第3章 多级放大电路.ppt

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1、第第3章章 多级放大电路多级放大电路跳转到第一页学习要点学习要点n n多级放大器级间耦合方式、放大倍数多级放大器级间耦合方式、放大倍数多级放大器级间耦合方式、放大倍数多级放大器级间耦合方式、放大倍数n n多级放大器频率特性多级放大器频率特性多级放大器频率特性多级放大器频率特性n n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n n差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路n n直接耦合放大电路输出级的特点直接耦合放大电路输出级的特点直接耦合放大电路输出级的特点直接耦合放大电路输出级的特点第第3章章 多级放大电路多

2、级放大电路跳转到第一页n n3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式n n3.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析n n3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路第第3章章 基本放大单元电路基本放大单元电路跳转到第一页3.1 多级放大电路的耦合方式特点：特点：电压放大倍数高，通频带窄。电压放大倍数高，通频带窄。多级放大器：多级放大器：把多个单级放大电路串接起来，使输入把多个单级放大电路串接起来，使输入信号信号 经过多次放大的电路。经过多次放大的电路。放大器的级间耦合方式放大器的级间耦合方式 P146-152P146-152跳转到第一页 级间耦合：级间耦合：放大器级与级之间

3、的连接，其常见方式有四种：放大器级与级之间的连接，其常见方式有四种：阻容耦合阻容耦合、变压器耦合变压器耦合、直接耦合直接耦合和和光电耦合光电耦合。1.阻容耦合：阻容耦合：级间通过电容级间通过电容 和基极电阻和基极电阻 连接。连接。由于电容由于电容 的的“隔直通交隔直通交”作用，使各级静态工作点作用，使各级静态工作点独立；交流信号顺利通过独立；交流信号顺利通过 输送到下一级。输送到下一级。跳转到第一页 3.直直接接耦耦合合：级级间间通通过过导导线线（或或电电阻阻）直直接接连连接接。前前级级输出信号直接输送到下一级；但各级静态工作点相互影响。输出信号直接输送到下一级；但各级静态工作点相互影响。2.

4、变变压压器器耦耦合合：级级间间通通过过变变压压器器 连连接接。由由于于 初初次次级级之之间间具具有有“隔隔直直通通交交”的的性性能能，使使各各级级静静态态工工作作点点独独立立，而而交交流信号通过流信号通过 互感耦合顺利输送到下一级。互感耦合顺利输送到下一级。跳转到第一页 光电耦合器：光电耦合器：P150 4.光光电电耦耦合合：以以光光信信号号为为媒媒介介来来实实现现电电信信号号的的耦耦合合和和传传递的。其优点是抗干扰能力强。递的。其优点是抗干扰能力强。光电耦合放大电路：光电耦合放大电路：P151跳转到第一页三、信号失真小，传输效率高。三、信号失真小，传输效率高。对耦合方式的基本要求：对耦合方式

5、的基本要求：一、信号传输无损失；一、信号传输无损失；二、静态工作正常；二、静态工作正常；跳转到第一页3.2 阻容耦合多级放大器阻容耦合多级放大器一、阻容耦合多级放大器的放大倍数一、阻容耦合多级放大器的放大倍数电路：电路：交流通路：交流通路：跳转到第一页 第一级的第一级的输入电阻输入电阻为为 第二级的第二级的输入电阻输入电阻为为 第一级交流负载为第一级交流负载为第二级交流负载为第二级交流负载为 一、阻容耦合多级放大器的放大倍数一、阻容耦合多级放大器的放大倍数跳转到第一页由放大倍数的定义得由放大倍数的定义得得得第一级电压放大倍数第一级电压放大倍数第二级电压放大倍数第二级电压放大倍数两级电压放大倍数

6、应为两级电压放大倍数应为 因因所以所以一、阻容耦合多级放大器的放大倍数一、阻容耦合多级放大器的放大倍数跳转到第一页 注注意意，分分析析多多级级放放大大器器的的放放大大倍倍数数时时要要考考虑虑后后级级对对前前级级的影响。即把后级的输入电阻作为前级负载来考虑。的影响。即把后级的输入电阻作为前级负载来考虑。两级放大器的电压放大倍数两级放大器的电压放大倍数 等于单级电压放大倍数等于单级电压放大倍数 与与 的乘积。的乘积。同理，同理，n级放大器的放大倍数级放大器的放大倍数为为 结论：结论：跳转到第一页 例例3.2.1 两两级级阻阻容容耦耦合合放放大大器器中中，按按给给定定的的参参数数，并并设设两两管管的

