[電子]模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) (3多級(jí)放大電路)

1、第三版童詩(shī)白第四版華成英第三章 多級(jí)放大電路 3.1 多級(jí)放大電路的耦合方式 3.3 直接耦合放大電路3.2 多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析3.1 多級(jí)放大電路的耦合方式將多個(gè)單級(jí)基本放大電路合理聯(lián)接，構(gòu)成多級(jí)放大電路組成多級(jí)放大電路的每一個(gè)基本電路稱(chēng)為一級(jí)，級(jí)與級(jí)之間的連接稱(chēng)為級(jí)間耦合。四種常見(jiàn)的耦合方式：直接耦合阻容耦合變壓器耦合光電耦合3.1.1直接耦合圖 3.1.1（a)兩個(gè)單管放大電路簡(jiǎn)單的直接耦合特點(diǎn)：(1) 可以放大交流和緩慢變化及直流信號(hào)；(2) 便于集成化。(3)各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響；基極和集電極電位會(huì)隨著級(jí)數(shù)增加而上升；(4)零點(diǎn)漂移（如何克服）。Rc1Rb1+VCC+T1+Rc

2、2Rb2T2第三章 多級(jí)放大電路一、 直接耦合放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置改進(jìn)電路(b)電路中接入 Re2，保證第一級(jí)集電極有較高的靜態(tài)電位，但第二級(jí)放大倍數(shù)嚴(yán)重下降。 改進(jìn)電路(c1)穩(wěn)壓管動(dòng)態(tài)電阻很小，可以使第二級(jí)的放大倍數(shù)損失小。但集電極電壓變化范圍減小。DZRc1Rb1+VCC+T1+Rc2RT2(c)Rc1Rb1+VCC+T1+Rc2Re2T2(b)第三章 多級(jí)放大電路改進(jìn)電路(c2)+VCCRc1Rb1+T1+Rc2Rb2T2Dz改進(jìn)電路(d) 可降低第二級(jí)的集電極電位，又不損失放大倍數(shù)。但穩(wěn)壓管噪聲較大。NPN管和PNP管混合使用，可獲得合適的工作點(diǎn)。為經(jīng)常采用的方式。(c)Rc1R

3、b1+VCC+T1+Re2Rc2T2-(d)圖 3.1.1直接耦合放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置第三章 多級(jí)放大電路3.1.2阻容耦合圖 3.1.2阻容耦合放大電路C1RC1Rb1+VCCC2RL+T1+Rc2Rb2C3T2+第 一 級(jí)第 二 級(jí)特點(diǎn)：靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，在分立元件電路中廣泛使用。在集成電路中無(wú)法制造大容量電容，不便于集成化，因而在集成電路盡量不用。第三章 多級(jí)放大電路3.1.3變壓器耦合圖 3.1.3變壓器耦合共射放大電路(a)電路(b)交流等效電路以前功率放大電路廣泛采用此耦合方式。目前基本不用。第三章 多級(jí)放大電路變壓器耦合放大電路選擇恰當(dāng)?shù)淖儔罕?，可在?fù)載上得到盡可能大的輸出

4、功率。變壓器耦合放大電路第二級(jí)VT2、VT3組成推挽式放大電路，信號(hào)正負(fù)半周VT2、VT3 輪流導(dǎo)電。第三章 多級(jí)放大電路3.1.4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，因而其抗干擾能力強(qiáng)而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。一、光電耦合圖3.1.5光電耦合器及其傳輸特性發(fā)光元件光敏元件第三章 多級(jí)放大電路二、光電耦合放大電路圖3.1.6光電耦合放大電路目前市場(chǎng)上已有集成光電耦合放大電路，具有較強(qiáng)的放大能力。第三章 多級(jí)放大電路3.2多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析一、電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)等于各級(jí)電壓放大倍數(shù)的乘積，即其中， n 為多級(jí)放大電路的級(jí)數(shù)。二、 輸入電阻和輸出電阻 通常，多級(jí)放

