第3章 多级放大电路精选文档.ppt

第3章 多级放大电路1本讲稿第一页，共四十八页n输入级要求尽可能多的从信号源取得信号。输入级要求尽可能多的从信号源取得信号。n中间级的主要任务是电压放大，多级放大中间级的主要任务是电压放大，多级放大 电路的放大倍数，主要取决于中间级。电路的放大倍数，主要取决于中间级。n输出级主要是推动负载。输出级主要是推动负载。多级放大电路的组成多级放大电路的组成 第三章第三章2本讲稿第二页，共四十八页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，构成多级放大电将多个单级基本放大电路合理联接，构成多级放大电路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第三章第三章3本讲稿第三页，共四十八页3.1.1直接耦合直接耦合图图 3.1.1（a)两个单管放大电路简单的直接耦合两个单管放大电路简单的直接耦合特点：特点：(1)可以放大交流和缓可以放大交流和缓慢变化及直流信号；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增加而上升；加而上升；(4)零点漂移（如何克服）。零点漂移（如何克服）。Rc1Rb1+VCC+T1+Rc2Rb2T2第三章第三章4本讲稿第四页，共四十八页一、一、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改进电路改进电路(b)电电路路中中接接入入 Re2，保保证证第第一一级级集集电电极极有有较较高高的的静静态态电电位位，但但第第二二级级放放大大倍倍数数严严重重下降。下降。改进电路改进电路(c1)稳稳压压管管动动态态电电阻阻很很小小，可可以以使使第第二二级级的的放放大大倍倍数数损损失失小小。但但集集电电极极电电压压变变化化范范围减小。围减小。DZRc1Rb1+VCC+T1+Rc2RT2(c)Rc1Rb1+VCC+T1+Rc2Re2T2(b)第三章第三章5本讲稿第五页，共四十八页第三章第三章改进电路改进电路(c2)+VCCRc1Rb1+T1+Rc2Rb2T2Dz改进电路改进电路(d)可可降降低低第第二二级级的的集集电电极极电电位位，又又不不损损失失放放大大倍倍数。但稳压管噪声较大。数。但稳压管噪声较大。NPN管管和和PNP管管混混合合使使用用，可可获获得得合合适适的的工工作作点点。为为经经常常采采用用的的方式。方式。(c)Rc1Rb1+VCC+T1+Re2Rc2T2(d)图图 3.1.1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6本讲稿第六页，共四十八页3.1.2阻容耦合阻容耦合图图 3.1.2阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路C1RC1Rb1+VCCC2RL+T1+Rc2Rb2C3T2+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。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。第三章第三章7本讲稿第七页，共四十八页3.1.3变压器耦合变压器耦合图图 3.1.3变压器耦合共射放大电路变压器耦合共射放大电路(a)电路电路(b)交流等效电路交流等效电路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。第三章第三章8本讲稿第八页，共四十八页变压器耦合放大电路变压器耦合放大电路选择恰当的变比，可在负载上得到尽可能大的输出功率。选择恰当的变比，可在负载上得到尽可能大的输出功率。变压器耦合放大电路变压器耦合放大电路第第二二级级VT2、VT3组组 成成 推推 挽挽式式放放大大电电路路，信信号号正正负负半半周周VT2、VT3 轮轮流流导电。导电。第三章第三章9本讲稿第九页，共四十八页3.1.4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的，因而其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。抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。一、光电耦合一、光电耦合图图3.1.5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第三章第三章10本讲稿第十页，共四十八页二、光电耦合放大电路二、光电耦合放大电路图图3.1.6光电耦合放大电路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。第三章第三章11本讲稿第十一页，共四十八页3.2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、电压放大倍数总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即其中，其中，n 为多级放大电路的级数。为多级放大电路的级数。