华北科技学院模拟电路第三章教学.ppt
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1、第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路重点重点:1.多多级放大电路的耦合方式级放大电路的耦合方式2.多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析3.直接耦合放大电路的零点漂移直接耦合放大电路的零点漂移 4.差分放大电路的分析与计算差分放大电路的分析与计算 5.多级放大电路中的互补输出级工作原理多级放大电路中的互补输出级工作原理1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式将多个单级基本放大电路合理联接,构成将多个单级基本放大电路合理联接,构成多级放大电路多级放大电路。组成多级放大电路的每一个基本电路称为一级,级与级之间的组成多级放大电路的每一个基本电路称为一级,级与级之间的连接称为连接称为
2、级间耦合级间耦合。四种常见的耦合方式四种常见的耦合方式:直接耦合直接耦合阻容耦合阻容耦合变压器耦合变压器耦合光电耦合光电耦合3.12 直接耦合直接耦合具体措施如下:具体措施如下:可见,静态时,可见,静态时,,T1管靠近饱和管靠近饱和区区,而产生饱和失真。因此,要提高而产生饱和失真。因此,要提高UCEQ1,就要提高,就要提高 T2 发射发射极电位。极电位。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Rc1Rb1+VCCT1+Rc2T2+3(1)T2射极串接射极串接Re2Rc1Rb1+VCC+T1+Rc2Re2T2Rc1Rb1+VCC+T1+Rc2Re2T2两级静态工作
3、点合适,两级静态工作点合适,但但(2)T2射极串接射极串接D很小,很小,损失小。损失小。4(3)T2射极串接稳压管射极串接稳压管DZDzRc1Rb1+VCC+T1+Rc2RT2Rc1Rb1+T1+Rc2Rb2T2Dz5常常采采用用NPN管管和和PNP管管混混合合使使用用的的方方法法,解解决决共共射射电电路路集集电电极极点点位位逐逐渐渐升升高高以以至至接接近近Vcc,获得合适的工作点。获得合适的工作点。Rc1Rb1+VCC+T1+Re2Rc2T2(1)(1)具有良好的低频特性具有良好的低频特性,可放大交流信号、缓慢变可放大交流信号、缓慢变 化的信号及直流信号。化的信号及直流信号。优点:优点:(2
4、)(2)便于集成放大电路。便于集成放大电路。缺点:缺点:(1)(1)各级静态工作点相互影响各级静态工作点相互影响,给电路的分析设计给电路的分析设计 和调试带来一些困难。和调试带来一些困难。(2)(2)直接耦合放大电路存在零点漂移问题。直接耦合放大电路存在零点漂移问题。二、直接耦合方式的优缺点二、直接耦合方式的优缺点6 阻容耦合阻容耦合阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路C1RC1Rb1+VCCC2RL+T1+Rc2Rb2C3T2+第第 一一 级级第第 二二 级级1.1.优点:优点:各级静态工作点相互独立各级静态工作点相互独立,在求解或实际调试在求解或实际调试Q Q点点 时时,可分别按单级处理可分别
5、按单级处理,所以分析、设计和调试方所以分析、设计和调试方 便便,在分立元件电路中广泛应用。在分立元件电路中广泛应用。2.2.缺点缺点:(1)(1)低频特性差低频特性差,不能放大缓慢变化的信号和直不能放大缓慢变化的信号和直流流信信 号号,只能放大交流信号。只能放大交流信号。(2)(2)在集成电路中制造大容量电容困难在集成电路中制造大容量电容困难,所所以以阻容耦阻容耦 合方式不便于集成化合方式不便于集成化。7变压器耦合变压器耦合变压器耦合共射放大电路变压器耦合共射放大电路 变压器耦合优缺点与阻容耦合相同变压器耦合优缺点与阻容耦合相同,但是变压器耦但是变压器耦合可以实现阻抗变换合可以实现阻抗变换,在
6、分立元件功率放大电路中广泛在分立元件功率放大电路中广泛应用。应用。8变压器耦合的阻抗变换变压器耦合的阻抗变换9 光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的,因而其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。递的,因而其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。光电耦合器及其传输特性光电耦合器及其传输特性发光元件发光元件光敏元件光敏元件3.1.4光电耦合光电耦合(传输比)小(传输比)小一、光电耦合器一、光电耦合器10二、光电耦合放大电路二、光电耦合放大电路信号源部分可以是真实的信号源,也可以是前级放大电路。信号源部分可以是真实的信号源,也可以是前级放大电路
7、。当动态信号为零时,输入回路有静态电流当动态信号为零时,输入回路有静态电流 IDQ,输出回路有静,输出回路有静态电流态电流 ICQ,从而确定出静态管压降,从而确定出静态管压降UCEQ。当有动态信号时,随着当有动态信号时,随着 iD 的变化的变化,ic 将产生线性变化,电阻将产生线性变化,电阻 RC 将电流的变化转换成电压的变化。将电流的变化转换成电压的变化。11多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析 前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗 后级的输入阻抗是前级的负载后级的输入阻抗是前级的负载1.两级之间的相互影响两级之间的相互影响2.电压放大倍数电压放大倍数在算
