多級放大電路差動和功放

多級放大電路差動和功放1第1頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四Home習題解答3.多級放大電路3.1多級放大電路的分析計算3.2差分放大電路內(nèi)容簡介本章介紹多級放大電路的耦合方式及分析方法；直接耦合多級放大電路的組成及分析；零點漂移的基本概念；差分放大電路的分析計算；互補輸出級電路。2第2頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四2.5多級放大電路

2.5.1多級放大電路的耦合方式常用的耦合方式有三種,即阻容耦合、直接耦合和變壓器耦合。

1.多級放大電路的組成圖2–29多級放大電路組成的方框圖信號源中間級輸出級負載輸入級多級放大電路3第3頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四Home1.直接耦合

Next1級間耦合：多級放大電路的每一個基本放大電路稱為一級；級與級之間的連接稱之為耦合。多級放大電路有四種基本耦合方式：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合和光電耦合。將前一級的輸出用導線直接連接到后一級的輸入端的耦合方式，稱之為直接耦合。一、直接耦合放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置

例3.1

計算圖3.1所示直接耦合放大電路的靜態(tài)工作點，并在輸出特性曲線上標出該靜態(tài)工作點，進行動態(tài)范圍和失真的定性分析。計算放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。3.1多級放大電路的分析計算4第4頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四5第5頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四2.5.2多級放大電路的指標計算1.電壓放大倍數(shù)由于則上式可寫成加以推廣到n級放大器6第6頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四圖2–34三級阻容耦合放大電路7第7頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四圖2–35考慮前后級相互影響8第8頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

2.輸入電阻和輸出電阻一般說來,多級放大電路的輸入電阻就是輸入級的輸入電阻,而輸出電阻就是輸出級的輸出電阻。由于多級放大電路的放大倍數(shù)為各級放大倍數(shù)的乘積,所以,在設(shè)計多級放大電路的輸入級和輸出級時,主要考慮輸入電阻和輸出電阻的要求,而放大倍數(shù)的要求由中間級完成。具體計算輸入電阻和輸出電阻時,可直接利用已有的公式。但要注意,有的電路形式,要考慮后級對輸入級電阻的影響和前一級對輸出電阻的影響。9第9頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四【例6】圖2-36為三級放大電路。圖2–36例5三級阻容耦合放大電路10第10頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四已知:三極管的電流放大倍數(shù)均為β=50。試求電路的靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。解圖示放大電路,第一級是射極輸出器,第二、三級都是具有電流反饋的工作點穩(wěn)定電路,均是阻容耦合,所以各級靜態(tài)工作點均可單獨計算。11第11頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四第一級:12第12頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四第二級:13第13頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四第三級:14第14頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四電壓放大倍數(shù):第一級:

第一級是射極輸出級,其電壓放大倍數(shù)15第15頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四第二級:16第16頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四第三級:17第17頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四輸入電阻:輸入電阻即為第一級輸入電阻18第18頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四輸出電阻:輸出電阻即為第三級的輸出電阻ro=ro3=Rc3=3kΩ19第19頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四2HomeNextBack

已知：Rs=1.5k，Rb1=20k，Rc1=2.2k，Rc2=720，Vcc=12V，1=2=50，T1、T2均為硅管。3.1多級放大電路的分析計算20第20頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四3HomeNextBack從計算的過程可以看出，直接耦合放大電路的靜態(tài)工作點是相互影響的；從圖中可以看出，T1的靜態(tài)工作點靠近飽和區(qū)，容易產(chǎn)生飽和失真。3.1多級放大電路的分析計算21第21頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四4HomeNextBack3.1多級放大電路的分析計算22第22頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四5HomeNextBack直接耦合放大電路的改進形式：問題：Re2的接入將大大降低第二級的電壓放大倍數(shù)，從而影響整個放大電路的放大能力。問題：DZ的接入將逐級抬高集電極的靜態(tài)電位，使之接近于電源電壓，引起后級的靜態(tài)工作點不合適。3.1多級放大電路的分析計算23第23頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四6二、直接耦合放大電路的優(yōu)缺點優(yōu)點：具有良好的低頻特性，可以放大緩慢變化的信號；無大電容和電感，容易集成。HomeNextBack缺點：靜態(tài)工作點相互影響，分析、計算、設(shè)計較復雜；存在零點漂移。2.阻容耦合

