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文檔簡介
1、模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎童詩白、華成英主編童詩白、華成英主編主講人:葉雙信息工程系電子技術教研室第三章 多級放大電路3.1 3.1 多級放大電路的耦合方式多級放大電路的耦合方式3.2 3.2 多級放大電路的動態(tài)分析多級放大電路的動態(tài)分析3.3 3.3 差分放大電路差分放大電路3.4 3.4 互補輸出級互補輸出級3.5 3.5 直接耦合多級放大電路讀圖直接耦合多級放大電路讀圖3.1 多級放大電路的耦合方式一、直接耦合一、直接耦合二、阻容耦合二、阻容耦合三、變壓器耦合三、變壓器耦合一、直接耦合既是第一級的集電極電阻,既是第一級的集電極電阻,又是第二級的基極電阻又是第二級的基極電阻 能夠放大
2、變化緩慢的信能夠放大變化緩慢的信號,便于集成化,號,便于集成化, Q點相互點相互影響,影響,存在零點漂移現(xiàn)象。存在零點漂移現(xiàn)象。 當輸入信號為零時,前級由溫度變化所引起的電流、電當輸入信號為零時,前級由溫度變化所引起的電流、電位的變化會逐級放大。位的變化會逐級放大。第二級第二級第一級第一級Q1合適嗎?合適嗎?直接直接連接連接輸入為零,輸出輸入為零,輸出產生變化的現(xiàn)象產生變化的現(xiàn)象稱為零點漂移稱為零點漂移求解求解Q點時應按各回路列多元一次方程,然后解方程組。點時應按各回路列多元一次方程,然后解方程組。如何設置合適的靜態(tài)工作點?對哪些動態(tài)參對哪些動態(tài)參數(shù)產生影響?數(shù)產生影響? 用什么元件取代用什么
3、元件取代Re既可設置合適的既可設置合適的Q點,又可使第點,又可使第二級放大倍數(shù)不至于下降太多?二級放大倍數(shù)不至于下降太多?若要若要UCEQ5V,則應怎么辦?用多個二極管嗎?,則應怎么辦?用多個二極管嗎?二極管導通電壓二極管導通電壓UD?動態(tài)電阻?動態(tài)電阻rd特點?特點?Re必要性?必要性?穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管伏安特性伏安特性 UCEQ1太小太小加加Re(Au2數(shù)值數(shù)值)改用改用D若要若要UCEQ1大大,則改用,則改用DZ。NPN型管和PNP型管混合使用 在用在用NPN型管組成型管組成N級共射放大電路,由于級共射放大電路,由于UCQi UBQi,所以所以 UCQi UCQ(i-1)(i=1N),以致于后
4、級集電極電位接),以致于后級集電極電位接近電源電壓,近電源電壓,Q點不合適。點不合適。UCQ1 ( UBQ2 ) UBQ1UCQ2 UCQ1 UCQ1 ( UBQ2 ) UBQ1UCQ2 UCQ1 二、阻容耦合 Q點相互獨立點相互獨立。不能放大變化緩慢的信號,低頻。不能放大變化緩慢的信號,低頻特性差,不能集成化。特性差,不能集成化。共射電路共射電路共集電路共集電路有零點漂移嗎?有零點漂移嗎? 利用電容連接信號利用電容連接信號源與放大電路、放大源與放大電路、放大電路的前后級、放大電路的前后級、放大電路與負載,為阻容電路與負載,為阻容耦合。耦合。 可能是實際的負載,也可能是實際的負載,也可能是下級
5、放大電路可能是下級放大電路三、變壓器耦合L2L2c21RIRIPPl, 理想變壓器情理想變壓器情況下,負載上獲況下,負載上獲得的功率等于原得的功率等于原邊消耗的功率。邊消耗的功率。,實現(xiàn)了阻抗變換。L221L2c2L)(RNNRIIRl從變壓器原從變壓器原邊看到的等邊看到的等效電阻效電阻3.2 多級放大電路的動態(tài)分析二、分析舉例二、分析舉例一、動態(tài)參數(shù)分析一、動態(tài)參數(shù)分析一、動態(tài)參數(shù)分析1.電壓放大倍數(shù) njujnuAUUUUUUUUA1ioi2o2io1io2. 輸入電阻i1iRR 3. 輸出電阻nRRoo 對電壓放大電路的要求:對電壓放大電路的要求:Ri大,大, Ro小,小,Au的數(shù)值的數(shù)
