第四章多级放大电路.pptx

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1、一、直接耦合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，QQ点相互影点相互影响，存在零点漂移现象。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。变化会逐级放大。第二级第二级第一级第一级Q Q1 1合适吗？合适吗？直接直接连接连接输入为零，输出输入为零，输出产生变化的现象产生变化的现象称为零点漂移称为零点漂移求解求解Q Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。点时应按各回路列多元一

2、次方程，然后解方程组。第1页/共51页对对哪些动态参哪些动态参哪些动态参哪些动态参数产数产数产数产生影响？生影响？用什么元件取代用什么元件取代R Re e既可设置合适的既可设置合适的QQ点，又可使第二级放大倍点，又可使第二级放大倍数不至于下降太多？数不至于下降太多？若要若要U UCEQCEQ5V5V，则应怎么办？用多个二极管吗？，则应怎么办？用多个二极管吗？二极管导通电压二极管导通电压U UD D？动态电阻？动态电阻r rd d特点？特点？R Re e必要性？必要性？稳压管稳压管伏安特性伏安特性U UCEQ1CEQ1太小太小加加R Re e（A Au2u2数值数值）改用改用DD若要若要U UC

3、EQ1CEQ1大，则改用大，则改用D DZ Z。1.1.如何设置合适的静态工作点？第2页/共51页 2.NPN型管和PNP型管混合使用 在用在用NPNNPN型管组成型管组成N N级共射放大电路，由于级共射放大电路，由于U UCQiCQi U UBQiBQi，所以，所以 U UCQiCQi U UCQ(i-1CQ(i-1）（i=1i=1N N），以致于后级集电极电），以致于后级集电极电位接近电源电压，位接近电源电压，QQ点不合适。点不合适。U UCQ1CQ1 （U UBQ2BQ2 ）U UBQ1BQ1U UCQ2 CQ2 U UCQ1CQ1 U UCQ1CQ1 （U UBQ2BQ2 ）U UBQ

4、1BQ1U UCQ2 CQ2 U UCQ1CQ1 第3页/共51页二、阻容耦合 QQ点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。特性差，不能集成化。共射电路共射电路共集电路共集电路有零点漂移吗？有零点漂移吗？利用电容连接信号源利用电容连接信号源与放大电路、放大电路与放大电路、放大电路的前后级、放大电路与的前后级、放大电路与负载，为阻容耦合。负载，为阻容耦合。第4页/共51页 可能是实际的负载，也可能是实际的负载，也可能是下级放大电路可能是下级放大电路三、变压器耦合 理想变压器情况理想变压器情况下，负载上获得的下，负载上获得的功率等于原边消

5、耗功率等于原边消耗的功率。的功率。从变压器原从变压器原边看到的等边看到的等效电阻效电阻第5页/共51页 1 1 直接耦合:调整困难、温漂严重、低频特性好、易集成2 2 阻容耦合:抑制温漂、低频特性差、不易集成3 3 变压器耦合:抑制温漂、阻抗匹配、低频特性差、不易集成零点漂移零点漂移 放大电路静态工作点随时间而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，所以有时也用温度漂移或时间漂移来表示。第6页/共51页4.2 4.2 多级放大电路的动态分析二、分析举例二、分析举例一、动态参数分析一、动态参数分析第7页/共51页一、动态参数分析1.1.电压放大倍数电压放大倍数2.2.输入电

6、阻输入电阻3.3.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：R Ri i大，大，R Ro o小，小，A Au u的数值大，最的数值大，最大不失真输出电压大。大不失真输出电压大。第8页/共51页二、分析举例第9页/共51页4.3 4.3 差分放大电路一、零点漂移现象及其产生的原因一、零点漂移现象及其产生的原因二、长尾式差分放大电路的组成二、长尾式差分放大电路的组成三、长尾式差分放大电路的分析三、长尾式差分放大电路的分析四、差分放大电路的四种接法四、差分放大电路的四种接法五、具有恒流源的差分放大电路五、具有恒流源的差分放大电路六、差分放大电路的改进六、差分放大电路的改进第10页

7、/共51页一、零点漂移现象及其产生的原因1.1.什么是零点漂移现象什么是零点漂移现象：uI0，uO0的现象。的现象。产生原因产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶：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：差分放大电路第11页/共51页基本形式差分电路基本形式差分电路 （1 1）组成、原理）组成、原理 （2 2）静态工作点：设）静态工作点：设R Rb1b1rrbebe

8、I IBQ1BQ1=I=IBQ2BQ2=I=IBQBQ=(V=(VCCCC-U-UBEQBEQ)/R)/Rb1b1，Q Q点基本稳定！点基本稳定！I ICQ1CQ1=I=ICQ2CQ2=I=ICQCQ=I=IBQBQ ，U UCEQ1CEQ1=U=UCQ2CQ2=U=UCQCQ=V=VCCCC-I-ICQCQR RC CU Ui1i1=U=Ui2i2=U=Ui i=0=0时，时，U Uo o=U=UCQ1CQ1-U-UCQ2CQ2=0=0温度温度I ICQ1CQ1、I ICQ2CQ2UUCQ1CQ1、U UCQ2CQ2UUo o=U=UCQ1CQ1-U-UCQ2CQ2=0=0结构构对称，称，参

