電子技術(shù)基礎(chǔ)多極放大電路

1、電子技術(shù)基礎(chǔ)多極放大電路第1頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四第4章 多級(jí)放大電路 4.1 多級(jí)放大電路的耦合方式4.3 功率放大電路4.2 阻容耦合放大電路4.5 差動(dòng)式放大電路4.4 直接耦合放大電路第2頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四退出 在多級(jí)放大電路中，每?jī)蓚€(gè)單級(jí)放大電路之間的連接方式叫耦合。實(shí)現(xiàn)耦合的電路稱為級(jí)間耦合電路，其任務(wù)是將前級(jí)信號(hào)傳送到后級(jí)。對(duì)級(jí)間耦合電路的基本要求： 級(jí)間耦合電路對(duì)前、后級(jí)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)不產(chǎn)生影響。 級(jí)間耦合電路不會(huì)引起信號(hào)失真。 盡量減少信號(hào)電壓在耦合電路上的壓降。4.1 多級(jí)放大電路的耦合方式 阻

2、容耦合: 在多級(jí)放大電路中，用電阻、電容耦合的稱為阻容耦合。 變壓器耦合:用變壓器構(gòu)成級(jí)間耦合電路的稱為變壓器耦合。 直接耦合: 直接耦合方式就是級(jí)間不需要耦合元件。 第3頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四1. 靜態(tài)分析 耦合電容通交隔直, 各級(jí)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn),可以單獨(dú)進(jìn)行分析。2. 動(dòng)態(tài)分析(1) n級(jí)放大電路的總電壓放大倍數(shù)多級(jí)放大器的放大倍數(shù)等于各個(gè)單級(jí)放大器放大倍數(shù)的積。在求單級(jí)放大電路的放大倍數(shù)時(shí)必須將后一級(jí)的輸入電阻作為前一級(jí)的負(fù)載考慮，即將第二級(jí)的輸入電阻與第一級(jí)集電極負(fù)載電阻并聯(lián)。(2) n級(jí)放大電路的輸入電阻 n級(jí)放大電路第一級(jí)的輸入電阻就是n級(jí)放

3、大電路的輸入電阻，即(3) n級(jí)放大電路的輸出電阻 n級(jí)放大電路最末一級(jí)的輸出電阻就是n級(jí)放大電路的輸出電阻，即3. 頻率特性:級(jí)數(shù)越多,通頻帶越窄4.2 阻容耦合放大電路第4頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四例：阻容耦合放大電路 已知：Ec=20V, Rs=1K, RB1=100K, RB2=100K, Rc1=15K, RE1=501K, RB1=33K, RB2=6.8K, RC2=7.5K, RE2=2K, RL=5.1K, 1=60, 2=120, UBEQ=0.7V。 求Au1、靜態(tài)值2、輸入電阻3、負(fù)載電阻 4、電壓放大倍數(shù) 第5頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，

4、5月20日，19點(diǎn)58分，星期四例4.2.2.兩 級(jí) 交 流 放 大 電 路 如 圖 所 示， 已 知 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 的 gm=2 mS， 晶 體 管 的 。要 求：(1) 畫 出 放 大 電 路 的 微 變 等 效 電 路；(2) 計(jì) 算 Aus (3) 計(jì) 算 第 一 級(jí) 的 輸 入、輸 出電 阻；(4) 說(shuō) 明 前 級(jí) 采 用 場(chǎng) 效 應(yīng) 管， 后 級(jí) 采 用 射 極 輸 出 放 大 電 路 的 作 用。前 級(jí) 采 用 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 可 以 提 高 電 路 的 輸 入 電 阻，后 級(jí) 采 用 射 極 跟 隨 器 可 以 降 低 輸 出 電 阻， 提 高 帶 負(fù) 載 能 力。第6頁(yè)，共

5、33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四4.3 功率放大電路 功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。為了獲得大的輸出功率，必須使 輸出信號(hào)電壓大； 輸出信號(hào)電流大； 放大電路的輸出電阻與負(fù)載匹配。1. 電壓放大器與功率放大器的區(qū)別：任務(wù)不同： 電壓放大不失真地提高輸入信號(hào)的幅度，以 驅(qū)動(dòng)后面的功率放大級(jí)， 通常工作在小信號(hào)狀態(tài)。 功率放大信號(hào)不失真或輕度失真的條件下提高輸出功率，通常工作在 大信號(hào)狀態(tài)。在前級(jí)電壓放大基礎(chǔ)上, 再乙類放大，為負(fù)載 提供足夠的輸出功率2. 分析方法： 電壓放大 采用微變等效電路法和圖解法 功率放大 圖解法4.3.1. 1功率放大電路的特點(diǎn)

