模电多级放大电路资料PPT学习教案.pptx

会计学1模电多级放大模电多级放大(fngd)电路资料电路资料第一页，共55页。为什么要引入多级放大电路？为什么要引入多级放大电路？多级放大电路的电路构成？多级放大电路的电路构成？如何如何(rh)(rh)分析多级放大电路？分析多级放大电路？如何如何(rh)(rh)根据要求组成多级放大电路？根据要求组成多级放大电路？第1页/共55页第二页，共55页。输入(shr)第一级第二级第n-1级第n级输出耦合耦合方式(fngsh)：(1)直接耦合 (2)阻容耦合(3)变压器耦合 (4)光电耦合 为获得足够(zgu)大的放大倍数和合适的电路性能参数,需将多个单级放大电路串接,构成多级放大器。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多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式第2页/共55页第三页，共55页。直接耦合方式的优点：具有良好的低频特性，既能放大交流信号，也能放大变化缓慢(hunmn)的信号。且直接耦合方式电路中没有大容量的电容，因此易于集成，在实际使用的集成放大电路中一般都采用直接耦合方式。直接耦合方式的缺点：由于直接耦合的放大电路前后级之间是直接连接，因此前后级之间存在着直流通路，这就造成了各级静态工作点相互影响，这样就给电路的分析、设计和调试带来一定的困难。对于直接耦合的放大电路，需要解决以下两个问题：（1）级间的匹配问题。（2）零点漂移问题。一、直接耦合：将前一级的输出一、直接耦合：将前一级的输出一、直接耦合：将前一级的输出一、直接耦合：将前一级的输出(shch)(shch)端直接连接到后一级的端直接连接到后一级的端直接连接到后一级的端直接连接到后一级的输入端。输入端。输入端。输入端。第3页/共55页第四页，共55页。图直接耦合放大图直接耦合放大图直接耦合放大图直接耦合放大(fngd)(fngd)(fngd)(fngd)电路静态工作点的设置电路静态工作点的设置电路静态工作点的设置电路静态工作点的设置第4页/共55页第五页，共55页。1、级间的匹配问题 在图（a）中，T1管的集电极电位被T 2管的基极限制在0.7 V左右，使T1管的Q点接近(jijn)于饱和区，因而不能正常放大。为此，可以在T2管的发射极加发射极电阻Re2，如图所示。由于Re2的接入，提高了第二级基极电位UB2，从而保证了T1管的集电极得到较高的静态电位，使T1管不致工作在饱和区。然而，Re2接入后，使后一级的电压放大倍数大大下降，从而影响整个电路的放大能力。第5页/共55页第六页，共55页。为了解决上述问题，在图（c）所示电路中用一只稳压管UDZ取代电阻Re2，对于直流量，稳压管相当于一个稳压电源，限流电阻R的作用是保证稳压管工作在稳压状态；对于交流量，稳压管等效成一个动态电阻。由于稳压管的动态电阻很小，一般为十几至几十欧姆，因此几乎不会影响到第二级的放大倍数。为了使各级三极管都工作在放大区，必然要求T2的集电极电位高于基极电位，也就是(jish)高于T1管的集电极电位，这样，当放大电路的级数增加时，势必使基极和集电极电位逐级上升，最终接近电源电压，这样会使后级的静态工作点不合适。改进的方法是将NPN管和PNP管组合，构成直接耦合放大电路，如图所示。由于后级采用了PNP管，其集电极电位比基极电位低，即使耦合级数较多，也可以使各级获得合适的静态工作点。第6页/共55页第七页，共55页。在直接耦合放大电路中，若将输入(shr)端短路，用灵敏的直流表测量输出端，也会有变化缓慢的不规则输出电压。这种输入(shr)电压为零，输出电压不为零且缓慢变化的现象称为零点漂移，简称零漂。2 2、零点、零点、零点、零点(ln(ln di di n)n)漂移漂移漂移漂移问题问题问题问题图零点漂移(pio y)现象第7页/共55页第八页，共55页。