模拟电子技术基础--多级放大电路课件.ppt

第三章第三章 多级放大电路多级放大电路 3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路3.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析第三章第三章 多级放大电路多级放大电路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将多个将多个单级单级基本放大电路合理联接，构成多级放大电路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放大电路称为组成多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级一级输入输入第第一一级级第第二二级级第第n-1n-1级级第第n n级级输出输出前置级前置级末级末级(输出级输出级)末前级末前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 光电耦合光电耦合交流交流3.1.1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的直流信号；缓慢变化的直流信号；(2)便于集成化。便于集成化。(3)各级静态工作点互相影响；各级静态工作点互相影响；(4)零点漂移。零点漂移。Rc1Rb1+VCC+T1+Rc2T2第三章第三章 多级放大电路多级放大电路前一级的前一级的输出端输出端直直接接连接后连接后一级的输一级的输入端。入端。静态时，静态时，UCE1=UBE2，T1管的静态工作点靠近管的静态工作点靠近饱和区饱和区，在在动态信号作用下动态信号作用下 容易引起容易引起饱和失真。饱和失真。Rc1Rb1+VCC+T1+Rc2T2缺陷：缺陷：第三章第三章 多级放大电路多级放大电路抬高抬高T2的基极的基极电位电位改进电路改进电路(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。Rc1Rb1+VCC+T1+Rc2Re2T2(b)第三章第三章 多级放大电路多级放大电路改进改进 用用什什么么元元件件取取代代Re既既可可设设置置合合适适的的Q点点，又又可可使使第第二二级级放大倍数不至于下降太大？放大倍数不至于下降太大？二极管导通电压二极管导通电压UD？动态电阻动态电阻rd？对直流量，它相当对直流量，它相当一个电压源一个电压源对交流量，它等效一对交流量，它等效一个小电阻个小电阻第三章第三章 多级放大电路多级放大电路 改进电路改进电路(c)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放大倍数损失小。的放大倍数损失小。DZRc1Rb1+VCC+T1+Rc2RT2(c)UCQ1（UBQ2）UBQ1UCQ2 UBQ2（UCQ1）以致于后级集电极电位接近电源电压，以致于后级集电极电位接近电源电压，Q点不合适。点不合适。改进电路改进电路(d)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。为为经经常常采用的方式。采用的方式。Rc1Rb1+VCC+T1+Re2Rc2T2(d)第三章第三章 多级放大电路多级放大电路UCQ1（UBQ2）UBQ1UCQ2 UCQ1 3.1.2阻容耦合阻容耦合C1RC1Rb1+VCCC2RL+T1+Rc2Rb2C3T2+第第 一一 级级第第 二二 级级优点：优点：静态工作点相互独立静态工作点相互独立缺点：缺点：低频特性差；不便于集成化低频特性差；不便于集成化应用：应用：信号频率很高，输出功率很大等特殊情况信号频率很高，输出功率很大等特殊情况第三章第三章 多级放大电路多级放大电路第三章第三章 多级放大电路多级放大电路3.1.3变压器耦合变压器耦合 可能是实际的负载，也可能是实际的负载，也可能是下级放大电路可能是下级放大电路缺点：缺点：低频特性差；不便于集成化。低频特性差；不便于集成化。优点：优点：静态工作点相互独立，静态工作点相互独立，阻抗变换阻抗变换第三章第三章 多级放大电路多级放大电路3.1.4光电耦合光电耦合 光电耦合是以光电耦合是以光信号光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的，为媒介来实现电信号的耦合和传递的，因其因其抗干扰能力强抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。而得到越来越广泛的应用。发光元件发光元件电气隔离电气隔离传输特性传输特性传输比传输比光电耦合器光电耦合器光敏元件光敏元件静态静态IDQICQUCEQ动态动态iDiC uCE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。第三章第三章 多级放大电路多级放大电路3.2多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析n 级放大电路级放大电路(交流通路交流通路)：Rs us+ui1 A1+uo1+ui2 A2+uo2+uin An+uoRL 第一级为第一级为Q点稳定电路点稳定电路已知图所示放大电路中已知图所示放大电路中,R1=15k,R2=R3=5k,R4=2.3k,R5=100k,R6=RL=5k,VCC=12V,晶体管的晶体管的 均为均为50,rbe1=1.2k,rbe2=1k,UBE1=UBE2=0.7V。