6、4.3.1 功率放大電路的一般問(wèn)題 退出第7頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四 實(shí)例典型的收音機(jī)電路變頻低放中放功放Ic=0.5mAIc=2mAIc=20mAEc=6VPo=30mW電源供給的功率：PDC=EcIc=120mW轉(zhuǎn)換效率：2. 功率放大電路中的一些特殊問(wèn)題1. 要求盡可能大的輸出功率。管子工作在極限的工作狀態(tài)。2. 效率=負(fù)載得到的有用信號(hào)功率Po電源供給的直流功率PDC 3. 非線性失真要小。 在大信號(hào)狀態(tài)工作必然引起失真的問(wèn)題，這就存在增大輸出功率和失真嚴(yán)重的矛盾，這就要求在電路結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，盡可能大的提高輸出功率，減小非線性失真。半導(dǎo)體三極管散熱的

7、問(wèn)題電源供給的能量大多數(shù)以管耗的形式消耗掉，通常功放電路中的工作管必須加散熱片。第8頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四、放大電路工作狀態(tài)甲類放大： 靜態(tài)工作點(diǎn)在交流負(fù)載線中點(diǎn)，用于電壓放大, 甲類雖然放大的信號(hào)不失真，但管耗太大，電路的效率很低。乙類放大： ICQ = 0 ，三極管只在正半周工作，電壓幅值大，用于功率放大甲乙類放大： 在截止區(qū)偏上一點(diǎn)，防止交越失真1. 放大電路工作狀態(tài) 甲乙類放大和乙類放大電路因靜態(tài)電流很小，使電源供給的直流功率幾乎全部轉(zhuǎn)換成交流輸出信號(hào)，因此降低了管耗，提高了效率。但是，這兩種功放電路都出現(xiàn)了嚴(yán)重的波形失真。 2. 射極輸出器的功率放

8、大作用 射級(jí)輸出器具有輸入電阻高、輸出電阻低的特點(diǎn)，能達(dá)到電阻匹配的要求。另外射極輸出器的電壓放大倍數(shù)近似等于1，具有電流放大和功率放大作用。因此用射級(jí)輸出器作功率輸出級(jí)，在負(fù)載上可得到最大不失真輸出功率。 第9頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四4.3.2 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器 2、波形 正半周：T1通，T2止 負(fù)半周：T2通，T1止 輸出： 完整將T1的輸出曲線, 倒置在的T2下方靜態(tài)點(diǎn)Q重合4.3.2.1、乙類功率放大電路 將發(fā)射極電阻用與NPN管相近的PNP管代替，看作兩個(gè)射極輸出器構(gòu)成，兩管均工作在截止?fàn)顟B(tài), 兩管都工作在乙類放大狀態(tài)。輸出電壓uo=0。電路內(nèi)沒(méi)有

9、功率損耗。1、靜態(tài)值 IBQ=0 ICQ=0 VE=0 UCEQ=Ec第10頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四負(fù)載上的最大不失真功率： 輸出電壓幅值輸出電流幅值輸出功率 ：電源功率： 效率當(dāng)Uom = VCC 時(shí)效率最大： =/4 =78.5 每管工作半周的平均電流 第11頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四模電 有一互補(bǔ)對(duì)稱乙類功率放大電路，如圖所示，電源電壓UCC=24V，負(fù)載電阻RL=6。忽略管子的飽和壓降，求電路的最大輸出功率，直流電源供給的總功率、效率和總管耗。 最大輸出功率為直流電源供給的功率為效率為總管耗為第12頁(yè)，共33頁(yè)，2022

10、年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四、甲乙類功率放大電路2.甲乙類功率放大 加很少直流偏置，使Q點(diǎn)銷高于截止點(diǎn)1、交越失真 輸入特性有死區(qū)， ib=0時(shí)，產(chǎn)生波形失真退出第13頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四 為解決交越失真，可給三極管稍稍加一點(diǎn)偏置，使之工作在甲乙類。 雙電源甲乙類功率輸出級(jí)第14頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四4.3.2.3 準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2. 準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 用復(fù)合管構(gòu)成的功率放大電路1、復(fù)合管(達(dá)林頓管) 輸出大，用大功率管把兩只或多只管, 連接成一個(gè)晶體管用第15頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，

11、19點(diǎn)58分，星期四4.3.3 單電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路4.3.3.1、乙類單電源功率放大電路OTL 去掉電源 -Ec ,用大電容C(充放電)代替,調(diào)整參數(shù),使電容電壓為Ec/2輸出電壓的幅值 UomUCC/2, 輸出電流的幅值 Iom=Uom/RLUCC/2RL 輸出最大功率直流電源只是在ui的正半周供給電流，所以ic1的波形是半個(gè)正弦波，每管工作半周的平均電流 直流電源供給的最大總功率 效率 當(dāng)Uom = UCC 時(shí)效率最大 退出第16頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四、甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路T1 T2：互補(bǔ)對(duì)稱電路R4： 調(diào)整兩管Q點(diǎn)C2： 使T1 T