6、值大,最大不失真輸出電壓大。大,最大不失真輸出電壓大。)(1 (L622be5i2RRrRR21L62be2L6221bei231)( ) 1 ()( ) 1 ()( uuuuuAAARRrRRArRRAbe121irRRR1be2536orRRRR二、分析舉例討論一 失真分析:由失真分析:由NPN型管組成的兩級共射放大電路型管組成的兩級共射放大電路共射放共射放大電路大電路共射放共射放大電路大電路iuou飽和失真?截止失真?飽和失真?截止失真? 首先確定在哪一級出現(xiàn)了失真,再判斷是什么失真。首先確定在哪一級出現(xiàn)了失真,再判斷是什么失真。 比較比較Uom1和和Uim2,則可判斷在輸入信號逐漸增大
7、時,則可判斷在輸入信號逐漸增大時哪一級首先出現(xiàn)失真。哪一級首先出現(xiàn)失真。 在前級均未出現(xiàn)失真的情況下,多級放大電路的最在前級均未出現(xiàn)失真的情況下,多級放大電路的最大不失真電壓等于輸出級的最大不失真電壓。大不失真電壓等于輸出級的最大不失真電壓。清華大學 華成英 討論二:放大電路的選用1. 按下列要求組成兩級放大電路:按下列要求組成兩級放大電路: Ri12k,Au 的數(shù)值的數(shù)值3000; Ri 10M,Au的數(shù)值的數(shù)值300; Ri100200k,Au的數(shù)值的數(shù)值150; Ri 10M ,Au的數(shù)值的數(shù)值10,Ro100。共射、共射;共射、共射;2. 若測得三個單管放大電路的輸入電阻、輸出電阻和空
8、載若測得三個單管放大電路的輸入電阻、輸出電阻和空載電壓放大倍數(shù),則如何求解它們連接后的三級放大電路的電壓放大倍數(shù),則如何求解它們連接后的三級放大電路的電壓放大倍數(shù)?電壓放大倍數(shù)?注意級聯(lián)時兩級注意級聯(lián)時兩級的相互影響!的相互影響!共源、共射;共源、共射;共集、共射;共集、共射;共源、共集。共源、共集。3.3 差分放大電路一、零點漂移現(xiàn)象及其產生的原因一、零點漂移現(xiàn)象及其產生的原因二、長尾式差分放大電路的組成二、長尾式差分放大電路的組成三、長尾式差分放大電路的分析三、長尾式差分放大電路的分析四、差分放大電路的四種接法四、差分放大電路的四種接法五、具有恒流源的差分放大電路五、具有恒流源的差分放大電
9、路六、差分放大電路的改進六、差分放大電路的改進一、零點漂移現(xiàn)象及其產生的原因1. 什么是零點漂移現(xiàn)象:uI0,uO0的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。產生原因:溫度變化,直流電源波動,元器件老化。其中晶產生原因:溫度變化,直流電源波動,元器件老化。其中晶體管的特性對溫度敏感是主要原因,故也稱零漂為溫漂。體管的特性對溫度敏感是主要原因,故也稱零漂為溫漂??朔仄姆椒ǎ阂胫绷髫摲答?,溫度補償??朔仄姆椒ǎ阂胫绷髫摲答仯瑴囟妊a償。 典型電路:差分放大電路典型電路:差分放大電路零點漂移零點漂移零輸入零輸入零輸出零輸出理想對稱理想對稱二、長尾式差分放大電路的組成信號特點?信號特點?能否放大?能否放大?共模信號:
