模电多级放大解读.pptx

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1、第1页/共37页(3-2)当单级放大电路不能满足多方面的性能要求（如Au104、Ri=2M、Ro=100）时，应考虑采用多级放大电路。组成多级放大电路时首先应考虑如何“连接”几个单级放大电路，耦合方式即连接方式。常见耦合方式有：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合等。直接耦合既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻 当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。输入为零时，但输出产生变化的现象称为零点漂移第二级第一级两个单管放大电路简单的直接耦合特点：(1)可以放大交流和缓慢变化及直流信号；(2)便于集成化。(3)各级静态工作点互相影响；基极和集电极电位会随着级数

2、增加而上升；(4)T1接近临界饱和，Q1点过高；(5)零点漂移。1.解决合适静态工作点的几种办法UEQ2UBEQ1UCEQ1=UBEQ2=0.7V=UBEQ1 第2页/共37页(3-3)1.解决合适静态工作点的几种办法改进电路(a)电路中接入 Re2，抬高第一级集电极有较高的静态电位，但第二级放大倍数严重下降。改进电路(b)稳压管导通压降高，动态电阻很小，可以使第二级的放大倍数损失小。但集电极电压变化范围减小。DZRc1Rb2+VCC+T1+Rc2RT2(b)Rc1Rb2+VCC+T1+Rc2Re2T2(a)Rb1改进电路(c)可获得合适的工作点。为经常采用的方式。Rc1Rb2+VCC+T1+

3、Re2Rc2T2(c)Rb1Rb1UCEQ1=UBEQ2+IeQ Re1 UBEQ1 D1D2 二极管动态电阻很小,可使第二级的放大倍数损失小。若要UCEQ5V，则应怎么办？用多个二极管吗？在用NPN型管组成N级共射放大电路，由于UCQi UBQi，所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致于后级集电极电位接近电源电压，Q点不合适。第3页/共37页(3-4)【例】图示两级直接耦合放大电路中，已知：Rb1=240 k，Rc1=3.9 k，Rc2=500 ，稳压管 Dz 的工作电压 UZ=4 V，三极管 T1 的 1=45，T2 的 2=40，VCC=24 V，试计算各级静态工作点。解：设

4、 UBEQ1=UBEQ2=0.7 V，如 ICQ1 由于温度的升高而增加 1%，计算静态输出电压 的变化。ICQ1=1 IBQ1=450.1 mA=4.5 mAIBQ2=IRc1 ICQ1=(4.95 4.5)mA=0.45 mAICQ2=2 IBQ2=(40 0.45)mA=18 mAUO=UCQ2=VCC ICQ2RC2=(24 18 0.5)V=15 V UCEQ2=UCQ2 UEQ2=(15 4)V=11 V当 ICQ1 增加 1%时，即ICQ1=(4.5 1.01)mA=4.545 mAIBQ2=(4.95 4.545)mA=0.405 mAICQ2=(40 0.405)mA=16.

5、2 mAUO=UCQ2=(24 16.2 0.5)V=15.9 V升高了 0.9 V，约升高 6%。(大于稳压管的稳压电流5-10mA)Rc1Rb1+VCC+T1+Rc2T2 DzuIuOiB1iC1iRc1iB2iC2第4页/共37页(3-5)Q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。共射电路共集电路 利用电容连接信号源与放大电路、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻容耦合。阻容耦合优点：(1)前、后级直流电路互不相通，静态工作点相互独立；(2)选择足够大电容，可以做到前一级输出信号几乎不衰减地加到后一级输入端，使信号得到充分利用。不足：(1)不适合传送缓慢变化的信号；

6、(2)无法实现线性集成电路。第5页/共37页(3-6)从变压器原边看到的等效电阻 可能是实际的负载，也可能是下级放大电路 理想变压器情况下，负载上获得的功率等于原边消耗的功率。变压器耦合优点：(1)能实现阻抗变换；(2)静态工作点互相独立。缺点：(1)变压器笨重；(2)无法集成化；(3)直流和缓慢变化信号不能通过变压器。第6页/共37页(3-7)光电耦合光电耦合器及其传输特性光电耦合放大电路传输比第7页/共37页(3-8)四种耦合方式的比较阻容耦合阻容耦合直接耦合直接耦合变压器耦合变压器耦合光电耦合光电耦合特特点点各各级级工工作作点点互不影响；互不影响；结构简单结构简单能放大缓慢变能放大缓慢变

