模拟电子技术教案3.ppt

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1、第3章 多级放大电路模拟电子技术基础模拟电子技术基础第三章第三章 多級放大电路多級放大电路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 作业：作业：4（a）、（）、（d），），5，7，8，9，11思考题：思考题：13.1.1 直接耦合直接耦合+VCC uIRb2 Rc1 T1Rc2 T2Rb1 uO(a)第一级与第二级直接相连第一级与第二级直接相连(b)第二级加射级电阻或二极管第二级加射级电阻或二极管应满足应满足各级有合适的各级有合适的Q；较小损失，不失真放大较小损失

2、，不失真放大+-+-一、几种电路形式一、几种电路形式+VCC uIRb2 Rc1 T1Rc2 T2Rb1 uO+-+-Re2 U UCEQ1CEQ1 U UBEQ2BEQ2 0.7V,T1饱和饱和,T2电流电流IB2大大,饱和饱和,需抬高需抬高Ue2。加加Re2,工作点合适工作点合适,Au下降下降3.1 3.1 3.1 3.1 多极放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式3.1.1 3.1.1 3.1.1 3.1.1 直接耦合直接耦合直接耦合直接耦合+VCC uIRb2 Rc1 T1Rc2 T2Rb1 uO+-+-+VCC uIRb2 Rc1 T1R

3、e2 T2Rb1 uO+-+-R DZ Rc2 (c)第二级发射级加稳压管第二级发射级加稳压管(d)NPN型管和型管和PNP型管混合使用型管混合使用换成换成DZ，直流有压，直流有压 降降(恒压恒压),交流交流rz小。小。NPN和和PNP管混用，使管混用，使Uc2Uc1 二、优缺点二、优缺点1、优点：良好的低频特性，可放大变化缓慢的信号；易集成化。、优点：良好的低频特性，可放大变化缓慢的信号；易集成化。2、缺点：、缺点：Q不独立，调试困难；有零点漂移。不独立，调试困难；有零点漂移。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3.1 3.1 3.1 3.1 多极

4、放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式3.1.1 3.1.1 3.1.1 3.1.1 直接耦合直接耦合直接耦合直接耦合3.1.2 3.1.2 阻容耦合阻容耦合 将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端。将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端。uI C1 RL uO R1+VCCT1 C2 R3 C3 C4 R2 R4 R5 R6 优点优点:各级静态工作点相互独立，电路的分析设计调试简单各级静态工作点相互独立，电路的分析设计调试简单;交流损失小交流损失小;抑制零漂。抑制零漂。缺点：低频特性差，不能放大直流或缓慢变化的信号；缺点：低频特性差，

5、不能放大直流或缓慢变化的信号；不便于集成化。不便于集成化。+-+-T2 图图3.1.2 两级两级阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路 3.1 3.1 3.1 3.1 多极放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式3.1.2 3.1.2 3.1.2 3.1.2 阻容耦合阻容耦合阻容耦合阻容耦合3.1.3 变压器耦合器耦合优点：点：Q独立独立;改改变n可改可改变RL，阻抗匹配；隔直通交，抑制温漂。，阻抗匹配；隔直通交，抑制温漂。缺点：高、低缺点：高、低频特性差；不易集成化；成本高，使用于特殊特性差；不易集成化；成本高，使用于特殊场合。合。uI C1 TRL R

6、b2+VCCCe Rb1 Re N N1 1N N2 2RL N N1 1N N2 2I1.I2.RL Ic.例：如上图电路中，假设例：如上图电路中，假设RL=8,n=5.6。求等效电阻。求等效电阻。图图3.1.3变压器耦合共射放大器耦合共射放大电路路 3.1 3.1 3.1 3.1 多极放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式3.1.3 3.1.3 3.1.3 3.1.3 变压器耦合变压器耦合变压器耦合变压器耦合3.1.4 3.1.4 光光电耦合耦合 以光信号为媒介实现电信号的耦合和传递，因抗干扰能力强以光信号为媒介实现电信号的耦合和传递，因抗干扰

7、能力强而广泛应用。而广泛应用。DT1 T2 ic iD ceuD+-一、光电耦合器一、光电耦合器uCE ID3 ID2 ID1 增增大大ID ic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(a)内部组成内部组成 (b)传输特性传输特性发光元件为输入回路：将电能转换为光能；发光元件为输入回路：将电能转换为光能；光敏元件为输出回路：将光能转换为电能。光敏元件为输出回路：将光能转换为电能。电气隔离，电气隔离，抗干扰性强抗干扰性强传输比传输比 3.1 3.1 3.1 3.1 多极放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式3.1.4 3.1.4

8、 3.1.4 3.1.4 光电耦合光电耦合光电耦合光电耦合二、光电耦合放大电路二、光电耦合放大电路DT1 T2 us V VRs+-+-uo+VCC 信号源信号源光电耦合器光电耦合器输出回路输出回路图图3.1.6 光电耦合放大电路光电耦合放大电路 两地分离，远距离传输，抗干扰两地分离，远距离传输，抗干扰3.1 3.1 3.1 3.1 多极放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式3.1.4 3.1.4 3.1.4 3.1.4 光电耦合光电耦合光电耦合光电耦合RSUs+-.A1 A2 An-+-.+-.Uin+-.Ui2 Ui+Uo1.RLUo.图图3.

