差模信号。由以上两式可解得：
ui1 = uic + uid
ui1 = uic – uid
uic = 1
2(ui1 + ui2)
uid = 1
2(ui1 – ui2)
31
—— 比较输入
例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV
ui2 = 8 mV － 2 mV
例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV
可分解成: ui1 = 18 mV + 2 mV
ui2 = 18 mV － 2 mV
可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV
共模信号 差模信号
放大器只
放大两个
输入信号
的差值信
号—差动
放大电路
32
这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制系统中是常见的。
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对于线性差动放大电路，可用叠加定理求得输出电压：
uo1 =Acuic + Aduid
uo2 =Acuic – Aduid)
uo = uo1 – uo2 =2Aduid = 2Ad(ui1 – ui2)
33
输出电压的大小仅与输入电压的差值有关，而与信号本身的大小无
关，这就是差动放大电路的差值特性。
对于差动放大电路来说，差模信号是有用信号，要求对差模信号有
较大的放大倍数；而共模信号是干扰信号，因此对共模信号的放大倍数
越小越好。 这也就意味着零点漂移越小，抗共模干扰的能力越强，当用
作差动放大时，就越能准确、灵敏地反映出信号的偏差值。
若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数 Ac= 0
，输出电压 uo= Ad (ui1− ui2) =2Ad uid
一般情况下，电路不可能完全对称，则 Ac 0，
共模信号对实际输出电压有影响 。
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（Common Mode Rejection Ratio)
全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力。
差模放大倍数
共模放大倍数
（3） 共模抑制比
共模抑制比
𝐾CMR =
𝐴d
𝐴C
𝐾CMR dB = 20lg
𝐴d
𝐴C
(分贝)
35
KCMR越大，说明差放分辨
差模信号的能力越强，而抑制
共模信号的能力越强。
典型差动放大电路 +UCC
uo
ui1
RC
RP
V1
RB
RC
ui2 RE
RB
+ +
+
–
–
–
V2
UEE + –
RE的作用：相当于2 RE，稳定静态工作点，限制每个管子的零漂。
36
RE对各种原因产生的ic、uc的同向漂移都有抑制作用，对共模输入信号都有抑制作用，所以称其为共模反馈电阻。
RE对差模信号无发反馈作用，不影响放大。
RE是否越大越好？
虽然RE越大，对零漂和共模信号的抑制能力越强，但随着它的增大，为了保证两个管子有合适的静态工作点，负电源UEE的值必须增大，这显然是不合适的。 因此需要一个既不要高电源，又能等效为非常大的RE的电路，即恒流源。
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+
ui2
－
+
ui1
－
RC RC
+UCC
V1 V2
+ uo －
－UEE
I
+
ui2 +
ui1
RC RC
+UCC
V1 V2
+ uo －
－UEE
RE R2
R1
V3
37
具有恒流源的差动放大电路
典型差动放大电路 +UCC
uo
ui1
RC
RP
V1
RB
RC
ui2 RE
RB
+ +
+
–
–
–
V2
UEE + –
UEE的作用：补偿RE上的压降，以获得合适的工作点。
38
UEE在输入回路中，可以为两个三极管提供合适的基极电流。
RP的作用：输入为零时，调整其是输出电压为零，阻值很小。
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20
2 差动放大电路的输入输出方式
(a) 双端输入双端输出 (b) 双端输入单端输出
+
ui2
－
+
ui1
－
RC RC
+UCC
V1 V2
+ uo －
－UEE
I
+
ui2
－
+
ui1
－
RC RC
+UCC
V1 V2
+
uo
－
－UEE
I
39
双端输入单端输出式电路的输出uo与输入ui1极性（或相位）相反，
而与ui2极性（或相位）相同。所以uil输入端称为反相输入端，而ui2输
入端称为同相输入端。双端输入单端输出方式是集成运算放大器的基
本输入输出方式。
双端输入双端输出差动放大电路的差模电压放大倍数为：
𝐴d = 𝑢o
𝑢i1 − 𝑢i2= 𝐴d1 = 𝐴d2 = −
𝛽𝑅′L𝑟be
40