7、化的信号或直流化的信号或直流成分的变化；成分的变化；适合集成化适合集成化有阻抗变换作有阻抗变换作用；用；各级直流通路各级直流通路互相隔离。互相隔离。电气隔离，电气隔离，抑制电干扰抑制电干扰存存在在问问题题 不不能能反反应应直直流成分的变化，流成分的变化，不适合集成不适合集成化化有零点漂移现有零点漂移现象；象；各级工作点互各级工作点互相影响相影响不能反应直流不能反应直流成分的变化；不成分的变化；不适合放大缓慢变适合放大缓慢变化的信号；化的信号；不适合集成化不适合集成化传输比较小传输比较小适适合合场场合合分立元件交分立元件交流放大电路流放大电路集成放大电路，集成放大电路，直流放大电路直流放大电路低

8、频功率放大，低频功率放大，调谐放大调谐放大可用在集成放可用在集成放大电路大电路第8页/共37页(3-9)多级放大电路的动态分析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：Ri大，Ro小，Au的数值大，最大不失真输出电压大。分析举例例求两级的Q点，及动态分析。两级阻容耦合电路P153第9页/共37页(3-10)分析举例例解 Q点：工作在放大区 动态值：第1级第2级BiC1iE1iB1iB2iE2用加压求流法求后端的等效电阻：b2b2c2c2e2e2IB2IC2第10页/共37页(3-11)分析举例例解 Q点：动态值：第1级第2级BiC1iE1iB1iB2iE2后级的输入电阻相

9、当于 前级的负载电阻用加压求流法求输出电阻：=0第11页/共37页(3-12)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。产生原因：温度变化，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原因，故也称零漂为温漂。2.克服温漂的方法：引入直流负反馈；温度补偿（热敏元件）；采用相同特性的管子组成抵消温漂典型电路差分放大电路差分放大电路1.长尾式差分放大电路的组成3.1,(a,c.e )3.2(b)3.4 作业P179输入信号：一般为缓慢变化的非周期性信号第12页/共37页(3-13)差分放大电路零输入零输出若V与UCQ的变化一样，则输出电压就没有漂移信号特点

10、？能否放大？零点漂移假设电路结构参数理想对称:Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，Re1=Re2;T1、T2在任何温度下特性均相同。克服零点漂移；共模输入(零输入)零输出；1.长尾式差分放大电路的组成差模输入(非零输入)输出放大。ReiE1=-iE2,iRe=iE1-iE2=0Re对差模信号相当于短路，无反馈作用。-VEE长尾式 (典型电路)iE即 ui1=ui2当输入共模信号(大小相等极性相同的信号)时由于对称：iB1=iB2,iC1=iC2,uC1=uC2,uO=0当输入差模信号(大小相等极性相反的信号)时即 ui1=-ui2iB1=-iB2,iC1=-iC2,uC1=-uC2,uO=uC1-

11、uC2=2 uC1 iReRe 称为 “长尾电阻”Re 愈大，共模负反馈愈强。每个管子的零漂愈小。Re引入共模负反馈+第13页/共37页(3-14)2.长尾式差分放大电路的分析 静态Q点：令uI1=uI2=0 1=2=uId=0+VCCRc2T1T2Rc1+uId+uoRb1Rb2-VEERe+Rb1=Rb2=RbRc1=Rc2=Rc例求Re 与UCEQ IRe6z1第14页/共37页(3-15)对共模信号 uIc 抑制作用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如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。第15页/共

12、37页(3-16)交流微变等效电路+交流通道对差模信号uId起放大作用 差模信号作用时的动态分析iE1=iE2，Re中变化电流为0，相当于短路，E点接地，即Re 对差模信号无反馈作用。差模放大倍数例求差模动态参数第16页/共37页(3-17)共模抑制比 KCMR：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。在实际应用时，信号源需要有“接地”点，以避免干扰；或负载需要有“接地”点，以安全工作。根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：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。有四种不同的接法双端输入、双端输出；双端输入、单端输出；单端输入

13、、双端输出；单端输入、单端输出。3.差分放大电路的四种接法双端输入单端输出：双端输入、双端输出；例第17页/共37页(3-18)由于输入回路没有变化，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但是由于输出回路不对称：双端输入,单端输出：Q点分析；差模信号作用下的动态分析直流通道oc+-VCCco+-据戴维宁定理UCEQ1 UCEQ2。若输入极性不变，换另一端输出。则输出与输入同相静态输出：第18页/共37页(3-19)对共模信号的等效电路 共模信号作用下的动态分析电路性能越好第19页/共37页(3-20)例 改为单端输出若测得直流：由于输出端不对称，有静态输出：静态输出：设求输入电压第20页