图两级阻容耦合放大图两级阻容耦合放大图两级阻容耦合放大图两级阻容耦合放大(fngd)(fngd)电路电路电路电路二、阻容耦合：将放大(fngd)电路的前级输出端通过电容接到后级输出端。阻容耦合方式的优点：各级静态工作点相互独立，电路的分析、设计和调试简单易行。在分立元件电路中常采用阻容耦合方式。阻容耦合方式的缺点：低频特性差，不能放大缓慢变化的信号。且在集成电路(jchng-dinl)中不易制作大容量的电容，因此这种方式不便于集成化。第8页/共55页第九页，共55页。图中第一级的输出信号经变压器Tr1传送到第二级，第二级的输出信号经变压器Tr2传送给负载并进行阻抗变换，Cb是偏置电阻Rb21、Rb22的旁路电容，主要(zhyo)防止信号被偏置电阻所衰减。特点：特点：QQ点相点相互独立，可实互独立，可实现阻抗变换。现阻抗变换。低频特性差，低频特性差，笨重体积大，笨重体积大，不易不易(b y)(b y)集集成。用于分立成。用于分立元件放大电路，元件放大电路，现在一般较少现在一般较少采用。采用。三、变压器耦合：变压器能传递交流信号，因此三、变压器耦合：变压器能传递交流信号，因此三、变压器耦合：变压器能传递交流信号，因此三、变压器耦合：变压器能传递交流信号，因此(ync(ync)将放将放将放将放大电路的前级输出端通过变压器接到后级输出端或负载电阻大电路的前级输出端通过变压器接到后级输出端或负载电阻大电路的前级输出端通过变压器接到后级输出端或负载电阻大电路的前级输出端通过变压器接到后级输出端或负载电阻上。上。上。上。第9页/共55页第十页，共55页。图变压器耦合的阻抗(zkng)变换图变压器耦合共射放大图变压器耦合共射放大图变压器耦合共射放大图变压器耦合共射放大(fngd)(fngd)电路电路电路电路阻抗(zkng)变换：根据所需要的放大倍数，选择适当的匝数比，使负载电阻上获得足够大的电压，并且当匹配得当时，负载还可获得足够大的功率。第10页/共55页第十一页，共55页。图光电耦合器及其传输图光电耦合器及其传输图光电耦合器及其传输图光电耦合器及其传输(chun sh)(chun sh)特特特特性性性性四、光电耦合：以光信号为媒介来实现(shxin)电信号的耦合和传递，因其抗干扰能力强而得到越来越广泛使用。1、光电耦合器第11页/共55页第十二页，共55页。2、光电耦合放大(fngd)电路返回(fnhu)第12页/共55页第十三页，共55页。多级放大电路的输入电阻就是(jish)第一级的输入电阻，输出电阻就是(jish)最后一级的输出电阻，即 Ri=Ri1 Ro=Ron3.2 3.2 多级放大多级放大多级放大多级放大(fngd)(fngd)电路的动态分析电路的动态分析电路的动态分析电路的动态分析第13页/共55页第十四页，共55页。图图所示电路图图所示电路图图所示电路图图所示电路(dinl)(dinl)的交流等效电路的交流等效电路的交流等效电路的交流等效电路(dinl)(dinl)【例第14页/共55页第十五页，共55页。【例两级放大电路下图所示，已知1=2=50，UBE1=UBE2=0.7 V，rbb=300，电容器对交流可视为短路。（1）试估算(sun)该电路T1管和T2管的静态工作点;（2）估算(sun)该电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。第15页/共55页第十六页，共55页。解（1）因为(yn wi)所以(suy)又因为V1管和V2管之间是直接(zhji)耦合方式，V1管的集电极电位等于V2管的基极电位，V2管的基极电流相对于V1管的集电极电流较小，因此忽略IB2，可得 第16页/共55页第十七页，共55页。