几种常见的放大电路原理图解

⼏种常见的放⼤电路原理图解
能够把微弱的信号放⼤的电路叫做放⼤电路或放⼤器。例如助听器⾥的关键部件就是⼀个放⼤器。
放⼤器有交流放⼤器和直流放⼤器。交流放⼤器⼜可按频率分为低频、中源和⾼频;接输出信号强弱分成电压放⼤、功率放⼤等。此外还有⽤集成运算放⼤器和特殊晶体管作器件的放⼤器。它是电⼦电路中最复杂多变的电路。但初学者经常遇到的也只是少数⼏种较为典型的放⼤电路。
读放⼤电路图时也还是按照“逐级分解、抓住关键、细致分析、全⾯综合”的原则和步骤进⾏。⾸先把整个放⼤电路按输⼊、输出逐级分开,然后逐级抓住关键进⾏分析弄通原理。放⼤电路有它本⾝的特点:⼀是有静态和动态两种⼯作状态,所以有时往往要画出它的直流通路和交流通路才能进⾏分析;⼆是电路往往加有负反馈,这种反馈有时在本级内,有时是从后级反馈到前级,所以在分析这⼀级时还要能“瞻前顾后”。在弄通每⼀级的原理之后就可以把整个电路串通起来进⾏全⾯综合。
喷嘴清洗下⾯我们介绍⼏种常见的放⼤电路:
低频电压放⼤器
低频电压放⼤器是指⼯作频率在 20 赫~ 20 千赫之间、输出要求有⼀定电压值⽽不要求很强的电流的放⼤器。
( 1 )共发射极放⼤电路
图 1 ( a )是共发射极放⼤电路。C1 是输⼊电容, C2 是输出电容,三极管 VT 就是起放⼤作⽤的器件, RB 是基极偏置电阻 ,RC 是集电极负载电阻。1 、 3 端是输⼊, 2 、 3 端是输出。3 端是公共点,通常是接地的,也称“地”端。静态时的直流通路见图 1 ( b ),动态时交流通路见图 1 ( c )。电路的特点是电压放⼤倍数从⼗⼏到⼀百多,输出电压的相位和输⼊电压是相反的,性能不够稳定,可⽤于⼀般场合。
( 2 )分压式偏置共发射极放⼤电路水溶液锂电池
图 2 ⽐图 1 多⽤ 3 个元件。基极电压是由 RB1 和 RB2 分压取得的,所以称为分压偏置。发射极中增加电阻 RE 和电容CE , CE 称交流旁路电容,对交流是短路的; RE 则有直流负反馈作⽤。所谓反馈是指把输出的变化通过某种⽅式送到输⼊端,作为输⼊的⼀部分。如果送回部分和原来的输⼊部分是相减的,就是负反馈。图中基极真正的输⼊电压是 RB2上电压和 RE 上电压的差值,所以是负反馈。由于采取了上⾯两个措施,使电路⼯作稳定性能提⾼,是应⽤最⼴的放⼤电路。
( 3 )射极输出器
图 3 ( a )是⼀个射极输出器。它的输出电压是从射极输出的。图 3 ( b )是它的交流通路图,可以看到它是共集电极放⼤电路。
这个图中,晶体管真正的输⼊是 V i 和 V o 的差值,所以这是⼀个交流负反馈很深的电路。由于很深的负反馈,这个电路的特点是:电压放⼤倍数⼩于 1 ⽽接近 1 ,输出电压和输⼊电压同相,输⼊阻抗⾼输出阻抗低,失真⼩,频带宽,⼯作稳定。它经常被⽤作放⼤器的输⼊级、输出级或作阻抗匹配之⽤。
( 4 )低频放⼤器的耦合
⼀个放⼤器通常有好⼏级,级与级之间的联系就称为耦合。放⼤器的级间耦合⽅式有三种:①RC 耦合,见图 4 ( a )。优点是简单、成本低。但性能不是最佳。②变压器耦合,见图 4 ( b )。优点是阻抗匹配好、输出功率和效率⾼,但变压器制作⽐较⿇烦。③直接耦合,见图 4 ( c )。优点是频带宽,可作直流放⼤器使⽤,但前后级⼯作有牵制,稳定性差,设计制作较⿇烦。
功率放⼤器
数控卧式滚齿机
