模拟电路课件第三章多级放大电路.ppt

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1、第三章第三章 多级多级 放大电路放大电路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 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路当单级放大电路不能满足多方面的性能要求（如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）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多级放大电路时首先应考虑如何“连接连接”几个单级放大电路，几个单级放大电路，耦合方式即连接方式。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、常见耦合方式有：直接耦合、阻容耦合、

2、变压器耦合、光电耦合等。光电耦合等。3.1多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式既是第一级的集电极电阻，既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻又是第二级的基极电阻能够放大变化缓慢的信号，能够放大变化缓慢的信号，便于集成化，便于集成化，Q点相互影响，点相互影响，存在零点漂移现象。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、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。电位的变化会逐级放大。输入为零，输出产生变输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移化的现象称为零点漂移第二级第二级第一级第一级3.1.1 直接耦合直接耦合Q1合适吗？合适吗？对哪

3、些动态参对哪些动态参数产生影响？数产生影响？用什么元件取代用什么元件取代Re既可设置合适的既可设置合适的Q点，又可使第二级点，又可使第二级放大倍数不至于下降太大？放大倍数不至于下降太大？Re一、直接耦合放大电路静态工作点的设置一、直接耦合放大电路静态工作点的设置UCEQ1太小太小加加Re（Au2数值数值）改用改用D若要若要UCEQ1大，则改用大，则改用DZ稳压管稳压管伏安特性伏安特性小功率管多为小功率管多为5mA由最大功耗得出由最大功耗得出必要性？必要性？rzu/i，小功率管多为几欧至二十几欧。，小功率管多为几欧至二十几欧。用用NPN型管组成型管组成N级共射放大级共射放大电路，由于电路，由于U

4、CQi UBQi，所以，所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），），以致于后级集电极电位接近电以致于后级集电极电位接近电源电压，源电压，Q点不合适。点不合适。UCQ1（UBQ2）UBQ1UCQ2 UCQ1 NPN型管和型管和PNP型管混合使用型管混合使用NPN型和型和PNP型管混合使用。型管混合使用。Re二、直接耦合方式的优缺点二、直接耦合方式的优缺点l 直接耦合方式使各级直流通路相连，静态工作点相互影响；直接耦合方式使各级直流通路相连，静态工作点相互影响；l 具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；l 易于集成；易于集成；l 存在零点漂移

5、现象；存在零点漂移现象；Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不便点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不便于集成化。于集成化。共射电路共射电路共集电路共集电路利用电容连接信号源与放利用电容连接信号源与放大电路、放大电路的前后大电路、放大电路的前后级、放大电路与负载，为级、放大电路与负载，为阻容耦合。阻容耦合。3.1.2 阻容耦合阻容耦合负载折合到原边负载折合到原边的等效电阻的等效电阻可能是实际的负载，也可可能是实际的负载，也可能是下级放大电路能是下级放大电路理想变压器情况下，理想变压器情况下，负载上获得的功率等负载上获得的功率等于原边消耗的功率。于原边消耗的功率。3.1

6、.3 变压器耦合变压器耦合1.电压放大倍数电压放大倍数2.输入电阻输入电阻3.输出电阻输出电阻对电压放大电路的要求：对电压放大电路的要求：Ri大，大，Ro小，小，Au的数值大，最大不失的数值大，最大不失真输出电压大。真输出电压大。3.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析分析举例分析举例写出写出Au、Ri和和Ro的表达式的表达式习题习题1写出写出Au、Ri和和Ro的表达式的表达式习题习题2例题：例题：设设 gm=3mA/V，=50，rbe=1.7k，求：总电压放大倍求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。数、输入电阻、输出电阻。前级前级:场效应管共源极放大器场效应管共源极放大器后级后

7、级:晶体管共射极放大器晶体管共射极放大器（1）估算各级静态工作点）估算各级静态工作点:（略）（略）（2）动态分析）动态分析:微变等效电路微变等效电路第二级的输入电阻：第二级的输入电阻：Ri2=R3/R4/rbe=82/43/1.7=1.7 k RiRi2Ro各级电压放大倍数各级电压放大倍数计算输入电阻、输出电阻计算输入电阻、输出电阻Ri=R1/R2=3/1=0.75M Ro=RC=10k 第四步：计算总电压放大倍数第四步：计算总电压放大倍数Au=Au1Au2=(-4.4)(-147)=647习题习题(select)：P166 3.1，3.2，3.3，3.4，3.5零点漂移现象：零点漂移现象：u

