模電3多級放大電路

第三章多級放大電路第三章多級放大電路第三章多級放大電路§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差分放大電路§3.4互補(bǔ)輸出級§3.5直接耦合多級放大電路讀圖§3.1多級放大電路的耦合方式一、直接耦合

二、阻容耦合

三、變壓器耦合一、直接耦合既是第一級的集電極電阻，又是第二級的基極電阻能夠放大變化緩慢的信號，便于集成化，Q點(diǎn)相互影響，存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。第二級第一級Q1合適嗎？直接連接輸入為零，輸出產(chǎn)生變化的現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移當(dāng)輸入信號為零時(shí)，前級由溫度變化所引起的電流、電位的變化會(huì)逐級放大。求解Q點(diǎn)時(shí)應(yīng)按各回路列多元一次方程，然后解方程組。如何設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)？對哪些動(dòng)態(tài)參數(shù)產(chǎn)生影響？Re必要性？穩(wěn)壓管伏安特性用什么元件取代Re既可設(shè)置合適的Q點(diǎn)，又可使第二級放大倍數(shù)不至于下降太多？二極管導(dǎo)通電壓UD≈？動(dòng)態(tài)電阻rd特點(diǎn)？若要UCEQ＝5V，則應(yīng)怎么辦？用多個(gè)二極管嗎？UCEQ1太小→加Re（Au2數(shù)值↓）→改用D→若要UCEQ1大，則改用DZ。NPN型管和PNP型管混合使用在用NPN型管組成N級共射放大電路，由于UCQi＞UBQi，所以UCQi＞UCQ(i-1）（i=1～N），以致于后級集電極電位接近電源電壓，Q點(diǎn)不合適。UCQ1

（

UBQ2

）

＞

UBQ1UCQ2

＜

UCQ1UCQ1

（

UBQ2

）

＞

UBQ1UCQ2

＞

UCQ1二、阻容耦合利用電容連接信號源與放大電路、放大電路的前后級、放大電路與負(fù)載，為阻容耦合。有零點(diǎn)漂移嗎？共射電路

共集電路Q點(diǎn)相互獨(dú)立。不能放大變化緩慢的信號，低頻特性差，不易集成化。可能是實(shí)際的負(fù)載，也可能是下級放大電路三、變壓器耦合1

2

c

L

l

LP

=

P

，I

2

R'

=

I

2

R理想變壓器情況下，負(fù)載上獲得的功率等于原邊消耗的功率。'2

1

LLc2

l

2I

2NINR

=R

=

()

RL，可實(shí)現(xiàn)阻抗變換！從變壓器原邊看到的等效電阻討論：兩級直接耦合放大電路選擇合適參數(shù)使電路正常工作電位高低關(guān)系從Multisim“參數(shù)掃描”結(jié)果分析兩級放大電路Q點(diǎn)的相互影響。R1取何值時(shí)T2工作在飽和區(qū)？uC1uC2T2工作在放大區(qū)§3.2

多級放大電路的動(dòng)態(tài)分析一、動(dòng)態(tài)參數(shù)分析二、分析舉例一、動(dòng)態(tài)參數(shù)分析1.電壓放大倍數(shù)=nAujj

=1ini2i

iUUoUUo2Uo1Au

=

U

=

UUoRi

=

Ri1輸入電阻輸出電阻Ro

=

Ron對電壓放大電路的要求：Ri大，Ro小，Au的數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。Ri2

=

R5

∥[rbe2

+

(1+

b2

)(R6

∥

RL

)]be1u

2u1rAu

2AAbe2

2

6

LAu

=

Au1r

+

(1＋b

)

(R

∥

R

)=

(1＋b2

)

(R6

∥

RL

)

=

-

b

(R3

∥

Ri2

)Ri

=

R1

∥

R2

∥

rbe15

be21+

b3R

∥

R

+

rRo

=

R6

∥二、分析舉例討論一失真分析：由NPN型管組成的兩級共射放大電路共射放大電路共射放大電路uiou飽和失真？截止失真？首先確定在哪一級出現(xiàn)了失真，再判斷是什么失真。比較Uom1和Uim2，則可判斷在輸入信號逐漸增大時(shí)哪一級首先出現(xiàn)失真。在前級均未出現(xiàn)失真的情況下，多級放大電路的最大不失真電壓等于輸出級的最大不失真電壓。討論二：放大電路的選用1.