10、大小相等,極性相同。共模信號:大小相等,極性相同。差模信號:大小相等,極性相反差模信號:大小相等,極性相反.信號特點?能否放大?信號特點?能否放大?典型電路02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIII在理想對稱的情況下:在理想對稱的情況下:1. 克服零點漂移;克服零點漂移;2. 零輸入零輸出;零輸入零輸出;3. 抑制共模信號;抑制共模信號;4. 放大差模信號。放大差模信號。三、長尾式差分放大電路的分析 eBEQEEEQ2RUVI1EQBQII02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuU
11、UUIIIIIIIIIRb是必要的嗎?是必要的嗎?1. Q點:eEQBEQBQEE2RIURIVb晶體管輸入回路方程:晶體管輸入回路方程:通常,通常,Rb較小,且較小,且IBQ很小,故很小,故BEQcCQCCCEQURIVU選合適的選合適的VEE和和Re就就可得合適的可得合適的Q2. 抑制共模信號 0 )()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0 cIcOccAuuA,參數(shù)理想對稱時,參數(shù)理想對稱時共模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)C21CC21CB21Buuiiii共模信號:數(shù)值相等、極性相同的共模信號:數(shù)值相等、極性相同的輸入信號,即輸入信號,即IcI2I1uuu2. 抑制共模信號 :Re
12、的共模負反饋作用的共模負反饋作用0 cIcOccAuuA參數(shù)理想對稱時參數(shù)理想對稱時共模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)Re的共模負反饋作用:溫度變化所引起的變化等效為共模信號的共模負反饋作用:溫度變化所引起的變化等效為共模信號對于每一邊電對于每一邊電路,路,Re=?如如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。3. 放大差模信號C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiiiiE1= iE2,Re中電流不變,即中電流不變,即Re 對差模信號無反饋作用。對差模信號無反饋作用。2/IdI2I1uuu差模信號
13、:數(shù)值相等,極性相反差模信號:數(shù)值相等,極性相反的輸入信號,即的輸入信號,即2Idu2Idu )(2bebBIdrRiu為什么?為什么?差模信號作用時的動態(tài)分析bebLcd)2( rRRRA差模放大倍數(shù)差模放大倍數(shù)IdOdduuA)2(2LcCOdRRiu 2 )(2cobebiRRrRR,4. 動態(tài)參數(shù):Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR 共模抑制比共模抑制比KCMR:綜合考察差分放大電路放大差模信:綜合考察差分放大電路放大差模信號的能力和抑制共模信號的能力。號的能力和抑制共模信號的能力。下,下,在參數(shù)理想對稱的情況在參數(shù)理想對稱的情況CMRcdCMRKAAK 在實際應用時,信號源需要有在
14、實際應用時,信號源需要有“ 接地接地”點,以避免點,以避免干擾;或負載需要有干擾;或負載需要有“ 接地接地”點,以安全工作。點,以安全工作。 根據(jù)信號源和負載的接地情況,差分放大電路有四種根據(jù)信號源和負載的接地情況,差分放大電路有四種接法:雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸接法:雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。入雙端輸出、單端輸入單端輸出。四、差分放大電路的四種接法cCQCCCQ2LcCQCCLcLCQ1 )(RIVURRIVRRRU 由于輸入回路沒有變由于輸入回路沒有變化,所以化,所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時一樣。但與雙端輸出時一樣。