12、2基極電位 相等，保證波形 對(duì)稱R1： 調(diào)整T3偏流使 VA=Ec/2，保證 上下幅值相等第17頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四4.4 變壓器耦合功率放大電路輸出最大功率直流電源供給的最大總功率效率為交流負(fù)載電阻N1為B2原邊繞組總匝數(shù)的一半，N2為B2副繞組匝數(shù)電路的總效率應(yīng)為 =TC， 式中T為變壓器效率，C為放大電路的效率。 靜態(tài)時(shí)，兩管都處于載止?fàn)顟B(tài)，靜態(tài)工作電流IC近于零。 當(dāng)有正弦交流信號(hào)ui時(shí)，則在副繞組兩端出現(xiàn)兩個(gè)極性相反（對(duì)地來(lái)說(shuō)）而大小相等的正弦交流信號(hào)ui1和ui2。 正半周時(shí)，B1副邊電壓的極性是上端為正，下端為負(fù)，則T1導(dǎo)通，T2載止，只有

13、iC1流過(guò)輸出變壓器B2原繞組的上半部分； 負(fù)半周時(shí)，T1載止而T2導(dǎo)通，iC2流地輸出變壓器原繞組的下半部分。 由于兩只晶體管輪流交替工作，則在輸出變壓器B2的副繞組內(nèi)產(chǎn)生的電壓和電流是一個(gè)完整的正弦波形。 退出第18頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四4.5 集成功率放大器TDA2030集成音頻功率放大器12345同相輸入反相輸入負(fù)電壓正電壓輸出 集成功率放大器是應(yīng)用半導(dǎo)體工藝, 將管子,電阻,導(dǎo)線制造在一塊硅片上的固體器件。集成功率放大器TDA2030如所示, 第19頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四由TDA2030構(gòu)成的OCL電路+UCCU

14、CCRLTDA203012345R1R2R3D1D2C1C2C4C3C5ui22k22k680R41第20頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四+UCCD1D20.22FTDA203012345TDA2030-OTL電路第21頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四4.4 直接耦合放大電路 (a)阻容耦合 (b)直接耦合 (c)變壓器耦合在多級(jí)直接耦合放大電路中，為了放大緩變量，前后級(jí)級(jí)間不經(jīng)任何元件，直接把前級(jí)輸出信號(hào)送到后級(jí)的輸入端。 前后級(jí)間靜態(tài)工作點(diǎn)將相互影響 零點(diǎn)漂移 在多級(jí)直接耦合放大電路中，即使把輸入端短路（即無(wú)輸入信號(hào)），在輸出端也會(huì)出現(xiàn)電

15、壓波動(dòng)，使輸出電壓偏離零直，這種現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移，簡(jiǎn)稱零漂。直接耦合放大電路特殊問(wèn)題多級(jí)放大電路的放大倍數(shù)退出第22頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四1. 多級(jí)直接耦合放大電路常用的級(jí)間耦合方式： uoRC1+ECui=0RB1RB2RC2T1T2UBE2RE2UDVC1DuoRC1+ECui=0RB1RB2RC2T1T2UBE2提高后級(jí)發(fā)射極電位的直接耦合放大電路 （2）NPN型和PNP型晶體管 配合使用的直接耦合放大電路DDuoRC1+ECuiRB1RB2RC2T1T2RZ采用穩(wěn)壓管提高后級(jí) 發(fā)射極電位的直接耦合電路 RC2uoRC1+ECui=0RB1RB2T1T

16、2NPN-PNP直接耦合電路 （1）提高后級(jí)NPN型晶體管的發(fā)射極電位 第23頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四產(chǎn)生零漂的原因： 電源電壓的波動(dòng)、 電路元件參數(shù)的變化、 體管參數(shù)隨溫度的變化等。 其中主要因素是溫度對(duì)晶體管參數(shù)的影響(2）抑制零漂的措施 減小零漂的簡(jiǎn)單措施有以下幾種： 選用小的晶體管。 . 采用穩(wěn)壓電源供電。 . 采用直流負(fù)反饋穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。 . 溫度補(bǔ)償電路。 以上辦法雖然簡(jiǎn)單易行，但往往在一個(gè)溫度變化范圍內(nèi)補(bǔ)償好了，而在其它溫度下又不合適了；或在一個(gè)放大電路中配合好了，而在另一個(gè)放大電路中又不合適了。所以這些方法只適用于對(duì)零漂要求不高的場(chǎng)