列出第二级放大电路(dinl)输入回路方程 由于(yuy)UCQ1UCC-ICQ1Rc1=20-110=10 V 第17页/共55页第十八页，共55页。（2）将图3-5的小信号(xnho)等效电路画于图3-6。图 3-6 图3-5的小信号(xnho)等效电路 第18页/共55页第十九页，共55页。由图3-6可见(kjin)，第二级的输入电阻Ri2为 两级放大(fngd)电路的输入电阻为 Ri=Rb11Rb12rbe1+(1+)Re1 =338.21.626+(1+50)0.284.6 k 输出电阻为 返回(fnhu)第19页/共55页第二十页，共55页。3.3 3.3 直接直接直接直接(zhji)(zhji)耦合放大电路耦合放大电路耦合放大电路耦合放大电路直接耦合放大电路的零点(ln din)漂移现象在直接耦合放大电路中，若将输入端短路(dunl)，用灵敏的直流表测量输出端，也会有变化缓慢的不规则输出电压。这种输入电压为零，输出电压不为零且缓慢变化的现象称为零点漂移，简称零漂。图零点漂移现象第20页/共55页第二十一页，共55页。在放大电路中，任何参数的变化，如电源电压的波动、元件的老化、器件参数随温度的变化等，都会产生零点漂移。在阻容耦合的放大电路中，这种缓慢变化的漂移电压被耦合电容阻隔，不会传送到下一级放大电路进一步放大。但是，在直接耦合放大电路中，这种缓慢变化的漂移电压会被毫无阻隔地传输到下一级，并且被逐级放大，以致于有时在输出端很难分辨出哪个是有用(yu yn)信号，哪个是漂移电压。换句话说，有用(yu yn)信号被漂移电压“淹没”了，放大电路不能正常工作。第21页/共55页第二十二页，共55页。一般来说，直接耦合放大电路的零点漂移主要取决于第一级，而且级数越多，放大倍数越大，零点漂移越严重。通常，零点漂移的大小不能以输出端漂移电压的绝对大小来衡量。因为输出端的漂移电压与放大倍数成正比，所以零漂一般都用输出的漂移电压折合到输入端后来衡量。对于电源电压的波动、元件的老化所引起的零漂可采用高质量的稳压电源或经过老化实验的元件来减小，因此温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移的主要原因，故也将零点漂移称为(chn wi)温度漂移，简称温漂，定义为温度每变化1所产生的折合到输入端的等效零漂电压，即 第22页/共55页第二十三页，共55页。抑制温度抑制温度抑制温度抑制温度(wnd)(wnd)漂移漂移漂移漂移(相当于相当于相当于相当于QQ点的漂移）点的漂移）点的漂移）点的漂移）的方法：的方法：的方法：的方法：vv引入直流负反馈：例如静态工引入直流负反馈：例如静态工作点稳定电路中的作点稳定电路中的Re所起的作用。所起的作用。vv采用温度补偿的方法，利用热采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的变化敏元件来抵消放大管的变化(binhu)。vv采用特性相同的管子，使它们采用特性相同的管子，使它们得温漂相互抵消，构成得温漂相互抵消，构成“差分放差分放大电路大电路”。第23页/共55页第二十四页，共55页。差分放大差分放大差分放大差分放大(fngd)(fngd)电路电路电路电路用作多级放大用作多级放大用作多级放大用作多级放大(fngd)(fngd)电路的输入级电路的输入级电路的输入级电路的输入级一、差分放大(fngd)电路的电路组成二、差分放大电路(dinl)的分析1.静态分析2.动态分析三、差分放大电路的四种接法第24页/共55页第二十五页，共55页。一、差分放大电路(dinl)的电路(dinl)组成图差分放大电路(dinl)的组成差分放大(fngd)电路是构成多级直接耦合放大(fngd)电路的基本单元电路。第25页/共55页第二十六页，共55页。