模电课件3多级放大电路.pptx

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1、 1 1、多级放大电路的基本概念以及多级放大电、多级放大电路的基本概念以及多级放大电路的耦合方式；路的耦合方式；2 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、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；4 4、掌握差分放大电路的共模信号、差模信号、掌握差分放大电路的共模信号、差模信号、共模放大倍数、差模放大倍数、共模抑制比的概共模放大倍数、差模放大倍数、共模抑制比的概念。念。5 5、差分放大电路的组成、抑制零点漂移的原、差分放大电路的组成、抑制零点漂移的原理以及四种接线方式分析方法。理以及四种接线方式分析方法。6 6、掌握互补输出级的正确接法和输入输出

2、关、掌握互补输出级的正确接法和输入输出关系。系。学习指导学习指导第1页/共71页 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。放大电路的级间耦合必须放大电路的级间耦合必须要保证信号的传输要保证信号的传输，且且保证各级的静态工作点正确保证各级的静态工作点正确。3.1 多级放大电路的耦合方式第2页/共71页一一.直接耦合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 能够放大变化缓慢的信号，便

3、于集成化，Q点相互影响，存在零点漂移现象。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，输出产生变化的现象称为零点漂移第二级第一级第3页/共71页如何设置合适的静态工作点？如何设置合适的静态工作点？Q1合适吗？对哪些动态参数产生影响？用什么元件取代Re既可设置合适的Q点，又可使第二级放大倍数不至于下降太大？若要UCEQ5V，则应怎么办？用多个二极管吗？二极管导通电压UD？动态电阻rd？Re第4页/共71页如何设置合适的静态工作点？如何设置合适的静态工作点？UCEQ1太小加Re（Au2数值）改用D若要UCEQ1大，则改用DZ。稳压管伏安特性小功率管多为5mA由最大

4、功耗得出必要性？rzu/i，小功率管多为几欧至二十几欧。第5页/共71页NPN型管和PNP型管混合使用问题的提出：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。UCQ1（UBQ2）UBQ1UCQ2 UCQ1 第6页/共71页二二.阻容耦合阻容耦合 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。共射电路共集电路有零点漂吗？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。第7页/共71页三三.变压器耦合变压器耦合从变压器原边看到的等效电阻 可能是实际

5、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。第8页/共71页 级与级之间利用变压器来传送交流信号。低频级与级之间利用变压器来传送交流信号。低频特性差，但能实现阻抗变换，常用作调谐放大电路特性差，但能实现阻抗变换，常用作调谐放大电路或输出功率很大的功率放大电路。或输出功率很大的功率放大电路。工作过程：电工作过程：电光光电电 具有电气隔离作用，提高电路的抗干扰能力，具有电气隔离作用，提高电路的抗干扰能力，适用于信号的隔离及远距离传送。适用于信号的隔离及远距离传送。三三.变压器耦合变压器耦合四四.光电耦合光电耦合第9页/共71页1 1、前一级的输出电压是后一级

6、的输入电压。前一级的输出电压是后一级的输入电压。2 2、后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。3 3、总电压放大倍数总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积各级放大倍数的乘积4 4、总输入电阻为第一级的输入电阻总输入电阻为第一级的输入电阻5 5、总输出电阻为最后一级的输出电阻总输出电阻为最后一级的输出电阻3.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析 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。第10页/共71页例例1 已知已知=50，求下图所示放大电路的，求下图所示放大电路的Rb1Rc1Rb2Re2RL第11页/共71页

7、Rb1Rc1Rb2Re2RLRSuS+_RSRb1RC1Rb2Re2RLuo1+_uo+_RiRi2Ro第12页/共71页uS+_RSRb1RC1Rb2Re2RLuo1+_uo+_RiRi2RouS+_RSRb1RC1Rb2Re2RLuo1+_uo+_RiRi2Rorbe1Ib1Ib2Ib1rbe2Ib2第13页/共71页uS+_RSRb1RC1Rb2Re2RLuo1+_uo+_RiRi2Rorbe1Ib1Ib2Ib1rbe2Ib2第14页/共71页例例2放大电路如图所示。已知试求电路的中频增益、输入电阻和输出电阻。VOIbViVgSVSRSRgR2rbeRcgmVgS+_+_Ib+_+_第1

