模拟电子技术基础多级放大电路培训讲学.ppt

模拟电子技术基础多级放大电路第3章 多级放大电路3.1 3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式3.2 3.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路3.1 多级放大电路的耦合方式3.1.1、直接耦合、直接耦合3.1.2、阻容耦合、阻容耦合3.1.3、变压器耦合、变压器耦合3.1.1、直接耦合既是第一级的集电极电阻，既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻又是第二级的基极电阻第二级第二级第一级第一级Q1合适吗？合适吗？直接直接连接连接如何设置合适的静态工作点？对哪些动态参对哪些动态参数产生影响？数产生影响？Re必要性？必要性？UCEQ1太小太小加加Re（Au2数值数值）改用改用D若要若要UCEQ1大，大，则改用则改用DZ。要求：对直流相当于一个电压源；对交流等效于一个要求：对直流相当于一个电压源；对交流等效于一个小电阻。小电阻。NPN型管和PNP型管混合使用UCQ1（UBQ2）UBQ1UCQ2 UCQ1 UCQ1（UBQ2）UBQ1UCQ2 UCQ1 Re 解决：集电极电位逐级升高的问题。解决：集电极电位逐级升高的问题。直接耦合的优缺点：缺点：静态工作点相互影响。优点：良好的低频性能；适合于集成电路。直接耦合的优缺点：缺点：静态工作点相互影响。优点：良好的低频性能；适合于集成电路。3.1.2、阻容耦合 Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。频特性差，不能集成化。共射电路共射电路共集电路共集电路 利用电容连接信利用电容连接信号源与放大电路、放号源与放大电路、放大电路的前后级、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻大电路与负载，为阻容耦合。容耦合。3.1.3、变压器耦合 理想变压器理想变压器情况下，负载上情况下，负载上获得的功率等于获得的功率等于原边消耗的功率。原边消耗的功率。从变压器原从变压器原边看到的等边看到的等效电阻效电阻电压放大倍数：1、直接耦合、直接耦合2、阻容耦合、阻容耦合3、变压器耦合、变压器耦合课程回顾课程回顾缺点：静态工作点相互影响。优点：良好的低频性能；适合于集成电路。Q点相互独立。点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。主要用在主要用在高频大功率放大电路高频大功率放大电路中。在这里，集中。在这里，集成电路无法满足要求，采用分立元件构成变压器耦成电路无法满足要求，采用分立元件构成变压器耦合放大电路实现。合放大电路实现。3.2 多级放大电路的动态分析二、分析举例二、分析举例一、动态参数分析一、动态参数分析一、动态参数分析1.电压放大倍数2.输入电阻3.输出电阻 对电压放大电路的要求：对电压放大电路的要求：Ri大，大，Ro小，小，Au的数的数值大，最大不失真输出电压大。值大，最大不失真输出电压大。1 1、静态分析、静态分析二、分析举例二、分析举例2、动态分析先画交流通路：先画交流通路：3.3直接耦合放大电路（直接耦合放大电路（差分放大电路）3.3.1、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3.3.2、差分放大电路、差分放大电路3.3.3、直接耦合互补输出级、直接耦合互补输出级适用范围：适用范围：频率过低的信号或集成电路频率过低的信号或集成电路一、零点漂移现象及其产生的原因1.什么是零点漂移现象：uI0，uO0的现象。的现象。产生原因：温度变化，产生原因：温度变化，晶体管的特性参数对温度敏感晶体管的特性参数对温度敏感,直流电直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。原因，故也称零漂为温漂。克服温漂的方法：克服温漂的方法：引入直流负反馈；引入直流负反馈；温度补偿温度补偿（热敏元件热敏元件或或差分放大器）；差分放大器）；典型电路：典型电路：差分放大电路差分放大电路3.3.1、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3.3.2、差分放大电路、差分放大电路一、电路的组成一、电路的组成演义过程如下：演义过程如下：a图图:Q点基本稳定，但仔细研究，温度变化时，点基本稳定，但仔细研究，温度变化时，ICQ会有微小的变化。会有微小的变化。