多極放大電路3.1多極放大電路的耦合方式.ppt

第三章 多極放大電路,3.1多極放大電路的耦合方式,3.2 多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析,3.3直接耦合放大電路,3.1多極放大電路的耦合方式,單管放大電路Au可達(dá)幾十倍。但實(shí)際應(yīng)用中，則明顯不夠大，或性能不夠穩(wěn)定，或某些指標(biāo)達(dá)不到要求。 所以實(shí)際中一般是多極基本電路的組合及其改進(jìn)型組合。于是出現(xiàn)了級(jí)與級(jí)之間的連接問題耦合問題。,多級(jí)放大電路的作用及結(jié)構(gòu),為了獲得更高的電壓放大倍數(shù)，可以把多個(gè)基本放大電路連接起來，組成“多級(jí)放大電路”。其中每一個(gè)基本放大電路叫做一“級(jí)”，而級(jí)與級(jí)之間的連接方式則叫做“耦合方式”。,3.1.1 級(jí)間耦合問題,極間耦合形式：,直接 耦合,阻容 耦合,變壓 器 耦合,1、阻容耦合 阻容耦合是通過電容器將后級(jí)電路與前級(jí)相連接，如方框圖所示。,阻容耦合放大電路的方框圖,兩極阻容耦合放大電路,1）各級(jí)的直流工作點(diǎn)相互獨(dú)立。由于電容器隔直流而 通交流，所以它們的直流通路相互隔離、相互獨(dú)立的，這樣就給設(shè)計(jì)、調(diào)試和分析帶來很大方便。,2）在傳輸過程中，交流信號(hào)損失少。只要耦合電容選得 足夠大，則較低頻率的信號(hào)也能由前級(jí)幾乎不衰減地 加到后級(jí)，實(shí)現(xiàn)逐級(jí)放大。,優(yōu)點(diǎn)：,3）電路的溫漂小。 4）體積小，成本低。,缺點(diǎn)：,2）低頻特性差；,1）無法集成；,3）只能使信號(hào)直接通過，而不能改變其參數(shù)。,2、 變壓器耦合,變壓器可以通過磁路的耦合把一次側(cè)的交流信號(hào)傳送到二次側(cè)，因此可以作為耦合元件。,為什么要用變壓器耦合？因?yàn)樽儔浩髟趥魉徒涣餍盘?hào)的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)電流、電壓以及阻抗變換。,圖4-5 變壓器的等效電路,工作原理：,優(yōu)點(diǎn)：,1）變壓器耦合多級(jí)放大電路前后級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)是相互獨(dú)立、互不影響的。因?yàn)樽儔浩鞑荒軅魉椭绷餍盘?hào)。,2）變壓器耦合多級(jí)放大電路基本上沒有溫漂現(xiàn)象。,3）變壓器在傳送交流信號(hào)的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)電流、電壓以及阻抗變換。,缺點(diǎn)：,1）低頻性能很差；,2）體積大，成本高，無法集成。,3 直接耦合,存在兩個(gè)問題：,1）第一級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)已接近飽和區(qū)。,2）由于采用同種類型的管子，級(jí)數(shù)不能太多。,（1）直接耦合 的具體形式,電路的構(gòu)成原則： 同前面的一樣 1.靜態(tài)時(shí)保證有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。 2.動(dòng)態(tài)時(shí)要使放大的信號(hào)不失真。,為了解決第一個(gè)問題：可以采用如下的辦法。,（a）,R,R,B1,C1,u,i,u,o,T,T,1,2,U,CE1,R,C2,(a) 加入電阻RE2,R,R,B1,C1,R,C2,u,i,u,o,T,T,1,2,R,Uz,+V,Dz,CC,（b）在T2的發(fā)射極加入穩(wěn)壓管,R,R,B1,C1,R,E2,u,i,u,o,T,T,1,2,R,C2,為了解決第二個(gè)問題：可以在電路中采用不同類型的管子，即NPN和PNP管配合使用，如下圖所示。,（1）電路可以放大緩慢變化的信號(hào)和直流信號(hào)。由于級(jí)間是直接耦合，所以電路可以放大緩慢變化的信號(hào)和直流信號(hào)。,（2）便于集成。由于電路中只有晶體管和電阻，沒有電容器和電感器，因此便于集成。