14、/共37页(3-21)共模输入电压差模输入电压 输入差模信号的同时，伴随着共模信号输入：三极管仍然基本工作在差分状态，所以当共模负反馈足够强时，单端输入，双端输出交流微变等效电路7z1第21页/共37页(3-22)单端输入、单端输出若改从 T2 集电极输出，则这种接法比一般的单管放大电路具有较强的抑制零漂的能力。第22页/共37页(3-23)3.差分电路 四种接法的比较：电路参数理想对称条件下 单端输入时在输入差模信号同时总伴随有共模信号输入：Ad、Ac、KCMR、Ro和 Q点均与输出方式有关：输入电阻与输入方式无关，均为：Ri=2(Rb+rbe)若输入信号为：若电路参数理想对称（双端输出）时

15、Ac=0输出端不对称，有静态输出：输出端对称，静态输出为0第23页/共37页(3-24)差分放大电路四种接法的性能比较 接法性能差分输入 双端输出差分输入 单端输出单端输入 双端输出单端输入 单端输出AdKCMR极高极高较高较高RiRo (1)双端输出时，Ad 与单管 Au 基本相同；单端输出时，Ad 约为双端输出时的一半。双端输出时，Ro=2Rc；单端输出时，Ro=Rc。(2)双端输出时，理想情况下，KCMR ；单端输出时，共模抑制比不如双端输出高。(3)单端输出时，可以选择从不同的三极管输出，而使输出电压与输入电压反相或同相。(4)单端输出时，由于引入很强的共模负反馈，两个管仍工作在差分状

16、态。(5)单端输出时，Rid 2(R+rbe)。第24页/共37页(3-27)Re 越大，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。但为使静态电流不变，Re 越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。需在低电源条件下，得到趋于无穷大的Re。4.改进的差分放大电路动态等效电阻为无穷大近似为恒流（1）具有恒流源的差分放大电路解决方法：采用电流源！B0不受温度影响！第27页/共37页(3-28)（2）在分立元件电路中加调零电位器RW5.场效应管差分放大电路3.6,3.7 作业第28页/共37页(3-29)互补输出级是直接耦合的功率放大电路。对输出级的要求：带负载能

17、力强；直流功耗小；负载电阻上无直流功耗；最大不失真输出电压最大。射极输出形式静态工作电流小输入为零时输出为零 双电源供电时Uom的峰值接近电源电压。单电源供电Uom的峰值接近二分之一电源电压。1.对输出级的要求直接耦合互补输出级2.基本电路(1)特征：T1、T2特性理想对称。(2)静态分析T1的输入特性理想化特性静态时T1、T2均截止，UB=UE=0T2的输入特性第29页/共37页(3-30)(1)特征：T1、T2特性理想对称。(2)静态分析T1的输入特性理想化特性静态时T1、T2均截止，UB=UE=02.基本电路(3)动态分析ui 正半周，电流通路为：+VCCT1RL地，uo=ui 两只管交

18、替工作，两电源交替供电，双向跟随。ui负半周，电流通路为：地 RL T2 -VCC，uo=ui(4)交越失真消除失真的方法：设置合适的静态工作点。信号在零附近两只管子均截止开启电压T2的输入特性第30页/共37页(3-31)u对偏置电路的要求：有合适的Q点，且动态电阻尽可能小，即动态信号的损失尽可能小。3.消除交越失真的互补输出级u如果信号为零时两只管子处于临界导通或微导通状态，那么当有信号输入时两只管子中至少有一只导通，因而消除了交越失真。(1)加入二极管偏置电路u二极管导通时，对直流电源的作用可近似等效为一个0.60.8V的直流电池，对交流信号的作用可等效为一个数值很小的动态电阻。(2)用

19、倍增UBE电路第31页/共37页(3-32)(3)准互补输出级 为保持输出管的良好对称性，输出管应为同类型晶体管。第32页/共37页(3-33)放大电路的读图方法1.化整为零：按信号流通顺序将N级放大电路分为N个基本放大电路。2.识别电路：分析每级电路属于哪种基本电路，有何特点。3.统观总体：分析整个电路的性能特点。4.定量估算：必要时需估算主要动态参数。直接耦合多级放大电路例双端输入单端输出的差放以复合管为放大管的共射放大电路第三级：准互补输出级动态电阻无穷大第二级：第一级：输入电压几级？各级为何种电路？输出与输入的极性？设各管的放大系数均为 ，求 的表达式？输出与输入的极性:+接法接法输输入入输输出出相位相位共射共射bc反相反相共集共集be同相同相共基共基ec同相同相同相输入端反相输入端第33页/共37页(3-34)设各管的放大系数均为 ，求 的表达式？b1c1e1b1c1e1b2c2e2b2c2e2b3e3b3c3e3b4e4b4c4e4b6c6e6b6c6e6c3c4b7C7-e7b7c7e7交流等效电路整个电路 可等效为一个双端输入单端输出的差分放大电路第34页/共37页(3-35)第35页/共37页2-36第36页/共37页2-37感谢您的观看。第37页/共37页