按下列要求組成兩級放大電路：①共射、共射2.若測得三個(gè)單管放大電路的輸入電阻、輸出電阻和空載電壓放大倍數(shù)，則如何求解它們連接后的三級放大電路的電壓放大倍數(shù)？清華大學(xué)華成英①Ri＝1～2kΩ，Au的數(shù)值≥3000；②Ri

≥10MΩ，Au的數(shù)值≥300；③Ri＝100～200kΩ，Au的數(shù)值≥150；④Ri≥10MΩ

，Au的數(shù)值≥10，Ro≤100Ω。 注意級聯(lián)時(shí)兩級的相互影響?、诠苍?、共射③共集、共射④共源、共集?！?.3

差分放大電路一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因二、長尾式差分放大電路的組成

三、長尾式差分放大電路的分析

四、差分放大電路的四種接法五、具有恒流源的差分放大電路六、差分放大電路的改進(jìn)一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因1.什么是零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：溫度變化，直流電源波動(dòng)，元器件老化。其中晶體管的特性對溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂?？朔仄姆椒ǎ阂胫绷髫?fù)反饋，溫度補(bǔ)償。典型電路：差分放大電路零點(diǎn)漂移零輸入零輸出理想對稱二、長尾式差分放大電路的組成信號特點(diǎn)？能否放大？共模信號：大小相等，極性相同。差模信號：大小相等，極性相反.信號特點(diǎn)？能否放大？典型電路IBQ1

=

IBQ2=

IBQICQ1

=

ICQ2

=

ICQIEQ1

=

IEQ2

=

IEQUCQ1

=

UCQ2

=

UCQuO

=

UCQ1

-UCQ2

=

0RRRR

t+VCCu

I在理想對稱的情況下：可克服零點(diǎn)漂移；零輸入零輸出；抑制共模信號；放大差模信號。三、長尾式差分放大電路的分析eBEQEQ2RVEE

-U1+

bEQBQII

=IBQ1

=

IBQ2

=

IBQ

ICQ1

=

ICQ

2

=

ICQ

IEQ1

=

IEQ2

=

IEQUCQ1

=

UCQ

2

=

UCQuO

=

UCQ1

-UCQ

2

=

0Rb是必要的嗎？1.Q點(diǎn)：晶體管輸入回路方程：VEE

=UBQ

+UBEQ

+2IEQ

Reb

BQ通常，R

較小，且I

很小，故

I

?UCEQ

?

VCC

-

ICQ

Rc

+U

BEQ選合適的VEE和Re就可得合適的Q2.

抑制共模信號cIcOccDuDu，參數(shù)理想對稱時(shí)A

=

0共模放大倍數(shù)

A

=DiB1

=

DiB2

DiC1

=

DiC2

DuC1

=

DuC2uO

=

uC1

-

uC2

=

(uCQ1

+

DuC1

)

-(uCQ2

+

DuC2

)

=

0共模信號：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號，即uI1

=

uI2

=

uIc2.

抑制共模信號：Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔肐cOccDuDu參數(shù)理想對稱時(shí)Ac

=0共模放大倍數(shù)

A

=Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔茫簻囟茸兓鸬淖兓刃楣材Ｐ盘枌τ诿恳贿呺娐?，Re=?如T(℃)↑→IC1↑IC2

↑→UE↑→IB1

↓IB2

↓→IC1

↓IC2

↓抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。3.

放大差模信號DuC1

=

-DuC2DuO

=

2DuC1DiB1

=

-DiB2DiC1

=

-DiC2△iE1=－△iE2，Re中電流不變，即Re

對差模信號無反饋?zhàn)饔?。uI1

=

-uI2

=

uId

/

2差模信號：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號，即2＋uId—2—＋uIdDuId

=

DiB

2(Rb

+

rbe

)為什么？差模信號作用時(shí)的動(dòng)態(tài)分析Lcdb

be)2RA

=

-R

+

rb

(

R

∥（

3.3.7）差模放大倍數(shù)IdOddDuDuA

=)2LRDuOd

=

-DiC

2(Rc

∥Ri

=

2(

Rb

+

rbe

)

，

Ro

=

2

Rc4.