,缺點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)：,（1）各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)不獨(dú)立，相互影響。會(huì)給設(shè)計(jì)、計(jì)算和調(diào)試帶來不便。,（2）引入了零點(diǎn)漂移問題。零點(diǎn)漂移對(duì)直接耦合放大電路的影響比較嚴(yán)重。,（2）直接耦合放大電路的優(yōu)缺點(diǎn),思路：根據(jù)電路的約束條件和管子的IB、IC和IE的相互關(guān)系，列出方程組求解。如果電路中有特殊電位點(diǎn)，則應(yīng)以此為突破口，簡(jiǎn)化求解過程。,3.2 多級(jí)放大電路的分析,1、靜態(tài)工作點(diǎn)的分析,變壓器耦合 同第二章單級(jí)放大電路 阻容耦合 直接耦合,多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析,一個(gè)n級(jí)放大電路的交流等效電路可用下圖所示的方框圖所示。,由圖可知，放大電路中前級(jí)的輸出電壓就是后級(jí)的輸入電壓， 即,所以，多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)為,即,多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)就是各級(jí)放大倍數(shù)的乘積。 輸入電阻就是第一級(jí)的輸入電阻，即 輸出電阻就是最后一級(jí)的輸出電阻，即,例1 已知如圖所示電路中，R1=15k，R2=R3=5k， R4=2.3k , R5=100k, R6=RL=5k；Vcc=12V；晶體管的均為50，rbe1=1.2k。 是估計(jì)電路的Q點(diǎn)、 、 、,解：（1）求解Q點(diǎn)：由于采取阻容耦合方式，所以每一 級(jí)的Q點(diǎn)都可以按單管放大電路的求解。 第一級(jí)為典型的Q點(diǎn)穩(wěn)定電路，根據(jù)參數(shù)取值可以認(rèn)為,第二級(jí)為共集放大電路，根據(jù)其基極回路方程求出IBQ2，便可得到IEQ2，和UCEQ2。即,（2）求解 、 、 畫出交流等效電路圖,為了求出第一級(jí)的電壓放大倍數(shù) 首先應(yīng)求出其負(fù)載電阻，即第二級(jí)的輸入電阻：,第二級(jí)的電壓放大倍數(shù)應(yīng)接近1，根據(jù)電路,將 與 相乘，便可得出整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù),根據(jù)輸入電阻的物理意義，可知,電路的輸出電阻 與第一級(jí)的輸出電阻 有關(guān)，,考慮級(jí)與級(jí)之間的相互影響，計(jì)算各級(jí)電壓放大倍數(shù)時(shí)，應(yīng)把后級(jí)的輸入電阻作為前級(jí)的負(fù)載處理!,例2,如圖所示的兩級(jí)電壓放大電路， 已知1= 2 =50, T1和T2均為3DG8D。,（1）求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)。 （2）求放大電路的輸入電阻和輸出電阻,（1）求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù),2,b,I,2,c,I,rbe2,RC2,rbe1,RB1,1,b,I,1,c,I,RE1,+,_,+,_,+,_,(2) 計(jì)算 r i和 r 0,3.3直接耦合放大電路,3.3.1 直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象,一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因,1）何謂零點(diǎn)漂移？,零點(diǎn)漂移現(xiàn)象: 這種輸入電壓輸入電壓為零而輸出電壓不為零且緩慢變化的現(xiàn)象。稱為,在直接耦合放大電路中，即使將輸入端短路，用靈敏的直流表測(cè)量輸出端，也會(huì)有變化緩慢的輸出電壓，如圖所示。,2）零點(diǎn)漂移產(chǎn)生的原因: 溫度變化所引起的半導(dǎo)體器件參數(shù)的變化是產(chǎn)生零點(diǎn)漂移現(xiàn)象的主要原因，因而也稱零點(diǎn)漂移為溫度漂移。