第3章多級放大電路(江蘇師范)

第3章多級放大電路3.1多級放大電路的耦合方式3.2多級放大電路的動(dòng)態(tài)分析3.3直接耦合多級放大電路3.1多級放大電路的耦合方式

知識要點(diǎn)：掌握四種多級放大電路耦合方式的特點(diǎn)（優(yōu)缺點(diǎn)）將兩個(gè)或兩個(gè)以上的單管放大電路通過一定的方式合理的連接起來，即構(gòu)成多級放大電路。組成多級放大電路的每一個(gè)單管放大電路稱為一級；級與級之間的連接稱為級間耦合。多級放大電路四種常見的耦合方式為：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合、光電耦合?；靖拍睿狠敵?.1.1直接耦合方式思考：此直接耦合式多級放大電路進(jìn)行幾次結(jié)構(gòu)改進(jìn)？原因何在？措施如何？直接耦合式兩級共射放大電路B2共進(jìn)行3次結(jié)構(gòu)改進(jìn)：第一次改進(jìn)原因：因?yàn)?/p>

容易導(dǎo)致T1管產(chǎn)生飽和失真。改進(jìn)措施：T2管增加發(fā)射極電阻，抬升UB2Q值，即可解決。

Re2UCEQ1+_UBEQ2+_0.2V直流通路第二次改進(jìn)原因：由于T2管增加了發(fā)射極電阻，導(dǎo)致第二級放大電路電壓放大能力下降。

改進(jìn)措施：用普通二極管或穩(wěn)壓二極管取代Re2即可，因?yàn)閷τ谥绷髁?，兩種類型的二極管均可等效為直流電壓源，對動(dòng)態(tài)信號，兩種類型的二極管均可等效為阻值很小的動(dòng)態(tài)電阻，因而對電壓放大倍數(shù)數(shù)值影響較小。B2Re2C1C2B2B1為確保兩個(gè)NPN的BJT均處于放大狀態(tài)，即其集電結(jié)反向偏置，則其各自的集電極電位必須高于本管的基極電位。UBQ2+_UCQ2+_UBQ1+_UCQ1+_第三次改進(jìn)原因：因原電路均由NPN型三極管構(gòu)成，會(huì)導(dǎo)致后一級電路的集電極電位逐級升高，最終導(dǎo)致電位值接近直流電壓源VCC電壓，從而令其Q點(diǎn)設(shè)置不合適。改進(jìn)措施：前后級放大電路由NPN型和PNP型三極管交替構(gòu)成，即可解決此問題。B1C1C2B2直接耦合方式優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：低頻特性良好，可以放大緩慢變化的信號甚至是直流信號；由于沒有大容量電容，因此易于集成化。缺點(diǎn)：1、前后級靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響，不獨(dú)立，分析、設(shè)計(jì)、調(diào)試?yán)щy；2、存在“零點(diǎn)漂移”問題。廣泛應(yīng)用于集成放大電路中。3.1.2阻容耦合方式：優(yōu)點(diǎn)：前后級Q點(diǎn)互相獨(dú)立，設(shè)計(jì)與調(diào)試方便。缺點(diǎn)：具有大容量電容，不便于集成；低頻特性差。應(yīng)用于分立元件構(gòu)成的放大電路中。阻容耦合式共射——共集放大電路3.1.3變壓器耦合方式：可接后級放大電路輸入端變壓器耦合方式優(yōu)點(diǎn)：前后級為磁路耦合，各級放大電路Q點(diǎn)相互獨(dú)立，便于分析設(shè)計(jì)和調(diào)試；可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換。

缺點(diǎn)：低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號，不能集成化，體積大、份量重。應(yīng)用于分立元件構(gòu)成的功率放大電路中。3.1.4光電耦合方式：典型應(yīng)用：光電耦合器特點(diǎn)：以光信號為媒介來實(shí)現(xiàn)電信號的耦合和傳遞，各級放大電路Q點(diǎn)相互獨(dú)立，便于分析設(shè)計(jì)和調(diào)試；抗干擾能力強(qiáng)。

電轉(zhuǎn)換為光光轉(zhuǎn)換為電光電耦合放大電路3.2多級放大電路動(dòng)態(tài)分析知識要點(diǎn)：了解多級放大電路動(dòng)態(tài)分析的基本思路多級放大電路交流等效電路（以兩級為例）*前級的輸出電阻是后級的信號源內(nèi)阻*后級的輸入電阻是前級的負(fù)載1、電壓放大倍數(shù)結(jié)論：多級放大電路總的放大倍數(shù)為各級放大電路放大倍數(shù)的乘積。在算前級放大倍數(shù)時(shí)，要把后級的輸入電阻作為前級的負(fù)載2、多級放大電路的輸入電阻是第一級放大電路的輸入電阻：3、多級放大電路的輸出電阻為最后一級放大電路的輸出電阻：注意：1.計(jì)算放大倍數(shù)，是把后一級輸入電阻作為前一級負(fù)載的；當(dāng)共集放大電路作為輸入級（即第一級）時(shí)，它的輸入電阻與其負(fù)載（即第二級的輸入電阻）有關(guān)；而當(dāng)共集放大電路作為輸出級（即最后一級）時(shí)，它的輸出電阻與其信號源內(nèi)阻（即倒數(shù)第二級的輸出電阻）有關(guān)。微變等效電路【例1】第一級第二級+VCCuiuoRB1RB2RC1RE2T1T2RE1RB3++++C1C2C3CE1RLRS+_us1.求靜態(tài)值：這是一阻容耦合放大電路，第一級為共射放大電路，第二級為共集放大電路，各級靜態(tài)值可按單級計(jì)算。2.求動(dòng)態(tài)參數(shù)：Au=Au1Au2????其中Ri2=RB3//[rbe2+