將前一級的輸出用電容連接到后一級的輸入端的耦合方式，稱之為阻容耦合。例3.2圖3.5所示阻容耦合放大電路，推導靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻的表達式。3.1多級放大電路的分析計算24第24頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四7HomeNextBack

提示：（1）在直流通路上求解靜態(tài)工作點，此時電容相當于開路；（2）在微變等效電路上求解交流參數(shù)，此時電容和直流電源均相當于短路。阻容耦合放大電路的直流通路是相互獨立的，電路的分析、計算和調(diào)試比較容易，是分立元件放大電路的主要耦合方式。其缺點是低頻特性差，不能放大緩慢變化的信號；由于耦合電容容量較大，所以不便于集成化。3.1多級放大電路的分析計算25第25頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四8HomeNextBack

提示：（1）在直流通路上求解靜態(tài)工作點，此時電容相當于開路，電感相當于短路；（2）在微變等效電路上求解交流參數(shù)，此時電容和直流電源均相當于短路，變壓器相當于阻抗變換器。3.變壓器耦合

將前一級的輸出通過變壓器連接到后一級的輸入端（或負載上）的耦合方式，稱之為變壓器耦合。例3.3對圖3.6所示放大電路進行靜態(tài)和動態(tài)分析。3.1多級放大電路的分析計算26第26頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四9HomeNextBack變壓器耦合放大電路的直流通路也是相互獨立的，電路的分析、計算和調(diào)試比較容易；可以實現(xiàn)阻抗變換，在分立元件功率放大電路中應(yīng)用廣泛。其缺點是低頻特性差，不能放大緩慢變化的信號；體積大，而且非常笨重，不能集成化。4.光電耦合

光電耦合：以光信號為媒質(zhì)來實現(xiàn)電信號的耦合與傳遞。3.1多級放大電路的分析計算27第27頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四10HomeNextBack輸出特性：3.1多級放大電路的分析計算傳輸比：光電耦合放大電路的最大優(yōu)點是可以實現(xiàn)輸入回路和輸出回路的電氣隔離，從而可有效地抑制電干擾。但其放大能力較差，可用集成光電耦合放大器解決。28第28頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四特點：結(jié)構(gòu)對稱。3.9差動放大電路ui1ui2uoRCR1T1RBRCR1T2RB3.9.1差動放大電路的工作情況29第29頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四一.抑制零漂的原理uo=UC1-UC2

=0當ui1

=

ui2=0

時：uo=(UC1+uC1

)-(UC2+uC2)=0當溫度變化時：+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui230第30頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四二.輸入信號分類(1)差模(differentialmode)輸入ui1=-ui2=ud(2)共模(commonmode)

輸入ui1

=ui2=uC任意輸入的信號ui1,

ui2，都可分解成差模分量和共模分量。(3)比較輸入31第31頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四ui1

=uC

+

ud

；ui2=uC-

ud例:ui1=20mV,ui2=10mV則：ud=5mV,uc=15mV差模分量:共模分量:ui1

=15mV

+5mV

；ui2=15mV-5mV32第32頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四三.共模電壓放大倍數(shù)AC+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2共模輸入信號：

ui1=ui2=uC

（大小相等，極性相同）理想情況：ui1=ui2

uC1=uC2

uo=0共模電壓放大倍數(shù)：（很小，<1)但因兩側(cè)不完全對稱，uo

033第33頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四uoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2四.差模電壓放大倍數(shù)Ad差模輸入信號：

ui1=-ui2=ud

（大小相等，極性相反）(很大，>1)設(shè)uC1=UC1+uC1

，uC2=UC2+uC2

。因ui1=-ui2，

uC1=-uC2

uo=uC1-uC2=uC1-uC2=2uC1

差模電壓放大倍數(shù)：+UCC34第34頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四五.共模抑制比(CMRR)的定義例:

Ad=-200

Ac=0.1KCMRR=20lg(-200)/0.1=66dBCMRR—CommonModeRejectionRatioKCMRR=KCMRR

(dB)=(分貝)35第35頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四為了使左右平衡，可設(shè)置調(diào)零電位器:3.9.2典型差動放大電路（長尾式差動放大電路）特點：加入射極電阻RE；加入負電源-UEE

，采用正負雙電源供電。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE一、靜態(tài)分析36第36頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四雙電源的作用：（1）使信號變化幅度加大。（2）IB1、IB2由負電源-UEE提供。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE37第37頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四ICIE

