模拟电子技术第三章教案.ppt

模拟电子技术基础模拟电子技术基础童诗白、华成英主编童诗白、华成英主编主讲人：叶双信息工程系电子技术教研室第三章第三章 多级放大电路多级放大电路 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 直接耦合放大电路直接耦合放大电路 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析本章重点和考点：本章重点和考点：1、掌掌握握多多级级放放大大电电路路的的耦耦合合方方式式，为为集集成成电电路的学习打好基础路的学习打好基础2、掌握直接耦合放大电路中差分放大电路的组态、掌握直接耦合放大电路中差分放大电路的组态及动态参数的计算及动态参数的计算3 3、了解多级放大电路中的互补输出级、了解多级放大电路中的互补输出级 本章讨论的问题：本章讨论的问题：1.单管放大电路为什么不能满足多方面性能的要求？单管放大电路为什么不能满足多方面性能的要求？2.如何将多个单级放大电路连接成多级放大电路？如何将多个单级放大电路连接成多级放大电路？各种连接方式有和特点？各种连接方式有和特点？3.直接耦合放大电路的特殊问题是什么？如何解决直接耦合放大电路的特殊问题是什么？如何解决？4.差分放大电路与其它基本放大电路有什么区别？差分放大电路与其它基本放大电路有什么区别？为什么它能抑制零点漂移？为什么它能抑制零点漂移？5.直接耦合放大电路输出级的特点是什么？如何根据直接耦合放大电路输出级的特点是什么？如何根据要求组成多级放大电路？要求组成多级放大电路？3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式将多个单级基本放大电路合理联接，构成多级放大电路将多个单级基本放大电路合理联接，构成多级放大电路组成多级放大电路的每一个基本电路称为组成多级放大电路的每一个基本电路称为一级一级，级与级之间的连接称为级与级之间的连接称为级间耦合级间耦合。四种常见的耦合方式四种常见的耦合方式：直接耦合直接耦合阻容耦合阻容耦合变压器耦合变压器耦合光电耦合光电耦合直接耦合直接耦合特点：特点：(1)可以放大交流和可以放大交流和缓慢变化及直流信号；缓慢变化及直流信号；(2)便于集成化。便于集成化。(3)各各级级静静态态工工作作点点互互相相影影响响；基基极极和和集集电电极极电电位位会会随随着着级级数数增加而上升；增加而上升；(4)零点漂移（如何克服）。零点漂移（如何克服）。第一级第一级第二级第二级直接连接直接连接Q点合适吗？点合适吗？直接耦合放大电路静态工作点的设置直接耦合放大电路静态工作点的设置对哪些动态参对哪些动态参数产生影响数产生影响阻容耦合阻容耦合图图 阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路第第 一一 级级第第 二二 级级特点：静态工作点相互独立，在分立元件电路中广特点：静态工作点相互独立，在分立元件电路中广泛使用泛使用,但不能放大缓慢变化的信号。但不能放大缓慢变化的信号。在集成电路中无法制造大容量电容，不便于在集成电路中无法制造大容量电容，不便于集成化，尽量不用。集成化，尽量不用。有零点漂移吗？有零点漂移吗？变压器耦合变压器耦合以前功率放大电路广泛采用此耦合方式。以前功率放大电路广泛采用此耦合方式。目前基本不用。目前基本不用。光电耦合光电耦合光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的，因而其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。的，因而其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。一、光电耦合一、光电耦合光电耦合器及其传输特性光电耦合器及其传输特性发光元件发光元件光敏元件光敏元件二、光电耦合放大电路二、光电耦合放大电路目前市场上已有集成光电耦合放大电路，目前市场上已有集成光电耦合放大电路，具有较强的放大能力。具有较强的放大能力。多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析一、电压放大倍数一、电压放大倍数二、二、输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 通通常常，多多级级放放大大电电路路的的输输入入电电阻阻就就是是输输入入级级的的输输入入电电阻阻；输出电阻就是；输出电阻就是输出级的输出电阻。输出级的输出电阻。具具体体计计算算时时，有有时时它它们们不不仅仅仅仅决决定定于于本本级级参参数数，也也与与后级或前级的参数有关。后级或前级的参数有关。如图所示的两级电压放大电路，如图所示的两级电压放大电路，已知已知1=2=50,T1和和T2均为均为3DG8D。计算前、后级放大电路的静态值计算前、后级放大电路的静态值计算前、后级放大电路的静态值计算前、后级放大电路的静态值(U UBEBE=0.6V)=0.6V)及电路的动态参数。