uI1=uI2=0时，由于温度等因素变化所引起的静态(jngti)工作点的漂移，对两只三极管是相同的，因此两管的集电极电位将同时上升或下降相同的数值。若采用双端输出，输出电压将保持为零。也就是说，差分放大电路是利用电路的对称性来将两管的温漂相互抵消的。图长尾式差分(ch fn)放大电路uI1=uI2(共模(n m)信号)，uo=uC1-uC2 =(UCQ1+uC1)-(UCQ2+uC2)=0uI1=-uI2(差模信号)，uo=uC1-uC2=(UCQ1+uC1)-(UCQ2+uC2)=2uC1第26页/共55页第二十七页，共55页。1.静态(jngti)分析二、二、二、二、差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路(dinl)(dinl)的的的的分析分析分析分析图长尾式差分(ch fn)放大电路图 的直流通路(a)直流通路；(b)Re等效变换后的直流通路 第27页/共55页第二十八页，共55页。2.2.动态分析动态分析动态分析动态分析(1)(1)对共模信号对共模信号对共模信号对共模信号(xnho)(xnho)的抑制的抑制的抑制的抑制作用作用作用作用图差分放大电路(dinl)输入共模信号共模电压(diny)放大倍数Ac(电路参数理想对称时Ac=0)uI1=uI2第28页/共55页第二十九页，共55页。(2)(2)对差模信号的放大对差模信号的放大对差模信号的放大对差模信号的放大(fngd)(fngd)作用作用作用作用图差分放大(fngd)电路加差模信号uI1=-uI2差模电压放大(fngd)倍数:输入电阻:Ri=2(Rb+rbe)输出电阻:Ro=2Rc 共模抑制比:第29页/共55页第三十页，共55页。由于T1管和T2管的基极所加电压信号大小相等、极性相反，T1管的集电极电流i增加，T2管的集电极电流iC2就减小。若两边电路完全对称，则iC1=-i，iE1=-iE2，流过发射极电阻Re上的电流总量iRe=iE1+iE2=0，Re上的差模信号电压降为零。因而对差模信号而言，Re可视为短路。考虑到两管集电极输出电压也是大小相等，极性相反，故负载RL的中点，RL/2处可看成是零电位，即虚地。这样，在差模输入信号作用下，差分放大电路的交流通路如图所示，图中uod表示差模输出电压。共模抑制比越大，表明差分放大电路对共模信号的抑制能力越强。这在直接(zhji)耦合的放大电路中是很有意义的。因为温度、电源电压等所引起的零漂，以及外界干扰信号等对两管的影响是相同的，所以可等效地看成是作用在差放输入端上的共模信号，从而在输出端被抑制掉，使差模输入的有用信号得到放大.第30页/共55页第三十一页，共55页。在实际(shj)应用中，加到差分放大电路输入端的电压信号往往是任意的电压信号，它们既不是差模信号，也不是共模信号，在这种情况下，可将uI1和uI2变换为下列形式：其中(qzhng)(3)(3)输入任意输入任意输入任意输入任意(rny)(rny)信号信号信号信号时时时时差分放大电路的输出电压是由差模输入电压和共模输入电压共同作用的结果：第31页/共55页第三十二页，共55页。上述变换表明，当差分放大电路两端加任意信号时，可以把它们用差模信号和共模(n m)信号来表示，分别求出差模信号作用下的差模输出电压和共模(n m)信号作用下的共模(n m)输出电压，然后利用叠加定理，将差模输出电压和共模(n m)输出电压相叠加，即得到任意信号作用下的输出电压。第32页/共55页第三十三页，共55页。由前面的分析可知，在小信号的情况下，可以分析出差分放大电路具有放大差模信号、抑制共模信号的特性。当信号幅值较大(jio d)时，差分放大电路的放大作用会出现什么变化呢？描述差分放大电路输出差模信号随输入差模信号变化的规律，称为差模传输特性（Difference Transfer Characteristic），即uod=f(uid)它反映了大信号下的差模输入量与输出量的对应关系。