可以可以想象，只要采用直接耦合方式，这种变化就会逐级放大。想象，只要采用直接耦合方式，这种变化就会逐级放大。b图图:寻找一个受温度控制的直流电源。寻找一个受温度控制的直流电源。（a）带有带有Re负反馈电阻负反馈电阻 （b）带有温控的电压源带有温控的电压源零点漂移零点漂移零输入零输入零输出零输出演义过程演义过程：C图图:寻找管子特性完全相同的相同电路，以集电极电位差作为输出。寻找管子特性完全相同的相同电路，以集电极电位差作为输出。（c）对称电路加共模信号对称电路加共模信号理想对称理想对称 （d）加差模信号加差模信号共模信号：大小相等，极性相同。共模信号：大小相等，极性相同。差模信号：大小相等，极性相反差模信号：大小相等，极性相反.d图图:(1)输出电压输出电压uo=uC1-uC2=2uC1;(2)在差模信号作用下，在差模信号作用下，Re中的电流变化率为零，即提高了对差模信号的放大中的电流变化率为零，即提高了对差模信号的放大能力。能力。e图图:为了简化电路，便于调解为了简化电路，便于调解Q点，也为了是直流电源与信号源点，也为了是直流电源与信号源“共地共地”。（d）加差模信号加差模信号 （e）实用差模放大电路实用差模放大电路演义过程演义过程：信号特点？信号特点？能否放大？能否放大？解释解释:(1)差动差动：是指当两个输入端之间有差别（即变化量）时，：是指当两个输入端之间有差别（即变化量）时，输出电压才有变动（变化量）的意思。输出电压才有变动（变化量）的意思。(2)由于由于Re接负电源接负电源 VEE,拖一个尾巴，故称拖一个尾巴，故称长尾式电路长尾式电路。典型电路二、长尾式差分放大电路的组成Rb很小，通常为信号源内阻。很小，通常为信号源内阻。电路参数理想对称。电路参数理想对称。1.Q点：晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：通常，通常，Rb较小，且较小，且IBQ很小，故很小，故晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：通常，通常，Rb较小，且较小，且IBQ很小，故很小，故晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：通常，通常，Rb较小，且较小，且IBQ很小，故很小，故晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：通常，通常，Rb较小，且较小，且IBQ很小，故很小，故晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：通常，通常，Rb较小，且较小，且IBQ很小，故很小，故晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：1.课程回顾课程回顾（1）、）、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适用范围适用范围：频率过低的信号或集成电路频率过低的信号或集成电路零点漂移现象零点漂移现象:uI0，uO0的现象。的现象。产生原因产生原因：晶体管的特性对温度敏感，：晶体管的特性对温度敏感，故也称零漂为温漂。故也称零漂为温漂。（2 2）长尾式差分放大电路的长尾式差分放大电路的Q Q点：点：然后，得出晶体管输入回路方程：然后，得出晶体管输入回路方程：通常，通常，Rb较小，且较小，且IBQ很小，故很小，故先画直流通路；先画直流通路；（3）.长尾式差分放大电路的动态分析长尾式差分放大电路的动态分析共模信号：大小相等，极性相同。共模信号：大小相等，极性相同。差模信号：大小相等，极性相反差模信号：大小相等，极性相反.2.抑制共模信号 共模信号：数值相等、极性相同。共模信号：数值相等、极性相同。分析思路分析思路：先画共模时的交流通路。：先画共模时的交流通路。输入信号：在交流通路中，可写为输入信号：在交流通路中，可写为继续讲课继续讲课Re的共模负反馈作用的共模负反馈作用：与第与第2章静态工作点稳定电路（图章静态工作点稳定电路（图2.4.2）的原理一样。）的原理一样。Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号如如 T()uIC iB1 iB2 iC1 iC2 uE uBE1 uBE2 iB1 iB2 iC1 iC2 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。3.