第3章放大电路.ppt
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1、 第三章第三章 多级放大电路多级放大电路模拟电路模拟电路耦合方式:耦合方式:直接耦合;阻容耦合;变压器耦合;光电耦合。直接耦合;阻容耦合;变压器耦合;光电耦合。3.1 多级放大电路多级放大电路耦合:耦合:即信号的传送。即信号的传送。多级放大电路对耦合电路要求:多级放大电路对耦合电路要求:1.静态:保证各级静态:保证各级Q点设置点设置2.动态动态:传送信号。传送信号。第一级第一级放大电路放大电路输输 入入 输输 出出第二级第二级放大电路放大电路第第 n 级级放大电路放大电路 第第 n-1 级级放大电路放大电路功放级功放级要求:要求:波形不波形不失真,减少压失真,减少压降损失。降损失。引言:在实际
2、的电子设备中,引言:在实际的电子设备中,为了得到足够大的增益或者考虑到输入电阻和输为了得到足够大的增益或者考虑到输入电阻和输出电阻等特殊要求,放大器往往由多级组成。出电阻等特殊要求,放大器往往由多级组成。多级放大器由输入级、中间级和多级放大器由输入级、中间级和输出级组成。如图输出级组成。如图2.4.12.4.1所示,所示,输出级一般是大信号放大器,我们只讨论由输输出级一般是大信号放大器,我们只讨论由输入级到中间级组成的多级小信号放大器。入级到中间级组成的多级小信号放大器。3.1.1 耦合形式 多级放大电路的连接,产生了单元电路间的级多级放大电路的连接,产生了单元电路间的级联问题,即耦合问题。放
3、大电路的级间耦合必须联问题,即耦合问题。放大电路的级间耦合必须要保证信号的传输,且保证各级的静态工作点正要保证信号的传输,且保证各级的静态工作点正确。确。耦合电路采用直接连接或电阻连接,耦合电路采用直接连接或电阻连接,不采用电抗性元件。不采用电抗性元件。级间采用电容或变压器耦合。级间采用电容或变压器耦合。电抗性元件耦合,只能传输交流信号,电抗性元件耦合,只能传输交流信号,漂移信号和低频信号不能通过。漂移信号和低频信号不能通过。直接耦合电路可传输低频甚至直流信号,因而直接耦合电路可传输低频甚至直流信号,因而缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路
4、。直接耦合直接耦合电抗性元件耦合电抗性元件耦合根据输入信号的根据输入信号的性质性质,就可决定级间耦合电路的形式。,就可决定级间耦合电路的形式。耦合电路的简化形式如图耦合电路的简化形式如图4.7.14.7.1所示。所示。直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响,应认真加以解决。(a)阻容耦合 (b)直接耦合 (c)变压器耦合 图4.7.1 耦合电路的形式3.1.2 3.1.2 零点漂移零点漂移零点漂移零点漂移 是三极管的工作点随时间而是三极管的工作点随时间而逐渐偏离原有静态值的现象。逐渐偏离原有静态值的现象。产生零点漂移的主要原因是温度的影响产生零点漂移的主要原因是温度的影响,所以有时也用所
5、以有时也用温度漂移温度漂移或或时间漂移时间漂移来表示。来表示。工作点参数的变化往往由相应的指标来衡量。工作点参数的变化往往由相应的指标来衡量。一般将在一定时间内,或一定温度变化一般将在一定时间内,或一定温度变化范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数,范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数,即将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。即将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。例如例如 V/C 或或 V/min。设设:1=2=50,rbe1=2.9k ,rbe2=1.7 k 3.1.3多级阻容耦合放大电路多级阻容耦合放大电路典型电路典型电路 前级前级后级后级+UCCRS1M(+24V)R120k27
6、kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2关键关键:考虑级间影响。考虑级间影响。1.静态静态:Q点同单级。点同单级。2.动态性能动态性能:方法方法:ri2 =RL1ri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2性能分析性能分析考虑级间影响考虑级间影响2ri ,ro:概念同单级概念同单级1rirori2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2微变等效电路微变等效电路:ri2+UCCRS