通过实验手段(shudun)可以测出差模输出电压uod随输入电压uid变化的关系曲线。(4)(4)差分放大电路的电压传输差分放大电路的电压传输差分放大电路的电压传输差分放大电路的电压传输(chun(chun sh)sh)特性特性特性特性第33页/共55页第三十四页，共55页。图差分放大图差分放大图差分放大图差分放大(fngd)(fngd)电路的电压传输特性电路的电压传输特性电路的电压传输特性电路的电压传输特性T1截止(jizh)T2饱和T1饱和(boh)T2截止第34页/共55页第三十五页，共55页。由图可见，当uid=0时，uod=0，差分放大电路工作在静态工作点上，两管处于平衡状态。当给两管的基极加入差模电压后，只要|uid|UT，传输特性近似为直线，其斜率为差模电压放大倍数，并且是常数。显然，管子工作在线性放大区。当|uid|=UT4UT时，传输特性处于非线性段，在这段区域内仍有放大作用，但是差模电压放大倍数已不是常数，它将随着信号的增大而减小，因为这时传输特性的斜率变小(bin xio)了。当|uid|4UT以后，输出电压趋近于常数，其数值取决于电源电压，这时，差分放大电路中的两个管子必有一个处于截止状态，另一个处于饱和态。第35页/共55页第三十六页，共55页。三、差分放大(fngd)电路的四种接法 1.双端输入(shr)、双端输出电路2.双端输入(shr)、单端输出电路3.单端输入、双端输出电路4.单端输入、双端输出电路第36页/共55页第三十七页，共55页。1.双端输入(shr)、双端输出电路2.双端输入(shr)、单端输出电路图双端输入、单端输出(shch)差分放大电路图图所示电路的直流通路第37页/共55页第三十八页，共55页。（1 1）静态）静态）静态）静态(jngti)(jngti)分析（分析（分析（分析（QQ点）点）点）点）直流通(litng)路第38页/共55页第三十九页，共55页。图图所示电路图图所示电路图图所示电路图图所示电路(dinl)(dinl)对差模信号的对差模信号的对差模信号的对差模信号的等效电路等效电路等效电路等效电路(dinl)(dinl)图双端输入、单端输出(shch)差分放大电路（2）动态分析输入电阻:Ri=2(Rb+rbe)输出电阻:Ro=Rc 差模电压放大(fngd)倍数:第39页/共55页第四十页，共55页。图图所示电路图图所示电路图图所示电路图图所示电路(dinl)(dinl)对共模信号的等效电路对共模信号的等效电路对共模信号的等效电路对共模信号的等效电路(dinl)(dinl)共模(n m)抑制比:共模(n m)电压放大倍数:注意：若采用单端输出，其输出的瞬时电压应为差模输出电压、共模输出电压及该端的直流电压的叠加。第40页/共55页第四十一页，共55页。3.3.单端输入、双端输出单端输入、双端输出单端输入、双端输出单端输入、双端输出(shch)(shch)电电电电路路路路图单端输入(shr)、双端输出电路输入共模(n m)信号+uI/2，+uI/2输入差模信号+uI/2，-uI/2Q点及动态参数的分析分析同双端输入、双端输出电路第41页/共55页第四十二页，共55页。图单端输入、单端输出图单端输入、单端输出图单端输入、单端输出图单端输入、单端输出(shch)(shch)电路电路电路电路4.单端输入(shr)、单端输出电路分析同双端输入、单端输出(shch)电路注意：若采用单端输出，其输出的瞬时电压应为差模输出电压、共模输出电压及该端的直流电压的叠加。第42页/共55页第四十三页，共55页。四种接法的动态四种接法的动态四种接法的动态四种接法的动态(dngti)(dngti)参数比较：参数比较：参数比较：参数比较：(1)输入电阻:Ri=2(Rb+rbe)(2)Ad、Ac、Ro与输出(shch)方式有关。