+
uo1
－ +
ui2
－
+
ui1
－
RC RC
+UCC
V1 V2
+ uo －
－UEE
I
+
uo2
－
𝐴d1 = 𝑢o1𝑢i1
= −𝛽𝑅′L𝑟be
RL 𝐴d2 = 𝑢o2𝑢i2
= −𝛽𝑅′L𝑟be
= 𝐴d1
𝑅′L = ? 𝑅′L = RC// 𝑅L
2
𝑢o = 𝑢o1− 𝑢o2 = 𝐴d1𝑢i1 − 𝐴d2𝑢i2 = 𝐴d1(𝑢i1 −𝑢i2)
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21
双端输入单端输出差动放大电路的差模电压放大倍数为：
从V2的集电极输出时的放大倍数呢？
𝑢i = 𝑢i1− 𝑢i2 = 2𝑢i1= −2𝑢i2
𝐴d = 𝑢o
𝑢i1 − 𝑢i2=
𝑢o12𝑢i1
=1
2𝐴d1 = −
1
2
𝛽𝑅′L𝑟be
𝐴d = 𝑢o
𝑢i1 − 𝑢i2=
𝑢o2−2𝑢i2
= −1
2𝐴d2 =
1
2
𝛽𝑅′L𝑟be
41
+
ui2
－
+
ui1
－
RC RC
+UCC
V1 V2
+
uo
－
－UEE
I
𝑢o = 𝑢o1
𝑅′L = ? 𝑅′L = RC// 𝑅L
单端输出式差动电路，输出减小了一半，所以差模
放大倍数亦减小为双端输出时的二分之一。
此外，由于两个单管放大电路的输出漂移不能互相
抵消，所以零漂比双端输出时大一些。由于恒流源或射
极电阻RE对零点漂移有极强烈的抑制作用，零漂仍然比
单管放大电路小得多。所以单端输出时仍常采用差动放
大电路，而不采用单管放大电路。
42
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(c) 单端输入双端输出 (d) 单端输入单端输出
+
ui1
－
RC RC
+UCC
V1 V2
+ uo －
－UEE
I
RC RC
+UCC
V1 V2
+
uo
－
－UEE
I
+
ui1
－
43
单端输入式差动放大电路的输入信号只加到放大器的一个输入端，另一个输
入端接地。由于两个晶体管发射极电流之和恒定，所以当输入信号使一个晶体管
发射极电流改变时，另一个晶体管发射极电流必然随之作相反的变化，情况和双
端输入时相同。此时由于恒流源等效电阻或发射极电阻RE的耦合作用，两个单管
放大电路都得到了输入信号的一半，但极性相反，即为差模信号。所以，单端输
入属于差模输入。
44
3.3 互补对称功率放大电路
1 功率放大电路的特点及类型
功率放大电路的作用：是放大电路的输出级，去推动负
载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转、
电动机旋转等。
(1) 在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。
(2) 由于功率较大，就要求提高效率。
基本要求：
𝜂 = 负载得到的交流信号功率电源供给的直流功率
= 𝑃o
𝑃E
𝑃E = 𝐼C𝑈CC
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IC
UCE O
Q
iC
t O
IC
UCE O Q
iC
t O
IC
UCE O
Q
iC
t O
晶体管的工作状态
甲类工作状态
晶体管在输入信号的整个周期都导通，静态IC较大，波形好，管耗大，效率低。
乙类工作状态
晶体管只在输入信号的半个周期内导通， 静态IC=0，波形严重失真， 管耗小，效率高。
甲乙类工作状态
晶体管导通时间大于半个周期，静态IC 0，一般功放常采用。
46
2 互补对称功率放大电路
互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。
OCL电路（ Output Capacitorless ）
——无输出电容器的功率放大电路
OTL电路（ Output Transformerless ）
——无输出变压器的功率放大电路
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ui
uo
+
–UCC
V1
V2
+UCC
RL
–
OCL电路(Output Capacitorless)
ic1
ic2
静态时：
ui = 0V,
iC1 0， iC2 0
uo = 0V。
动态时：
ui < 0V
V2导通，V1截止
ui > 0V
V1导通，V2截止
特点：V1、V2的特性一致；一个NPN型、一个PNP型；两管均接
成射极输出器；双电源供电、输出无电容器。
uo
OCL原理电路
48
交越失真
当输入信号ui为正弦波时，输
出信号在过零前后出现的失真称为
交越失真。
交越失真产生的原因：
由于晶体管特性存在非线性，
ui < 死区电压，晶体管导通不好。 交越失真
给晶体管发射结加适当的正向偏压，以产生不大的静
态偏流，使静态工作点稍高于截止点，即工作于甲乙类状态。
克服交越失真的措施
ui
t O
uo
t O
乙类状态