差模信号的动态分析差模信号：数值相等，极性相反差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即的输入信号，即注：注：图中的图中的iE1等为等为瞬时信号瞬时信号。瞬时电路图瞬时电路图（1）电路构成：）电路构成：注意讨论的思路iE1=iE2，Re中差模电流为零中差模电流为零，即即Re 对差模信号无反馈作用对差模信号无反馈作用。注：注：差模信号下差模信号下，E点等效于点等效于接接“地地”；同时，；同时，负载电阻的中点负载电阻的中点在差模信号在差模信号作用下不变，作用下不变，也相当于接也相当于接“地地”。差模信号差模信号：可看成一种交流信号处理，先画：可看成一种交流信号处理，先画差模差模交流通路。交流通路。（2）Re 对差模信号的作用对差模信号的作用（3）差模信号作用时的动态分析差模放大倍数差模放大倍数 共模抑制比共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。号的能力和抑制共模信号的能力。在实际应用时，信号源需要有在实际应用时，信号源需要有“接地接地”点，以避点，以避免干扰；或负载需要有免干扰；或负载需要有“接地接地”点，以安全工作。点，以安全工作。根据信号源和负载的接地情况，根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种差分放大电路有四种接法接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。入双端输出、单端输入单端输出。四、差分放大电路的四种接法1.双端输入单端输出首先，进行电路的分析、解剖首先，进行电路的分析、解剖瞬时电路瞬时电路瞬时电路瞬时电路根据戴维南定理：根据戴维南定理：瞬时电路瞬时电路瞬时电路瞬时电路（1）Q点分析点分析瞬时电路瞬时电路直流通路直流通路 由于输入回路参数对称，由于输入回路参数对称，所以所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输与双端输出时一样。出时一样。但是输出回路不但是输出回路不对称，所以对称，所以UCQ1 UCQ2，从，从而使而使 UCEQ1 UCEQ2。直流通路直流通路（2)差模信号作用下的动态分析差模信号作用下的动态分析差模信号下的差模信号下的交流通路交流通路瞬时电路瞬时电路差模交流通路差模交流通路差模交流通路差模交流通路 差模微变等效电路差模微变等效电路课程回顾课程回顾1.双端输入双端输出课程回顾课程回顾差分放大电路的四种接法差分放大电路的四种接法（2）差模信号作用时差模信号作用时（1）共模信号作用时共模信号作用时2.双端输入单端输出：双端输入单端输出：（1）差模信号作用下）差模信号作用下（2）共模信号作用下的分析共模信号作用下的分析瞬时电路瞬时电路 瞬时电路瞬时电路（注：注：三极管发射极与电源三极管发射极与电源 -VEE之间的电压不变之间的电压不变。）瞬时电路瞬时电路共模交流通路共模交流通路共模信号下，共模信号下，T1管一边的交流通路管一边的交流通路共模信号下，共模信号下，T1管一边的微变等效电路管一边的微变等效电路共模信号下，共模信号下，T1管一边的交流通路管一边的交流通路3.单端输入双端输出共模输入电压共模输入电压差模输入电压差模输入电压 输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入.若若输入输入交流交流信号为信号为uuI I，则则uId=uI，uIc=uI/2.测试测试:差模输出差模输出共模输出共模输出4.单端输入单端输出单端输入单端输出 由于单端输入可以等效成双端输入形式，然后在按由于单端输入可以等效成双端输入形式，然后在按照双端输入，单端输出情况进行动静态的分析。照双端输入，单端输出情况进行动静态的分析。单端输入、单端输出与单端输入、单端输出与双端输入、单端输出的静双端输入、单端输出的静态工作点、动态参数分析完全相同。态工作点、动态参数分析完全相同。5.四种接法的比较：电路参数理想对称条件下电路参数理想对称条件下输入方式：输入方式：Ri均为均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入，；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。单端输入时有共模信号输入。输出方式输出方式：Q点、点、Ad、Ac、KCMR、Ro均与之有关。均与之有关。五、具有恒流源的差分放大电路 Re 越大越大，每一边的漂移越小，共模负反馈越，每一边的漂移越小，共模负反馈越强，单端输出时的强，单端输出时的Ac越小越小，KCMR越大，越大，差分放差分放大电路的性能越好。