试计试计算放大电路的算放大电路的Q点和动态参数。点和动态参数。例题例题+VCCC1+ui+T1C2+R3R4C3+R2R1T2C3+R6R5+uoRL解：解：（1）求解）求解Q点点+VCCC1+ui+T1C2+R3R4C3+R2R1T2C3+R6R5+uoRL第二级为共集放大电路第二级为共集放大电路T1 R1 R2+ui R3 T2 R6 RL+uo R5（2）求解动态参数）求解动态参数+VCCC1+ui+T1C2+R3R4C3+R2R1T2C3+R6R5+uoRLrbe1 ib1 ib1R1 R2+ui R3 ib2rbe2 ib2R5 R6 RL+uo becib2rbe2 rbe1 ib1 ib1R1 R2+ui R3 ib2R5 R6 RL+uo Ri(Ri1)Ro1 Ri2 Ro(Ro2)ib2rbe2 rbe1 ib1 ib1R1 R2+ui R3 ib2R5 R6 RL+uo Ri(Ri1)Ro1 Ri2 Ro(Ro2)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，并缓慢地发生不规则变化的现象。并缓慢地发生不规则变化的现象。原因：原因：放大器件的参放大器件的参数受温度影响而使数受温度影响而使 Q 点不点不稳定。也称稳定。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，放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。问题愈严重。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 多级放大电路多级放大电路3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路二、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；(3)采用差分放大电路。采用差分放大电路。第三章第三章 多级放大电路多级放大电路+ui-T+uo-B3.3.2 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是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路放大两个输入信号之差。放大两个输入信号之差。差分差分放大电路放大电路uoui1ui2Au(1)共模输入共模输入 两两个个输入信号大小相等、极性相同，即：输入信号大小相等、极性相同，即：共模信号共模信号 差分放大电路对共模信号没有放大能力。差分放大电路对共模信号没有放大能力。差分差分放大电路放大电路uoui1ui2Au 两两个个输入信号大小相等、输入信号大小相等、极性相反，即：极性相反，即：差模差模信号信号 差分放大电路对差模信号的放大能力差分放大电路对差模信号的放大能力 相当于对单个输相当于对单个输 入信号放大能力的入信号放大能力的2倍。倍。(2)差模差模输入输入 (3)(3)比较输入比较输入 大小和极性都是任意的。大小和极性都是任意的。分解分解共模分量共模分量差模分量差模分量比如比如差模电压放大倍数差模电压放大倍数共模共模电压放大倍数电压放大倍数一、电路的组成一、电路的组成利用射极电阻稳定利用射极电阻稳定Q点点但仍存在温度漂移问题但仍存在温度漂移问题输出的动态信号与输出的动态信号与U UCQCQ及温度漂移毫无关系及温度漂移毫无关系第三章第三章 多级放大电路多级放大电路V受温度控制受温度控制保持保持UCQ=V（a）（b）第三章第三章 多级放大电路多级放大电路（c）若若ui1=ui2则则 iB1=iB2iC1=iC2集集电电极极电电位的位的变变化化uC1=uC2uo=uC1-uC2=(UCQ1+uC1)-(UCQ2+uC2)=0若若ui1=-ui2则则 iB1=-iB2iC1=-iC2集集电电极极电电位的位的变变化化 uC1=-uC2uo=(UCQ1+uC1)-(UCQ2+uC2)=2 uC1 温度漂移温度漂移采用与图采用与图(b)电路参数完全相同，管子特性也相同的电路代替可变电路参数完全相同，管子特性也相同的电路代替可变电源电源V 差动放大电路差动放大电路（d）第三章第三章 多级放大电路多级放大电路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。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长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路（e）+uo T1 Rc1 Rb1 ui1+VCC T2 Rc2 Rb2 Re-VEE ui2+第三章第三章 多级放大电路多级放大电路 大小相等；大小相等；极性相同。极性相同。3.两种输入信号两种输入信号:差模、共模差模、共模第三章第三章 多级放大电路多级放大电路 1.1.电路电路一般有两个输入端：一般有两个输入端：双端输入双端输入从两输入端同时加从两输入端同时加 单端输入单端输入仅从一个输入端仅从一个输入端对地对地加加 2.2.