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，也也与与后后级级或前级的参数有关。或前级的参数有关。第三章第三章12本讲稿第十二页，共四十八页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(U UBE=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 7.5k 510 10k oU.Ui.例例:1第三章第三章13本讲稿第十三页，共四十八页 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 7.5k 510 10k oU.Ui.解解:第三章第三章14本讲稿第十四页，共四十八页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:第三章第三章15本讲稿第十五页，共四十八页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第三章第三章16本讲稿第十六页，共四十八页计算计算计算计算 r i和和 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+_+_+_Ui.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 ri 等于第一级的输入电等于第一级的输入电阻阻ri1。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ri1与负载有关，而射极输与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻出器的负载即是第二级输入电阻 ri2。第三章第三章17本讲稿第十七页，共四十八页2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui。oU.o1U.第三章第三章18本讲稿第十八页，共四十八页2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui。oU.o1U.第三章第三章19本讲稿第十九页，共四十八页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.第三章第三章20本讲稿第二十页，共四十八页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.第三章第三章21本讲稿第二十一页，共四十八页3.3直接耦合放大电路直接耦合放大电路一、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，并并缓缓慢地发生不规则变化的现象。慢地发生不规则变化的现象。原因：原因：放大器件的参数放大器件的参数受温度影响而使受温度影响而使 Q 点不稳定。点不稳定。也称也称温度漂移。温度漂移。图图 3.3.1零点漂移现象零点漂移现象uOtOuItO放大电路级数愈多，放大放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈倍数愈高，零点漂移问题愈严重。严重。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第三章第三章22本讲稿第二十二页，共四十八页二、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；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。第三章第三章23本讲稿第二十三页，共四十八页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，直流电源变化时，直流电源V始终与之保持一致。始终与之保持一致。第三章第三章24本讲稿第二十四页，共四十八页R Rb2b2R Rb1b1+uI2-+uI1-V VBBBBV VBBBB采用与图（采用与图（a）所示电路参数完全相同，）所示电路参数完全相同，管子特性也相同的电路管子特性也相同的电路图图 3.3.2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差电路以两只管子集电极电位差为输出，可克服温度漂移。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动放大电路第三章第三章25本讲稿第二十五页，共四十八页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。长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路第三章第三章T2+VCCT1RCRC-VEERLuoui1ui2+_+_Re26本讲稿第二十六页，共四十八页二、长尾式差分放大电路二、长尾式差分放大电路第三章第三章T2VCCT1RC2RC1ReVEE T2+VCCT1RC1RC2-VEERLuoui1ui2+_+_Re1.