7、的 ，试试估估算算：（1 1）各各级级的电压放大倍数；（的电压放大倍数；（2 2）总的电压放大倍数。）总的电压放大倍数。解解（1 1）先估算有关参数）先估算有关参数跳转到第一页（2）估算各级电压放大倍数）估算各级电压放大倍数（3）总的电压放大倍数）总的电压放大倍数跳转到第一页 例例3.2.3 有有一一收收音音机机，其其各各级级功功率率增增益益为为：天天线线输输入入级级-3dB、变变频频级级20dB、第第一一中中放放级级30dB、第第二二中中放放级级35dB、检检波波级级-10dB、末末前前级级40dB、功功放放级级20dB，求收音机的总功率增益。，求收音机的总功率增益。例例3.2.2 某多级放

8、大器其各级电压增益为：第一级是某多级放大器其各级电压增益为：第一级是20dB、第二级是第二级是30dB、第三级为、第三级为35dB，求该放大器总的电压增益是，求该放大器总的电压增益是多少分贝？多少分贝？解解 该多级放大器总电压增益应为各级电压增益之和该多级放大器总电压增益应为各级电压增益之和解解 总功率增益为各级功率增益之和。总功率增益为各级功率增益之和。P153 P153 例题例题3.2.13.2.1跳转到第一页二、阻容耦合放大器的频率特性二、阻容耦合放大器的频率特性P231-245P231-2451.1.放大器的频率特性放大器的频率特性 频频率率特特性性：放放大大器器的的放放大大倍倍数数与

9、与频频率率之之间间的的关关系系，又又叫频率响应。叫频率响应。实际放大器：实际放大器：对不同频率的信号，放大倍数不一样。对不同频率的信号，放大倍数不一样。理想放大器：理想放大器：对于不同频率的信号具有相同的放大倍数。对于不同频率的信号具有相同的放大倍数。阻容耦合放大器的频率特性阻容耦合放大器的频率特性跳转到第一页单级放大器频响曲线单级放大器频响曲线 （1 1）中频段）中频段 信号频率在信号频率在 和和 之间，放大倍数基之间，放大倍数基本不随信号频率而变化。本不随信号频率而变化。中频放大倍数中频放大倍数|：中频段的放大倍数。：中频段的放大倍数。通频带通频带BW：可分为三个频段：可分为三个频段：上限

10、频率上限频率 和下限频率和下限频率 ：|下降到下降到|时所对应的两个频率。时所对应的两个频率。跳转到第一页 在在高高频频段段，放放大大倍倍数数下下降降的的主主要要原原因因是是晶晶体体管管结结电电容容的的容抗减小、分流作用增大；另外，频率升高容抗减小、分流作用增大；另外，频率升高 值降低。值降低。（2 2）低频段）低频段 信号频率小于信号频率小于 ，放大倍数随频率下降，放大倍数随频率下降而减小。而减小。在低频段，放大倍数下降的主要原因是耦合电容和在低频段，放大倍数下降的主要原因是耦合电容和射极旁路电容的容抗增大、分压作用增大。射极旁路电容的容抗增大、分压作用增大。（3 3）高频段）高频段 信号频

11、率大于信号频率大于 ，放大倍数随频率升高，放大倍数随频率升高而减小。而减小。跳转到第一页 结结论论，多多级级放放大大器器的的放放大大倍倍数数提提高高了了，但但通通频频带带比比每每个个单单级级放放大大器器的的通通频频带带窄窄。级级数数越多越多，通频带越窄通频带越窄。2.多级放大器的频率特性多级放大器的频率特性 两级放大器的通频带：两级放大器的通频带：在在 和和 处总电压放大倍数为处总电压放大倍数为 两级放大器中频段的电压两级放大器中频段的电压放大倍数为放大倍数为 可见，两级放大器的和可见，两级放大器的和两点间的频率范围缩小了。两点间的频率范围缩小了。和和两点间的频率范围比两点间的频率范围比跳转到