9、2.1 多级放大电路方框图多级放大电路方框图.(注意：后级的注意：后级的Ri为前级的为前级的RL)输入电阻输入电阻:输出电阻输出电阻:当射随器为第一级时，当射随器为第一级时，Ri与后级与后级Ri有关。有关。当射随器为末级时，当射随器为末级时，Ro与前级与前级Ro有关。有关。3.2 3.2 3.2 3.2 多极放大电路的动态分析多极放大电路的动态分析多极放大电路的动态分析多极放大电路的动态分析例例3.2.1 在如图所示电路中，在如图所示电路中，R1=15k,R2=R3=5k,R4=2.3 k,R5=100k,R6=RL=5k;VCC=12V;晶体管的晶体管的均为均为50,rbe1=1.2k rb

10、e2=1k,UBEQ1=UBEQ2=0.7V。试估算电路的试估算电路的Q点、点、Au、Ri和和Ro。ui C1 RL uo R1 VCCT1 C2 R3 C3 C4 R2 R4 R5 R6(1)阻容耦合，阻容耦合，Q独立。独立。第一级为典型的第一级为典型的Q点稳定电路，点稳定电路，可得可得 图图3.1.2 两级两级阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路T23.2 3.2 3.2 3.2 多极放大电路的动态分析多极放大电路的动态分析多极放大电路的动态分析多极放大电路的动态分析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零点漂移：输入电压为零而输出电压不为零，且随时间、温零点

11、漂移：输入电压为零而输出电压不为零，且随时间、温 度发生缓慢变化的现象度发生缓慢变化的现象。原因：电源波动、元件老化、半导体元件参数随温度变化而原因：电源波动、元件老化、半导体元件参数随温度变化而 产生变化。产生变化。二、抑制温度漂移的方法二、抑制温度漂移的方法1 电路中引入直流负反馈；电路中引入直流负反馈；2 采用温度补偿；（用热敏元件）采用温度补偿；（用热敏元件）3 采用差分放大电路。采用差分放大电路。一、零点漂移现象及其产生的原因一、零点漂移现象及其产生的原因直耦的严重性直耦的严重性3.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.

12、1 3.3.1 3.3.1 3.3.1 零点漂移现象零点漂移现象零点漂移现象零点漂移现象3.3.2 差分放大电路差分放大电路一、一、电路的组成及工作原理电路的组成及工作原理+VCC T1 T2+-Rb1 Rc1 Re1 Re2 Rb2 Rc2 uI1 VBB+-uI2 VBB+-uO 温度的变化将引起晶温度的变化将引起晶 体管参数的变化，使体管参数的变化，使Q变变 化，因此化，因此T1接成接成工作点稳工作点稳 定电路定电路的演变电路。并加的演变电路。并加 入性能和入性能和T1完全一样的完全一样的T2，电路结构电路结构形式及参数也完全形式及参数也完全 一样一样。这样当温度变化时，。这样当温度变化

13、时，UC1、UC2的变化一致，的变化一致，输出电压输出电压Uo则保持不变。则保持不变。图图3.3.2 差分放大电路的组成差分放大电路的组成(c)1、电路的组成电路的组成3.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路1.差模输入与差模特性差模输入与差模特性 差模输入差模输入ui1=ui2差模输入电压差模输入电压uid=ui1 ui2=2ui1=ui2差模信号交流通路差模信号交流通路ic1ic2使得：使得：ic1=ic2uo1=uo2差模输出电压差模输

14、出电压uod=uC1 uC2=uo1 (uo2)=2uo1差模电压放大倍数差模电压放大倍数带带RL时时RLRid=2rbe差模输入电阻差模输入电阻差模输出电阻差模输出电阻Rod=2RC大小相同大小相同 极性相反极性相反二、长尾式差分放大电路二、长尾式差分放大电路ui1V1+VCCV2RCRCuodui2uo1uo2ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC23.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路例例3.3.1 已知已知