5、大電路的輸入電阻就是輸入級(jí)的輸入電阻；輸出電阻就是輸出級(jí)的輸出電阻。 具體計(jì)算時(shí)，有時(shí)它們不僅僅決定于本級(jí)參數(shù)，也與后級(jí)或前級(jí)的參數(shù)有關(guān)。第三章 多級(jí)放大電路如圖所示的兩級(jí)電壓放大電路，已知1= 2 =50, T1和T2均為3DG8D,其rbb=200歐。計(jì)算前、后級(jí)放大電路的靜態(tài)值(UBE=0.6V)及電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui.例:1第三章 多級(jí)放大電路 兩級(jí)放大電路的靜態(tài)值可分別計(jì)算。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui

6、.解:第三章 多級(jí)放大電路第一級(jí)是射極輸出器:第三章 多級(jí)放大電路第二級(jí)是分壓式偏置電路第三章 多級(jí)放大電路計(jì)算 r i和 r 0小信號(hào)等效電路2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.由等效電路可知，放大電路的輸入電阻 ri 等于第一級(jí)的輸入電阻ri1。第一級(jí)是射極輸出器，它的輸入電阻ri1與負(fù)載有關(guān)，而射極輸出器的負(fù)載即是第二級(jí)輸入電阻 ri2。第三章 多級(jí)放大電路2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui。oU.o1U.第三章 多級(jí)放大電路2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_

7、Ui。oU.o1U.第三章 多級(jí)放大電路求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)第一級(jí)放大電路為射極輸出器2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.第三章 多級(jí)放大電路第二級(jí)放大電路為共發(fā)射極放大電路總電壓放大倍數(shù)2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.第三章 多級(jí)放大電路一、 零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因直接耦合時(shí)，輸入電壓為零，但輸出電壓離開(kāi)零點(diǎn)，并緩慢地發(fā)生不規(guī)則變化的現(xiàn)象。原因：放大器件的參數(shù)受溫度影響而使 Q 點(diǎn)不穩(wěn)定。也稱(chēng)溫度漂移。圖 3.3.1零點(diǎn)漂移現(xiàn)象uOtOuItO放大電路級(jí)數(shù)愈多，

8、放大倍數(shù)愈高，零點(diǎn)漂移問(wèn)題愈嚴(yán)重。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)象第三章 多級(jí)放大電路二、抑制溫度漂移的方法：(1) 引入直流負(fù)反饋以穩(wěn)定 Q 點(diǎn)；(2) 利用熱敏元件補(bǔ)償放大器的零漂；圖 利用熱敏元件補(bǔ)償零漂R2R1+VCC+T2+RcT1uIuOiC1ReRuB1(3) 采用差分放大電路。第三章 多級(jí)放大電路3.3.2 差分放大電路差分放大電路是構(gòu)成多級(jí)直接耦合放大電路的基本單元電路一、電路的組成圖 3.3.2差分放大電路的組成(a)TRe利用射極電阻穩(wěn)定Q點(diǎn)但仍存在零點(diǎn)漂移問(wèn)題圖 3.3.2差分放大電路的組成(b)TReuOVT的UCQ變化時(shí)，直流電源V始終

9、與之保持一致。第三章 多級(jí)放大電路Rb2Rb1+uI2-+uI1-VBBVBB采用與圖（a）所示電路參數(shù)完全相同，管子特性也相同的電路圖 3.3.2差分放大電路的組成(c)電路以兩只管子集電極電位差為輸出，可克服溫度漂移。共模信號(hào)輸入信號(hào)uI1和uI2大小相等，極性相同。差模信號(hào)輸入信號(hào)uI1和uI2大小相等，極性相反。差分放大電路也稱(chēng)為差動(dòng)放大電路動(dòng)畫(huà)avi6-2.avi第三章 多級(jí)放大電路差分放大電路的改進(jìn)圖將發(fā)射極電阻合二為一、對(duì)差模信號(hào)Re相當(dāng)于短路。ReRb1Rb2+uI1-VBB-uI2+圖 3.3.2差分放大電路的組成(d)典型差分放大電路圖 3.3.2差分放大電路的組成(e)R