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OTL电路(Output Transformerless)
(1) 特点
V1、V2的特性一致；
一个NPN型、一个PNP型；
两管均接成射极输出器；
单电源供电，输出端有大电容，
无输出变压器。
(2) 静态时(ui= 0)
2CC
A
UU =
，IC1 0， IC2 0
OTL原理电路
电容两端的电压
+UCC
-
RL ui
V1
V2
C
A
uo
+
+
-
+
2CCU
=
V2导通、V1截止；
电容放电，相当于电源
50
-
- RL
ui
V1
V2
A uo +
+
(3) 动态时
设输入端在UCC /2 直流基础上加入正弦信号。
V1导通、V2截止；
同时给电容充电
若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载
上得到的交流信号正负半周对称。
ic1
ic2
交流通路
uo
输入交流信号ui的正半周
输入交流信号ui的负半周
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+UCC
R1
RL ui
V1
V2
C
A
uo
+
+
-
+
- R2
D1
D2
动态时，设ui 加入正弦
信号。正半周V2 截止，V1
基极电位进一步提高，进
入良好的导通状态。负半
周V1截止，V2基极电位进
一步降低，进入良好的导
通状态。
静态时V1、V2 两管发射结电压分别为二极管D1、D2的正
向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态。
(4) 克服交越失真的电路
52
ui
uo
+
–UCC
V1
V2
+UCC
RL
– R3
R1
R2
D1
D2
+
–
甲乙类OCL电路
R1
RL ui
V1
V2
+UCC
C
uo
+
+
-
+
- R3
D1
D2
R2
甲乙类OTL电路
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3. 集成功率放大器
集成功放:
通用型FX0021 —— 直流伺服电动机及录音机主动轮驱动
D810 D2002 —— 收音机、电视机中单通道音频功放
LA4180系列—— 录音机双通道音频功放
LM386
电路类型：OTL
电源电压范围：5~18V
静态电源电流：4 mA
输入阻抗：50 kΩ
输出功率：1W(UCC=16V，RL=32Ω)
电压增益：26 ~ 46dB
带宽：300 kHz
总谐波失真：0.2%
把互补对称功率放大电路和前置放大电路一起制作在同一硅片上，就称为集成功率放大器。
54
在工业控制里，传感器采集的大多参数（如温度、流量、压力、长度、页面等等）都是变化缓慢的信号，而这类信号频率很低，在耦合电容上损失很多甚至全部损失，是不能用阻容耦合放大电路来放大的。
3.4 集成运算放大器
集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。
通常把这类变化缓慢的信号托载在一定频率的交流信号之上，这就是我们称之为的调制,放大后的信号再经过解调还原成为变化缓慢的信号。分立器件组成的放大器质量不高，更无法得到更方面都很优良的直接耦合放大电路。目前，集成电路已经逐步取代了分立电路。
集成放大电路具有高输入阻抗、低输出阻抗、高放大倍数等优点。集成放大电路首先应用于加、减、乘、除、微分、积分、比例、指数、对数等数学运算，所以集成放大电路也称集成运算放大电器，简称运放。
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55
集成运放是一个高性能的三级直接耦合放大电路。
集成运放具有
高电压放大倍数，可高达几十万倍
高输入阻抗，2M𝛀
低输出阻抗，带负载能力强
良好的温度稳定性
56
电路元器件制作在一个芯片上，元器件参数偏差一致，温度均一性好。
电阻元件的阻值范围在100Ω~30kΩ ，且精度低。大电阻用晶体管恒流源代替或采用外接。
电容元件为200pF以下的小电容。大电容一般采用外接。
二极管一般用三极管的发射结构成。
C
E
B
1 集成运算放大器的特点
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2 集成运算放大器的组成
输入级 中间级 输出级
偏置电路
输入级，前置级，是提高集成运放质量的关键，一般采用差动放大电路构成，要求有足够大的输入电阻、足够大的电压放大倍数
中间级也称为主放大器，积累高的电压放大倍数，采用共射放大电路
输出级，常称为功率级，要求足够小的输出电阻、能输出最大不失真电压，采用射极跟随形式，带负载能力强。
偏置电路的作用是为上述各级电路提供合适的静态电流（指发射级或集电极静态电流）。
58
外形、符号及引脚功能
+
_ +
u-
u+
uo
Ao uo
u+
u-
3
2 6
1 5
7
4
LM741
符号
国际流行符号 国际标准符号
－15V
+15V
外形 引脚排列图