12、第一页3.3 直接耦合放大器 P154 直接耦合放大器：直接耦合放大器：放大器与信号源、负载以及放大器之放大器与信号源、负载以及放大器之间采用导线或电阻直接连接。间采用导线或电阻直接连接。特点：特点：低频响应好。可以放大频率等于零的直流信号或低频响应好。可以放大频率等于零的直流信号或变化缓慢的交流信号。变化缓慢的交流信号。3.3.1 直接耦合放大器的两个特殊问题直接耦合放大器的两个特殊问题简单的直接耦合电路简单的直接耦合电路一、前后级的电位配合问题一、前后级的电位配合问题由由于于 ，而而 很很小小，使使的的工工作作点点接接近近于于饱饱和和区区，限限制制了了输输出出的的动动态态范范围围。因因此此

13、，要要想想使使直直接接耦耦合合放放大大器器能能正正常常工工作作，必必须须解解决决前前后后级级直直流电位的配合问题。流电位的配合问题。跳转到第一页 零零漂漂的的危危害害：在在直直接接耦耦合合多多级级放放大大器器中中，第第一一级级因因某某种种原原因因产产生生的的零零漂漂会会被被逐逐级级放放大大，使使末末级级输输出出端端产产生生较较大大的的漂漂移移电电压压，无无法法区区分分信信号号电电压压和和漂漂移移电电压压，严严重重时时漂漂移移电电压压甚甚至至把把信信号号电电压压淹淹没没了了。因因此此抑抑制制零零漂漂是是直直耦耦放放大大器器的突出问题。的突出问题。二、零点漂移问题二、零点漂移问题零点漂移：零点漂移

14、：在输入端短路时，输出电压偏离起始值，简在输入端短路时，输出电压偏离起始值，简称零漂。称零漂。产生零漂的原因：产生零漂的原因：电源电压波动、管子参数随环境温度电源电压波动、管子参数随环境温度变化。其中，温度变化是主要因素。变化。其中，温度变化是主要因素。零点漂移现象零点漂移现象跳转到第一页3.3.2 直接耦合放大器的级间电位调节电路直接耦合放大器的级间电位调节电路 用发射极电阻调节电位用发射极电阻调节电位在在V2的发射极接一个电阻的发射极接一个电阻 ，这样，这样对放大倍数的影响，采用稳压管代之。对放大倍数的影响，采用稳压管代之。流电位设置合理。为减小流电位设置合理。为减小值，可使前后级静态直值

15、，可使前后级静态直适当调节适当调节增大了增大了V1管的工作范围。管的工作范围。跳转到第一页3.3.3 差分放大器差分放大器电路如图所示。电路如图所示。一、电路特点一、电路特点 特点：特点：由两个完全对称的单管放大器组成，电路结构由两个完全对称的单管放大器组成，电路结构对称、元件参数对应相等；信号为双端输入、双端输出方对称、元件参数对应相等；信号为双端输入、双端输出方式。式。（双端输出）。（双端输出）。即即管的基极（双端输入），输出电压等于两管输出电压之差，管的基极（双端输入），输出电压等于两管输出电压之差，分别加到两分别加到两和和分压为相等的分压为相等的、经经输入电压输入电压差分放大器的组成差

16、分放大器的组成跳转到第一页二、抑制零漂原理二、抑制零漂原理三、放大倍数三、放大倍数输出端相互抵消，从而有效地抑制了零点漂移。输出端相互抵消，从而有效地抑制了零点漂移。可见，两管的漂移在。可见，两管的漂移在，输出电压，输出电压使使当温度变化时，两管输出电压的变化量相等，当温度变化时，两管输出电压的变化量相等，因电路完全对称，则，因电路完全对称，则设输入电压设输入电压差模信号与共模信号差模信号与共模信号跳转到第一页1.差模放大倍数差模放大倍数AVD差模信号：差模信号：大小相等而极性相反的两个信号。大小相等而极性相反的两个信号。差模输入方式：差模输入方式：两管输入信号为差模信号。两管输入信号为差模信