8、5页/共71页由于则VOIbViVgSVSRSRgR2rbeRcgmVgS+_+_Ib+_+_RiRo例例2第16页/共71页VOIbViVgSVSRSRgR2rbeRcgmVgS+_+_Ib+_+_例例2第17页/共71页分析举例分析举例3第18页/共71页分析举例分析举例3第19页/共71页 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 差分放大电路差分放大电路3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路 直接耦合互补输出级直接耦合互补输出级 直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路第20页/共71页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一.什么是零点漂移现象：u

9、I0，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。温漂指标：温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。第21页/共71页若第一级漂了100 uV，则输出漂移 1 V。若第二级也漂了100 uV，则输出漂移 10 mV。假设第一级是关键二二.减小零漂的措施减小零漂的措施 在电路中引入直流负反馈 用非线性元件进行温度补偿 采用差分式放大电路漂了 100 uV漂移 10 mV+100 uV漂移 1 V+10 mV漂移 1 V+10 mV第22页/共71页一、长尾式差分放大电路的组成一、长尾式差分放

10、大电路的组成零输入零输出若V与UC的变化一样，则输出电压就没有漂移信号特点？能否放大？零点漂移参数理想对称：Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，Re1=Re2;T1、T2在任何温度下特性均相同。差分放大电路差分放大电路第23页/共71页长尾式差分放大电路的组成特点长尾式差分放大电路的组成特点典型电路在理想对称的情况下：1.克服零点漂移；2.零输入零输出。信号特点？第24页/共71页 1.Q点：令uI1=uI2=0Rb是必要的吗？二、长尾式差分放大电路的分析二、长尾式差分放大电路的分析第25页/共71页1.Q点晶体管输入回路方程：通常，Rb较小，且IBQ很小，故第26页/共71页2.抑制共模信号 共

11、模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即第27页/共71页2.抑制共模信号：Re的共模负反馈作用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对于每一边电路，Re=?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28页/共71页 当当温温度度变变化化或或电电源源电电压压波波动动时时，都都将将使使集集电电极极电电流流产产生生变变化化，且且变变化化趋趋势势是是相相同同的的，其其效效果果相相当当于于在在两两个个输输入入端端加加入入了了共共模信号模信号。差差分分放放大大电电路路对对共共模模信信号号有有很很强强的的抑抑制制作作用用，这

12、这就就意意味味着着差差放放对对由由温温度度变变化化或或电电源源电电压压波波动动所所引引起起的的输输出出漂漂移移有有很很强强的的抑抑制制作作用用。这这就就是是研研究究共共模模输输入入信信号的意义。号的意义。2.2.研究共模输入信号的意义研究共模输入信号的意义第29页/共71页3.放大差模信号iE1=iE2，差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即iE=iE1+iE2=0Ree上交流压降为0。Re 对差模信号无反馈作用。画交流通路时，Re可视为短路，即两管的发射极直接接地第30页/共71页为什么？3.差模信号作用时的动态分析差模放大倍数RL的中点应是地电位，即每管对地的负载电阻为RL/2。与单管

13、增益相同第31页/共71页4.动态参数：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR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。差放的特点差放的特点：输入无差别，输出就不动；：输入无差别，输出就不动；输入有差别，输出就变动。输入有差别，输出就变动。第32页/共71页 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 单端输入单端输出第33页/共71页三三、差分放大电路的四种接法、差分放大电路的四种接法 1.双端输入单端输出：Q点

14、分析 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UCEQ1 UCEQ2。第34页/共71页1.双端输入单端输出：差模信号作用下的分析C1为反向输出端,C2为同向输出端第35页/共71页1.双端输入单端输出：共模信号作用下的分析为了提高共模抑制比应加大Re第36页/共71页1.双端输入单端输出：问题讨论（1）T2的Rc可以短路吗？（2）什么情况下Ad为“”？（3）双端输出时的Ad是单端输出时的2倍吗？C1为反向输出端,C2为同向输出端第37页/共71页2.单端输入双端输出共模输入电压差模输入电压 输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：差模输出共模输出=0第38页/