LM741是一种应用非常广泛的通用型运算放大器，采用了有源负载，只需两级放大就可以达到很高的电压增益和很宽的共模及差模输入电压范围
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59
输出端uo
Rp
LM741
3
2
6
1 5
7
4
+15V
-15V
反相输
入端u-
同相输
入端u+
∞
1kΩ
10kΩ
①输入端和输出端：
uo —— 输出端
u- —— 反相输入端；
u+ —— 同相输入端；
uo与u- 反相
uo与u+ 同相
②电源端：
通常采用双电源供电方式,
使用时正、负电源的极性不能接错。
③调零端：
外接调节电位器RP，可使输入信号为零时，输出信号也为零。
不同型号的集成运放各管脚的功能和用途不同
60
集成运放电路符号
反相输入端 u－ uo
u+
－
A
+
⊳
+
同相输入端
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3 主要参数
1）最大输出电压 UOM
能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。
2）差模开环电压增益 Ado
运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Ado愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。
6） 共模输入电压范围 UICM
运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。
愈小愈好
3） 输入失调电压 UIO
4） 输入失调电流 IIO
5） 输入偏置电流 IIB
62
集成运放的种类
(1)通用型。性能指标适合一般性使用，其特点是电源电压适应
范围广，允许有较大的输入电压等，如CF741等。
(2)低功耗型。静态功耗≤2mW，如XF253等。
(3)高精度型。失调电压温度系数在1μ V／℃左右，能保证组成
的电路对微弱信号检测的准确性，如CF75、CF7650等。
(4)高阻型。输入电阻可达1012Ω，如F55系列等。
还有宽带型、高压型等等。使用时须查阅集成运放手册，详细
了解它们的各种参数，作为使用和选择的依据。
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4 理想运算放大器及其分析依据
1) 理想运算放大器
Ado ， rid ，
ro 0 ， KCMR
2) 电压传输特性 uo= f (ui)
线性区：
uo = Ado(u+– u–)
非线性区：
u+> u– 时， uo = +UOM(sat)
u+< u– 时， uo = – UOM(sat)
+UOM(sat)
u+– u–
uo
–UOM(sat)
线性区 理想特性
实际特性
uo +
+
u+
u–
+UCC
–UEE
–
饱和区
O
64
3) 理想运放工作在线性区的特点
因为 uo = Ado(u+– u– )
所以 (1) 差模输入电压约等于 0
即 u+= u– ,称“虚短”
(2) 输入电流约等于 0
即 i+= i– 0 ,称“虚断”
电压传输特性
Ado越大，运放的线性范 围越小，必须加负反馈才能 使工作于线性区。
+ +
∞ uo
u–
u+
i+
i–
–
u+– u–
uo
线性区
–UOM(sat)
+UOM(sat)
O
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4) 理想运放工作在饱和区的特点
(1) 输出只有两种可能, +UOM(sat) 或–UOM(sat)
(2) i+= i– 0,仍存在“虚断”现象
电压传输特性
当 u+> u– 时， uo = + UOM(sat)
u+< u– 时， uo = – UOM(sat)
不存在 “虚短”现象
u+– u–
uo
–UOM(sat)
+UOM(sat)
O 饱和区
66
RB1 RC
C1
C2
RB2 RE RL
+ +
+UCC
ui uo
+ +
– –
1 什么是放大电路中的负反馈
反馈：将放大电路输出端的信号(电压或电流)的
一部分或全部通过某种电路引回到输入端。
3.5 放大电路中的负反馈
us
RB +UCC
C1
C2
RE RL ui
+
–
uo
+
–
+
+
+
–
RS
通过RE
将输出电压
反馈到输入
通过RE
将输出电流
反馈到输入
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反馈放大电路的三个环节：
基本放大电路 d
o
X
XA
=
o
f
X
XF
=
比较环节 fid - XXX =
反馈放大电路的方框图
反馈电路
输出信号
输入信号
反馈信号
反馈系数
净输入信号
放大倍数
反馈
电路F
fX–
dX oX基本放大 电路A
iX+
68
fid XXX 净输入信号
若三者同相，则
Xd = Xi – Xf