簡(jiǎn)稱溫漂。,注意：為什么只對(duì)直接耦合多級(jí)放大電路提出這一問題呢？,在阻容耦合放大電路中，這種緩慢的變化會(huì)降落在 耦合電容上，而不會(huì)傳遞到下一級(jí)電路進(jìn)一步擴(kuò)大。但 是，在直接耦合中，會(huì)被逐級(jí)放大，以至于放大電路不 能工作。,二、抑制零點(diǎn)漂移的方法：,1） 采用恒溫措施，使晶體管工作溫度穩(wěn)定。需要恒溫 室或槽，因此設(shè)備復(fù)雜，成本高。,2）采用直流負(fù)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。,3）采用特性相同的管子，使它們的溫漂相互抵消構(gòu)成“差分放大電路”。這個(gè)方法也可歸結(jié)為溫度補(bǔ)償法。也就是用特性相同的兩個(gè)管子來提供輸出，使它們的零點(diǎn)漂移相互抵消。,一、電路的組成 Ce（旁路電容）在直流放大狀態(tài)不起旁路作用略去，設(shè)一可調(diào)的V（電壓源） 令 及 隨 而變。即 則 這樣，直流分量和漂移 量均被抵消了。,3.3.2差分放大電路,選 Rb1=Rb2，Rc1=Rc2 ， Re1=Re2 ， T2與T1性能一樣 接法也一樣。則 uc1=uc2 且變化相同。故uo=uc1-uc2=0但需要的信號(hào)也無法取得,將左圖中的VBB合并成右圖的VBB T1，T2的輸入信號(hào)極性相反。 即 則 所以 Re1反饋，Re2反饋使 導(dǎo)致,將Re1，Re2，合并成 Re iE1，iE2流過同一條電路Re，且 iE1=-iE2 iE=0 Re不起反饋交流的作用 即e點(diǎn)的交流電位=地（為零） 而直流電位地 靜態(tài)工作點(diǎn)Q仍然穩(wěn)定,ui，VCC，VEE共地減少了不共地時(shí)，產(chǎn)生干擾一起的電壓差，使Q不穩(wěn)定。 差動(dòng)兩個(gè)輸入端之間有差別才有變動(dòng)。,典型的雙入雙出差動(dòng)放大電路,特點(diǎn)： a.兩只完全相同的管子； b.兩個(gè)輸入端， 兩個(gè)輸出端； c.元件參數(shù)對(duì)稱；,二.靜態(tài)工作點(diǎn)的分析,畫出直流等效電路,令,得,忽略 則 即B點(diǎn)電勢(shì)為零 所以E點(diǎn)電勢(shì)為 即,很大仍可起穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的作用,（對(duì)地）,靜態(tài)輸入為零，不影響后一級(jí),三.交流性能的分析 畫出交流通路 差模放大倍數(shù)Ad輸入差模信號(hào)時(shí)的放大倍數(shù),可見：用兩個(gè)晶體管組成的雙端輸入雙端輸出差動(dòng)放大電路，其放大倍數(shù)和單管相同，實(shí)際上是通過犧牲一個(gè)管子的放大倍數(shù)去換取低溫漂的效果。,E點(diǎn) 偏大,或,A點(diǎn) 時(shí),只有靜態(tài),B點(diǎn)到D點(diǎn),T1趨近于飽和區(qū) T2趨近于截止區(qū),但上升幅度減小,F點(diǎn) 過大， T1飽和 T2截止 不變,四 .差模信號(hào)和共模信號(hào),差模信號(hào)vid是指在兩個(gè)輸入端加上幅度相等，極性相反的信號(hào)。 vid = vi1 vi2,共模信號(hào)vic是指在兩個(gè)輸入端加上幅度相等，極性相同的信號(hào)。,差分放大電路能放大差模信號(hào)，抑制共模信號(hào)。,五. 抑制溫漂的性能指標(biāo)及衡量方法 理想情況下，溫漂為零。 實(shí)際情況下，溫漂不為零。,溫漂對(duì)于T1，T2來說 當(dāng) 幅性相等，方向相同共模信號(hào),理想情況下,實(shí)際情況下,衡量實(shí)際情況好壞，用共模信號(hào)Ac表示,共模電壓放大倍數(shù),Ac越小，表示電路抑制溫漂的能力越強(qiáng),六.共模抑制比KCMR Ad差放的有用信號(hào)，大一些好 Ac溫漂的程度，越小越好 但兩者有一定的聯(lián)系，Ad大時(shí)Ac相應(yīng)也大。 綜合指標(biāo)：KCMR,KCMR越大，電路抑制共模信號(hào)的性能越好,因?yàn)樾盘?hào)源和負(fù)載往往都是接地的。上面的雙入雙出方法輸入輸出信號(hào)都不接地。 