9、数一致参数一致第12页/共51页Uic数值相等极性相同数值相等极性相同（温漂、干扰）（温漂、干扰）Uo=Uoc=Uop漂移电压漂移电压（理想对称）（理想对称）共模信号及共模电压放大倍数共模信号及共模电压放大倍数共模信号：大小相等，极性相同。共模信号：大小相等，极性相同。第13页/共51页数值相同，极性数值相同，极性相反相反(有效信号有效信号)差模信号及差模电压放大倍数差模信号及差模电压放大倍数A Audud差模信号：大小相等，极性相反差模信号：大小相等，极性相反.第14页/共51页讨论：电路特点：路特点：“差动”电路输入有差别，输出才变动；增加1只晶体管为代价，克服温漂。存在存在问题：要求参数

10、完全对称难！实际Uop0单端输出时温漂无改善 Auc=Aud=-Rc/(Rs1+rbe)第15页/共51页零点漂移零点漂移零输入零输入零输出零输出理想对称理想对称二、长尾式差分放大电路的组成信号特点？信号特点？能否放大？能否放大？共模信号：大小相等，极性相同。共模信号：大小相等，极性相同。差模信号：大小相等，极性相反差模信号：大小相等，极性相反.信号特点？能否放大？信号特点？能否放大？第16页/共51页典型电路在理想对称的情况下：在理想对称的情况下：1.1.克服零点漂移；克服零点漂移；2.2.零输入零输出；零输入零输出；3.3.抑制共模信号；抑制共模信号；4.4.放大差模信号。放大差模信号。第

11、17页/共51页三、长尾式差分放大电路的分析 R Rb b是必要的吗？是必要的吗？1.1.Q点：晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：通常，通常，R Rb b较小，且较小，且I IBQBQ很小，故很小，故选合适的选合适的V VEEEE和和R Re e就可得合适的就可得合适的QQ第18页/共51页2.2.抑制共模信号 共模信号共模信号：数值相等、极性相同的：数值相等、极性相同的输入信号，即输入信号，即第19页/共51页2.2.R Re e的共模负反馈作用的共模负反馈作用R Re e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对于每一边

12、电对于每一边电路，路，R Re e=?=?如如 T()IT()IC1C1 I IC2C2 U UE E I IB1B1 I IB2B2 I IC1C1 I IC2C2 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。2.2.抑制共模信号抑制共模信号 uE=iE1.Re=iE1.2Re，对单边对单边T T，射极等效电阻为，射极等效电阻为2R2Re第20页/共51页3.3.放大差模信号iiE1E1=i iE2E2，R Re e中电流中电流不变，即不变，即R Re e 对差模信号无对差模信号无反馈作用。反馈作用。n差模信号差模信号：数值相等，极性相反的输入信号：数值相

13、等，极性相反的输入信号.R RL L：u uID1ID1=-u=-uID2ID2uuOD1OD1=-u=-uOD2OD2（u uC1C1uuC2C2）R RL L中点电位不变中点电位不变交流接地交流接地单边等效等效负载为RL L/2第21页/共51页为什么？为什么？差模信号作用时的动态分析差模放大倍数差模放大倍数第22页/共51页（1 1）R Re e 对对u uICIC，单边等效为，单边等效为2R2Re e稳定静稳定静Q Q点、抑制温漂点、抑制温漂 对对u uIdId，射极通地，不降低，射极通地，不降低A Audud（2 2）R RL L对对u uICIC，i iL L=u=uOCOC/R/

14、Rc c=0 R=0 RL L开路开路对对u uIdId，R RL L中点接地，单边为中点接地，单边为R RL L/2/2讨论第23页/共51页 共模抑制比共模抑制比K KCMRCMR：综合考察差分放大电路放大差模信：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。号的能力和抑制共模信号的能力。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，以避免干点，以避免干扰；或负载需要有扰；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

15、端输出、单端输入双法：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。端输出、单端输入单端输出。4 4 动态参数动态参数:Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR第24页/共51页四、差分放大电路的四种接法 由于输入回路没有变化，由于输入回路没有变化，所以所以I IEQEQ、I IBQBQ、I ICQCQ与双端与双端输出时一样。但是输出时一样。但是U UCEQ1CEQ1 U UCEQ2CEQ2。1.1.双端输入单端输出：双端输入单端输出：QQ点分析点分析第25页/共51页1.1.差模信号作用下的分析差模信号作用下的分析1.1.双端输入单端输出双端输入单端输出第26页/共51页1