可见 Xd < Xi ，即反馈信号起了削弱净输入信号的作用
(负反馈)。
反馈
电路F
fX–
dX oX基本放大 电路A
iX +
反馈放大电路的方框图
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直流反馈：反馈只对直流分量起作用，反馈元件只能传递直流信号。
负反馈：反馈削弱净输入信号，使放大倍数降低。
在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。
交流反馈：反馈只对交流分量起作用，反馈元件只能传递交流信号。
在放大电路中，出现正反馈将使放大器产生自激振荡，使放大器不能正常工作。
正反馈：反馈增强净输入信号， 使放大倍数提高。
引入交流
负反馈的
目的：改
善放大电
路的性能
引入直流
负反馈的目
的：稳定静
态工作点
2 负反馈的类型
1) 反馈的分类
70
2) 负反馈的类型
① 根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈
和电流反馈。
电流负反馈具有稳定输出电流、增大
输出电阻的作用。
电压负反馈具有稳定输出电压、减小
输出电阻的作用。
如果反馈信号取自输出电压，叫电压反馈。
如果反馈信号取自输出电流，叫电流反馈。
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71
② 根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式
的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。
反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入
信号以电压形式作比较，称为串联反馈。
反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入
信号以电流形式作比较，称为并联反馈。
串联反馈使电路的输入电阻增大，
并联反馈使电路的输入电阻减小。
72
负反馈
交流反馈
直流反馈
电压串联负反馈
电压并联负反馈
电流串联负反馈
电流并联负反馈
负反馈的类型
稳定静态工作点
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73
3) 负反馈类型的判别步骤
② 判别是否负反馈？
③ 是负反馈！判断是何种类型的负反馈？
① 找出反馈网络（一般是电阻、电容）。
74
例：判断图示电路的反馈极性。
解：设基极输入信号ui的瞬时极性为正
+
ui
－
RL
+
uo
－
+UCC
RC
C1
C2
V
RB1
RB2 RE +
uf －
+
ube －
+
+
则发射极反馈信号uf的瞬时极性亦为正
发射结上实际得到的信号ube（净输入信号）与没有反馈
时相比减小了，即反馈信号削弱了输入信号的作用，故
可确定为负反馈。
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75
解：设输入信号ui瞬时极性为正，
例：判断图示电路的反馈极性。
ui uo
Rp ∞
－
+
⊳
+
R1 RF
+
ud －
－
uf
+
则输出信号uo的瞬时极性为负，
经RF返送回同相输入端，反馈信号uf的瞬时极性为负， 净输
入信号ud与没有反馈时相比增大了，即反馈信号增强了输
入信号的作用，故可确定为正反馈。
76
解：设输入信号ui瞬时极性为正，
例：判断图示电路的反馈极性。
ui uo
Rp ∞
+
－
⊳
+
R1 RF
+
ud －
+
uf
－
则输出信号uo的瞬时极性为正，
经RF返送回反相输入端，反馈信号uf的瞬时极性为正， 净输
入信号ud与没有反馈时相比减小了，即反馈信号削弱了输
入信号的作用，故可确定为负反馈。
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电压反馈和电流反馈判断方法
电压、电流看输出
ix Ax dx
ou
Fx
fx
fu
R1
R2
2f o
1 2
f o
Ru u
R R
u u
正比
故称为电压反馈
ix Ax dx oi
Fx
fx
fu
RL
Rf
故称为电流反馈
f o f
f o
u i R
u i
正比
78
串联反馈和并联反馈 串联、并联看输入
串联与
：由
if
fidKVL
uu
uuu
故称为串联反馈
并联与
：由
if
fidKCL
ii
iii
故称为并联反馈
iu Ax du
Fx fu
ox
iu Ax di
Fx
fioxii
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则 uo 的
瞬时极性为正，
79
1、电压串联负反馈
①设ui瞬时极性为正，
②将输出端交流短路，RF直接接地，反馈电压uf=0，即反馈信号消失，
故为电压反馈。
③ui加在集成运算放大器的同相输入端和地之间，而uf加在集成运算放大器的反
