模擬電子技術(shù)-第三章

模擬電子技術(shù)電子教案沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)電子技術(shù)教研室第三章多級(jí)放大器目錄

第三章多級(jí)放大器

第一節(jié)多級(jí)放大器的概念

第二節(jié)差分放大器

第三節(jié)互補(bǔ)輸出級(jí)第三章多級(jí)放大器概述：實(shí)用的放大電路多為多級(jí)放大電路，隨著集成電路的發(fā)展，直接耦合多級(jí)放大電路成為模擬電子電路中常用的放大電路。教學(xué)要求：本章重點(diǎn)是多級(jí)放大電路的四種耦合方式和動(dòng)態(tài)參數(shù)的分析方法，差分放大電路的工作原理，主是參數(shù)和四種接法，以及互補(bǔ)輸出級(jí)。第三章多級(jí)放大器目錄第三章多級(jí)放大器1.必要性：?jiǎn)喂芊糯笃鞯男阅軉我?，無(wú)法保證工程上對(duì)功能和性能上提出的各種要求，需要不同功能和性能的單級(jí)放大器進(jìn)行組合。第一節(jié)多級(jí)放大器的概念2.級(jí)間耦合原則如何“連接”幾個(gè)單級(jí)放大電路，耦合方式即連接方式。﹡保證各級(jí)工作點(diǎn)合適；﹡保證信號(hào)傳輸暢通﹡四種耦合方式：直接、阻容、變壓器、光電耦合一、多級(jí)放大器的必要性目錄第三章多級(jí)放大器二、四種耦合方式特點(diǎn)1.直接耦合﹡定義：各級(jí)之間，末級(jí)與負(fù)載之間，第一級(jí)與信號(hào)源之間，直接用導(dǎo)線連接，不需其它元件。第一節(jié)多級(jí)放大器的概念Q1不合適，如何調(diào)整e2接電阻？二極管、穩(wěn)壓管，PNP(T2)目錄第三章多級(jí)放大器﹡直接耦合電路性能：低頻響應(yīng)好（因無(wú)電容）易于集成化（最大優(yōu)點(diǎn)），集成電路最常用兩級(jí)Q點(diǎn)之間互相影響存在零點(diǎn)漂移（最大缺點(diǎn)）第一節(jié)多級(jí)放大器的概念﹡零點(diǎn)漂移

目錄第三章多級(jí)放大器零點(diǎn)：指放大器的ui=0時(shí)uo值（為零或定值）零漂：指零點(diǎn)隨外界條件變化，而發(fā)生的隨機(jī)緩慢變化“零漂”危害：零漂屬于假信號(hào)，它干擾正常放大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞放大器“零漂”產(chǎn)生原因：溫度變化、電源波動(dòng)、元器件老化等，導(dǎo)至ICQ變化，uo變化抑制“零漂”措施：最好的措施是采用差分放大器第一節(jié)多級(jí)放大器的概念﹡關(guān)于零漂的幾個(gè)問(wèn)題