能把输⼊信号放⼤并向负载提供⾜够⼤的功率的放⼤器叫功率放⼤器。例如收⾳机的末级放⼤器就是功率放⼤器。
( 1 )甲类单管功率放⼤器
图 5 是单管功率放⼤器, C1 是输⼊电容, T 是输出变压器。它的集电极负载电阻 Ri′是将负载电阻 R L 通过变压器匝数⽐折算过来的:
RC′= ( N1 N2 ) 2 RL=N 2 RL
负载电阻是低阻抗的扬声器,⽤变压器可以起阻抗变换作⽤,使负载得到较⼤的功率。
这个电路不管有没有输⼊信号,晶体管始终处于导通状
,静态电流⽐较⼤,困此集电极损耗较⼤,效率不⾼,⼤约只有 35 %。这种⼯作状态被称为甲类⼯作状态。这种电路⼀般⽤在功率不太⼤的场合,它的输⼊⽅式可以是变压器耦合也可以是 RC 耦合。
( 2 )⼄类推挽功率放⼤器
图 6 是常⽤的⼄类推挽功率放⼤电路。它由两个特性相同的晶体管组成对称电路,在没有输⼊信号时,每个管⼦都处于截⽌状态,静态电流⼏乎是零,只有在有信号输⼊时管⼦才导通,这种状态称为
⼄类⼯作状态。当输⼊信号是正弦波时,正半周时 VT1 导通 VT2 截⽌,负半周时 VT2 导通 VT1 截⽌。两个管⼦交替出现的电流在输出变压器中合成,使负载上得到纯正的正弦波。这种两管交替⼯作的形式叫做推挽电路。
⼄类推挽放⼤器的输出功率较⼤,失真也⼩,效率也较⾼,⼀般可达 60 %。
( 3 ) OTL 功率放⼤器
⽬前⼴泛应⽤的⽆变压器⼄类推挽放⼤器,简称 OTL 电路,是⼀种性能很好的功率放⼤器。为了
易于说明,先介绍⼀个有输⼊变压器没有输出变压器的 OTL 电路,如图 7 。
tuner接口
这个电路使⽤两个特性相同的晶体管,两组偏置电阻和发射极电阻的阻值也相同。在静态时, VT1 、 VT2 流过的电流很⼩,电容 C 上充有对地为 1 2 E c 的直流电压。在有输⼊信号时,正半周时 VT1 导通, VT2 截⽌,集电极电流 i c1⽅向如图所⽰,负载 RL 上得到放⼤了的正半周输出信号。负半周时 VT1 截⽌, VT2 导通,集电极电流 i c2 的⽅向如图所⽰, RL 上得到放⼤了的负半周输出信号。这个电路的关键元件是电容器 C ,它上⾯的电压就相当于 VT2 的供电电压。
以这个电路为基础,还有⽤三极管倒相的不⽤输⼊变压器的真正 OTL 电路,⽤ PNP 管和 NPN 管组成的互补对称式OTL 电路,以及最新的桥接推挽功率放⼤器,简称 BTL 电路等等。
直流放⼤器
能够放⼤直流信号或变化很缓慢的信号的电路称为直流放⼤电路或直流放⼤器。测量和控制⽅⾯常⽤到这种放⼤器。( 1 )双管直耦放⼤器
仿形车床直流放⼤器不能⽤ RC 耦合或变压器耦合,只能⽤直接耦合⽅式。图 8 是⼀个两级直耦放⼤器。直耦⽅式会带来前后级⼯作点的相互牵制,电路中在 VT2 的发射极加电阻 R E 以提⾼后级发射极电位来解决前后级的牵制。直流放⼤器的另⼀个更重要的问题是零点漂移。所谓零点漂移是指放⼤器在没有输⼊信号时,由于⼯作点不稳定引起静态电位缓慢地变化,这种变化被逐级放⼤,使输出端产⽣虚假信号。放⼤器级数越多,零点漂移越严重。所以这种双管直耦放⼤器只能⽤于要求不⾼的场合。
( 2 )差分放⼤器
解决零点漂移的办法是采⽤差分放⼤器,图 9 是应⽤较⼴的射极耦合差分放⼤器。它使⽤双电源,其中 VT1 和 VT2 的特性相同,两组电阻数值也相同, R E 有负反馈作⽤。实际上这是⼀个桥形电路,两个 R C 和两个管⼦是四个桥臂,输出电压 V 0 从电桥的对⾓线上取出。没有输⼊信号时,因为 RC1=RC2 和两管特性相同,所以电桥是平衡的,输出是零。由于是接成桥形,零点漂移也很⼩。