相输入端和地之间，不在同一点，故为串联反馈。
ui
uf
ui uo
Rp ∞
+
－
⊳
+
R1 RF
+
ud －
+
uf
－
经RF返送回反
相输入端，uf的瞬时极性为正
，ud与没有反馈时相比减小了
，即反馈信号削弱了输入信号
的作用，故为负反馈。
④假设ui正半周，则uo正半周。若外界原因使uo减小， RF上的电压uf减小
，净输入电压ud增大，使uo增大，电压负反馈稳定了输出电压。
②将输出端交流短路，RF直接接地，反馈电流if=0，即反馈信号消失，故
为电压反馈。
80
2、电压并联负反馈
①设ui（ii）瞬时极性为正，
③ii加在集成运算放大器的反相输入端和地之间，而if也加在集成运算放大
器的反相输入端和地之间，在同一点，故为并联反馈。
ii
if
ui uo
Rp
∞
－
+
⊳
+
R1
RF if
id ii
则 uo
的瞬时极性为负， if的方向与图示
参考方向相同，即if瞬时极性为正
，id与没有反馈时相比减小了，即
反馈信号削弱了输入信号的作用，
故为负反馈。
④假设ui正半周，则uo负半周。若外界原因使uo增大， RF上的电压uf增大
（负半周）， if增大，净输入电流id减小，使uo减小，电压负反馈稳定了输
出电压。
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81
3、电流串联负反馈
①设ui瞬时极性为正，
②将输出端交流短路，尽管uo=0 ，但io仍随输入信号而改变，在R上仍有反
馈电压uf产生，故可判定不是电压反馈，而是电流反馈。
③ui加在集成运算放大器的同相输入端和地之间，而uf加在集成运算放大器
的反相输入端和地之间，不在同一点，故为串联反馈。
ui
uf
ui io
Rp ∞
+
－
⊳
+
RF
+
uo －
RL
+
ud －
+
uf
－
则uo的瞬时极
性为正， 经RF返送回反相输入端，uf
的瞬时极性为正，ud与没有反馈时相
比减小了，即反馈信号削弱了输入信
号的作用，故为负反馈。
④假设ui正半周，则uo正半周。若RL增大， io减小， RF上的电压uf减小，净
输入电压 ud增大，使uo增大， io增大，电流负反馈稳定了输出电流。
82
①设ui（ii）瞬时极性为正，
4、电流并联负反馈
②将输出端交流短路，尽管uo=0 ，但io仍随输入信号而改变，在RF上
仍有反馈电压uf产生，故可判定不是电压反馈，而是电流反馈。
③ii加在集成运算放大器的反相输入端和地之间，而if也加在集成运算
放大器的反相输入端和地之间，在同一点，故为并联反馈。
ii
if
ui
Rp
∞
－
+
⊳
+
R1
RF if
id ii
R
+
uo －
RL
则 uo
的瞬时极性为负， if 的方向与图
示参考方向相同，即if瞬时极性为
正，id与没有反馈时相比减小了，
即反馈信号削弱了输入信号的作
用，故为负反馈。
+ − uf
④假设ui正半周，则uo负半周。若RL增大， io减小， RF上的电压uf减小（
负半周）， if减小，净输入电流id增大，使uo增大、io增大，电流负反馈稳定
了输出电流。
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83
在单级运算放大器中，将反馈信号接到反相输入端为负反馈；引入到同相输入端的为正反馈。
小 结
反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈；从负载电阻RL的靠近“地”端引出，是电流反馈（输出电压无接地端）。
输入信号和反馈信号分别加在两个输入端（同相和反相）上的，是串联反馈；加在同一个输入端（同相或反相）上的，是并联反馈；
反馈信号使净输入信号减小，是负反馈。
84
例：试判别下图放大电路中从运算放大器A2输出端引至A1输入
端的是何种类型的反馈电路。
uf + –
uo1 ui R
+
–
+ + –
uo
+ + –
RL
A1 A2
解：
因反馈电路直接从运算放大器A2的输出端引出，所以是电压反馈；
因输入信号和反馈信号分别加在反相输入端和同相输入端上，所以是串联反馈；
－ －
电压串联负反馈
先在图中标出各点的瞬时极性及反馈信号；
ud
因反馈信号使净输入信号减小，所以是负反馈。
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负反馈对放大电路性能的影响
d
o
X
XA
o
f
X
XF
fid XXX
反馈放大电路的基本方程
反馈系数 净输入信号
开环
放大倍数
AF
A
X
XA
1i
of
闭环
放大倍数
反馈 电路F
fX–
dX oX基本放大 电路A
iX +
86
1. 降低放大倍数
负反馈使放大倍数下降。 则有： AA f
df XX 、 同相，所以 AF 是正实数 负反馈时，
中， 1
在 fAF
AA
d
f
o
f
d
o
X
X
X
X
X
XAF
| 1+AF | 称为反馈深度，其值愈大，负反馈作用愈强，
Af也就愈小。
射极输出器、不带旁路电容的共射放大电路的电压放大