7、1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2RE1R2R3RC2RLRSR11.ri=R1/rbe1+(+1)RL1其中其中:RL1=RE1/ri2=RE1/R2/R3/rbe1=RE1/RL1 =RE1/ri2=27/1.7 1.7k ri=1000/(2.9+511.7)82k 2.ro=RC2=10k RE1R2R3RC2RLRSR13.中频电压放大倍数中频电压放大倍数:其中:其中:RE1R2R3RC2RLRSR1RE1R2R3RC2RLRSR1多级阻容耦合放大器的特点:多级阻容耦合放大器的特点:(1)由于电容的隔直作
8、用,各级放大器的静态工作由于电容的隔直作用,各级放大器的静态工作点相互独立,分别估算。点相互独立,分别估算。(2)前一级的输出电压是后一级的输入电压。前一级的输出电压是后一级的输入电压。(3)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。(4)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。(5)总输入电阻总输入电阻 ri 即即为第一级的输入电阻为第一级的输入电阻ri1。(6)总输出电阻即为最后一级的输出电阻。总输出电阻即为最后一级的输出电阻。由上述特点可知,射极输出器接在多级放大电由上述特点可知,射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输
9、入电阻;接在末级可减小输出电路的首级可提高输入电阻;接在末级可减小输出电阻;接在中间级可起匹配作用,从而改善放大电路阻;接在中间级可起匹配作用,从而改善放大电路的性能。的性能。例例1:放大电路由下面两个放大电路组成。已知放大电路由下面两个放大电路组成。已知EC=15V,R1=100k,R2=33k ,RE1=2.5k,RC=5k,1=60,;,;RB=570k,RE2=5.6k,2=100,RS=20k ,RL=5k+ECR1RCC11C12R2CERE1uiriuoT1放大电路一放大电路一RB+ECC21C22RE2uiuoT2放大电路二放大电路二1.求直接采用放大电路一的放大倍数求直接采用
10、放大电路一的放大倍数Au和和Aus。2.若信号经放大电路一放大后,再经射极输出若信号经放大电路一放大后,再经射极输出器输出,求放大倍数器输出,求放大倍数Au、ri和和ro。3.若信号经射极输出器后,再经放大后放大电若信号经射极输出器后,再经放大后放大电路一输出,求放大倍数路一输出,求放大倍数Au和和Aus。+ECR1RCC11C12R2CERE1uiriuoT1RB+ECC21C22RE2uiuoT2ri =R1/R2/rbe =1.52 k(1)由于由于RS大大,而,而ri小,致使放大倍数降低;小,致使放大倍数降低;(2)放大倍数与负载的大小有关。例:放大倍数与负载的大小有关。例:RL=5k
11、 时时,Au=-93;RL=1k 时时,Au=-31。1.求直接采用放大电路一的放大倍数求直接采用放大电路一的放大倍数Au和和Aus。+ECR1RCC1C2R2CERERLuiuousRSriT12.若信号经放大电路一放大后,再经射极输出器若信号经放大电路一放大后,再经射极输出器输出,求放大倍数输出,求放大倍数Au、ri和和ro。usRSRB+ECC22RE2uoT2RLR1RCC11R2CERE1uiriT1rbe2=2.36 k rbe1=1.62 k ro1=RC=5 k 讨论:讨论:带负载能力。带负载能力。2.输出不接射极输出器时的带负载能力:输出不接射极输出器时的带负载能力:RL=5
12、k 时:时:Au=-93RL=1k 时:时:Au=-31即:当负载电阻由即:当负载电阻由5k 变为变为1k 时,放大倍数降低到原时,放大倍数降低到原来的来的92.3%放大倍数降低到原来的放大倍数降低到原来的30%RL=5 k 时:时:Au1=-185,Au2=0.99,ri2=173 k Au=Au1 Au2=-183RL=1 k 时:时:Au1=-174,Au2=0.97,ri2=76 k Au=Au1 Au2=-1691.输出接射极输出器时的带负载能力:输出接射极输出器时的带负载能力:3.若信号经射极输出器后,再经放大后放大电路一若信号经射极输出器后,再经放大后放大电路一输出,求放大倍数输
13、出,求放大倍数Aus。Au2=-93 ri2=1.52 k Au1=0.98 ri=101 k+ECR1RCC12R2CERE1riuoT1uiRBC21RE2T2usRS输入不接射极输出器时:输入不接射极输出器时:可见,输入接射极输出器可提高整个放大电路可见,输入接射极输出器可提高整个放大电路的放大倍数的放大倍数Aus。例题例题2:设设 gm=3mA/V,=50,rbe=1.7k前级前级:场效应管场效应管共源极放大器共源极放大器后级后级:晶体管晶体管共射极放大器共射极放大器求:总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。求:总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。+UCCRS3M(+24V)R120k1
