多级放大电路及模拟集成电路基础.ppt
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1、模拟电子技术基础电子教案电子教案 V1.0 第第4章章14 多级放大电路及模拟集成电路基础多级放大电路及模拟集成电路基础4.1 多级放大电路的耦合方式4.2 多级放大电路的性能分析4.3 模拟集成电路基础24.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式4.1.1 直接耦合直接耦合 4.1.2 阻容耦合阻容耦合 4.1.3 变压器耦合变压器耦合 4.1.4 光电耦合光电耦合 不论采用何种耦合方式,都必须保证:不论采用何种耦合方式,都必须保证:前级的输出信号能顺利传递到后一级的输入端。前级的输出信号能顺利传递到后一级的输入端。各级放大电路都有合适的静态工作点。各级放大电路都有合适的静态工作点
2、。3 如果把前一级的输出端直接(或通过电阻)连接到后一如果把前一级的输出端直接(或通过电阻)连接到后一级的输入端,就是级的输入端,就是“直接耦合直接耦合”方式。方式。1.级间直流电位匹配问题级间直流电位匹配问题 4.1.1 直接耦合直接耦合4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式图图4.1.1 两个共射放大电路简单地直接耦合两个共射放大电路简单地直接耦合 两个特殊问题两个特殊问题:2.零点漂移问题零点漂移问题4 1.级间直流电位匹配问题级间直流电位匹配问题 4.1.1 直接耦合直接耦合图图4.1.2 采用提高后级射极电位实现级间电位匹配采用提高后级射极电位实现级间电位匹配5 图图4
3、.1.3 常用的直流电平移动电路常用的直流电平移动电路 1.级间直流电位匹配问题级间直流电位匹配问题 4.1.1 直接耦合直接耦合6例例两级放大电路如图所示。已知三极管的两级放大电路如图所示。已知三极管的 1=2=50,VBE1=VBE2,稳压管,稳压管DZ的工作电压的工作电压VZ=4V。(1)试确定各级的静态工作点。试确定各级的静态工作点。(2)若由于温度的升高使若由于温度的升高使IC1增加增加1%,试问输出直流电压变化了多少?,试问输出直流电压变化了多少?图图4.1.4 例的电路例的电路 解解:(1)首先确定首先确定T1的静态工作点的静态工作点:7(1)试确定各级的静态工作点。试确定各级的
4、静态工作点。(2)若由于温度的升高使若由于温度的升高使IC1增加增加1%,试问输出直流电压变化了多少?,试问输出直流电压变化了多少?图图4.1.4 例的电路例的电路 例例两级放大电路如图所示。已知三极管的两级放大电路如图所示。已知三极管的 1=2=50,VBE1=VBE2,稳压管,稳压管DZ的工作电压的工作电压VZ=4V。解解:(1)确定确定T2的静态工作点:的静态工作点:8(1)试确定各级的静态工作点。试确定各级的静态工作点。(2)若由于温度的升高使若由于温度的升高使IC1增加增加1%,试问输出直流电压变化了多少?,试问输出直流电压变化了多少?图图4.1.4 例的电路例的电路 例例两级放大电
5、路如图所示。已知三极管的两级放大电路如图所示。已知三极管的 1=2=50,VBE1=VBE2,稳压管,稳压管DZ的工作电压的工作电压VZ=4V。解解:(2)此时输出电压比原来升高了,约变此时输出电压比原来升高了,约变化了化了21%。零点漂移零点漂移9 2.零点漂移问题零点漂移问题 4.1.1 直接耦合直接耦合 零点漂移现象(简称零漂)零点漂移现象(简称零漂)如果将直接耦合放大电路的输入端短路或接固定的直流电压,其输出如果将直接耦合放大电路的输入端短路或接固定的直流电压,其输出端应为一固定的直流电压,即静态输出电压。但是实际上输出电压将随时端应为一固定的直流电压,即静态输出电压。但是实际上输出电
6、压将随时间偏离初始值而缓慢地随机波动,这种现象称为零点漂移,简称零漂。间偏离初始值而缓慢地随机波动,这种现象称为零点漂移,简称零漂。造成零点漂移的主要原因造成零点漂移的主要原因 放大电路的静态工作点受温度影响而上下波动。放大电路的静态工作点受温度影响而上下波动。由于直接耦合电路可以放大缓慢变化的信号,因此前级静态工作点的由于直接耦合电路可以放大缓慢变化的信号,因此前级静态工作点的波动将被后级看作信号逐级放大,输出端的波动电压可能将有用信号波动将被后级看作信号逐级放大,输出端的波动电压可能将有用信号“淹淹没没”,严重时甚至使后级电路进入饱和或截止状态,无法正常工作。,严重时甚至使后级电路进入饱和