大电路的性能越好。但为使静态电流不变，但为使静态电流不变，Re 越大，越大，VEE越越大，大，以至于以至于Re太大就太大就不合理了不合理了。需在低电源条件下，设置合适的需在低电源条件下，设置合适的IEQ，并得到，并得到得到趋于无穷大的得到趋于无穷大的Re。解决方法：采用电流源取代解决方法：采用电流源取代Re！具有恒流源差分放大电路的组成等效电阻等效电阻为无穷大为无穷大近似为近似为恒流恒流 若若UBE的变化可忽略不计，的变化可忽略不计，IE3、IC3基本不随温度变化。基本不随温度变化。1)RW取值应大些？还是小些？取值应大些？还是小些？2)RW对动态参数的影响？对动态参数的影响？3)若若RW滑动端在中点，写出滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。的表达式。六、差分放大电路的改进1.加调零电位器 RW若若uI1=10mV，uI2=5mV，则，则uId=？uIc=？uId=5mV，uIc=7.5mV讨论一讨论二1、uI=10mV，则，则uId=?uIc=?uId=10mV，uIc=5mV例例3.3.1解解:(1)(2)(2)分析：分析：用直流电表测得的输出电压用直流电表测得的输出电压既含有直流量又含有变化量。既含有直流量又含有变化量。首先计算首先计算T1管的直流集电极电位管的直流集电极电位：然后用所测电压计算然后用所测电压计算T1管的差模集电极电位管的差模集电极电位：3.3.3 3.3.3 直接耦合互补输出级二、基本电路二、基本电路三、消除交越失真的互补输出级三、消除交越失真的互补输出级四、准互补输出级四、准互补输出级一、对输出级的要求一、对输出级的要求 一是一是输出电阻低输出电阻低；二是；二是最大不失真输出电压尽可最大不失真输出电压尽可能大能大。一、对输出级的要求不符合不符合要求！要求！共射、共基电路不合适；共集电路有点谱，但共射、共基电路不合适；共集电路有点谱，但带上负载后静态工作点会产生变化，且输出不失真带上负载后静态工作点会产生变化，且输出不失真电压也将减少，需要改进。电压也将减少，需要改进。二、基本电路静态时静态时T1、T2均截止，均截止，UB=UE=01.特征：T1、T2特性理想对称。输入电压为零特性理想对称。输入电压为零时，输出电压也为零。时，输出电压也为零。2.静态分析T1的输入特性的输入特性理想化特性理想化特性3.瞬时分析（定性分析时）ui正半周，电流通路为正半周，电流通路为 +VCCT1RL地，地，uo=ui 两只管子交替工作，两路电源交替供两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。电，双向跟随。ui负半周，电流通路为负半周，电流通路为 地地 RL T2 -VCC，uo=ui1.差分放大电路的四种接法总结输入方式：输入方式：Ri 均为均为2(Rb+rbe)+（1+）Rw；输出方式输出方式：Q点、点、Ad、Ac、KCMR、Ro均与之有关。均与之有关。课程回顾课程回顾 输入电阻大、输入电阻大、输出电阻低输出电阻低；最大不失真输出电最大不失真输出电压尽可能大、输出电流大压尽可能大、输出电流大。2、直接耦合互补输出级(1)目标要求（2）交越失真 （仔细分析时）消除失真的方法：消除失真的方法：设置合适的静态工作点。设置合适的静态工作点。信号在零附近两信号在零附近两只管子均截止只管子均截止开启开启电压电压 静态时静态时T1、T2处于临界导通状态，处于临界导通状态，有信号时至少有一只导通；有信号时至少有一只导通；偏置电路对动态性能影响要小。偏置电路对动态性能影响要小。（3）思路要清晰：1）定性分析定性分析电压的高低、电压的高低、电流的流向时电流的流向时，用瞬时用瞬时电路、电路、瞬时瞬时信号。信号。2）定量分析定量分析电压的高低、电压的高低、电流的流向电流的流向时，时，可根据叠加原理，可根据叠加原理，分别采用分别采用直流通路、交流通直流通路、交流通路，以及路，以及直流信号直流信号、交流信号交流信号。3）瞬时瞬时电压、电压、电流均为正电流均为正；直流直流电压、电压、电流均为正电流均为正；交流交流电压、电压、电流可正、可负电流可正、可负；直流电压、直流电流的绝对值一定分别大于直流电压、直流电流的绝对值一定分别大于交流电压、交流电流的绝对值。交流电压、交流电流的绝对值。三、消除交越失真的互补输出级（1）一般电路（2）集成电路中四、准互补输出级 为保持输出管的良好对称性，输出管应为同为保持输出管的良好对称性，输出管应为同类型晶体管。类型晶体管。大！大！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