16、.1.共模信号作用下的分析1.1.双端输入单端输出双端输入单端输出第27页/共51页1 1：问题讨论：问题讨论（1 1）什么情况下）什么情况下A Ad d为为“”？（2 2）双端输出时的）双端输出时的A Ad d是单端输出时的是单端输出时的2 2倍吗？倍吗？1.1.双端输入单端输出双端输入单端输出第28页/共51页2.2.单端输入双端输出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输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：信号输入：在输入信号作用下发射极的在输入信号作用下发射极的电位变化吗？说明什么？电位变化吗？说明什么？单端端输入入时，uE E随随uI I

17、变化，理想化，理想对称称时，uE E=uI I/2第29页/共51页问题讨论：问题讨论：（1 1）U UOQOQ产生的原因？产生的原因？（2 2）如何减小共模输出电压？）如何减小共模输出电压？测试测试:差模输出差模输出共模输出共模输出静态时的值静态时的值2.2.单端输入双端输出单端输入双端输出第30页/共51页3.3.单端输入-单端输出特点：比单管电路具有较强的抑制零漂能力；可根据不同的输出端,得到同相或反相关系。省去不输出一边的省去不输出一边的R Rc c对对Q Q点、点、A Ad d、A Ac c、R Ri i、R Ro o的分析同双入的分析同双入-单出电单出电路。路。第31页/共51页

18、1:1:电路参数理想对称条件下电路参数理想对称条件下输入方式输入方式：R Ri i均为均为2(R2(Rb b+r+rbebe)；双端输入时无共模信号输；双端输入时无共模信号输 入，单端输入时有共模信号输入。入，单端输入时有共模信号输入。输出方式输出方式：QQ点、点、A Ad d、A Ac c、K KCMRCMR、R Ro o均与之有关。均与之有关。4.4.四种接法的比较四种接法的比较第32页/共51页 五、具有恒流源的差分放大电路R Re e 越大，每一边的漂移越小，共模负反馈越强，单端输越大，每一边的漂移越小，共模负反馈越强，单端输 出出 时的时的A Ac c越小，越小，K KCMRCMR越

19、大，差分放大电路的性能越好。越大，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，R Re e 越大，越大，V VEEEE越大，以至于越大，以至于R Re e太大就太大就 不合理了。不合理了。需在低电源条件下，设置合适的需在低电源条件下，设置合适的I IEQEQ，并得到得到趋于无穷，并得到得到趋于无穷 大的大的R Re e。解决方法：采用电流源取代解决方法：采用电流源取代R Re e！第33页/共51页 1.具有恒流源差分放大电路的组成等效电阻等效电阻为无穷大为无穷大近似为近似为恒流恒流第34页/共51页1)R1)RWW取值应大些？还是小些？取值应大些？还是小些？2)R2)RW

20、W对动态参数的影响？对动态参数的影响？3)3)若若R RWW滑动端在中点，写出滑动端在中点，写出A Ad d、R Ri i的表达式。的表达式。六、差分放大电路的改进1.1.加调零电位器加调零电位器 R RWW第35页/共51页【例】电 路 如 图 所 示,设UCC=UEE=12V,1=2=50,Rc1=Rc2=100k,RW=200,R3=33k,R2=6.8k,R1=2.2k,Rs1=Rs20=10k,rbe1=rbe2=16.9k。rbe3=8.6K(1)求静态工作点。(2)求差模电压放大倍数。(3)求RL=100k时,差模电压放大倍数。(4)从V1管集电极输出,求差模电压放大倍数和共模抑

21、制比CMRR(设rce3=50 k)。第36页/共51页解解 (1)静态工作点静态工作点:设UBE3=0.6V,则 第37页/共51页所以一般估算时,认为UB0。第38页/共51页 (2)差模电压放大倍数:其中(3)当RL=100 k时：第39页/共51页(4)当单端输出时(从V1管c1极输出):其中 单端输出时,共模电压放大倍数为第40页/共51页式中 所以 第41页/共51页故 其共模抑制比为 第42页/共51页2.2.场效应管差分放大电路第43页/共51页4.44.4 电流源电路一、镜像电流源一、镜像电流源二、微电流源二、微电流源三、多路电流源三、多路电流源第44页/共51页一、镜像电流

22、源T T0 0 和和 T T1 1 特性完全相同。特性完全相同。n在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。T T0 0什么状态？电路什么状态？电路中有负反馈吗？中有负反馈吗？基准电流基准电流恒流源大电流场合第45页/共51页二、微电流源设计过程很简单，设计过程很简单，若若 I IC0C0和和 I IC1C1 已知，可求选定已知，可求选定R R和和R Re e。超越超越方程方程R Re en要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。第46页/共51页使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有！第47页/共51页使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有！第48页/共51页使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有！第49页/共51页三、多路电流源n根据所需静态电流，来根据所需静态电流，来选取发射极电阻的数值。选取发射极电阻的数值。n根据所需静态电流，来根据所需静态电流，来确定集电结面积。确定集电结面积。n根据所需静态电流，根据所需静态电流，来确定沟道尺寸。来确定沟道尺寸。第50页/共51页感谢您的观看！第51页/共51页