15、但是是UCEQ1 UCEQ2。1. 雙端輸入單端輸出:Q點分析點分析1. 雙端輸入單端輸出:差模信號作用下的分析:差模信號作用下的分析bebLcd)( 21rRRRAcobebi)(2RRrRR,1. 雙端輸入單端輸出:共模信號作用下的分析:共模信號作用下的分析bebLcd)( 21rRRRAebebLcc)1 (2)( RrRRRA)(2)1 (2bebebebCMRrRRrRK1. 雙端輸入單端輸出:問題討論:問題討論bebLcd)( 21rRRRA(1)T2的的Rc可以短路嗎?可以短路嗎?(2)什么情況下)什么情況下Ad為為“”?(3)雙端輸出時的)雙端輸出時的Ad是單端輸出時的是單端輸
16、出時的2倍嗎?倍嗎?)(2)1 (2bebebebCMRrRRrRKcobebi)(2RRrRR,2. 單端輸入雙端輸出共模輸入電壓共模輸入電壓差模輸入電壓差模輸入電壓 輸入差模信號的同時總是伴隨著共模信號輸入:輸入差模信號的同時總是伴隨著共模信號輸入: 在輸入信號作用下發(fā)射極在輸入信號作用下發(fā)射極的電位變化嗎?說明什么?的電位變化嗎?說明什么?2/IIcIIduuuu,2. 單端輸入雙端輸出問題討論:問題討論:(1)UOQ產生的原因?產生的原因?(2)如何減小共模輸出)如何減小共模輸出電壓?電壓?OQIcIdO2UuAuAu測試測試:差模輸出差模輸出共模輸出共模輸出靜態(tài)時的值靜態(tài)時的值3.
17、四種接法的比較:電路:電路參數(shù)參數(shù)理想對稱條件下理想對稱條件下輸入方式:輸入方式: Ri均為均為2(Rb+rbe);雙端輸入時無共模信號輸入,;雙端輸入時無共模信號輸入,單端輸入時有共模信號輸入。單端輸入時有共模信號輸入。輸出方式:輸出方式:Q點、點、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均與之有關。均與之有關。coCMRcbebLcd2 0 )2(RRKArRRRA雙端輸出:cobebebebCMRebebLccbebLcd )(2)1 (2 )1 (2)( )(2)(RRrRRrRKRrRRRArRRRA單端輸出:五、具有恒流源的差分放大電路 Re 越大,每一邊的漂移越小,共模負反饋越越大,每一邊
18、的漂移越小,共模負反饋越強,單端輸出時的強,單端輸出時的Ac越小,越小,KCMR越大,差分放越大,差分放大電路的性能越好。大電路的性能越好。 但為使靜態(tài)電流不變,但為使靜態(tài)電流不變,Re 越大,越大,VEE越大,以越大,以至于至于Re太大就太大就不合理了。不合理了。 需在低電源條件下,需在低電源條件下,設置合適的設置合適的IEQ,并得到,并得到得到趨于無窮大的得到趨于無窮大的Re。解決方法:采用電流源取代解決方法:采用電流源取代Re!具有恒流源差分放大電路的組成3BEQEE2123EB32RUVRRRIII,等效電阻等效電阻為無窮大為無窮大近似為近似為恒流恒流1) RW取值應大些?還是小些?取
19、值應大些?還是小些?2) RW對動態(tài)參數(shù)的影響?對動態(tài)參數(shù)的影響?3) 若若RW滑動端在中點,寫出滑動端在中點,寫出Ad、Ri的表達式。的表達式。2)1 (WbebcdRrRRAWbebi)1 ()(2RrRR六、差分放大電路的改進1. 加調零電位器 RWdoidmd2 RRRRgA,2. 場效應管差分放大電路若若uI1=10mV,uI2=5mV,則,則uId=? uIc=?uId=5mV ,uIc=7.5mV討論一1、uI=10mV,則,則uId=? uIc=? 2、若、若Ad=102、KCMR103用直流表測用直流表測uO ,uO=?uId=10mV ,uIc=5mVuO= Ad uId+