17、号。，放大器双端输出电压，放大器双端输出电压，放大器为差模输入。，放大器为差模输入。时，时，当当差分放大器的差模输入方式差分放大器的差模输入方式跳转到第一页 可可见见，双双端端输输入入、双双端端输输出出差差放放电电路路的的差差模模放放大大倍倍数数等等于单管放大器的放大倍数。于单管放大器的放大倍数。即即 设单管放大器的放大倍数为设单管放大器的放大倍数为 、，且，且 ，于是差，于是差模放大倍数为模放大倍数为差分放大器的差模输入方式差分放大器的差模输入方式跳转到第一页 可可见见，双双端端输输入入、双双端端输输出出差差放放电电路路的的共共模模放放大大倍倍数数等等于于零零。即即对对共共模模信信号号进进行

18、了抑制。行了抑制。2.共模放大倍数共模放大倍数AVC共模信号：共模信号：大小相等、极性相同的两信号。大小相等、极性相同的两信号。共模输入方式：共模输入方式：两管输入信号为共模信号。两管输入信号为共模信号。两管的输入信号两管的输入信号 ，放大器为共模输入，因电，放大器为共模输入，因电路对称，路对称，。其双端输出电压其双端输出电压 。即共模放大倍数。即共模放大倍数 差分放大器的差模输入方式差分放大器的差模输入方式跳转到第一页共模抑制比共模抑制比KCMR越大，差分放大器的性能越好。越大，差分放大器的性能越好。四、共模抑制比四、共模抑制比KCMR 共模抑制比共模抑制比 ：衡量差分放大器放大差模信号及抑

19、制：衡量差分放大器放大差模信号及抑制共模信号的能力。共模信号的能力。跳转到第一页解：（解：（1 1）（2 2）例例3.3.1 设单管放大器的放大倍数设单管放大器的放大倍数 ，（1 1）求差分放大器的差模放大倍数（）求差分放大器的差模放大倍数（2 2）若已知差）若已知差分放大器共模放大倍数，求共模抑制比分放大器共模放大倍数，求共模抑制比差分放大器的差模输入方式差分放大器的差模输入方式跳转到第一页 五、五、Rp、Re、GE在电路中的作用在电路中的作用 公共射极电阻。作用是引入共模负反馈。对共公共射极电阻。作用是引入共模负反馈。对共模信号有负反馈作用，对差模信号相当于短路。模信号有负反馈作用，对差模

20、信号相当于短路。辅辅助助电电源源。作作用用是是克克服服 对对VCEQ的的影影响响，防防止输出动态范围减小。止输出动态范围减小。调零电位器。作用是克服电路非对称性。当调零电位器。作用是克服电路非对称性。当时调节时调节 ，使，使 。跳转到第一页六、六、差分放大电路的四种接法差分放大电路的四种接法1)双端输入单端输出双端输入单端输出可为零！跳转到第一页2)单端输入双端输单端输入双端输出出跳转到第一页七、七、四种接法的比较四种接法的比较n在参数理想对称条件下：在参数理想对称条件下：输入方式：双端输入时无共模信号输入，单端输入时输入方式：双端输入时无共模信号输入，单端输入时 有共模输入。有共模输入。Ri

21、与输入方式无关。与输入方式无关。输出方式：输出方式：Q点、点、Ad、Ac、KCMR、Ro均与之有关。均与之有关。跳转到第一页八八、电路的改进、电路的改进 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Re 太大，则不合理。1)具有恒流源的差放具有恒流源的差放跳转到第一页 RW为调零电位器，取值应很小。3)场效应管差分放大电路场效应管差分放大电路2)加调零电位器加调零电位器跳转到第一页1)基本电路 动态ui正半周，电流通路为 +VCCT1RL地，uo=uiui负半周，电流通路为 地 RL T2 -VCC，uo=ui两只管子交替工作，两路电源交替供电，双

22、向跟随。两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。3.3.4 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P168跳转到第一页2)交越失真消除消除失真的方法：设置合适的静态工作点。失真的方法：设置合适的静态工作点。跳转到第一页n如果信号为零时两只管子处于临界导通或微导通，那么当有信号输入时两只管子中至少有一个导通，因而消除了交越失真。n要求：有合适的Q点，且动态损失尽可能小。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P169跳转到第一页3、准互补输出级 输出管为同类型晶体管。输出管为同类型晶体管。跳转到第一页读图方法：按信号流通顺序将电路读图方法：按信号流通顺