远程定向强声扩音系统差分放⼤器有良好的稳定性,因此得到⼴泛的应⽤。
集成运算放⼤器
集成运算放⼤器是⼀种把多级直流放⼤器做在⼀个集成⽚上,只要在外部接少量元件就能完成各种功能的器件。因为它早期是⽤在模拟计算机中做加法器、乘法器⽤的,所以叫做运算放⼤器。它有⼗多个引脚,⼀般都⽤有 3 个端⼦的三⾓形符号表⽰,如图 10 。它有两个输⼊端、 1 个输出端,上⾯那个输⼊端叫做反相输⼊端,⽤“ — ”作标记;下⾯的叫同相输⼊端,⽤“+”作标记。
集成运算放⼤器可以完成加、减、乘、除、微分、积分等多种模拟运算,也可以接成交流或直流放⼤器应⽤。在作放⼤器应⽤时有:
( 1 )带调零的同相输出放⼤电路
图 11 是带调零端的同相输出运放电路。引脚 1 、 11 、 12 是调零端,调整 RP 可使输出端( 8 )在静态时输出电压为零。9 、 6 两脚分别接正、负电源。输⼊信号接到同相输⼊端( 5 ),因此输出信号和输⼊信号同相。放⼤器负反馈经反馈电阻 R2 接到反相输⼊端( 4 )。同相输⼊接法的电压放⼤倍数总是⼤于 1 的。
馈电阻 R2 接到反相输⼊端( 4 )。同相输⼊接法的电压放⼤倍数总是⼤于 1 的。
( 2 )反相输出运放电路
也可以使输⼊信号从反相输⼊端接⼊,如图 12 。如对电路要求不⾼,可以不⽤调零,这时可以把 3 个调零端短路。
输⼊信号从耦合电容 C1 经 R1 接⼊反相输⼊端,⽽同相输⼊端通过电阻 R3 接地。反相输⼊接法的电压放⼤倍数可以⼤于 1 、等于 1 或⼩于 1 。
( 3 )同相输出⾼输⼊阻抗运放电路
图 13 中没有接⼊ R1 ,相当于 R1 阻值⽆穷⼤,这时电路的电压放⼤倍数等于 1 ,输⼊阻抗可达⼏百千欧。
放⼤电路读图要点和举例
放⼤电路是电⼦电路中变化较多和较复杂的电路。在拿到⼀张放⼤电路图时,⾸先要把它逐级分解开,然后⼀级⼀级分析弄懂它的原理,最后再全⾯综合。读图时要注意:①在逐级分析时要区分开主要元器件和辅助元器件。放⼤器中使⽤的辅助元器件很多,如偏置电路中的温度补偿元件,稳压稳流元器件,防⽌⾃激振荡的防振元件、去耦元件,保护电路中的保护元件等。②在分析中最主要和困难的是反馈的分析,要能出反馈通路,判断反馈的极性和类型,特别是多级放⼤器,往往以后级将负反馈加到前级,因此更要细致分析。③⼀般低频放⼤器常⽤ RC 耦合⽅式;⾼频放⼤器则常常是和 LC 调谐电路有关的,或是⽤单调谐或是⽤双调谐电路,⽽且电路⾥使⽤的电容器容量⼀般也⽐较⼩。④注意晶体管和电源的极性,放⼤器中常常使⽤双电源,这是放⼤电路的特殊性。
例 1 助听器电路
图 14 是⼀个助听器电路,实际上是⼀个 4 级低频放⼤器。VT1 、 VT2 之间和 VT3 、 VT4 之间采⽤直接耦合⽅式,VT2 和 VT3 之间则⽤ RC 耦合。为了改善⾳质, VT1 和 VT3 的本级有并联电压负反馈( R2 和 R7 )。由于使⽤⾼阻抗的⽿机,所以可以把⽿机直接接在 VT4 的集电极回路内。R6 、 C2 是去耦电路, C6 是电源滤波电容。

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