20、 Ac uIc+UCQ1=?=?=?討論二3.43.4 互補輸出級二、基本電路二、基本電路三、消除交越失真的互補輸出級三、消除交越失真的互補輸出級四、準互補輸出級四、準互補輸出級一、對輸出級的要求一、對輸出級的要求 互補輸出級是直接耦合的功率放大電路。互補輸出級是直接耦合的功率放大電路。 對輸出級的要求:帶負載能力強;直流功耗??;對輸出級的要求:帶負載能力強;直流功耗?。回撦d電阻上無直流功耗;負載電阻上無直流功耗;最大不失真輸出電壓最大。最大不失真輸出電壓最大。一、對輸出級的要求射極輸出形式射極輸出形式靜態(tài)工作電流小靜態(tài)工作電流小輸入為零時輸出為零輸入為零時輸出為零 雙電源供電時雙電源供電時U
21、om的峰的峰值接近電源電壓。值接近電源電壓。 單電源供電單電源供電Uom的峰值的峰值接近二分之一電源電壓。接近二分之一電源電壓。不符合不符合要求!要求!二、基本電路靜態(tài)時靜態(tài)時T1、T2均截止,均截止,UB= UE=01. 特征:T1、T2特性理想對稱。特性理想對稱。2. 靜態(tài)分析T1的輸入特性的輸入特性理想化特性理想化特性3. 動態(tài)分析ui正半周,電流通路為正半周,電流通路為 +VCCT1RL地,地, uo = ui 兩只管子交替工作,兩路電源交替供電,兩只管子交替工作,兩路電源交替供電,雙向跟隨。雙向跟隨。ui負半周,電流通路為負半周,電流通路為 地地 RL T2 -VCC, uo = u
22、i4. 交越失真消除失真的方法:消除失真的方法:設置合適的靜態(tài)工作點。設置合適的靜態(tài)工作點。信號在零附近兩信號在零附近兩只管子均截止只管子均截止開啟開啟電壓電壓 靜態(tài)時靜態(tài)時T1、T2處于臨界導通狀態(tài),處于臨界導通狀態(tài),有信號時至少有一只導通;有信號時至少有一只導通; 偏置電路對動態(tài)性能影響要小。偏置電路對動態(tài)性能影響要小。三、消除交越失真的互補輸出級ib2b1D2D1B1B2uuuUUU動態(tài):靜態(tài):倍增電路故稱之為,則若BEBE443B1B2B2UURRRUII四、準互補輸出級 BE545EB3BE2BE1)1 ( URRUUU靜態(tài)時:ib3b1uuu動態(tài)時: 為保持輸出管的良好對稱性,輸出
23、管應為為保持輸出管的良好對稱性,輸出管應為同類型晶體管。同類型晶體管。大!大!3.5 直接耦合多級放大電路讀圖一、放大電路的讀圖方法一、放大電路的讀圖方法二、例題二、例題一、放大電路的讀圖方法1. 化整為零:按信號流通順序將:按信號流通順序將N級放大電路分級放大電路分為為N個基本放大電路。個基本放大電路。2. 識別電路:分析每級電路屬于哪種基本電路,分析每級電路屬于哪種基本電路,有何特點。有何特點。3. 統(tǒng)觀總體:分析:分析整個電路的性能特點。整個電路的性能特點。4. 定量估算:必要時需估算主要動態(tài)參數(shù)。:必要時需估算主要動態(tài)參數(shù)。信號從放大管的哪個極輸入?信號從放大管的哪個極輸入?又從哪個極輸出?又從哪個極輸出?二、例題第一級:雙端輸入單端輸出的差放第一級:雙端輸入單端輸出的差放第二級:以復合管為放大管的共射放大電路第二級:以復合管為放大管的共射放大電路第三級:準互補輸出級第三級:準互補輸出級動態(tài)電阻無窮大動態(tài)電阻無窮大1. 化整為零,識別電路2. 基本性能分析 輸入電阻為輸入電阻為2rbe、電壓放大倍數(shù)較大、輸出電阻很、電壓放大倍數(shù)較大、輸出電阻很小、最大不失
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