23、序将电路“化整为零化整为零”，将，将N级放级放大电路分为大电路分为N个基本放大电路。个基本放大电路。第一级：双端输入单端输出的差放第一级：双端输入单端输出的差放第二级：以复合管为放大管的共射放大电路第二级：以复合管为放大管的共射放大电路第三级：准互补输出级第三级：准互补输出级3.3.5 直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路P170跳转到第一页例题：例题：P167 例题例题3.3.1 P170 例题例题3.3.2作业：作业：P178 自测题一、二、三自测题一、二、三例题：例题：P235 例题例题5.4.1 P243 例题例题5.5.1 P244 例题例题5.5.2作业：作业：P252 自测题

24、自测题 一、三一、三 P254 习题：习题：5.1、5.2 P255 习题：习题：5.3、5.4、5.5、5.6、5.7跳转到第一页 1.多级放大器级间有四种多级放大器级间有四种耦合耦合方式，方式，阻容耦合阻容耦合是利用耦是利用耦合电容隔直通交作用，较好地解决了前后级直流工作点的相合电容隔直通交作用，较好地解决了前后级直流工作点的相互影响问题，但低频特性差。互影响问题，但低频特性差。变压器耦合变压器耦合虽然低频性能差，虽然低频性能差，但能够实现阻抗变换，常用作调谐放大电路或输出功率很大但能够实现阻抗变换，常用作调谐放大电路或输出功率很大的功率放大电路。的功率放大电路。直接耦合直接耦合方式低频特

25、性好，但前后级直流方式低频特性好，但前后级直流工作点相互影响，且存在温度漂移问题。工作点相互影响，且存在温度漂移问题。光电耦合光电耦合方式具有方式具有电气隔离作用，使电路具有很强的抗干扰能力，适用于信号电气隔离作用，使电路具有很强的抗干扰能力，适用于信号的隔离及远距离传送。的隔离及远距离传送。2.多级放大器的多级放大器的电压放大倍数电压放大倍数是各级电压放大倍数之积；是各级电压放大倍数之积；输入电阻输入电阻是第一级的输入电阻，是第一级的输入电阻，输出电阻输出电阻是未级的输出电阻。是未级的输出电阻。计算时要考虑后级对前级的影响。计算时要考虑后级对前级的影响。本章小结本章小结 3.差分差分放大器对

26、放大器对差模差模信号有信号有放大放大作用；对作用；对共模共模信号有信号有抑抑制制作用。用作用。用共模抑制比共模抑制比衡量差分放大器性能的优劣。衡量差分放大器性能的优劣。跳转到第一页 4.放放大大器器的的频频率率特特性性反反映映了了放放大大倍倍数数和和频频率率的的关关系系。低低端端频频率率特特性性由由耦耦合合电电容容和和射射极极旁旁路路电电容容决决定定，高高端端频频率率特特性受晶体管的性受晶体管的电流放大系数电流放大系数和和结电容结电容的影响。的影响。5.直直接接耦耦合合放放大大电电路路的的零零点点漂漂移移主主要要是是由由晶晶体体管管的的温温漂漂造造成成的的。基基本本差差分分电电路路利利用用参参

27、数数的的对对称称性性进进行行补补偿偿来来抑抑制制温温漂漂。在在长长尾尾式式电电路路和和具具有有恒恒流流源源的的差差分分放放大大电电路路中中，还还利利用用共模负反馈共模负反馈抑制每只放大管的温漂。抑制每只放大管的温漂。7.互互补补输输出出电电路路的的特特点点：零零输输入入时时零零输输出出，具具有有很很强强的的带负载能力，输出正负方向对称双向跟随。带负载能力，输出正负方向对称双向跟随。6.差差分分放放大大电电路路有有四四种种接接法法：单单端端输输入入单单端端输输出出、单单端端输输入入双双端端输输出出、双双端端输输入入单单端端输输出出、双双端端输输入入双双端端输输出出。一一般作为直接耦合多级放大电路的输入级。般作为直接耦合多级放大电路的输入级。