第三章多級(jí)放大電路

1、授課時(shí)間第 10 次課，第 6 周 星期 六 第 1-2 節(jié)課時(shí)2方法及手段授課方式理論課 討論課 習(xí)題課 實(shí)驗(yàn)課上機(jī)課 技能課其他授課題目多級(jí)放大電路的耦合方式、多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析目的與要求掌握各種多級(jí)放大電路耦合方式的特點(diǎn)；掌握多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析方法。重點(diǎn)與難點(diǎn) 各種耦合方式的特點(diǎn)；動(dòng)態(tài)參數(shù)的分析方法。教學(xué)基本內(nèi)容3.1 多級(jí)放大電路的耦合方式為獲得足夠大的放大倍數(shù),需將單級(jí)放大器串接,組成多級(jí)放大器。組成多級(jí)放大電路的每一個(gè)基本放大電路稱(chēng)為一級(jí)，級(jí)與級(jí)之間的連接稱(chēng)為級(jí)間耦合。 多級(jí)放大電路的常見(jiàn)耦合方式：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合和光電耦合。對(duì)耦合電路要求： 靜態(tài)：保證各級(jí)Q

2、點(diǎn)設(shè)置動(dòng)態(tài)：傳送信號(hào)（波形不失真、減少壓降損失） 1、直接耦合直接耦合放大電路的特點(diǎn)：(1) 沒(méi)有電容的隔直作用，各級(jí)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，不能分別估算。(2) 前一級(jí)的輸出電壓是后一級(jí)的輸入電壓，后一級(jí)的輸入電阻是前一級(jí)的交流負(fù)載電阻。(3) 總電壓放大倍數(shù)=各級(jí)放大倍數(shù)的乘積。(4) 總輸入電阻 ri 即為第一級(jí)的輸入電阻ri1 ，總輸出電阻即為最后一級(jí)的輸出電阻。(5) 受零點(diǎn)漂移溫度漂移的影響大。(6) 很容易集成化2、阻容耦合多級(jí)阻容耦合放大器的特點(diǎn)：(1) 由于電容的隔直作用，受零點(diǎn)漂移溫度漂移的影響小；各級(jí)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，可以分別估算。(2) 前一級(jí)的輸出電壓是

3、后一級(jí)的輸入電壓；后一級(jí)的輸入電阻是前一級(jí)的交流負(fù)載電阻。(3) 總電壓放大倍數(shù)=各級(jí)放大倍數(shù)的乘積。(4) 總輸入電阻 ri 即為第一級(jí)的輸入電阻ri1 ?？傒敵鲭娮杓礊樽詈笠患?jí)的輸出電阻。(5) 很不容易集成化。由上述特點(diǎn)可知，射極輸出器接在多級(jí)放大電路的首級(jí)可提高輸入電阻；接在末級(jí)可減小輸出電阻；接在中間級(jí)可起匹配作用，從而改善放大電路的性能。3、變壓器耦合將放大電路前級(jí)的輸出信號(hào)通過(guò)變壓器接到后級(jí)的輸入端或負(fù)載電阻上，成為變壓器耦合。由于變壓器耦合電路的前后級(jí)靠磁路耦合，所以各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，便于分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試。它的低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號(hào)，而且笨重，更不能

4、集成化。優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換，在分立元件功率放大電路中應(yīng)用廣泛。4、光電耦合光電耦合是以光信號(hào)為媒介來(lái)實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的耦合和傳遞的，因其抗干擾能力強(qiáng)而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。3.2 多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)等于組成它的各級(jí)放大電路電壓放大倍數(shù)之積。對(duì)于第一級(jí)到（N-1）級(jí)，每一級(jí)的放大倍數(shù)均應(yīng)該是以后級(jí)輸入電阻作為負(fù)載時(shí)的放大倍數(shù)。多級(jí)放大電路的輸入電阻就是第一級(jí)的輸入電阻。多級(jí)放大電路的輸出電阻就是最后一級(jí)的輸出電阻。多級(jí)阻容耦合放大器：前一級(jí)的輸出電壓是后一級(jí)的輸入電壓。后一級(jí)的輸入電阻是前一級(jí)的交流負(fù)載電阻。ri2第二級(jí)的輸入電阻。 ri= ri 1 = R11/ R