7、或截止状态,无法正常工作。很明显,输入级的零漂影响最大,而且直接耦合电路的级数越多,增很明显,输入级的零漂影响最大,而且直接耦合电路的级数越多,增益越高,零点漂移问题越严重。所以控制输入级的漂移是至关重要的问题,益越高,零点漂移问题越严重。所以控制输入级的漂移是至关重要的问题,应选择漂移很小的单元电路作输入级。应选择漂移很小的单元电路作输入级。10 为了抑制零漂,可以采取多种补偿措施:为了抑制零漂,可以采取多种补偿措施:(1)引入直流负反馈以稳定静态工作点来减小零点漂移,如第)引入直流负反馈以稳定静态工作点来减小零点漂移,如第3章中的章中的分压式射极偏置电路;分压式射极偏置电路;(2)利用温敏
8、元件补偿放大管的零漂;)利用温敏元件补偿放大管的零漂;(3)采用差分放大电路作为输入级)采用差分放大电路作为输入级 2.零点漂移问题零点漂移问题 4.1.1 直接耦合直接耦合 直接耦合方式的优点直接耦合方式的优点 既能放大交流信号,也能放大缓慢变化和直流信号。更重要的是,直既能放大交流信号,也能放大缓慢变化和直流信号。更重要的是,直接耦合方式便于集成化,实际的集成运算放大电路,一般都是采用直接耦接耦合方式便于集成化,实际的集成运算放大电路,一般都是采用直接耦合放大电路。合放大电路。11 4.1.2 阻容耦合阻容耦合 4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式图图4.1.5 两级阻容耦
9、合放大电路两级阻容耦合放大电路 阻容耦合的优点阻容耦合的优点 各级的静态工作点相互独立各级的静态工作点相互独立 阻容耦合的缺点阻容耦合的缺点 不能用来放大变化缓慢的信号或直流信号。不能用来放大变化缓慢的信号或直流信号。12图图4.1.6 变压器耦合放大电路变压器耦合放大电路图图4.1.7 变压器的阻抗变换变压器的阻抗变换 变压器耦合的最大优点变压器耦合的最大优点 在传送交流传号的同时,还可以进行电压、电流和阻抗的变换。在传送交流传号的同时,还可以进行电压、电流和阻抗的变换。4.1.3 变压器耦合变压器耦合4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式13图图4.1.8 红外光耦合话筒电路
10、红外光耦合话筒电路 4.1.4 光电耦合光电耦合4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 在需要电气隔离的场合或进行远距离信号传输时,多级放大电在需要电气隔离的场合或进行远距离信号传输时,多级放大电路也可采用光电耦合形式进行连接。路也可采用光电耦合形式进行连接。144.2 多级放大电路的性能分析多级放大电路的性能分析4.2.1 多级放大电路的分析方法多级放大电路的分析方法4.2.2 多级放大电路的分析举例多级放大电路的分析举例 4.2.3 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 15图图4.2.1 三级放大电路方框图三级放大电路方框图1.电压增益电压增益 2.输入电阻和输出电
11、阻输入电阻和输出电阻 多级放大电路的输入电阻多级放大电路的输入电阻Ri 就是第一级放大电路的输入电阻就是第一级放大电路的输入电阻;4.2.1 多级放大电路的分析方法多级放大电路的分析方法4.2 多级放大电路的性能分析多级放大电路的性能分析多级放大电路的输出电阻多级放大电路的输出电阻Ro就是末级放大电路的输出电阻。就是末级放大电路的输出电阻。在计算每级电压增益时,必须考虑前后级之间的影响(如在计算每级电压增益时,必须考虑前后级之间的影响(如RL1=Ri2)16图图4.2.2 共射共射-共集两级阻容耦合放大电路共集两级阻容耦合放大电路例例 4.2.2 多级放大电路的分析举例多级放大电路的分析举例4