（1+2）(RE2//RL）]Au2?=Uo?Uo1?rbe2+

=（RE2//RL）（1+2）（RE2//RL）（1+2）1Uo?Ib2?第一級第二級rbe1

Ib1?Ib1?1Ui?Us?RC1RLRB2RS+RB1RB3rbe2

Ib2?2Uo1?B1C1E1B2E2C2RE2Ri２Ri=Ri1=RB1//RB2//rbe1第一級第二級RiRorbe1

Uo?Ib1?Ib1?1Ui?Us?RC1RLRB2RS+RB1RB3rbe2

Ib2?2Uo1?B1C1E1B2E2C2RE2Ib2?（1+2）Ro1//RB3

+rbe2Ro=Ro2=//RE2其中Ro1=RC1

Ro1知識要點(diǎn)：1、掌握零點(diǎn)漂移（溫度漂移）產(chǎn)生的現(xiàn)象與原因；2、掌握差分放大電路基本的電路結(jié)構(gòu)、特性與類型。3.3直接耦合多級放大電路3.3.1零點(diǎn)漂移

1、特征（現(xiàn)象）：

當(dāng)直接耦合式多級放大電路輸入信號電壓為零時(shí)，其輸出信號電壓的變化卻不為零，表現(xiàn)出一定的緩慢、不規(guī)則的電壓變化——電壓的漂移，稱為零點(diǎn)漂移。2、原因分析：

電源電壓的波動(dòng)、元器件的老化、環(huán)境溫度變化導(dǎo)致半導(dǎo)體元器件參數(shù)變化。其中以環(huán)境溫度變化影響最大，因此也將“零點(diǎn)漂移”稱為“溫度漂移”，簡稱“溫漂”?！獙?shí)質(zhì)原因：溫度變化導(dǎo)致放大電路Q點(diǎn)參數(shù)不穩(wěn)定。

思考1：為何只在直接耦合式多級放大電路中產(chǎn)生溫度漂移現(xiàn)象，在其它耦合方式的多級放大電路中不會(huì)存在溫漂現(xiàn)象？思考2：溫度漂移現(xiàn)象的存在對放大電路的性能是否有影響？如何進(jìn)行避免與消除？措施一：添加發(fā)射極電阻，構(gòu)成直流負(fù)反饋電路；

措施二：選用半導(dǎo)體二極管等熱敏元器件進(jìn)行溫度補(bǔ)償；

措施三：直接耦合式多級放大電路的輸入級選用差分放大電路。3.3.2差分放大電路

（差動(dòng)放大電路）1、電路類型：基本形式、長尾式、恒流源式——直接耦合多級放大電路的輸入級，只是它的一個(gè)基本單元電路。2、基本形式的差分放大電路

（1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

元件特性對稱；參數(shù)取值對稱；雙信號輸入端，雙信號輸出端。若uI1=uI2=0IBQ1IBQ2ICQ1ICQ2IEQ1IEQ2UCQ1+_UCQ2+_若uI1=uI2≠0（2）定性分析電路特性：（3）信號輸入方式：

※共模輸入方式：兩輸入信號大小相等，極性相同，uI1=uI2（uIc共模信號）

；——為差分放大電路的干擾信號。一般是由于溫漂等原因自發(fā)生成的干擾信號?！钅］斎敕绞剑簝奢斎胄盘柎笮∠嗟?，極性相反。uI1=-uI2=uId/2（uId差模信號）?！覆罘址糯箅娐返挠行盘?。差動(dòng)放大電路中的“差動(dòng)”——兩輸入信號有差別，電路輸出端才有輸出電壓，才有變化?！容^輸入方式：兩輸入信號既非共模，又非差模，兩者的大小和相對極性是任意的。此種輸入方式常用作比較放大。在分析處理時(shí)，可將此特點(diǎn)的輸入信號分解為差模分量和共模分量兩部分。ui2=8mV－2mV例2:

ui1=20mV,ui2=16mV可分解成:

ui1=18mV+2mV

可分解成:

ui1=8mV+2mV共模分量差模分量ui2=18mV－2mV例1:

ui1=10mV,ui2=6mV（4）共模、差模輸入方式下的動(dòng)態(tài)特性分析：※當(dāng)電路以共模方式輸入信號時(shí)：若電路左右參數(shù)完全理想化對稱，則輸出電壓：說明：差分放大電路對它的干擾信號——共模信號有很強(qiáng)的抑制作用，即有很強(qiáng)的抑制溫漂的能力?！?dāng)電路以差模方式輸入信號時(shí)：電路左右對應(yīng)的參數(shù)大小相等，但極性相反，即相差一“-”號，則輸出電壓：說明：差分放大電路對它的有效信號——差模信號，具有比單管共射放大電路更強(qiáng)的電壓放大能力。（5）主要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)：Ad、Ac、KCMRR※共模放大倍數(shù)※