15、:=80,rbb=200 ,UBEQ=0.6 V,试求试求:(1)静态工作点静态工作点(2)差模电压放大倍数差模电压放大倍数Aud差模输入电阻差模输入电阻Rid，输出电阻输出电阻Rod解解(1)ICQ1=ICQ2 (VEE UBEQ)/2REE=(12 0.6)/2 20=0.285(mA)UCQ1=UCQ2=VCC ICQ1RC=12 0.285 10=9.15(V)(2)=10/10=5(k)Rid=2rbe=2 7.59=15.2(k)Rod=2RC=20(k)ui1V1+12VV212VRCRCREEuodui210 k 10 k 20 k 20 k 3.3 3.3 3.3 3.3 直

16、接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路2.共模输入与共模抑制比共模输入与共模抑制比共模输入共模输入ui1=ui2共模输出电压共模输出电压uic=ui1=ui2使得使得:ie1=ie2IEQ1+ie1IEQ2+ie2ue=2ie1REE2REE2REE共模输入电压共模输入电压uoc=uC1 uC2=0共模抑制比共模抑制比用对数表示：用对数表示：大小相同大小相同极性相同极性相同共模信号交流通路共模信号交流通路ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC2V1

17、V2RCRCuodui2uC1uC23.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路3、信号的输入方式、信号的输入方式（1）共模输入方式：大小相等、极性相同的信号。）共模输入方式：大小相等、极性相同的信号。（2）差模输入方式：大小相等、极性相反的信号。）差模输入方式：大小相等、极性相反的信号。则则差模放大倍数：差模放大倍数：（3）任意输入方式）任意输入方式 uI1,uI2 (均可以上述两种方式表示）均可以上述两种方式表示）共模放大倍数：共模放大倍数：

18、即即(1)(2)(1)(2),得得(1)(2),得得3.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路(2)若若Aud=50、Auc=0.05求求输出电压输出电压uo，及，及KCMR1.01V0.99V解解可将任意输入信号分解为可将任意输入信号分解为共模信号和差模信号之和共模信号和差模信号之和(1)ui1=1.01=1.00+0.01(V)ui2=0.99=1.00 0.01(V)uid=u i1 u i2=1.01 0.99=0.02(V)uiC=(

19、ui1+ui2)/2=1(V)(2)uod=Auduid=50 0.02=1(V)uoc=Aucuic=0.05 1=0.05(V)uo=Auduid+Aucuic=1.05(V)=60(dB)(1)求求差模输入电压差模输入电压uid、共模输入电压共模输入电压uic例例3.3.2ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC23.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路三、三、差分放大电路的四种接法差分放大电路的四种接法1.双入

20、单出双入单出输出为双端输出的一半输出为双端输出的一半输出为双端输出的一半输出为双端输出的一半较双端输出小较双端输出小即即 ui1=ui，ui2=0参数计算与双端输入相同参数计算与双端输入相同2.单入双出单入双出为双端输入的特例为双端输入的特例为双端输入的特例为双端输入的特例+VCCuIV1V2RCuoRCVEEI0iC1iC2RL3.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路三、三、差分放大电路的四种接法差分放大电路的四种接法一、单端输入、输出方式

21、一、单端输入、输出方式3.单入单出单入单出输出为双端输出的一半输出为双端输出的一半输出为双端输出的一半输出为双端输出的一半4.双入双出双入双出3.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路+VCCuIV1V2RCuoVEEI0iC1iC2RL四、改进型差分放大电路四、改进型差分放大电路-电流源电路电流源电路增大共模放大倍数的思路：增大共模放大倍数的思路：增大增大RE用恒流源代替用恒流源代替RE特点：特点：直流电阻为有限值直流电阻为有限值动态电阻很大

22、动态电阻很大1.三极管电流源三极管电流源简化画法简化画法电流源电流源代替差代替差分电路分电路中的中的RE+VCCRLRERB1RB2ICI0ui1V1+VCCV2RCR1uodui2RCVEER2R3IC3V3ui1V1+VCCV2RCuodui2RCVEEI03.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路例例:uI1=10mV,uI2=6mV，则，则uId=2mV,uIc=8mV Ac=0 uOc=0 Ad0 ，uO=AduId-Ad(-uid)

23、=Ad（2uId）=Ad(uI1-uI2)3、存在的问题及改进方案、存在的问题及改进方案双出可以抑制温漂，单端对地输出则不能，因此双出可以抑制温漂，单端对地输出则不能，因此（1）采用工作点稳定电路，加）采用工作点稳定电路，加Re，A，故将，故将Re合合 在一起，则在一起，则Q点稳定，（抑制共模信号），点稳定，（抑制共模信号），而差模信号被放大（而差模信号被放大（Re 无负反馈作用）。无负反馈作用）。（2）Re大，动态范围小，去掉大，动态范围小，去掉VBB，加，加-VEE，双，双 电源供电。长尾电路。电源供电。长尾电路。3.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路