可以有两个输出端可以有两个输出端:双端输出双端输出从从C1 和和C2输出输出 单端输出单端输出从从C1或或C2 对地输出对地输出大小相等；大小相等；极性相反。极性相反。共模共模差模差模第三章第三章 多级放大电路多级放大电路+uo T1 Rc1 Rb1 ui1+VCC T2 Rc2 Rb2 Re-VEE ui2+几个基本概念几个基本概念1.1.静态分析静态分析第三章第三章 多级放大电路多级放大电路通常，通常，Rb较小，且较小，且IBQ很小，故很小，故+uo T1 RcRbui1+VCC T2 RcRbRe-VEE ui2+第三章第三章 多级放大电路多级放大电路二、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 多级放大电路多级放大电路共模信号：共模信号：1)电路对称电路对称+uoc T1 Rc1 Rb1+VCC T2 Rc2 Rb2 Re-VEE ui1+uic ui2 2.对共模信号的抑制作用对共模信号的抑制作用uo=uC1-uC2=(UCQ1+uC1)-(UCQ2+uC2)=0共模放大倍数共模放大倍数 参数理想对称时参数理想对称时 第三章第三章 多级放大电路多级放大电路2)Re的共模负反馈作用的共模负反馈作用对于每一边电路，对于每一边电路，发射极等效电阻为发射极等效电阻为2Re如如 T()电阻电阻Re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。+uo T1 Rc1 Rb1+VCC T2 Rc2 Rb2 Re-VEE ui1+uic ui2 IC1 IC2 IC1 IC2 UE IB1 IB2 Re越大越好，但受越大越好，但受VEE限制。限制。IE1IE2IE 差差模模输入时输入时 差分放大电路能够放大差模信号差分放大电路能够放大差模信号 差差模模放大倍数放大倍数 共共模模抑制比抑制比 综合考察电路对差模信号综合考察电路对差模信号的放大能力和对共模信号的的放大能力和对共模信号的抑制能力。抑制能力。第三章第三章 多级放大电路多级放大电路3、对差模信号的放大作用、对差模信号的放大作用 +uod T1 Rc1 Rb1 uI1+VCC T2 Rc2 Rb2 Re-VEE uI2+则则 iB1=-iB2iC1=-iC2集电极电位的变化集电极电位的变化 uC1=-uC2=(UCQ1+uC1)-(UCQ2+uC2)=2 uC1uo第三章第三章 多级放大电路多级放大电路第三章第三章 多级放大电路多级放大电路三、差分放大电路的四种接法三、差分放大电路的四种接法 差差分分放大电路有两个输入端和两个输出端，放大电路有两个输入端和两个输出端，对外有四对外有四 种接法：种接法：双端双端输入输入双端输入双端输入 双端双端输入输入单端输出单端输出 单端单端输入输入双端输出双端输出 单端单端输入输入单端输出单端输出 所谓所谓“单端单端”指一端接地。指一端接地。+uo T1 Rc1 Rb1 uI1+VCC T2 Rc2 Rb2 Re-VEE uI2+为了防止干扰和满足负载的需要。为了防止干扰和满足负载的需要。1 1、双、双端端输入输入-双端输出电路双端输出电路+uod T1 Rc Rb+VCC T2 Rc Rb Re-VEE ui1+uid ui2 uId/2uId/2+RL+uod RL T1 Rc Rb ui1+VCC T2 Rc Rb Re-VEE ui2+分析时注意二个分析时注意二个“虚虚地地”E点电位在差模信号作用下点电位在差模信号作用下不变，相当于接不变，相当于接“地地”。负载电阻的中点电位在差模信负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变，相当于接号作用下不变，相当于接“地地”。E+uod RL T1 Rc Rb ui1+VCC T2 Rc Rb Re-VEE ui2+rbeibibRbRcrbe-ib-ibRbRcuiduod RL+uod RL T1 Rc Rb T2 RcRb+uid/2uid/2+b1c1e1rbeibibRbRcrbeibibRbRcuiduod 交流通路交流通路rbeibibRbRcrbeibibRbRcuiduod 与单管共射放大电路的与单管共射放大电路的电压放大倍数相同电压放大倍数相同是单管共射放大电路的两倍是单管共射放大电路的两倍第三章第三章 多级放大电路多级放大电路第三章第三章 多级放大电路多级放大电路2 2、双、双端端输入输入-单端输出电路单端输出电路RL+uo1T1 Rc Rb ui1+VCC T2 Rc Rb Re-VEE ui2+UCQ1UCQ2Rc+VCC T1 Rb+VCC T2 Rc Rb Re-VEE aba静态工作点不对称静态工作点不对称第三章第三章 多级放大电路多级放大电路第三章第三章 多级放大电路多级放大电路+uo1T1 Rc Rb ui1+VCC T2 Rc Rb Re-VEE ui2+uodT1 Rc Rb T2 RcRb+uid/2uid/2+rbeibibRbRcrbeibibRbRcuidRL RL 对差模信号的放大作用对差模信号的放大作用uod 第三章第三章 多级放大电路多级放大电路rbeibibRbRcrbeibibRbRcuidRL uod 从从T2 的集电极输出时：的集电极输出时：双端输出：双端输出：第三章第三章 多级放大电路多级放大电路+uo1T1 Rc Rb ui1+VCC T2 Rc Rb Re-VEE ui2+rbeibib2ReRbuicRcuo1rbeibib2ReRbRcRL RL T1 Rc Rb T2 RcRb+uo1+uic2Re 2Re对共模信号的抑制作用对共模信号的抑制作用交流通路交流通路rbeibib2ReRbuicRcuo1rbeibib2ReRbRcRL 从从T2 的集电极输出时：的集电极输出时：Re 愈大，愈大，共模放大倍数愈小，共模放大倍数愈小，共模共模抑制比越高，抑制比越高，电路的性能愈好。