双端输出(shch)时：单端输出时：(3)单端输入信号为uI时,差模输入电压uId=uI;共模输入电压为 uIc=uI/2。第43页/共55页第四十四页，共55页。图具有恒流源的差分图具有恒流源的差分图具有恒流源的差分图具有恒流源的差分(ch fn)(ch fn)放大电路放大电路放大电路放大电路四、改进的差分(ch fn)放大电路图恒流源电路的简化(jinhu)画法及电路调零措施第44页/共55页第四十五页，共55页。【例3-2】已知三极管参数1=2=50，UBE1=UBE2=0.6 V，rbb=300，负载RL=20 k。（1）估算静态工作点。(2)计算差模输入双端输出时的 Aud、Rid和 Rod。（3）若 ui1=0.1 V，ui2=0 V，则 输 出 电 压(diny)uo=?（4）若输入信号不动，仅将负载RL接在T2管的集电极与地之间，试求uo2=?KCMR=?解(1)求Q点图 3-13 例3-2电路图第45页/共55页第四十六页，共55页。（2）计算(j sun)动态指标:双端输入-双端输出(shch)时的差模电压放大倍数为：差模输入电阻：Rid=2(Rb+rbe)50k 双端输出(shch)时的输出(shch)电阻：Rod=2Rc=15k 第46页/共55页第四十七页，共55页。（3）已知ui1=0.1 V，ui2=0 V。对任意信号，将其分解成一对差模信号和一对共模信号，则双端输出(shch)电压仅为差模输出(shch)电压，即uo=uod=Auduid=Audui1=-8.50.1=-0.85V 第47页/共55页第四十八页，共55页。（4）将RL接在T2管集电极与地之间，电路工作在单端输入-单端输出方式，其差模电压(diny)放大倍数为 共模(n m)放大倍数为 于是T2管集电极输出(shch)的电压为 共模抑制比 返回第48页/共55页第四十九页，共55页。图互补输出级的基本图互补输出级的基本图互补输出级的基本图互补输出级的基本(jbn)(jbn)电路及其交越失真电路及其交越失真电路及其交越失真电路及其交越失真 直接耦合互补(h b)输出级多级放大电路的输出级输出(shch)电阻小。最大不失真输出(shch)电压大。对输出级要求：一、基本电路第49页/共55页第五十页，共55页。二、二、二、二、消交越失真的互补消交越失真的互补消交越失真的互补消交越失真的互补(h b(h b)输出级（输出级（输出级（输出级（OCLOCL电电电电路）路）路）路）第50页/共55页第五十一页，共55页。图采用图采用图采用图采用(c(c iyng)iyng)复合管的准互补级输出复合管的准互补级输出复合管的准互补级输出复合管的准互补级输出第51页/共55页第五十二页，共55页。图直流耦合多级放大图直流耦合多级放大图直流耦合多级放大图直流耦合多级放大(fngd)(fngd)电路举例电路举例电路举例电路举例 直接(zhji)耦合多级放大电路第52页/共55页第五十三页，共55页。图图所示电路图图所示电路图图所示电路图图所示电路(dinl)(dinl)的交流等效电路的交流等效电路的交流等效电路的交流等效电路(dinl)(dinl)返回(fnhu)第53页/共55页第五十四页，共55页。本章本章(bn zhn)作业：作业：n n习题习题(xt)P179(xt)P179n n1 1）3.2 3.2（b b）n n2 2）3.6 3.6n n3 3）3.7 3.7n n4 4）3.8 3.8n n要求：在作业本上做，不要单页，要抄写题目要求：在作业本上做，不要单页，要抄写题目和画电路。解题过程中求和画电路。解题过程中求QQ点需要画出直流通点需要画出直流通路，分析动态参数需要运用交流等效电路图分路，分析动态参数需要运用交流等效电路图分析解题。析解题。第54页/共55页第五十五页，共55页。