目錄第三章多級(jí)放大器2.阻容耦合第一節(jié)多級(jí)放大器的概念﹡電路性能：

各級(jí)工作點(diǎn)互相獨(dú)立、無(wú)零漂、能傳輸交流、低頻響應(yīng)差、不易集成化

﹡定義：兩級(jí)之間、末級(jí)與負(fù)載之間、或第一級(jí)與信號(hào)源之間，用電容器連接目錄第三章多級(jí)放大器3.變壓器耦合第一節(jié)多級(jí)放大器的概念﹡電路性能：傳輸交流有隔離作用（隔直流、無(wú)零漂、兩級(jí)工作點(diǎn)互相獨(dú)立）有阻抗變換作用，體大價(jià)貴有電磁干擾。低頻場(chǎng)合用的很少﹡定義：兩級(jí)之間、末級(jí)與負(fù)載之間、或第一級(jí)與信號(hào)源之間，用變壓器連接目錄第三章多級(jí)放大器4.光電耦合第一節(jié)多級(jí)放大器的概念﹡電路性能：抗干擾能力強(qiáng)，應(yīng)用較多。傳輸時(shí)線性不好﹡定義：兩級(jí)之間用光電耦合器連接目錄第三章多級(jí)放大器三、多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析第一節(jié)多級(jí)放大器的概念1.分析方法：﹡劃多級(jí)為單級(jí)，從單級(jí)入手分析性能。﹡分析單級(jí)性能時(shí)要考慮級(jí)間影響。前級(jí)放大器等效為相鄰后級(jí)的信號(hào)源（US－RS）其中，US是后級(jí)開路時(shí)，前級(jí)的輸出電壓Uo，RS是前級(jí)放大器的輸出電阻Ro后級(jí)放大器的輸入電阻Ri，是相鄰前級(jí)的負(fù)載RL目錄第三章多級(jí)放大器2.多級(jí)放大器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)分析：第一節(jié)多級(jí)放大器的概念A(yù)u（總）=Au1×Au2×……×AunRi（總）=Ri1（第一級(jí)的）Ro（總）=Ron（末級(jí)的）注意：共集放大器作為第一級(jí)和最末級(jí)時(shí)，Ri和Ro的求法。目錄第三章多級(jí)放大器3.多級(jí)放大器的分析示例：第一節(jié)多級(jí)放大器的概念第一級(jí)共射、第二級(jí)共集目錄第三章多級(jí)放大器概述：差分放大電路是抑制零漂、抗干擾的重要措施；是模擬集成電路輸入級(jí)的基本單元電路，應(yīng)用較多。第二節(jié)差分放大器一、長(zhǎng)尾式差分放大電路的分析1.電路的組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：﹡正、負(fù)雙電源供電﹡電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱﹡有兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端﹡信號(hào)輸入方式單端輸入、雙端輸入﹡信號(hào)輸出方式雙端輸出、單端輸出目錄第三章多級(jí)放大器2.靜態(tài)（直流）分析直流雙電源保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；各極相應(yīng)直流電壓、電流相等。通常，Rb較小，且IBQ很小，故晶體管輸入回路方程：第二節(jié)差分放大器目錄第三章多級(jí)放大器3.差放存在兩種輸入信號(hào)①共模輸入信號(hào)uIc：數(shù)值相等、相位相同差模輸入信號(hào)uId：數(shù)值相等、相位相反②在本電路中﹡若uI1=uI2，稱加入共模輸入信號(hào)uIc﹡若uI1=-uI2，稱加入差模輸入信號(hào)記作uId1=uI1uId2=uI2=-uId1﹡若uI1和uI2不等則一定分解出uIc和uId兩個(gè)分量，即，uId=uI1-uI2稱差模輸入電壓uId1=(1/2)uIduId2=-(1/2)uIduIc=uIc1=uIc2=(1/2)(uI1+uI2)第二節(jié)差分放大器目錄第三章多級(jí)放大器4.對(duì)共模信號(hào)的抑制能力①共模信號(hào)作用下的工作狀態(tài)﹡各極電壓、電流變化量數(shù)值相等相位相同，負(fù)載中無(wú)電流（因Uoc=Uoc1-Uoc2=0）對(duì)共模信號(hào)呈開路﹡對(duì)每一支管的發(fā)射極而言相當(dāng)于接入2Re②差放對(duì)共模信號(hào)的抑制作用﹡電路對(duì)稱相減輸出，使共模輸出相抵消﹡

Re對(duì)共模信號(hào)起強(qiáng)烈抑制作用。數(shù)值越大抑制能力越強(qiáng)。(Re↑Ac↓即uoc↓)單端輸出時(shí)抑制共模第二節(jié)差分放大器目錄第三章多級(jí)放大器5.對(duì)差模信號(hào)的放大作用①加差模信號(hào)時(shí)工作狀態(tài)由于兩基極所加輸入電壓數(shù)值相等，相位相反。對(duì)差模信號(hào)：RL中點(diǎn)、e點(diǎn)是虛地點(diǎn)②計(jì)算動(dòng)態(tài)參數(shù)：Ad、Rid、Rod、Ac、KCMR第二節(jié)差分放大器目錄第三章多級(jí)放大器5.對(duì)差模信號(hào)的放大作用②計(jì)算動(dòng)態(tài)參數(shù)：Ad、Rid、Rod、Ac、KCMRAc=0共模抑制比KCMR：反映差分放大電路放大差模信號(hào)、抑制共模信號(hào)的能力。第二節(jié)差分放大器在參數(shù)理想對(duì)稱的情況KCMR=∞

目錄第三章多級(jí)放大器二、差分放大電路的四種接法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，信號(hào)源需要有“接地”點(diǎn)，以避免干擾；或負(fù)載需要有“接地”點(diǎn)，以安全工作。第二節(jié)差分放大器6.差動(dòng)放大器的輸出信號(hào)差動(dòng)放大器正常工作時(shí)，差模信號(hào)與共模信號(hào)共存（瞬時(shí)值）UO=AudUId+AucUIC+UCQ雙入：信號(hào)分別從b1和b2輸入單入：僅從一個(gè)基極與地之間輸入雙出：從C1與C2之間輸出,單出：僅從C1或C2與地之間輸出四種連接方式：雙入雙出