12、.2 多级放大电路的性能分析多级放大电路的性能分析(1)求电路的输入电阻求电路的输入电阻Ri和输出和输出电阻电阻Ro;(2)当当RL接在第一级输出端接在第一级输出端A、O点之间,并断开电容点之间,并断开电容C2时,求时,求第一级电压增益。第一级电压增益。(3)当当RL按图所示连接在第二级按图所示连接在第二级输出端时,试计算电路总的电压输出端时,试计算电路总的电压增益。增益。17图图4.2.3 图的小信号等效电路图的小信号等效电路图图4.2.2 共射共射-共集两级阻容耦合放大电路共集两级阻容耦合放大电路18图图4.2.4 共射共射-共射两级直接耦合放大电路共射两级直接耦合放大电路(2)计算静态时
13、计算静态时VCE1和和VCE2的值;的值;例例(1)为使电路实现零输入时为零输为使电路实现零输入时为零输出,试问出,试问RP1=?(3)如如D、DZ的动态电阻均为零,的动态电阻均为零,求放大电路的输入电阻求放大电路的输入电阻Ri、输出电、输出电阻阻Ro及电压增益及电压增益 。19图图4.2.5 图的小信号等效电路图的小信号等效电路图图4.2.4 共射共射-共射两级直接耦合放大电路共射两级直接耦合放大电路20 4.2.3 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应4.2 多级放大电路的性能分析多级放大电路的性能分析 分析方法分析方法 求频率响应表达式求频率响应表达式:确定上限频率确定上限频率
14、f H和下限频率和下限频率f L(近似公式)(近似公式)画出对数频率响应曲线(波特图)画出对数频率响应曲线(波特图)幅频响应幅频响应 相频响应相频响应 只要把各级的幅频响应和相频响应在同一横坐标下的纵坐只要把各级的幅频响应和相频响应在同一横坐标下的纵坐标值叠加起来,就可以得到总的频率响应曲线。标值叠加起来,就可以得到总的频率响应曲线。21图图4.2.6 两级放大电路的对数频率响应两级放大电路的对数频率响应 定性结论定性结论例如例如:有一个两级共射放大电路,有一个两级共射放大电路,每一级的频率响应相同,那每一级的频率响应相同,那么,总的频率响应曲线就是么,总的频率响应曲线就是将单级频率响应的纵坐
15、标值将单级频率响应的纵坐标值加大一倍,如图所示。加大一倍,如图所示。显然有:显然有:fH fL1 因此,采用多级放大电路因此,采用多级放大电路提高了电压增益,但总的通提高了电压增益,但总的通频带比单级的要窄。频带比单级的要窄。224.3 模拟集成电路基础模拟集成电路基础4.3.1 电流源电路电流源电路4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 4.3.3 改进型差分放大电路改进型差分放大电路 23模拟集成电路与分立元件电路相比有以下特点模拟集成电路与分立元件电路相比有以下特点:4.3 模拟集成电路基础模拟集成电路基础 由集成工艺制造出来的元器件的参数分散性大,然而相邻元器件的由集成工艺制
16、造出来的元器件的参数分散性大,然而相邻元器件的参数对称性却比较好。参数对称性却比较好。电路结构上采用直接耦合的方式电路结构上采用直接耦合的方式 为克服直接耦合电路的温漂,常采用具补偿特性的差动放大电路为克服直接耦合电路的温漂,常采用具补偿特性的差动放大电路 采用三极管代替电容、电阻和二极管等元器件采用三极管代替电容、电阻和二极管等元器件 24 4.3.1 电流源电路电流源电路4.3 模拟集成电路基础模拟集成电路基础1.镜像电流源镜像电流源 2.多路输出比例电流源电路多路输出比例电流源电路 3.微电流源微电流源 4.威尔逊威尔逊(Wilson)电流源电流源 5.电流源用作有源负载举例电流源用作有
17、源负载举例 在集成电路中,三极管除作为放大元件外,还用于构成电流在集成电路中,三极管除作为放大元件外,还用于构成电流源电路,为各级提供合适的静态电流,或作为有源负载取代高阻源电路,为各级提供合适的静态电流,或作为有源负载取代高阻值的电阻,从而增大放大电路的电压增益。值的电阻,从而增大放大电路的电压增益。25 1.镜像电流源镜像电流源 4.3.1 电流源电路电流源电路(a)镜像电流源电路镜像电流源电路(b)镜像电流源伏安特性镜像电流源伏安特性图图4.3.1 镜像电流源及其伏安特性镜像电流源及其伏安特性T1、T2为参数相同的对管为参数相同的对管 所以所以 由图可得由图可得26图图4.3.2 带缓冲
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