5、12/ rbe1ri 2 = R21/ R22/ rbe2 ro = RC2總放大倍數(shù)等于各級(jí)放大倍數(shù)的乘積，Au為正，輸入輸出同相注意：當(dāng)共集放大電路作為輸入級(jí)（第一級(jí)）時(shí)，它的輸入電阻與其負(fù)載，及第二級(jí)的輸入電阻有關(guān)；而當(dāng)共集放大電路作為輸出級(jí)時(shí)，他的輸出電阻與信號(hào)源的內(nèi)阻，即與倒數(shù)第二級(jí)的輸出電阻有關(guān)。用射極輸出器作為輸入級(jí),構(gòu)成兩級(jí)放大器，可提高放大器的輸入電阻；用射極輸出器作為輸出級(jí),構(gòu)成兩級(jí)放大器，可減小放大器的輸出電阻,提高帶負(fù)載的能力。思考題、作業(yè)、參考文獻(xiàn)課 后小 結(jié)授課時(shí)間第 11 次課，第 7 周 星期 二 第 1-2 節(jié)課時(shí)2方法及手段授課方式理論課 討論課 習(xí)題課 實(shí)

6、驗(yàn)課上機(jī)課 技能課其他授課題目 直接耦合放大電路目的與要求理解直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象；掌握差分放大電路的組成和工作原理；掌握差分放大電路四種解法的特點(diǎn)；掌握直接耦合互補(bǔ)輸出級(jí)電路的特點(diǎn)；掌握直接耦合多級(jí)放大電路的分析方法。重點(diǎn)與難點(diǎn) 直接耦合電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象；差分放大電路的工作原理和分析方法；直接耦合互補(bǔ)輸出級(jí)放大電路的特點(diǎn)；直接耦合多級(jí)放大電路的分析方法。教學(xué)基本內(nèi)容3.3 直接耦合放大電路 直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象問(wèn)題1：前后級(jí)Q點(diǎn)相互影響。問(wèn)題 2：零點(diǎn)漂移。前一級(jí)的溫漂將作為后一級(jí)的輸入信號(hào)，使得當(dāng) ui 等于零時(shí)，uo不等于零。直接耦合多級(jí)放大電路零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：1、零

7、點(diǎn)漂移2、溫度漂移3、抑制溫度漂移的方法： 在電路中引入直流負(fù)反饋 采用溫度補(bǔ)償，利用熱敏元件來(lái)抵消放大管的變化 采用特性相同的管子，使其溫漂相互抵消，如：差分放大電路 差分放大電路一、電路組成當(dāng)溫度變化時(shí)，集電極電位變化，使輸出電壓變化，若采用直接耦合方式，這種變化會(huì)逐級(jí)放大，使電路無(wú)法正常工作。采用（b）所示電路，采用電路參數(shù)完全相同，管子特性也完全相同的電路，那么兩只管子的集電極靜態(tài)電位在溫度變化時(shí)也將時(shí)時(shí)相等，電路以?xún)芍还茏蛹姌O電位差作為輸出，就克服了溫度漂移。共模信號(hào)：對(duì)于圖（b）所示電路，當(dāng)uI1與uI2所加信號(hào)為大小相等極性相同的輸入信號(hào)時(shí)，稱(chēng)為共模信號(hào)。差分放大電路對(duì)共模信號(hào)

8、具有很強(qiáng)的抑制作用，在電路參數(shù)完全對(duì)稱(chēng)的情況下， 共模輸出為零。差模信號(hào)：當(dāng)uI1與uI2所加信號(hào)為大小相等極性相反的輸入信號(hào)時(shí)，稱(chēng)為差模信號(hào)。集電極電位的變化相等變化方向相反，從而可以實(shí)現(xiàn)電壓放大。二、長(zhǎng)尾式差分放大電路 長(zhǎng)尾式電路：如圖所示為典型的差分放大電路，由于Re接負(fù)載電源-VEE，拖一個(gè)尾巴，故稱(chēng)為長(zhǎng)尾式電路。電路參數(shù)理想對(duì)稱(chēng)：Rb1=Rb2=Rb，Rc1=Rc2=Rc；T1管與T2管的特性相同，1=2=，rbe1=rbe2=rbe；Re為公共的發(fā)射極電阻。 1.靜態(tài)分析 2.對(duì)共模信號(hào)的抑制作用 利用發(fā)射極電阻Re對(duì)共模信號(hào)的抑制：利用Re對(duì)共模信號(hào)的負(fù)反饋?zhàn)饔?，Re 阻值愈大，