8、I0，uO0的现象。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。体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。克服温漂的方法：引入直流负反馈、温度补偿；克服温漂的方法：引入直流负反馈、温度补偿；典型电路：差分放大电路典型电路：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零点漂移漂移参数理想对称：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。在

9、任何温度下特性均相同。3.3.2 差分放大电路差分放大电路一、电路的组成一、电路的组成uI1与与uI2所加信号大小相等、极性相同所加信号大小相等、极性相同共模信号共模信号典型电路典型电路信号特点？信号特点？二、长尾式差分放大电路二、长尾式差分放大电路uI1与与uI2所加信号大小相等、极性相反所加信号大小相等、极性相反差模信号差模信号长尾式差分放大电路的分析长尾式差分放大电路的分析1.Q点：令点：令uI1=uI2=0晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：通常，通常，Rb较小，且较小，且IBQ很小，故很小，故共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即2.

10、抑制共模信号抑制共模信号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如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 Re负反馈作用抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。负反馈作用抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。抑制共模信号抑制共模信号：Re的共模负反馈作用的共模负反馈作用iE1=iE2，Re中电流不变，即中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。对差模信号无反馈作用。差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即3.放大差模信号放大差模信号差模放大倍数差模放大倍数差

11、模信号作用时的动态分析差模信号作用时的动态分析在实际应用时，信号源需要有在实际应用时，信号源需要有“接地接地”点，以避免干扰；点，以避免干扰；或负载需要有或负载需要有“接地接地”点，以安全工作。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：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、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。单端输入单端输出。4.动态参数：动态参数：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR共模抑制比共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号的综合考察差分放大电路放

12、大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。能力和抑制共模信号的能力。由于输入回路没有变化，所以由于输入回路没有变化，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一与双端输出时一样。但是样。但是UCEQ1 UCEQ2。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：双端输入单端输出：Q点分析点分析1.双端输入单端输出：差模信号作用下的分析双端输入单端输出：差模信号作用下的分析差模信号作用时，负载电阻仅取差模信号作用时，负载电阻仅取T1管集电极电位的变化量，管集电极电位的变化量，与双端输出电路相比，其差模放大倍数减小。与双端输出电路相比，其差模放大倍数减小。1.双端输入单端输出：共

13、模信号作用下的分析双端输入单端输出：共模信号作用下的分析共模输入电压共模输入电压差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：输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：2.单端输入双端输出单端输入双端输出差模输出差模输出共模输出共模输出2.单端输入双端输出单端输入双端输出输入方式：输入方式：Ri均为均为2(Rb+rbe)；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。3.四种接法的比较：电路参数理想对称条件下四种接法的比较：电路参数理想对称条件下Re 越大，共模负反馈越强，单端输出时的越大，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，越小，KCM

14、R越越大，差分放大电路的性能越好。大，差分放大电路的性能越好。但为使静态电流不变，但为使静态电流不变，Re 越大，越大，VEE越越大，以至于大，以至于Re太大太大就就不合理了。需在低电源条件下，得到趋于无穷大的不合理了。需在低电源条件下，得到趋于无穷大的Re。解决方法：采用电流源！解决方法：采用电流源！四、改进型差分放大电路四、改进型差分放大电路等效电阻等效电阻为无穷大为无穷大近似为恒流近似为恒流1.具有恒流源的差分放大电路具有恒流源的差分放大电路恒流源内阻无穷大，即共模信恒流源内阻无穷大，即共模信号的负反馈作用无穷大，电路号的负反馈作用无穷大，电路Ac0，KCMR2.加调零电位器加调零电位器

15、RW场效应管差分放大电路场效应管差分放大电路若若uI1=10mV，uI2=5mV，则，则uId=？uIc=？uId=5mV，uIc=7.5mV练习：练习：习题：习题：1.如图所示差分电路，如图所示差分电路，T1、T2特性相同，特性相同，=30，rbb=200，UBE0.6V。uI1=-uI2时，测得时，测得T1、T2集电极电位分别为集电极电位分别为5V，9V。求。求（1）Re？（？（2）uI1？，？，uI2？2.如图恒流源差分电路，如图恒流源差分电路，VCC12V，VEE6V，Rb2k，Rc11k，T1、T2特性相同，特性相同，=60，rbb=300。输入电压。输入电压uI1=1V，uI2=1