静态分析静态分析由于电路结构对称，管子特性一致。由于电路结构对称，管子特性一致。IBQ1=IBQ2=IBQICQ1=ICQ2=ICQUCEQ1=UCEQ2=UCEQ27本讲稿第二十七页，共四十八页第三章第三章2.动态分析动态分析（1）差模放大作用）差模放大作用ui1=-ui2即相当于输入一对差模信号即相当于输入一对差模信号ib1=-ib2 ie1=-ie2 uc1=-uc2流过流过Re上的交流电流：上的交流电流：ie=ie1+ie2=0Re上交流压降为上交流压降为0。因此，画交流通路时，因此，画交流通路时，Re可视为短路，即两管的发射极接地。可视为短路，即两管的发射极接地。由由uc1=-uc2可知可知RL两端电位一端为正，一端为负，两端电位一端为正，一端为负，RL的中点应是地电位，的中点应是地电位，即每管对地的负载电阻为即每管对地的负载电阻为RL/2.T2+VCCT1RC1RC2-VEERLuoui1ui2+_+_Re28本讲稿第二十八页，共四十八页第三章第三章ib1ib2ic2ic1T1RC1ui1ui2+RC2T2uo1uo2uoduid+_差模放大倍数差模放大倍数:差模差模输输入入电电阻阻:差模差模输输出出电电阻阻:+RC_uidib_ibicicrbeRCuodrbe2.动态分析动态分析（1）差模放大作用）差模放大作用29本讲稿第二十九页，共四十八页第三章第三章ui1=ui2=uicib1=ib2 ie1=ie2流过流过Re上的电流：上的电流：iRe=ie1+ie2=2 ie1Re上的电压：上的电压：uRe=ie1 2Reuo1=uo22.动态分析动态分析（2）共模抑制作用）共模抑制作用T2+VCCT1RC1RC2-VEERLuocui1ui2+_+_ReicocucuuA=差放电路对共模信号具有很强的抑制能力，差放电路对共模信号具有很强的抑制能力，Re越大抑制越大抑制能力越强，能力越强，Auc远小于远小于1。由外界因素产生的同向漂移将有。由外界因素产生的同向漂移将有效的被抑制，如温度等。效的被抑制，如温度等。30本讲稿第三十页，共四十八页第三章第三章T1RC1+_RC2T2uo1uocui cib1ib2ic2ic1Re2ieuo2共模放大倍数共模放大倍数:共模共模输输入入电电阻阻:共模共模输输出出电电阻阻:（2）共模抑制作用）共模抑制作用2.动态分析动态分析31本讲稿第三十一页，共四十八页3.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，可得的极性，可得另一条图中虚线所示的另一条图中虚线所示的曲线，它与实线完全对曲线，它与实线完全对称。称。uIuo第三章第三章32本讲稿第三十二页，共四十八页三、三、差分放大电路的四种接法差分放大电路的四种接法 双入、双出双入、双出 双入、单出双入、单出 单入、双出单入、双出 单入、单出单入、单出基于不同的应用场合，有基于不同的应用场合，有双双、单端输入和单端输入和双双、单端输出的情况。单端输出的情况。所谓所谓“单端单端”指一端接地。指一端接地。“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？第三章第三章33本讲稿第三十三页，共四十八页静态工作点静态工作点I IE1=I IE2=(UEEUBE)22RE UCE1=UC+UEERREI IE1.1.双端输入单端输出电路双端输入单端输出电路I IB1=I IB2=I IE1/(1+)注意：由于输出回路的不对称注意：由于输出回路的不对称性，性，UCEQ1UCEQ2。第三章第三章uo+VT1VT2+VCCRCRCRe-VEERLui+_UC=VCCR RL(R(RC C+R+RL)I)IC CR RLR RC C(R(RC C+R+RL)34本讲稿第三十四页，共四十八页静态分析静态分析2.2.单端输入、双端输出单端输入、双端输出与双入双出的一样与双入双出的一样I IE1=I IE2=(VEEVBE)22RE；VCE1=VCE2VCC+VEE(R(RC C+2R+2RE)I)IEVo=0I IB1=I IB2=I IE1/(1+)VT2+VCCVT1RCRCRe-VEERLuoui+_第三章第三章35本讲稿第三十五页，共四十八页静态分析静态分析与双入单出的一样与双入单出的一样I IE=(VEEVBE)22RE；VCE1=UC+VEERREI IEUC=VCCR RL(R(RC C+R+RL)I)IC CR RLR RC C(R(RC C+R+RL)3.3.单端输入、单端输出单端输入、单端输出动态分析：与双入单出的一样。（略）动态分析：与双入单出的一样。（略）I IB1=I IB2=I IE1/(1+)VT1VT2+VCCRCRCRe-VEERLuoui+第三章第三章36本讲稿第三十六页，共四十八页 双端输出时：双端输出时：单端输出时：单端输出时：(2)(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：双端输出时：双端输出时：单端输出时：单端输出时：4.4.差动放大器动态参数计算总结差动放大器动态参数计算总结(1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：第三章第三章37本讲稿第三十七页，共四十八页(3)(3)差模输入电阻差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。