17、合。 較好地抑制零漂的方法多采用差動(dòng)式放大電路。2. 多級(jí)直接耦合放大電路中的零點(diǎn)漂移 直接耦合放大電路中的零漂現(xiàn)象，表現(xiàn)為緩慢的、不規(guī)則的電壓變化。放大電路的級(jí)數(shù)越多，放大倍數(shù)越大，則零漂電壓逐級(jí)放大，就使零漂越嚴(yán)重，那么，第一級(jí)零漂對(duì)輸出端的總零漂來(lái)說(shuō)，占主要地位。 (1)零點(diǎn)漂移的性質(zhì)及產(chǎn)生的原因第24頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四4.5.1 基本差動(dòng)式放大電路雙端輸出 2個(gè)晶體管參數(shù)一樣零漂抑制 Uo=Uo=UCQ1 - UCQ2=0輸入方式單端輸入雙端輸入輸出方式單端輸出雙端輸出溫度升 高vi1vi2-VEEvc1vc2+-1、電路的組成及零漂的抑制 靜態(tài)

18、分析 Ui1 =Ui2 =0 ICQ1 =ICQ2 UCQ1 = UCQ24.5 差動(dòng)式放大電路退出第25頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四2. 電路的動(dòng)態(tài)分析 (1)輸入類型. 共模輸入 共模信號(hào)-兩個(gè)大小相等、極性相同的信號(hào)共模輸入-把共模信號(hào)加到差動(dòng)放大電路的 輸入端 差動(dòng)放大電路對(duì)共模信號(hào)無(wú)放大能力，電路的共模放大倍數(shù) . 差模輸入 差模信號(hào)兩個(gè)大小相等，極性相反的信號(hào)。差模輸入把差模信號(hào)加在差動(dòng)放大電路的輸入端。 差動(dòng)放大電路既能抑零漂，又有較高的電壓放大倍數(shù)，這樣就較好地解決了抑制零漂和提高放大倍數(shù)之間的矛盾。 . 兩個(gè)任意信號(hào)的輸入 當(dāng)輸入電壓和的大小和極

19、性都是任意的情況下，可以把它等效地分解為差模輸入和共模輸入來(lái)進(jìn)行分析。放大電路輸出端的電壓總變化量應(yīng)為差模輸出電壓和共模輸出電壓的代數(shù)和，第26頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四(2).動(dòng)態(tài)分析1). 共模輸入 共模信號(hào): Ui1 =Ui2總輸入信號(hào): Ui =Ui1 - Ui2 = 0總輸出信號(hào): Uo = 0共模放大倍數(shù): Ac = 02). 差模輸入差模信號(hào): Ui1 = - Ui2總輸入信號(hào): Ui =Ui1 - Ui2 =2 Ui1 Ui10 Ic1Ic1Vc1 -Vc Ui20 Ic2Ic2Vc2 Vc總輸出信號(hào): Uo = (UCQ1 - Vc) - (U

20、CQ2 + Vc) = - 2 Vc差模放大倍數(shù): RB2 rbe 與單管放大電路相同3)任意信號(hào)輸入輸入信號(hào)分解輸出信號(hào)共模信號(hào)差模信號(hào)共模抑制比完全對(duì)稱差放 Ac=0, CMRR= 第27頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四4.5.2 典型差動(dòng)放大電路 (2)、靜態(tài)值 Ui = 0 IE1 + IE2 2IE (相當(dāng)于IE流過(guò)2RE) EERB1RB1u01u02T2RPRB2RCRB2RCT1RE+ECui1ui2u0ui1.、雙端輸入/輸出差放(1)、電路組成差模信號(hào) Ui1 = Ui / 2 Ui2 = - Ui / 2RE : 共模反饋電阻加強(qiáng)抑制零 漂和 共

21、模信號(hào)能力, 可用晶體管代替，動(dòng)態(tài)電阻大，靜態(tài)電阻小EE：抵償RE的直流壓降,獲得合適工作點(diǎn)RP：調(diào)零，改變兩管的初始狀態(tài)TIc1IEVE UBE1IB1Ic1 Ic2 UBE2IB2Ic2退出第28頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四(2) 靜態(tài)分析對(duì)IE1來(lái)說(shuō),等效2Re第29頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四(3)動(dòng)態(tài)分析ic1ic2ie1ie2 Re=0 差模電壓放大倍數(shù) 差模輸入電阻：差模輸出電阻：RL的中點(diǎn)相當(dāng)于公共端（等效地）,對(duì)VT1、VT2各取1/2RL 第30頁(yè)，共33頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)58分，星期四例4.5.1 差動(dòng)放大電路如圖所示，