9、負(fù)反饋?zhàn)饔糜鷱?qiáng)，集電極電位的變化愈小，差分放大電路對(duì)共模信號(hào)的抑制能力愈強(qiáng)。但Re取值不能過(guò)大，它受電源電壓VEE的限制。共模放大倍數(shù)Ac：定義為 式中 為共模輸入電壓， 是 作用下的輸出電壓。3.對(duì)差模信號(hào)的放大作用 任意輸入的信號(hào): ui1 , ui2 ，都可分解成差模分量和共模分量。差模分量: 共模分量: 注意：ui1 = uC + ud ；ui2 = uC - ud三、差分放大電路的四種接法1.雙端輸入單端輸出電路 在差模信號(hào)作用時(shí)：輸出電壓 輸入電壓 差模放大倍數(shù)電路的輸入電阻電路的輸出電阻 2.單端輸入、雙端輸出電路 3.單端輸入、單端輸出電路 該電路對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)、差模增益、共模增

10、益、輸入與輸出電阻的分析與單端輸出電路相同。對(duì)輸入信號(hào)的作用分析與單端輸入電路相同。四、改進(jìn)型差分放大電路 為了既能采用較低的電源電壓，又能采用很大的等效電阻Re，可采用恒流源電路來(lái)取代Re。晶體管工作在放大區(qū)時(shí)，其集電極電流幾乎僅決定于基極電流而與管壓降無(wú)關(guān)，當(dāng)基極電流是一個(gè)不變的直流電流時(shí)，集電極電流就是一個(gè)恒定電流。因此，利用工作點(diǎn)穩(wěn)定電路來(lái)取代Re，就得如圖所示電路。恒流源電路在不高的電源電壓下既為差分放大電路設(shè)置了合適的靜態(tài)工作電流， 又大大增強(qiáng)了共模負(fù)反饋?zhàn)饔茫闺娐肪哂懈鼜?qiáng)的抑制共模信號(hào)的能力。為了獲得高輸入電阻的差分放大電路，可用場(chǎng)效應(yīng)管取代晶體管，如下圖所示。這種電路特別適于

11、做直接耦合多級(jí)放大電路的輸入級(jí)。通常情況下可以認(rèn)為其輸入電阻為無(wú)窮大。其應(yīng)用和晶體管差分放大電路相同。 直接耦合互補(bǔ)輸出級(jí)對(duì)于電壓放大電路的輸出級(jí)一般有兩個(gè)基本要求：一是輸出電阻低，二是最大不失真輸出電壓盡可能大。共集放大電路滿(mǎn)足前一要求，但它帶上負(fù)載后靜態(tài)工作點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生變化，且輸出不失真電壓也將減少。為了滿(mǎn)足后一要求，并且做到輸入電壓為零時(shí)輸出電壓為零，便產(chǎn)生了雙向跟隨的互補(bǔ)輸出級(jí)。設(shè)輸入正弦波，當(dāng)ui>0時(shí)，T1管導(dǎo)通，T2管截止，T1管以射極輸出形式將正半周信號(hào)傳遞到負(fù)載。此時(shí)正電源VCC供電，電流方向如圖所示。設(shè)輸入正弦波，當(dāng)ui<0時(shí)，T1管截止，T2管導(dǎo)通，T2管以射極輸

12、出形式將負(fù)半周信號(hào)傳遞到負(fù)載。此時(shí)正電源VCC供電，電流方向如圖所示。 電路存在問(wèn)題：只有當(dāng)輸入電壓ui大于晶體管的開(kāi)啟電壓時(shí)Uon，輸出電壓才能跟隨輸入電壓ui的變化。因此，當(dāng)輸入電壓為正弦波時(shí)，輸出電壓在ui過(guò)零附近產(chǎn)生失真，波形如圖所示，這種失真為交越失真。消除交越失真的方法：在靜態(tài)時(shí)T1管與T2管均處于臨界導(dǎo)通或微導(dǎo)通狀態(tài)，則當(dāng)輸入信號(hào)作用時(shí)，就能保證至少有一只管子導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)了雙向跟隨。二、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí) 如圖所示，如果晶體管與二極管采用同一種材料，就可使T1管和T2管均處于微導(dǎo)通狀態(tài)。由于二極管的動(dòng)態(tài)電阻很小，可認(rèn)為T(mén)1管基極動(dòng)態(tài)電位和T2管動(dòng)態(tài)電位近似相等。為消除交越失真，在集成電路中采用如下圖所示電路。合理選擇R3和R4，可以得到UBE任意倍數(shù)的直流電壓，故稱(chēng)該