動(dòng)態(tài)參數(shù)：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR共模抑制比KCMR：綜合考察差分放大電路放大差模信號的能力和抑制共模信號的能力。CMRcKA=

Ad（3.3.10）在參數(shù)理想對稱的情況下，KCMR

=￥。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，信號源需要有“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。根據(jù)信號源和負(fù)載的接地情況，差分放大電路有四種接法：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。四、差分放大電路的四種接法CQCCCQ1UCQ2

=

VCC

-

ICQ

RcRL

Rc

+

RLV

-

I

(Rc

∥

RL

)由于輸入回路沒有變化，所以I

、I

、I

U

=EQ

BQ

CQ與雙端輸出時(shí)一樣。但是UCEQ1≠UCEQ2。1. 雙端輸入單端輸出：Q點(diǎn)分析1.

雙端輸入單端輸出：差模信號作用下的分析db

be(3.3.16)A

=

-

12

R

+

rb

(Rc∥RL

)Ri

=

2(Rb

+

rbe

)，Ro

=

Rc1.

雙端輸入單端輸出：共模信號作用下的分析d2

Rb

+

rbeA

=

-

1b

(Rc

∥

RL

)c(3.3.17)A

=

-Rb

+

rbe

+

2(1+

b)Reb

(Rc∥RL

)CMRbbe(3.3.18)cKA=

Ad

=

Rb

+

rbe

+

2(1+

b)ReR

+

r1.

雙端輸入單端輸出：問題討論b

bed2

R

+

rA

=

-

1b

(Rc

∥

RL

)T2的Rc可以短路嗎？什么情況下Ad為“＋”？雙端輸出時(shí)的Ad是單端輸出時(shí)的2倍嗎？CMRKRb

+

rbe=

Rb

+

rbe

+

2(1+

b)ReRi

=

2(Rb

+

rbe

)，Ro

=

Rc2.

單端輸入雙端輸出共模輸入電壓差模輸入電壓輸入差模信號的同時(shí)總是伴隨著共模信號輸入：在輸入信號作用下發(fā)射極的電位變化嗎？說明什么？uId

=

uI，uIc

=

uI

/

22.

單端輸入雙端輸出問題討論：UOQ產(chǎn)生的原因？如何減小共模輸出電壓？OQd

I

cO2u=

A

u

+

A

uI

+U測試:差模輸出共模輸出靜態(tài)時(shí)的值單端輸入單端輸出的情況請同學(xué)們自行分析！3.

四種接法的比較：電路參數(shù)理想對稱條件下輸入方式：Ri均為2(Rb+rbe)；雙端輸入時(shí)無共模信號輸入，單端輸入時(shí)有共模信號輸入。輸出方式：Q點(diǎn)、Ad、Ac、KCMR、Ro均與之有關(guān)。bebLcd)2KCMRRRo

=

2Rc=

￥Ac

=

0R

+

r雙端輸出：A

=b(R

∥CMRcdKRo

=

Rc2(Rb

+

rbe

)A

=Rb

+

rbe

+

2(1+

b)Re=

Rb

+

rbe

+

2(1+

b)Re

2(Rb

+

rbe

)b(Rc

∥

RL

)b(Rc

∥

RL

)單端輸出：A

=五、差分放大電路的改進(jìn)由前分析可知：Re越大，每一邊的漂移越小，共模負(fù)反饋越強(qiáng)，Ac越小，KCMR越大，差分放

大電路的性能越好。但為使靜態(tài)電流不變，Re越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。需在低電源條件下，設(shè)置合適的IEQ，并得到得到（等效）趨于無窮大的Re。解決方法：采用電流源取代Re！1、具有恒流源差分放大電路的組成EE

BEQR3R2V

-UR

+

RI2

>>

IB3，IE3

?

1

2

等效電阻為無窮大近似為恒流RW取值應(yīng)大些？還是小些？RW對動(dòng)態(tài)參數(shù)的影響？若RW滑動(dòng)端在中點(diǎn)，寫出Ad、Ri的表達(dá)式。2WdRbRcRb

+

rbe

+

(1+

b)A

=

-Ri

=

2(Rb

+

rbe

)

+

(1+

b)RW2、 加調(diào)零電位器

RW（改善對稱性）Ad

=

-gm

Rd，Ri

=

￥

，Ro

=

2Rd六、場效應(yīng)管差分放大電路若uI1=10mV，uI2=5mV，則uId=？

uIc=？uId=5mV

，uIc=7.5mV討論一RRRR

t+VCCu

I若將電橋的輸出作為差放的輸入，則其共模信號約為多少？設(shè)置Q點(diǎn)時(shí)如何考慮？1、uI=10mV，則uId=?uIc=?2、若Ad=－102、KCMR＝103用直流表測uO