10、eRb1Rb2+uI1-VEE-uI2+長(zhǎng)尾式差分放大電路便于調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)，電源和信號(hào)源能共地第三章 多級(jí)放大電路二、長(zhǎng)尾式差分放大電路圖 3.3.3長(zhǎng)尾式差分放大電路ReRb1Rb2-VEEuI1uI2RC2RC11.靜態(tài)分析IE1=IE2=(UEEUBE)2Re ；UCE1=UCE2UCC+UEE(RC+2Re)IE1Uo=0；IB1=IB2 =IE1/(1+ )由于Rb較小，其上的電壓降可忽略不計(jì)。（動(dòng)畫(huà)avi6-1.avi）第三章 多級(jí)放大電路2.對(duì)共模信號(hào)的抑制作用共模信號(hào)的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。所以共模增益電路參數(shù)的理想對(duì)稱(chēng)性，溫度變化時(shí)管子的電流變化完全相同，故可以

11、將溫度漂移等效成共模信號(hào)，差分放大電路對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制作用。射極電阻Re對(duì)共模信號(hào)的負(fù)反饋?zhàn)饔?，抑制了每只晶體管集電極電流的變化，從而抑制集電極的電位的變化。圖 3.3.4差分放大電路輸入共模信號(hào)ReRb1Rb2-VEE+uI1-+uI1-第三章 多級(jí)放大電路3.對(duì)差模信號(hào)的放大作用圖3.3.5差分放大電路加差模信號(hào)（a)分析時(shí)注意二個(gè)“虛地”ReRb1Rb2-VEEuI1uI2RC2RC1+uId-+-+ uod-EE點(diǎn)電位在差模信號(hào)作用下不變，相當(dāng)于接“地”。負(fù)載電阻的中點(diǎn)電位在差模信號(hào)作用下不變，相當(dāng)于接“地”。第三章 多級(jí)放大電路+-+Rb1Rb2-差模信號(hào)作用下的等效電路圖3.

12、3.5差分放大電路加差模信號(hào)（b) 動(dòng)態(tài)參數(shù)Rid=2(Rb +rbe;)Rod=2RC共模抑制比雙端輸出，理想情況第三章 多級(jí)放大電路4.電壓傳輸特性放大電路的輸出電壓和輸入電壓之間的關(guān)系曲線。uo f( uI )如改變uI的極性，可得另一條圖中虛線所示的曲線，它與實(shí)線完全對(duì)稱(chēng)。uIuo第三章 多級(jí)放大電路三、 差分放大電路的四種接法 雙入、雙出 雙入、單出 單入、雙出 單入、單出基于不同的應(yīng)用場(chǎng)合，有雙、單端輸入和雙、單端輸出的情況。所謂“單端”指一端接地。“單端”的情況，還具有共模抑制能力嗎？第三章 多級(jí)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)IE1=IE2=(UEEUBE)2RE UCE1=Uo+UEERE

13、IE1. 雙端輸入單端輸出電路圖3.3.7雙端輸入單端輸出差分放大電路-+uI-Rb2Rb1IB1=IB2 =IE1/(1+ )注意：由于輸出回路的不對(duì)稱(chēng)性，UCEQ1UCEQ2。第三章 多級(jí)放大電路+-+Rb1Rb2-RL+-圖3.3.9圖3.3.7所示電路對(duì)差模信號(hào)的等效電路動(dòng)態(tài)分析Rid=2(Rb +rbe;)Rod=RC問(wèn)題：如輸出信號(hào)取自T2管的集電極，動(dòng)態(tài)分析結(jié)果如何？第三章 多級(jí)放大電路共模電壓增益如輸入共模信號(hào)：uoc=ICRL;uic=IBrbe+(1+)2Re;圖3.3.10共模信號(hào)作用下的雙入單出電路增大Re是改善共模抑制比的基本措施第三章 多級(jí)放大電路靜態(tài)分析2. 單端

14、輸入、雙端輸出與雙入雙出的一樣IE1=IE2=(VEEVBE)2RE ；VCE1=VCE2VCC+VEE(RC+2RE)IEVo=0uIIB1=IB2 =IE1/(1+ )圖3.3.11單端輸入、雙端輸出電路a第三章 多級(jí)放大電路動(dòng)態(tài)分析運(yùn)用疊加定理：與雙入雙出的一樣共模輸入信號(hào)差模輸入信號(hào)圖3.3.11單端輸入、雙端輸出等效電路(b)第三章 多級(jí)放大電路靜態(tài)分析與雙入單出的一樣IE=(VEEVBE)2RE ；VCE1=Vo+VEEREIEVo=VCCRL(RC+RL)ICRLRC(RC+RL)3. 單端輸入、單端輸出圖3.3.12單端輸入單端輸出電路動(dòng)態(tài)分析：與雙入單出的一樣。（略）IB1=