15、共71页3.单端输入单端输出静态时的值差模输出共模输出第39页/共71页3.四种接法的比较：电路参数理想对称条件下输入方式：Ri均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。输出方式：Q点、Ad、Ac、KCMR、Ro均与之有关。结论：差分放大电路Q点、Ad、Ac、KCMR、Ro 与输入方式无关，只与输出方式有关第40页/共71页 四四、具有恒流源的差分放大电路、具有恒流源的差分放大电路 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。解决方法：采用电流源！

16、恒流源动态电阻大，可提高共模抑制比。恒流源可提供一个稳定的偏流，同时恒流源的管压降只有几伏，可不必提高负电源。第41页/共71页四四、具有恒流源的差分放大电路、具有恒流源的差分放大电路等效电阻为无穷大近似为恒流若忽略若忽略UBE3，IC3基本不受温度影响基本不受温度影响当当I2IB3时时，第42页/共71页工作原理工作原理静态静态动态动态仅输入差模信号，仅输入差模信号，大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。大小相等，大小相等，信号被放大。信号被放大。相位相反。相位相反。第43页/共71页（1）差模电压增益）差模电压增益接入负载时接入负载时 双入、单出 双入、双出接入负载时接入负载时单端输入单

17、端输入等效于双端输入等效于双端输入第44页/共71页（2）共模电压增益）共模电压增益 双端输出 共模信号的输入使两管集电极共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。电压有相同的变化。所以所以共模增益共模增益 单端输出抑制零漂能力增强抑制零漂能力增强第45页/共71页1)RW取值应大些？还是小些？2)RW对动态参数的影响？3)若RW滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。五、差分放大电路的改进五、差分放大电路的改进1.加调零电位器RW第46页/共71页2.场效应管差分放大电路输入信号是微弱电压信号时？输入信号是微弱电压信号时？第47页/共71页ui1=uic+uid/2ui2=uic-uid/2

18、uic=uic1=uic2=(ui1+ui2)/2uid=(ui1-ui2)uid1=-uid2=uid/2对于两个任意信号对于两个任意信号ui1、ui2，分析时可将它们，分析时可将它们分解成一对共分解成一对共模信号和一对差模信号模信号和一对差模信号，然后分别由差模和共模增益来求。，然后分别由差模和共模增益来求。例例：ui1=10mV ui2=8mVuic=(ui1+ui2)/2=9mVuid=(ui1-ui2)=2mVui1=uic1+uid1=9+1（mV）ui2=uic2+uid2=9-1（mV）补充补充1.1.对任意信号的分析方法对任意信号的分析方法第48页/共71页讨论一讨论一若uI

19、1=10mV，uI2=5mV，则uId=？uIc=？uId=5mV，uIc=7.5mV第49页/共71页讨论二讨论二1、uI=10mV，则uId=?uIc=?2、若Ad=102、KCMR103用直流表测uO，uO=?uId=10mV，uIc=5mVuO=Ad uId+Ac uIc+UCQ1=?=?=?第50页/共71页直接耦合互补输出级直接耦合互补输出级二、基本电路二、基本电路三、消除交越失真的互补输出级三、消除交越失真的互补输出级四、准互补输出级四、准互补输出级五、直接耦合多级放大电路五、直接耦合多级放大电路一、对输出级的要求一、对输出级的要求第53页/共71页一、对输出级的要求一、对输出级

20、的要求 互补输出级是直接耦合的功率放大电路。对输出级的要求：1.1.带负载能力强；2.2.直流功耗小；3.3.负载电阻上无直流功耗；4.4.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。第54页/共71页 三种放大电路中，共集电极电路的输出电阻较低，但带上负载后Q会发生变化，且输出不失真电压也会减小。为了满足要求，并且保证ui=0时uo=0，便引入双向跟随的互补输出级也称功率放大电路（第也称功率放大电路（第9 9章）章）。第55页/共71页二、基本电路二、基本电路ui=0V UB=UE=0