，uO=?uId=10mV

，uIc=5mVuO=

Ad

uId+

Ac

uIc+UCQ1=?=?=?討論二單端輸入單端輸出2IEQ=

6

-

0.7

=

5.3kW2

·0.5例3.3.1

電路如側(cè)。已知Rb

=1kW

,

Rc

=10kW

,

RL

=

5.1kW

,Vcc

=12V

,VEE

=

6V

,

b

=100,

rbe

=

2kW

,U

BEQ

=

0.7V

,

IEQ

=

0.5mARe的取值應(yīng)為多少？T1和T2管的UCEQ為多少？試求Au、Ri和Ro

;若將電路改成單端輸出（如圖3.3.7），用直流表測得輸出電壓uo=3V，試問輸入電壓約為多少？設(shè)共模電壓可忽略。解：（1）

Re

?VEE

-UBEQUCQ

=Vcc

-

ICQ

Rc

?12

-0.5·10

=

7VUCEQ

=

UCQ

-UEQ

?

7

+

0.7

=

7.7V例3.3.1

電路如側(cè)。已知Ri

=

2(Rb

+

rbe

)

=

2

·

(1

+

2)

=

6kWb(Rc

/

/

RL

)100

·

10·

2.55Au

=-2

=

10

+

2.55

?

-68Rb

+

rbe1+

2Rb

=1kW

,

Rc

=10kW

,

RL

=

5.1kW

,Vcc

=12V

,VEE

=

6V

,

b

=100,

rbe

=

2kW

,U

BEQ

=

0.7V

,

IEQ

=

0.5mA（1）Re的取值應(yīng)為多少？T1和T2管的UCEQ為多少？試求Au、Ri和Ro

;若將電路改成單端輸出（如圖3.3.7），用直流表測得輸出電壓uo=3V，試問輸入電壓約為多少？設(shè)共模電壓可忽略。解：（2）據(jù)(3.3.7)、(3.3.8)、(3.3.9)可得Ro

=

2Rc

=

20kW交流等效\動(dòng)態(tài)電壓：Du0

=3

-2.36

=0.64VCQ1CQ

C

LRL

5.1U

=Vcc

-

I

(R

/

/

R

)

=

·12

-

0.5·

10

·5.1

?

2.36VRC

+

RL

10

+

5.1

10

+

5.1uo=3V，例3.3.1

電路如側(cè)。已知Rb

=1kW

,

Rc

=10kW

,

RL

=

5.1kW

,Vcc

=12V

,VEE

=

6V

,

b

=100,

rbe

=

2kW

,U

BEQ

=

0.7V

,

IEQ

=

0.5mA（3）若將電路改成單端輸出（如圖3.3.7），用直流表測得輸出電壓試問輸入電壓約為多少？設(shè)共模電壓可忽略。Dui

=

Du0

/

Ad

=

0.64

/

(-56)

?

-11.4mV解：（3）因直流表測得的輸出電壓包涵靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩部分！據(jù)(3.3.12)、(3.3.13)、(3.3.14)可得2d再據(jù)(3.3.16)

可得A1

b(RC

/

/

RL

)1

100

·(10

/

/5.1)?

-56Rb

+

rbe2

1+

2=-

=-

忽略共模影響有：§3.4

互補(bǔ)輸出級一、對輸出級的要求二、基本電路三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級四、準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級互補(bǔ)輸出級是直接耦合的功率放大電路。對輸出級的要求：帶負(fù)載能力強(qiáng)；直流功耗?。回?fù)載電阻上無直流功耗；最大不失真輸出電壓最大。一、對輸出級的要求射極輸出形式靜態(tài)工作電流小輸入為零時(shí)輸出為零雙電源供電時(shí)Uom的峰值接近電源電壓。單電源供電Uom的峰值接近二分之一電源電壓。不符合要求！二、基本電路特征：T1、T2特性理想對稱。靜態(tài)分析T1的輸入特性理想化特性靜態(tài)時(shí)T1、T2均截止，UB=UE=0動(dòng)態(tài)時(shí)T1、T2