雙入單出單入雙出單入單出目錄第三章多級(jí)放大器1.雙端輸入單端輸出：第二節(jié)差分放大器﹡靜態(tài)分析：由于輸入回路沒有變化，所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時(shí)一樣，但是UCEQ1≠UCEQ2目錄第三章多級(jí)放大器﹡差模信號(hào)作用下的分析1.雙端輸入單端輸出：Ro=RcRi=2(Rb+rbe)從T1管輸出，Ad為“負(fù)”；從T2管輸出，Ad為“正”第二節(jié)差分放大器目錄第三章多級(jí)放大器﹡共模信號(hào)作用下的分析1.雙端輸入單端輸出：第二節(jié)差分放大器目錄第三章多級(jí)放大器2.單端輸入雙端輸出：第二節(jié)差分放大器輸入差模信號(hào)的同時(shí)，總是伴隨著共模信號(hào)輸入3.四種連接方式下的交流性能uId=uIuIc=uI/2①輸入電阻Rid：四種連接方式完全相同，僅取決于輸入回路參數(shù)Rid均為2（Rb+rbe）②Ad、Ac、KCMR、Ro、Q點(diǎn)均與輸出方式有關(guān)雙出：Aud=Au(單)、Ro=2Rc單出：Aud=(1/2)Au(單)、Ro=Rc目錄第三章多級(jí)放大器三、提高差放性能的幾點(diǎn)措施1.提高共模抑制比KCMR以恒流源取代BJT差放中的射極電阻Re2.調(diào)整電路的對(duì)稱性RW調(diào)整電路的對(duì)稱性，取值小好第二節(jié)差分放大器目錄第三章多級(jí)放大器3.提高差分電路的輸入阻抗Rid第二節(jié)差分放大器﹡采用場(chǎng)效應(yīng)管組成差分放大器；﹡晶體管采用共集接法組成差動(dòng)放大器4.改善頻響晶體管采用共基或共集接法組成差動(dòng)放大器5.集成化三、提高差放性能的幾點(diǎn)措施目錄第三章多級(jí)放大器四、具有恒流源的差分放大電路第二節(jié)差分放大器1.恒流源差放原因Re↑→KCMR↑，但使工作點(diǎn)UCEQ變化。為使Q點(diǎn)穩(wěn)定→VEE↑不實(shí)用。2.以恒流源取代Re對(duì)提高KCMR有效恒流源特性：﹡對(duì)直流可只有幾伏直流壓降﹡

對(duì)交流等效成幾十KΩ以上大電阻目錄第三章多級(jí)放大器3.恒流源差分電路（示例）第二節(jié)差分放大器T3組成恒流源電路：UR2恒定→IE3恒定→IC3近似恒流IC3≈IE3IE1=IE2=IC3／2該電路的靜態(tài)分析從恒流源開始目錄第三章多級(jí)放大器一、多級(jí)電壓放大器對(duì)輸出級(jí)的要求1.輸出電阻Ro低，提高帶載能力---------共集電路2.最大不失真輸出電壓Uom盡可能大----------正負(fù)雙電源供電3.直流功耗小，負(fù)載電阻上無(wú)直流功耗----------靜態(tài)工作電流小，零輸入零輸出第三節(jié)互補(bǔ)輸出級(jí)二、基本電路1.組成特點(diǎn)﹡

T1、T2管為性能相同的互補(bǔ)管﹡正負(fù)雙電源供電﹡對(duì)每只管而言構(gòu)成射極輸出器﹡直接耦合。輸出端無(wú)耦合電容，稱OCL功放目錄第三章多級(jí)放大器2.靜態(tài)分析靜態(tài)時(shí)基極沒有直流偏壓，T1、T2均截止，無(wú)靜態(tài)。UB=UE=03.動(dòng)態(tài)分析兩只管子交替工作，兩路電源交替供電，雙向跟隨。在負(fù)載上合成一個(gè)完整正弦波。第三節(jié)互補(bǔ)輸出級(jí)4.交越失真（缺點(diǎn)）﹡定義：在ui過(guò)零附近，uo不按正弦規(guī)律變化或幾乎為零﹡原因：無(wú)靜態(tài)工作點(diǎn)，所以當(dāng)|ui|<Uon時(shí)晶體管截止，uo≈0﹡消除的措施：設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)（較?。┠夸浀谌露嗉?jí)放大器三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí)第三節(jié)互補(bǔ)輸出級(jí)﹡雙電源使D1和D2始終處于導(dǎo)通狀態(tài)﹡

D1和D2的交流電阻rd很小，可近似認(rèn)為ui直接作用于基極1.利用二極管目錄第三章多級(jí)放大器2.設(shè)置偏壓其它方法

第三節(jié)互補(bǔ)輸出級(jí)三、消除交越失真