倍数较低就是因为电路中引入了负反馈。
——负反馈对放大电路性能的影响
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87
2.提高放大倍数的稳定性
AF
AA
1f
A
A
AFA
A d
1
1d
f
f
引入负反馈使放大倍数的稳定性提高，其稳定性提高1+AF倍。
闭环放大倍数相对变化率下降至开环放大倍数相对变化率的1/│1+AF │，可见闭环放大倍数稳定性优于开环放大倍数。
若|AF| >>1，为深度负反馈，此时：
在深度负反馈的情况下，闭环放大倍数仅与反馈电路的参数有关。 F
A1
f
——负反馈对放大电路性能的影响
88
例：|A|=300，|F|=0.01。
7501.03001
300
1 则：
AF
AAf
%6d
若： ±=A
A
A
A
AFA
A d
1
1d 则：
f
f
%5.1）%6（01.03001
1 ±=±×
×+=
——负反馈对放大电路性能的影响
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3. 改善波形失真
A ui
uf
ud
加反馈前
加反馈后
uo
大
略小
略大
略小
略大
负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，因此只能减小失真，而不能完全消除失真。
uo A
F
小
接近正弦波
正弦波
ui
——负反馈对放大电路性能的影响
90
4.展宽通频带
引入负反馈使电路的通频带宽度增加
BWAFBW )1(f
无负反馈
有负反馈
BWf
BW
f
|Au|
O
——负反馈对放大电路性能的影响
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91
例：中频放大倍数 |A| =10³，反馈系数 |F| = 0.01
9.9001.010001
1000
1 则： f
AF
AA
在原上限、下限频率处
6.87707.01
707.0L、Hf
AF
AA
707.0963.09.90
6.87
f
L、Hf>==
A
A
说明加入负反馈后，原上限、下限频率仍在通频带内，
即通频带加宽了。
——负反馈对放大电路性能的影响
92
ui
ube
ib
+ +
–
–
5. 对输入电阻的影响
在同样的 ib下，ui= ube + uf > ube，所以 rif 提高。
iif )1( rAFr
1) 串联负反馈
b
ii i
ur =无负反馈时：
有负反馈时：
b
iif i
ur =uf
+
–
使电路的输入电阻提高
b
be
i
u=
——负反馈对放大电路性能的影响
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AF
rr
1i
fi
if
b
bei i
ur =无负反馈时：
有负反馈时：
i
beif i
ur =
在同样的ube下，ii = ib + if > ib，所以 rif 降低。
2) 并联负反馈 使电路的输入电阻降低
ii ib
ube +
–
——负反馈对放大电路性能的影响
94
oof )1( rAFr
AF
rr
1o
of
电压负反馈具有稳定输出电压的作用，即有恒压输出特
性，故输出电阻降低。
电流负反馈具有稳定输出电流的作用，即有恒流输出特
性，故输出电阻提高。
1) 电压负反馈使电路的输出电阻降低
2) 电流负反馈使电路的输出电阻提高
6. 对输出电阻的影响
——负反馈对放大电路性能的影响
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填 空：
(1) 在放大电路中，为了稳定静态工作点，可以引
入 ；
若要稳定放大倍数，应引入 ；
某些场合为了提高放大倍数，可适当引入 ；
希望展宽频带可以引入 ；
如要改变输入电阻或输出电阻，可以引入 ；
直流负反馈
交流负反馈
交流正反馈
交流负反馈
交流负反馈
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(2) 如希望减小放大电路从信号源索取的电流，则可采
用 ；如希望取得较强的反馈作用而信号源内阻很
大，则宜采用 ；如希望负载变化时输出电流稳定，
则应引入 ；如希望输出电压稳定，则应引
入 。
串联负反馈
并联负反馈
电流负反馈
电压负反馈
（3）如果需要实现下列要求，在交流放大电路中应引入哪种类型的负反馈？
(a)要求输出电压uo 基本稳定，并能提高输入电阻。
(b)要求输出电流 io 基本稳定，并能减小输入电阻。
(c)要求输出电流 io 基本稳定，并能提高输入电阻。
答：电压串联负反馈
答：电流并联负反馈
答：电流串联负反馈
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教材 P83
习题3 - 3.12
本章作业：
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