14、0kC2C3R4R3RLRE282k43k10k8k10kC1RCT1RE1CE2T2CE1RD10kR21M(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首先计算第二级的输入电阻:首先计算第二级的输入电阻:ri2=R3/R4/rbe=82/43/1.7=1.7 k R3R4RCRLRSR2R1RDrbegds第二步:计算各级电压放大倍数第二步:计算各级电压放大倍数R3R4RCRLRSR2R1RDrbegds第三步:计算输入电阻、输出电阻第三步:计算输入电阻、输出电阻ri=R1/R2=3/1=0.75M ro=RC=10k R3R4R
15、CRLRSR2R1RDrbegds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)=647R3R4RCRLRSR2R1RDrbegds阻容耦合电路的频率特性:阻容耦合电路的频率特性:fA耦合电耦合电容造成容造成三极管结三极管结电容造成电容造成采用直接耦合的方式可降低放大电路的下限采用直接耦合的方式可降低放大电路的下限截止频率,扩大通频带。下面将要介绍的差截止频率,扩大通频带。下面将要介绍的差动放大器即采用直接耦合方式。动放大器即采用直接耦合方式。3.1.43.1.4变压器耦合的特点变压器耦合的特点 采用变压器耦合也可以隔除直流,传递一定频率的采用
16、变压器耦合也可以隔除直流,传递一定频率的交流信号,交流信号,因此各放大级的因此各放大级的Q互相独立。变压器耦合的互相独立。变压器耦合的优点是可以实现输出级与负载的优点是可以实现输出级与负载的阻抗匹配阻抗匹配,以获得有效,以获得有效的功率传输。变压器耦合阻抗匹配的原理见的功率传输。变压器耦合阻抗匹配的原理见图图。在理想条件下,变压器原副边的安匝数相等,即在理想条件下,变压器原副边的安匝数相等,即 I1 N1=I2 N2 I2=(I1 N1/N2)=I1(V1/V2)=(V2/RL)(V1/R1)(V1/V2)=(V2/RL)(N1/N2)2=R1/RL n2=R1/RL 可以通过调整匝比可以通过
17、调整匝比n来使来使原、副端阻抗匹配。原、副端阻抗匹配。变压器的阻抗匹配3.1.5 3.1.5 直接耦合放大电路的构成直接耦合放大电路的构成 直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响,这是构成直接耦合多级放大电路时必须要加以解决的问题。电位移动直接耦合放大电路电位移动直接耦合放大电路NPN+PNP组合电平移组合电平移动直接耦合放大电路动直接耦合放大电路电流源电平移动放大电路电流源电平移动放大电路(1)(1)(2)(2)(3)(3)电位移动直接耦合放大电路电位移动直接耦合放大电路(1)(1)于是于是 VC1=VB2 VC2=VB2+VCB2VB2(VC1)这样,集电极电位就要逐级提高,为此后面
18、的放大级这样,集电极电位就要逐级提高,为此后面的放大级要加入较大的发射极要加入较大的发射极电阻,从而无法设置电阻,从而无法设置正确的工作点。这种正确的工作点。这种方式只适用于级数较方式只适用于级数较少的电路。少的电路。如果将基本放大电路去掉耦合电容,前后级直如果将基本放大电路去掉耦合电容,前后级直接连接,如接连接,如图图4.7.24.7.2所示。所示。图4.7.2 前后级的直接耦合(2)(2)NPN+PNP组合电平移动组合电平移动直接耦合放大电路直接耦合放大电路 级间采用级间采用NPN管和管和PNP管搭配的方式,如管搭配的方式,如图图4.7.34.7.3所示。由于所示。由于NPNNPN管集电极
19、电位高于基极电位,管集电极电位高于基极电位,PNP管集电极电位管集电极电位低于基极电位,低于基极电位,它们的组合使用它们的组合使用可避免集电极电可避免集电极电位的逐级升高。位的逐级升高。图4.7.3 NPN和PNP管组合电流源电平移动放大电路电流源电平移动放大电路(3)(3)电流源在电路中的作用实际上是个有源负载,其上电流源在电路中的作用实际上是个有源负载,其上的直流压降小,通过的直流压降小,通过R1上的压降可实现直流电平移动。上的压降可实现直流电平移动。但电流源交流电阻大,但电流源交流电阻大,在在R1上的信号损失相上的信号损失相对较小对较小,从而保证信,从而保证信号的有效传递。同时号的有效传
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- 放大 电路
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