16、.01V。求双端输出时动态电压。求双端输出时动态电压uO和从和从T1集电极单集电极单端输出时动态电压端输出时动态电压uO1各是多少？各是多少？对电压放大电路的输出级两个基本要求：输出电阻低（带负对电压放大电路的输出级两个基本要求：输出电阻低（带负载能力强）；最大不失真输出电压最大。载能力强）；最大不失真输出电压最大。3.3.3 直接耦合互补输出级直接耦合互补输出级为满足上述要求，并且做到输入电压为零时，输出电压也为为满足上述要求，并且做到输入电压为零时，输出电压也为零，可用采用双向跟随的互补输出级电路。零，可用采用双向跟随的互补输出级电路。静态时静态时T1、T2均截止，均截止，UB=UE=0（

17、输入电压为零，输出电压为零）（输入电压为零，输出电压为零）1.特征：特征：T1、T2特性理想对称。特性理想对称。2.静态分析静态分析T1的输入特性的输入特性理想化特性理想化特性一、基本电路一、基本电路ui正半周：正半周：T1导通，导通，T2截止；截止；uo=ui电流通路为电流通路为+VCCT1RL地；地；两只管子交替工作，正负电源交替供电，实现双向跟随，两只管子交替工作，正负电源交替供电，实现双向跟随，负载电阻上得到近似的正弦波。负载电阻上得到近似的正弦波。ui负半周：负半周：T1截止，截止，T2导通；导通；uo=ui电流通路为电流通路为地地 RL T2 -VCC，3.动态分析（设动态分析（设

18、输入电压为正弦波输入电压为正弦波）消除失真的方法：消除失真的方法：设置合适的静态工作点。设置合适的静态工作点。信号在零附近两信号在零附近两只管子均截止只管子均截止开启开启电压电压4.交越失真交越失真二、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l 二极管导通时，对直流电源的作用可近似等效为一个二极管导通时，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。很小的动态电阻。l 如果信号为零（静态）时，如果信号为零（静态）时，T1、T2两只管子处于临界导两只管子处于临界导通或微导通状态，则

19、当有信号输入时，能保证两只管子中通或微导通状态，则当有信号输入时，能保证两只管子中至少有一只导通，从而消除了交越失真。至少有一只导通，从而消除了交越失真。l 对偏置电路的要求：有合适的对偏置电路的要求：有合适的Q点，且动态电阻尽可能点，且动态电阻尽可能小，即动态信号的损失尽可能小。小，即动态信号的损失尽可能小。消除交越失真的互补输出级消除交越失真的互补输出级称之为称之为UBE倍增电路倍增电路为增大为增大T T1 1和和T T2 2管的电流放大系数，以减小前级驱动电流，常采管的电流放大系数，以减小前级驱动电流，常采用复合管结构。用复合管结构。准互补输出级准互补输出级3.3.4 直接耦合多级放大电

20、路直接耦合多级放大电路l 实用直接耦合多级放大电路常用差分放大电路作为输入级，实用直接耦合多级放大电路常用差分放大电路作为输入级，以减小整个电路的温漂，增大共模抑制比；以减小整个电路的温漂，增大共模抑制比；l 对输出级而言，一般采用对输出级而言，一般采用OCL电路，使输出电阻较小，带负电路，使输出电阻较小，带负载能力增强，而且最大不失真输出电压幅值可接近电源电压；载能力增强，而且最大不失真输出电压幅值可接近电源电压；l 为进一步增强放大能力，用共射放大电路作为中间级，以为进一步增强放大能力，用共射放大电路作为中间级，以得到高电压放大倍数。得到高电压放大倍数。（1）化整为零：按信号流通顺序将）化

21、整为零：按信号流通顺序将N级放大电路分为级放大电路分为N个基本放个基本放大电路。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。）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。）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。）定量估算：必要时需估算主要动态参数。放大电路的读图方法放大电路的读图方法第一级：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：准互补输出级动态电阻无穷大动态电阻无穷大（1 1

22、）化整为零，识别电路）化整为零，识别电路例题例题输入电阻为输入电阻为2rbe、电压放大倍数较大、输出电阻很小、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。最大不失真输出电压的峰值接近电源电压。（2）基本性能）基本性能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整个电路可等效为一个双端输入单端输出个双端输入单端输出的差分放大电路。的差分放大电路。同相同相输入端输入端反相反相输入端输入端（3）判断电路的同相输入端和反相输入端）判断电路的同相输入端和反相输入端（4）交流等效电路）交流等效电路可估算低频小信号下可估算低频小信号下电压放大倍数、输入电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。电阻、输出电阻等。习题：3.2c、d、3.4、3.6、3.7