所以，對(duì)某些實(shí)際電路來說是不合適的。于是就有 雙入雙出 單入雙出 雙入單出 單入單出 共四種接法。,七.四種接法(差分放大電路的輸入輸出方式),差分放大電路可以有兩個(gè)輸出端，一個(gè)是集電極C1，另一個(gè)是集電極C2。 從C1 和C2輸出稱為雙端輸出，僅從集電極 C1或C2 對(duì)地輸出稱為單端輸出。,信號(hào)的輸入方式： 若信號(hào)同時(shí)加到同相輸入端和反相輸入端，稱為雙端輸入； 若信號(hào)僅從一個(gè)輸入端對(duì)地加入，稱為單端輸入。,1.雙端輸入單端輸出電路 靜態(tài)性能 時(shí),交流性能 因?yàn)橛蠺2管存在，所以差模輸入時(shí)，UE不變。 因?yàn)?與 大小相等方向相反， 所以e點(diǎn)接地。,因?yàn)楣材Ｐ盘?hào)輸入時(shí)， 與 幅值相等方向相同。所以， ，相當(dāng)于電流 時(shí)，電阻為,因?yàn)?很大 所以Ac不大，即溫漂不大。盡管是單管輸出，溫漂仍能得到很好的控制，比起共對(duì)基本電路Ac要小得多。,溫漂情況,可見： Re上升對(duì)減小Ac和增大KCMR都有好處/ 這種電路又稱為長(zhǎng)尾式差放電路。Re比作一對(duì)管子的尾巴，尾巴越長(zhǎng)，對(duì)抑制溫漂越有利。 若從T2管輸出，則,2.單端輸入雙端輸出電路 如圖3-7（b）所示： T1得到 T2得到,差放電路,對(duì)于信號(hào)源進(jìn)行等效變換,差分放大電路的輸出電壓vo構(gòu)成,輸入信號(hào)：vi1，vi2,共模輸入：,例如：vi1=10mV， vi2=15mV 則： vid=10-15=-5mV vic=(10+15)/2=12.5mV vi1=12.5+(-5/2)=10mV vi2=12.5-(-5/2)=15mV,八.改進(jìn)型差動(dòng)放大電路(一舉三得),R3可以抑制溫漂且越大越好，但R3太大，VEE選定后， 下降很多導(dǎo)致Ad下降，太大的R3集成電路不易制作。所以，用恒流源IC3代替。,2）直流壓降不大,效果 1）交流等效電阻rce很 大， 可以最大限度抑制共模， 對(duì)差模無影響,解決方法： 用一個(gè)可變電阻，當(dāng) 使,調(diào)零采取調(diào)節(jié)IC的電路,調(diào)零采取調(diào)節(jié)RC的電路,元件不完全對(duì)稱造成的,九.場(chǎng)效應(yīng)管組成的差動(dòng)放大電路 結(jié)構(gòu)形式，性能與晶體管雙極型類似 不同處： 1）Ri比晶體管電路大 2）溫漂較大,恒流源差分放大電路舉例,視Re求性能參數(shù)， 即AC=0, KCMR .,例：電路如圖所示，所有晶體管均為硅管，均為60，,=100，靜態(tài)時(shí)UBEQ0.7V。試求： （1）靜態(tài)時(shí)T1管和T2管的發(fā)射極電流。 （2）若靜態(tài)時(shí)uO0，則應(yīng)如何調(diào)節(jié)Rc2的值才能使uO0V？若靜態(tài)uO0V，則Rc2？電壓放大倍數(shù)為多少？,3.3.3 直接耦合互補(bǔ)輸出級(jí)電路,作為放大電路的輸出級(jí)，我們總希望帶負(fù)載能力強(qiáng)一些，從指標(biāo)來說， 就是電路的輸出電阻要小。共集(或共漏)放大電路的輸出電阻是三種接 法中最小的，所以輸入級(jí)多采用這種方式,一、電阻負(fù)載跟隨電路,特點(diǎn)：UEQ0 Ui=0時(shí)U0=IeRe U00 接入RL后Q會(huì)變化 反向變化的跟隨能力很差 當(dāng)Ui0或Uon T要截止,特點(diǎn)：可選擇適當(dāng)?shù)腣EE 使Ui=0時(shí) U0=0 缺點(diǎn)：電源不能統(tǒng)一 集成不方便 若令|VCC|=|VEE| 則不完全對(duì)稱,二、互補(bǔ)電路,特點(diǎn)：Ui0.5V T1通 T2止 Ui-0.5V T1止 T2通,互補(bǔ)輸出級(jí)的基本電路及其交越失真,放大電路對(duì)輸出級(jí)的要求：輸出電阻小，輸出電壓幅度大。,互補(bǔ)輸出級(jí),1.基本電路,工作原理：,uI=0時(shí)，uo=0。,uI0時(shí)，T1導(dǎo)通，T2截止，,uI0時(shí)，T2導(dǎo)通，T1截止，,正負(fù)跟隨范圍對(duì)稱