电路的性能愈好。+uo T1 Rc Rb ui+VCC T2 Rc Rb Re-VEE+uo T1 Rc Rb+VCC T2 Rc Rb Re-VEE+ui1/2 +ui1/2 ui1/2 +ui1/2 在差模信号输入的同时，伴随着共模信号的输入。在差模信号输入的同时，伴随着共模信号的输入。3 3、单端输入、单端输入-双端输出电路双端输出电路区别：区别：单端单端输入等同于输入等同于双端双端输入。输入。+uoT1 Rc Rb ui+VCC T2 Rc Rb Re-VEE RL 静态分析和动态分析过程静态分析和动态分析过程及结果等同于及结果等同于双入双入单出单出电路电路4 4、单端输入、单端输入-单端输出电路单端输出电路 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：(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 多级放大电路多级放大电路第三章第三章 多级放大电路多级放大电路差动放大电路动态参数计算总结差动放大电路动态参数计算总结 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是是基本放大电路的两倍。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 第三章第三章 多级放大电路多级放大电路第三章第三章 多级放大电路多级放大电路(3)(3)差模输入电阻差模输入电阻(5)(5)共模抑制比共模抑制比 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双端输出时双端输出时 单端输出时共模抑制比：单端输出时共模抑制比：四、改进型差分放大电路四、改进型差分放大电路(1)用电流源代替电阻用电流源代替电阻 Re 在在差分放大电路中，差分放大电路中，双端双端输出输出 单端单端输出输出 Re 愈大，愈大，共模放大倍数愈小；共模放大倍数愈小；共模共模抑制比越高。抑制比越高。若若Re过大，过大，影响静态工作点；影响静态工作点；不便于集成。不便于集成。用用电流源替代电阻电流源替代电阻Re。+uo T1 Rc Rb ui1+VCC T2 Rc Rb R3-VEE ui2 T3 R2R1四、改进型差分放大电路四、改进型差分放大电路+uo T1 Rc Rb ui1+VCC T2 Rc Rb Re-VEE ui2+直流电阻直流电阻 几千欧姆几千欧姆 交流电阻交流电阻 几百千几百千欧姆欧姆 近似为近似为恒流恒流+uo T1 Rc Rb ui1+VCC T2 Rc Rb-VEE ui2+uo T1 Rc Rb ui1+VCC T2 Rc Rb R3-VEE ui2 T3 R2R1IC3IE1IE2IC3等效电阻等效电阻为无穷大为无穷大四、改进型差分放大电路四、改进型差分放大电路问题：问题：使当使当ui=0时时,uo=0 元件参数不可能绝对对称，元件参数不可能绝对对称，使得使得ui=0时，时，uo 0 增加调零电位器。增加调零电位器。+uo T1 Rc Rb ui1+VCC T2 Rc Rb RW-VEE ui2 I RW不能太大，不能太大，一般为几百欧姆。一般为几百欧姆。(2)电路调零措施电路调零措施 解决：解决：注意：注意：+uo T1 Rc Rb ui1+VCC T2 Rc Rb Re-VEE ui2+四、改进型差分放大电路四、改进型差分放大电路+uo T1 Rc Rb ui1+VCC T2 Rc Rb-VEE ui2 I T3 T4(4)场效应管差分放大电路场效应管差分放大电路 ui1T1T2Rd+VDD-VSSui2+-uoIRdRgRg 其输入电阻几乎为无穷大，其输入电阻几乎为无穷大，特别适合做多级放大电路的输入级。特别适合做多级放大电路的输入级。(3)采用复合管提高输入电阻采用复合管提高输入电阻 例：已知例：已知Rb=1k,Rc=10k，RL=5.1k,VCC=12V,VEE=6V;=100,rbe=2k。(1)为使为使IE1=IE2=0.5mA求求Re 和和UCEQ+uod T1 Rc Rb+VCC T2 Rc Rb Re-VEE uI1+uid uI2 uId/2uId/2+RL(2)计算计算Au、Ri、Ro；+uod T1 Rc Rb+VCC T2 Rc Rb Re-VEE uI1+uid uI2 uId/2uId/2+RL rbeibibRbRcrbeibibRbRcuiduod （3）电路改成单出，用直）电路改成单出，用直流表测得流表测得uO=3V，ui=？（uoc可忽略不计）可忽略不计）RL+uoT1 Rc Rb ui1+VCC T2 Rc Rb Re-VEE ui2+用直流表测得的电压既有直流量，用直流表测得的电压既有直流量，又含有变化量，要先计算静态值：又含有变化量，要先计算静态值：UCQ1UCQ2Rc+VCC T1 Rb+VCC T2 Rc Rb Re-VEE aUCQ1UCQ2uo