是基本放大电路的两倍。(4)(4)输出电阻输出电阻 单端输出时单端输出时 双端输出时双端输出时第三章第三章38本讲稿第三十八页，共四十八页(5)(5)共模抑制比共模抑制比 共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。是差分放大器的一个重要指标。或或 双端输出时双端输出时KCMR可认为等于无穷大，可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比：单端输出时共模抑制比：第三章第三章39本讲稿第三十九页，共四十八页第三章第三章四、改进型差分放大电路四、改进型差分放大电路 用用三三极极管管代代替替“长长尾尾式式”电电路路的的长长尾尾电电阻阻，即即构构成成恒恒流源式差分放大电路流源式差分放大电路RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEET31.电路组成电路组成T3：恒流管：恒流管作用：作用：能能使使 iC1、iC2基基本本上上不不随随温温度度的的变变化化而而变变化化，从从而而抑抑制共模信号的变化。制共模信号的变化。图图 3.3.13具有恒流源的差分放大电路具有恒流源的差分放大电路40本讲稿第四十页，共四十八页2.静态分析静态分析当忽略当忽略 T3 的基极电流时，的基极电流时，Rb1 上的电压为上的电压为RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEET3于是得到于是得到图图 3.3.13具有恒流源的差分放大电路具有恒流源的差分放大电路第三章第三章41本讲稿第四十一页，共四十八页3.动态分析动态分析由由于于恒恒流流三三极极管管相相当当于于一一个个阻阻值值很很大大的的长长尾尾电电阻阻，它它的的作作用用也也是是引引入入一一个个共共模模负负反反馈馈，对对差差模模电电压压放放大大倍倍数数没没有影响，所以与长尾式交流通路相同。有影响，所以与长尾式交流通路相同。差模输入电阻为差模输入电阻为差模输出电阻为差模输出电阻为RcT1T2Rc+uoRR uI1 uI2第三章第三章差模电压放大倍数为差模电压放大倍数为42本讲稿第四十二页，共四十八页3.3.3直接耦合互补输出级直接耦合互补输出级一、基本电路一、基本电路在在输输入入信信号号的的正正半半周周，T1 导通，导通，iC1 流过负载；流过负载；负负半半周周，T2导导通通，iC2 流流过负载。过负载。在在信信号号的的整整个个周周期期都都有有电电流流流流过过负负载载，负负载载上上 iL 和和 uO 基基本上是正弦波。本上是正弦波。存在的问题：存在的问题：交越失真交越失真交越交越失真失真基本要求：输出电阻低，最大不失真输出电压尽可能大。基本要求：输出电阻低，最大不失真输出电压尽可能大。VCC静态时，输入输出电压静态时，输入输出电压均为零。均为零。第三章第三章43本讲稿第四十三页，共四十八页二、消除交越失真的互补输出级二、消除交越失真的互补输出级给给 T1、T2 提提供静态电压供静态电压 tiC0 ICQ1ICQ2消除交越失真思路：消除交越失真思路：电路：电路：RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uo VCCV5R R2 2R R1 1ui第三章第三章44本讲稿第四十四页，共四十八页消除交越失真的其它电路消除交越失真的其它电路T1T2T3T4T1T2RtB1B2T1T2T3R4R3图3.3.17消除交越失真的互补输出级（消除交越失真的互补输出级（b）UBE倍增电路倍增电路第三章第三章45本讲稿第四十五页，共四十八页第三章第三章消除交越失真的实际电路消除交越失真的实际电路为了增大为了增大T1和和T2的电流放大倍数，以减小前级驱动电流，常的电流放大倍数，以减小前级驱动电流，常采用复合管结构。采用复合管结构。如图如图3.3.18为采用复合管的准互补输出级，为采用复合管的准互补输出级，OCL电路。电路。RL+VCC+uo T1T2T3T4V5 VCCRRuiT4RL+VCC+uo T1T2T3 VEER*1R2R3R4ui46本讲稿第四十六页，共四十八页3.3.4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，而且最大不失真输输出电阻小，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。出电压幅值接近电源电压。第三章第三章47本讲稿第四十七页，共四十八页第三章第三章直接耦合多级放大电路分析直接耦合多级放大电路分析三级放大电路三级放大电路第一级第一级是以是以T1和和T2 为放大管，双端输入，单端输出的差分放大为放大管，双端输入，单端输出的差分放大电路。电路。第二级第二级是以是以T3和和T4 管组成的复合管为放大管的共射放大电路。管组成的复合管为放大管的共射放大电路。第三级第三级是准互补电路，是准互补电路，R2、R3、和和T5为组成为组成UBE倍增电路以倍增电路以消除交越失真。消除交越失真。48本讲稿第四十八页，共四十八页