及电路的动态参数。及电路的动态参数。及电路的动态参数。RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 510 10k oU.例例例例:1:1 两级放大电路的静态值可分别计算。两级放大电路的静态值可分别计算。RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 510 10k oU.解解:第一级是射极输出器第一级是射极输出器第一级是射极输出器第一级是射极输出器:第二级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路计算计算计算计算 r r i i和和和和 r r 0 0小信号等效电路小信号等效电路小信号等效电路小信号等效电路2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_oU.o1U.由等效电路可知，放大电路的输入电阻由等效电路可知，放大电路的输入电阻 r ri i 等于第一级的等于第一级的输入电阻输入电阻r ri1i1。第一级是射极输出器，它的输入电阻第一级是射极输出器，它的输入电阻r ri1i1与负载有关，而与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻射极输出器的负载即是第二级输入电阻 r ri2i2。2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui。oU.o1U.2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui。oU.o1U.求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数第一级放大电路为射极输出器第一级放大电路为射极输出器第一级放大电路为射极输出器第一级放大电路为射极输出器2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.第二级放大电路为共发射极放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路总电压放大倍数总电压放大倍数2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.一、一、零点漂移现象及其产生的原因零点漂移现象及其产生的原因直直接接耦耦合合时时，输输入入电电压压为为零零，但但输输出出电电压压离离开开零零点点，并并缓缓慢慢地地发生不规则变化的现象。发生不规则变化的现象。图图 零点漂移现象零点漂移现象uOtOuItO放大电路级数愈多，放大倍数愈放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。高，零点漂移问题愈严重。直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路的零点漂移现象直接耦合放大电路的零点漂移现象二、抑制温度漂移的方法：二、抑制温度漂移的方法：(1)引入直流负反馈以稳定引入直流负反馈以稳定 Q 点；点；(2)利用热敏元件补偿放大器的零漂；利用热敏元件补偿放大器的零漂；图图 利用热敏元件补偿零漂利用热敏元件补偿零漂R2R1+VCC+T2+RcT1uIuOiC1ReRuB1(3)采用差分放大电路。采用差分放大电路。3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路一、电路的组成一、电路的组成图图 3.3.2差分放大电路的组成差分放大电路的组成(a)TRe利用射极电阻稳定利用射极电阻稳定Q点点但仍存在零点漂移问题但仍存在零点漂移问题图图 3.3.2差分放大电路的组成差分放大电路的组成(b)TReuOVT的的U UCQCQ变化时，直流电变化时，直流电源源V始终与之保持一致。始终与之保持一致。采用与图（采用与图（a）所示电路参数完）所示电路参数完全相同，管子特性也相同的电路全相同，管子特性也相同的电路图图 差分放大电路的组成差分放大电路的组成(c)电路以两只管子集电极电位电路以两只管子集电极电位差为输出，可克服温度漂移。差为输出，可克服温度漂移。共模信号共模信号输入信号输入信号uI1和和uI2大小相等，大小相等，极性相同。极性相同。差模信号差模信号输入信号输入信号uI1和和uI2大小相等，大小相等，极性相反。极性相反。差分放大电路也称为差分放大电路也称为差动放大电路差动放大电路动画动画理想对称差分放大电路的改进图差分放大电路的改进图将发射极电阻合二为一、将发射极电阻合二为一、对差模信号对差模信号R Re e相当于短路。相当于短路。典型差分放大电路典型差分放大电路长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路便于调节静态工作点，便于调节静态工作点，电源和信号源能共地电源和信号源能共地信号特点信号特点二、长尾式差分放大电路二、长尾式差分放大电路图图 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路1.