15、IB2 =IE1/(1+ )uI第三章 多級(jí)放大電路 雙端輸出時(shí)： 單端輸出時(shí)： (2)共模電壓放大倍數(shù) 與單端輸入還是雙端輸入無(wú)關(guān)，只與輸出方式有關(guān)： 雙端輸出時(shí)： 單端輸出時(shí)：4.差動(dòng)放大器動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算總結(jié)(1)差模電壓放大倍數(shù)與單端輸入還是雙端輸入無(wú)關(guān)，只與輸出方式有關(guān)：第三章 多級(jí)放大電路 (3)差模輸入電阻 不論是單端輸入還是雙端輸入，差模輸入電阻Rid是基本放大電路的兩倍。 (4)輸出電阻 單端輸出時(shí) 雙端輸出時(shí)第三章 多級(jí)放大電路(5)共模抑制比 共模抑制比KCMR是差分放大器的一個(gè)重要指標(biāo)?；?雙端輸出時(shí)KCMR可認(rèn)為等于無(wú)窮大， 單端輸出時(shí)共模抑制比：第三章 多級(jí)放大電路四、

16、改進(jìn)型差分放大電路 用三極管代替“長(zhǎng)尾式”電路的長(zhǎng)尾電阻，即構(gòu)成恒流源式差分放大電路RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEET31. 電路組成T3：恒流管作用： 能使 iC1、iC2基本上不隨溫度的變化而變化，從而抑制共模信號(hào)的變化。圖 3.3.13具有恒流源的差分放大電路第三章 多級(jí)放大電路2. 靜態(tài)分析當(dāng)忽略 T3 的基極電流時(shí)， Rb1 上的電壓為RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEET3于是得到圖 3.3.13具有恒流源的差分放大電路第三章 多級(jí)放大電路3. 動(dòng)態(tài)分析由于恒流三極管相當(dāng)于一個(gè)阻值很大的長(zhǎng)尾電阻，它的作用也是引入一

17、個(gè)共模負(fù)反饋，對(duì)差模電壓放大倍數(shù)沒(méi)有影響，所以與長(zhǎng)尾式交流通路相同。差模電壓放大倍數(shù)為差模輸入電阻為差模輸出電阻為RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2第三章 多級(jí)放大電路具有電流源的差分放大電路簡(jiǎn)化畫(huà)法ui1T1+VCCT2RCuoui2RCVEEIui1T1+VCCT2RCuoui2RCVEER2R3IC3T3T4IREFIC4R1第三章 多級(jí)放大電路復(fù)習(xí)1.差分放大電路的類(lèi)別基本差分放大電路長(zhǎng)尾差分放大電路恒流源式差分放大電路2.差分放大電路的接法+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1+uId+uoR1R2+VCCRc+VT1VT2Rc+uId+uoRR-VEEReRcVT1VT

18、2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT3RcVT1VT2Rc+uoRRuIuI2+VCCVEEIR+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。FET差分放大電路T2Rg1vidT1RdRdVDD-VEERg2Vo2iD2iD2I0第三章 多級(jí)放大電路RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2RWVEE+VCCI圖3.3.14恒流源電路的簡(jiǎn)化畫(huà)法及電路調(diào)零措施帶調(diào)節(jié)電位器RW的恒流源電路的簡(jiǎn)化畫(huà)法調(diào)節(jié)電位器RW的滑動(dòng)端位置可使電路在uI1=uI2=0時(shí)，uO=0。第三章 多級(jí)放大電路3.3.3直接耦合互補(bǔ)輸出級(jí)一、基本電路在輸入信號(hào)的正半周，T1 導(dǎo)通，iC1 流過(guò)負(fù)載； 負(fù)半周，T2導(dǎo)通，iC2 流過(guò)負(fù)載。 在信號(hào)的整個(gè)周期都有電流流過(guò)負(fù)載，負(fù)載上 iL 和 uO 基本上是正弦波。存在的問(wèn)題：交越失真交越失真圖 3.3.16基本要求：輸出電阻低，最大不失真輸出電壓盡可能大。VCC靜態(tài)時(shí)，輸入輸出電壓均