差模放大倍數(shù)

若電路左右參數(shù)理想化對稱，共模放大倍數(shù)Ac=0

輸出電壓

uo

=

Ad

（ui1－

ui2）=

Ad

uid

若電路左右不完全對稱，則Ac0，實(shí)際輸出電壓

uo

=Acuic+

Ad

uid即共模信號對輸出有影響。（CommonModeRejectionRatio)差模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)

KCMR越大，說明差分放大電路對差模信號的放大能力越強(qiáng)，而對共模信號的抑制能力越強(qiáng)。共模抑制比KCMRR共模抑制比※基本形式的差分放大電路

輸入共模信號：輸入差模信號：iE1iE2Re1、Re2引入交、直流負(fù)反饋改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)，改善電路特性3、長尾式差分放大電路：

（1）靜態(tài)分析：求Q點(diǎn)IReIBQIEQECICQ+UBEQ-忽略（2）動(dòng)態(tài)分析——共模輸入方式在左右參數(shù)理想化對稱前提下，輸入共模信號，輸出為0。

求Ad、Ri、Ro（2）動(dòng)態(tài)分析——差模輸入方式3.對差模信號的放大作用在兩個(gè)輸入端加差模信號，即Ui1=-Ui2，這時(shí)一管的射極電流增大，另一管的射極電流減小，且增大量和減小量時(shí)時(shí)相等。因此流過RE的信號電流始終為零，E點(diǎn)電位將保持不變，因此可視為恒壓源，在等效電路中Re相當(dāng)對地交流短路。在兩個(gè)輸入端加差模信號，即Ui1=-Ui2，這時(shí)一管的集電極電壓增大，另一管的集電極電壓減小，且增大量和減小量時(shí)時(shí)相等。因此RL的中點(diǎn)電位將保持不變，因此可視為恒壓源，在等效電路中對地交流短路。

交流地微變等效電路：根據(jù)信號輸入、輸出方式的不同，對應(yīng)四種具體接法：雙端輸入、雙端輸出(3.3.5-P160)

；雙端輸入、單端輸出(3.3.7-P162)；單端輸入、雙端輸出(3.3.11-P164)；單端輸入、單端輸出(3.3.12-P165)。（3）差分放大電路的四種接法：1.雙端輸入—雙端輸出（ui輸入、uo輸出）2.雙端輸入—單端輸出（ui輸入、uo1或uo2輸出）3.單端輸入—雙端輸出（b點(diǎn)接地,ui=

ui1輸入、uo輸出）4.單端輸入-單端輸出（b點(diǎn)接地,ui=

ui1輸入、uo1或uo2輸出）二、輸入輸出方式T1T2+VCCRCRCuouo1uo2RBRBRPREVEEuiui1ui2ab四、動(dòng)態(tài)分析雙端輸入時(shí):ui1=ui2=12ui差模信號uid=ui

共模信號:0因輸入回路電路參數(shù)對稱雙端輸入只有一對差模信號：RET1T2+VCCRCRCuouo2RBRBVEEuiui1ui2uo112uid12uid－輸入信號為uiab單端輸入時(shí):ui1=ui=ui／２＋ui／２ui2=0=ui／２－ui／２差模信號uid=ui

共模信號:uic=

ui/2單端輸入有：一對差模信號和一對共模信號ui2bT1T2+VCCRCRCuouo1uo2RBRBREVEEui1=uiauicuic12uid12uid輸入信號為ui※雙端輸入，單端輸出E直流通路IBQ1IBQ2ICQ1ICQ2IEQ1IEQ2UCQ1UCQ2IRCIL靜態(tài)分析：※雙端輸入，單端輸出加差模信號的動(dòng)態(tài)分析：※雙端輸入，單端輸出加共模信號的動(dòng)態(tài)分析：將Re電阻等效變換后的電路T1管對應(yīng)電路的微變等效電路※單端輸入，雙端輸出結(jié)論：此輸入、輸出方式電路的動(dòng)、靜態(tài)參數(shù)求取與雙端輸入、雙端輸出的完全一致?！?/p>

單端輸入，單端輸出

此輸入、輸出方式電路的動(dòng)、靜態(tài)參數(shù)求取與雙端輸入、單端輸出的完全一致。

如果溫度變化，兩個(gè)差放管的電流將按相同的方向一起增大或減小，相當(dāng)于給放大電路加上一對共模輸入信號。雙端輸入時(shí):單端輸入時(shí):差模信號共模信號差模信號共模信號12uid12uid一對溫漂12uid12uiduicuic一對溫漂+