静态分析静态分析2.对共模信号的抑制作用对共模信号的抑制作用共模信号的输入使两管集电极共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。电压有相同的变化。对于每一边对于每一边电路，电路，Re=?3.对差模信号的放大作用对差模信号的放大作用分析时注意二个分析时注意二个“虚地虚地”E点电位在差模信号作用点电位在差模信号作用下不变，相当于接下不变，相当于接“地地”。电阻电阻Re有反馈作用吗有反馈作用吗?为什么为什么负载电阻的中点电位在差负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变，相当模信号作用下不变，相当于接于接“地地”。4.电压传输特性电压传输特性放大电路的输出电压和输入电压之间的关系曲线。放大电路的输出电压和输入电压之间的关系曲线。uo f(uI)如改变如改变uI的极性，可的极性，可得另一条图中虚线所得另一条图中虚线所示的曲线，它与实线示的曲线，它与实线完全对称。完全对称。uIuo三、三、差分放大电路的四种接法差分放大电路的四种接法“单端单端”的情况，还具有共模抑制能力吗？的情况，还具有共模抑制能力吗？如何进一步改进呢？如何进一步改进呢？1.1.双端输入单端输出电路双端输入单端输出电路静态静态分析分析动态分析动态分析(差模信号）差模信号）R Ridid=2(R=2(Rb b+r+rbebe)R Rodod=R=RC C问题：如输出信号取自问题：如输出信号取自T T2 2管的集电极管的集电极，动态分，动态分析结果如何？析结果如何？输入共模信号：输入共模信号：问题讨论问题讨论2.2.单端输入、双端输出单端输入、双端输出共模输入信号共模输入信号差模输入信号差模输入信号输入差模信号的同时都伴随着共模信号输入差模信号的同时都伴随着共模信号差模输出差模输出共模输出共模输出静态的值静态的值4.4.差动放大器四种方法比较差动放大器四种方法比较四、改进型差分放大电路四、改进型差分放大电路等效电阻为无穷大等效电阻为无穷大近似为恒流近似为恒流讨论一讨论一:直接耦合互补输出级直接耦合互补输出级基本要求：输出电阻低，带负载能力强，直基本要求：输出电阻低，带负载能力强，直流功耗小，负载上无直流功耗，最大不失真流功耗小，负载上无直流功耗，最大不失真输出电压尽可能大。输出电压尽可能大。射级输出形式射级输出形式输入为零时输入为零时输出为零输出为零静态工作电流小静态工作电流小一、基本电路一、基本电路3、动态分析、动态分析4、存在的问题：、存在的问题：交越失真交越失真信号在零附近两只管子均截止信号在零附近两只管子均截止给给 T1、T2 提供合提供合适的静态电压适的静态电压准互补输出级准互补输出级直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路的构成：直接耦合多级放大电路的构成：输入级输入级：差分放大电路或：差分放大电路或FET差分放大电路，从而差分放大电路，从而减小温漂，增大共模抑制比。减小温漂，增大共模抑制比。中间级中间级：共射放大电路，从而获得高电压放大倍数。：共射放大电路，从而获得高电压放大倍数。输出级输出级：采用复合管的准互补输出级电路，从而使：采用复合管的准互补输出级电路，从而使输出电阻小，带负载能力增强，而且最大输出电阻小，带负载能力增强，而且最大不失真输出电压幅值接近电源电压。不失真输出电压幅值接近电源电压。1、化整为零，识别电路、化整为零，识别电路第一级：双端输入单端输出的差放电路第一级：双端输入单端输出的差放电路第二级：复合管为放大管的共射放大电路第二级：复合管为放大管的共射放大电路第三级：准互补电路第三级：准互补电路动态电阻无穷大动态电阻无穷大+P181 3.2 解：解：双入双出差分放大电路双入双出差分放大电路解：解：双入单出差分放大电路双入单出差分放大电路解：解：带恒流源的带恒流源的双入单出双入单出差分差分放大电路放大电路交流等效电路交流等效电路UiUorbe3RdUgsgmUgsRdrbe2gmUgsUgs解：解：三级放大电路三级放大电路UiIirbe1rbe2R2rbe4R5R6rbe5U0R7带恒流源的双入单出差分放大电路带恒流源的双入单出差分放大电路共射放大电路共射放大电路(PNP管管）共集放大电路（共集放大电路（射集跟随器射集跟随器）交流等效电路交流等效电路Ri3Ri1Ri2UiIirbe1rbe2R2rbe4R5R6rbe5U0R7Ri3Ri1Ri2 2.13 电路如图所示，晶体管的100，=100。（1）求电路的）求电路的Q点、点、Ri和和Ro；（2）若电容）若电容Ce开路，则将引起电路的哪些动态参数发生变化？如何变化？开路，则将引起电路的哪些动态参数发生变化？如何变化？解：（解：（1）静态分析：）静态分析：动态分析：动态分析：（2）Ri增大，增大，Ri；减小，。