=2ICUEUBEIBIC溫度TRE的作用

設(shè)ui1

=ui2

=0自動穩(wěn)定RE具有強負反饋作用——抑制溫度漂移，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE38第38頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBRE–UEE二、動態(tài)分析39第39頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四RE對差模信號作用ib2

,ic2

ui1

ui2ib1

,ic1ic1

=-ic2iRE

=ie1+

ie2

=0uRE

=0RE對差模信號不起作用RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBRE–UEEib2ib1ic2ic1iRE40第40頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四差模信號通路T1單邊微變等效電路uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E41第41頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四單邊差模放大倍數(shù):uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib142第42頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四即：總的差動電壓放大倍數(shù)為：差模電壓放大倍數(shù):RRuodui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E若帶負載，RL中點電位為0,所以放大倍數(shù)：43第43頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四差放電路的幾種接法輸入端接法雙端單端輸出端接法雙端單端uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE44第44頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四雙端輸出：Ad

=Ad1單端輸出：對Ad而言，雙端輸入與單端輸入效果是一樣的。ud

=0.5ui,uc

=0雙端輸入：ui1=-ui2=0.5uiud

=0.5ui,uc

=0.5ui單端輸入：ui1=-ui

，ui2=0雙(單)端輸入雙端輸出：Ad

=Ad1雙(單)端輸入單端輸出：45第45頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四(1)功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值:ICM

、UCEM

、

PCM

。ICMPCMUCEMIcuce3.10互補對稱功率放大電路3.10.1對功率放大電路的基本要求46第46頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四(2)電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。(3)電源提供的能量盡可能地轉(zhuǎn)換給負載，以減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（）。Pomax

:負載上得到的交流信號功率。PE：電源提供的直流功率。47第47頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四uotuoibQicuceUSC48第48頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四uo的取值范圍QIcuCEUSC直流負載線交流負載線UCEQ=0.5USC

靜態(tài)工作點：若忽略晶體管的飽和壓降和截止區(qū)，輸出信號uo的峰值最大只能為：放大電路的輸出沒有失真的工作方式稱為甲類放大。49第49頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四如何解決效率低的問題？辦法：降低Q點。既降低Q點又不會引起截止失真的辦法：采用互補對稱射極輸出電路。缺點：但又會引起截止失真。50第50頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四互補對稱功放的類型無輸出變壓器形式（OTL電路）無輸出電容形式（OCL電路）互補對稱：電路中采用兩支晶體管，NPN、

PNP各一支；兩管特性一致。類型：51第51頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四3.10.2互補對稱功放電路一、特點1.單電源供電；2.輸出加有大電容。二、靜態(tài)分析

T1、T2特性對稱，0.5USCRLuiT1T2+USCCAUL+-UC1.無輸出變壓器的乙類互補對稱功放電路52第52頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四三、動態(tài)分析設(shè)輸入端在0.5USC直流電基礎(chǔ)上加入正弦信號。若輸出電容足夠大，UC基本保持在0.5USC，負載上得到的交流信號正負半周對稱，但存在交越失真。ic1ic2交越失真RLuiT1T2+USCCAUL+-時，T1導通、T2截止；時，T1截止、T2導通。0.5USCuit兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作，稱為乙類放大。53第53頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四2.無輸出電容的乙類互補對稱功放電路一、工作原理（設(shè)ui為正弦波）電路的結(jié)構(gòu)特點：ui-USCT1T2uo+USCRLiL1.由NPN型、PNP型三極管構(gòu)成兩個對稱的射極輸出器對接而成。2.雙電源供電。3.輸入輸出端不加隔直電容。54第54頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四ic1ic2動態(tài)分析：ui

0VT1截止，T2導通ui>0VT1導通，T2截止iL=ic1

;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2因此，不需要隔直電容。靜態(tài)分析：ui=0VT1、T2均不工作

uo=0V55第55頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四乙類放大的輸入輸出波形關(guān)系:ui-USCT1T2uo+USCRLiL死區(qū)電壓uiuou"ou′o

′tttt交越失真：輸入信號ui在零點前后，輸出信號出現(xiàn)的失真為交越失真。交越失真56第56頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1)靜態(tài)電流

ICQ、IBQ等于零；(2)每管導通時間等于半個周期；(3)存在交越失真。乙類放大的特點：57第57頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四交越失真產(chǎn)生的原因：在于晶體管特性存在