21、,T1、T2均截止，uo=0V 1.特征：由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成，采用正、负双电源供电(OCL电路)2.静态分析T1的输入特性理想化特性第56页/共71页3.动态分析ui正半周，T T1 1导通，T T2 2截止,电流通路为 +VCCT1RL地，uo=ui 两只管子都只在半个周期内交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。ui负半周，T T1 1截止，T T2 2导通,电流通路为 地 RL T2 -VCC，uo=ui第57页/共71页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第58页/共71页三、消除交越失真的互补输出级三、消除交越失

22、真的互补输出级对偏置电路的要求：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。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。二极管导通时，对直流电源的作用可近似等效为一个0.60.60.8V0.8V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。第59页/共71页三、消除交越失真的互补输出级三、消除交越失真的互补输出级使T1和T2均处于微导通可克服交越失真第60页/共71页三、消除交越失真的互补输出级三、消除交越失真的互补输出级第61页/共71页四、准互补输出级四、准互补输出级 为了增大T1管和T2管的

23、电流放大系数，以减小前级驱动电流，常采用复合管结构。为保持输出管的良好对称性，输出管应为同类型晶体管。T2和T4类型相同，特性相同，这种输出管为同一类型管的电路称为准互补电路。第62页/共71页五、直接耦合多级放大电路五、直接耦合多级放大电路实用直接耦合多级放大电路常采用实用直接耦合多级放大电路常采用1.差分放大电路作为输入级差分放大电路作为输入级，减小温漂，提高，减小温漂，提高KCMR。当输入信号较微弱时，常采用。当输入信号较微弱时，常采用FET差分电路。差分电路。2.输出级一般采用输出级一般采用OCL电路电路，可以提高带载能力，可以提高带载能力，同时最大不失真输出电压幅值可以接近电源电压。

24、同时最大不失真输出电压幅值可以接近电源电压。3.中间级常采用共射级放大电路中间级常采用共射级放大电路，可以提高电压放大，可以提高电压放大倍数。倍数。4.在直接耦合多级放大电路中，为了避免各级放大电在直接耦合多级放大电路中，为了避免各级放大电路输出端静态电位逐级升高或者逐级降低，常路输出端静态电位逐级升高或者逐级降低，常采用采用混合型复合管混合型复合管，以保证，以保证ui=0时时uo=0。第63页/共71页五、直接耦合多级放大电路五、直接耦合多级放大电路 1.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

25、。（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。第64页/共71页2.例题第一级：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三级：准互补输出级动态电阻无穷大（1 1）化整为零，识别电路第65页/共71页（2 2）基本性能 输入电阻为2rbe、电压放大倍数较大、输出电阻很小、最大不失真输出电压的峰值接近电源电压。第66页/共71页（3 3）判断电路的同相输入端和反相输入端接法接法输入输入输出输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 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。同相输入端反相输入端第67

26、页/共71页 1 1、多级放大电路的耦合方式有直接耦合、多级放大电路的耦合方式有直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。2 2、求解多级放大电路的增益时，必须考虑、求解多级放大电路的增益时，必须考虑后级放大电路的输入电阻对前级放大电路的电后级放大电路的输入电阻对前级放大电路的电压增益的影响。压增益的影响。总的放大增益等于各个单级增总的放大增益等于各个单级增益的乘积益的乘积。3 3、直接耦合放大电路的零点漂移现象及克、直接耦合放大电路的零点漂移现象及克服方法。服方法。小小 结结第68页/共71页4 4、差分放大电路的组成、静态分析以及动、差分放大电路的组成、静态分析以及动态分析；差分放大电路的四种接法以及改进态分析；差分放大电路的四种接法以及改进型差分放大电路。型差分放大电路。5 5、直接耦合互补输出级的电路组成、工作、直接耦合互补输出级的电路组成、工作原理，也称原理，也称OCLOCL功率放大电路。功率放大电路。6 6、集成运算放大电路的雏形、集成运算放大电路的雏形直接耦合多直接耦合多级放大电路的结构和实例分析。级放大电路的结构和实例分析。小小 结结第69页/共71页作作 业业3.1 3.2(b)(d)3.4 3.6 3.7 第70页/共71页感谢您的观看。第71页/共71页