8、前级放大倍数时,要把后级的输入阻抗作在算前级放大倍数时,要把后级的输入阻抗作为前级的负载。为前级的负载。3.23.2注:注:123.输入电阻输入电阻4.输出电阻输出电阻Ri=Ri1(最前级)(最前级)Ro=Ron(最后级)(最后级)13 如图所示的两级电压放大电路,已知如图所示的两级电压放大电路,已知1=2=50,T1和和T2均为均为3DG8D。计算前、后级放大电路的静态计算前、后级放大电路的静态计算前、后级放大电路的静态计算前、后级放大电路的静态值值值值(U UBEBE=0.6V)=0.6V)及电路的动态参数。及电路的动态参数。及电路的动态参数。及电路的动态参数。RB1C1C2RE1+RC2
9、C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.例例例例1:1:14 两级放大电路的静态值可分别计算两级放大电路的静态值可分别计算。解解:第一级是射极输出器第一级是射极输出器第一级是射极输出器第一级是射极输出器:15第二级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路16计算计算计算计算 r r i i和和和和 r r0 0小信号等效电路小信号等效电路小信号等效电路小信号等效电路 由等效电路可知,放大电路的输入电阻由等效电路可知,放大电路的输入电阻 ri 等于第一级等于第一级的输入电阻的输入电阻ri1。第一级是射
10、极输出器,它的输入电阻第一级是射极输出器,它的输入电阻ri1与负载有关,与负载有关,而射极输出器的负载即是第二级输入电阻而射极输出器的负载即是第二级输入电阻 ri2。rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_17小信号等效电路小信号等效电路小信号等效电路小信号等效电路rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_18rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_19求各级电压放大倍数及总电压放大倍数求各级电压放大倍数及总电压放大倍数第一级放大电路为射极输出器第一级放大电路为射极输出器第一级放大电路为射极输出器第一级放大电路为射极输出器rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_20第二级
11、放大电路为共发射极放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路总电压放大倍数总电压放大倍数rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_21一、一、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直直接接耦耦合合时时,输输入入电电压压为为零零,但但输输出出电电压压离离开开零零点点,并并缓缓慢慢地地发发生生不不规规则则变变化化的的现象。现象。零点漂移现象零点漂移现象uOtOui tO放大电路级数愈多,放放大电路级数愈多,放大倍数愈高,零点漂移问题大倍数愈高,零点漂移问题愈严重。愈严重。直接耦合放大电路直接耦合放大电路 直接直接耦合放
12、大电路的零点漂移现象耦合放大电路的零点漂移现象3.33.31.零点漂移现象零点漂移现象22 在直接耦合电路中,前级的零漂将被逐级放大,在直接耦合电路中,前级的零漂将被逐级放大,从而在输出端可能将有用的信号淹没,严重时甚至从而在输出端可能将有用的信号淹没,严重时甚至使后级电路进入饱和或截止状态而无法正常地工作。使后级电路进入饱和或截止状态而无法正常地工作。所以要所以要抑制零点漂移抑制零点漂移。由由温度变化温度变化引起的半导体器件参数的变化,是引起的半导体器件参数的变化,是产生零点漂移的产生零点漂移的主要原因主要原因,因而零点漂移也称为,因而零点漂移也称为温温度漂移度漂移,简称,简称温漂温漂。2.
13、产生零点漂移的原因产生零点漂移的原因23二、抑制温度漂移的方法二、抑制温度漂移的方法 1.在电路中引入直流负反馈在电路中引入直流负反馈,如如 静态工作点稳定电路静态工作点稳定电路 中中RE的作用的作用;2.利用热敏元件补偿放大器的零漂利用热敏元件补偿放大器的零漂;利用热敏元件补偿零漂利用热敏元件补偿零漂3.采用差分放大电路。采用差分放大电路。R2R1+VCC+T2+RcT1uIuOiC1ReRuB1241.电路的组成及特点电路的组成及特点它由两个对称的基本共射电路组成。它由两个对称的基本共射电路组成。(1)T1、T2 特性对称。特性对称。(2)对应电阻元件的阻值对称。对应电阻元件的阻值对称。(
14、3)电路具有两个输入端和两电路具有两个输入端和两 个输出端。个输出端。2.工作原理工作原理(1)抑制零点漂移抑制零点漂移差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路。差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路。3.3.2 差分放大电路差分放大电路+VCCRc2+T1T2Rb2Rc1Rb1+uId+uoR1R2一、基本差分放大电路一、基本差分放大电路25可见,差分放大电路能抑制零点漂移。可见,差分放大电路能抑制零点漂移。26(2)输入信号分类输入信号分类 当当uI1和和uI2为大小相等极性相同的输入信号为大小相等极性相同的输入信号,称为共模输入称为共模输入 信号。信号。当当uI
15、1和和uI2为大小相等为大小相等极极性相反的输入信号性相反的输入信号,称为差模称为差模 输入信号。输入信号。当当uI1和和uI2既非共模亦非差模既非共模亦非差模,可将他们等效为一对共模可将他们等效为一对共模 分量和一对差模分量分量和一对差模分量,即即(3)对差模信号的放大作用对差模信号的放大作用由于由于 可见可见,对差模信号实现电压放大。也称差分放大电路为对差模信号实现电压放大。也称差分放大电路为差差动放大电路。动放大电路。27二、长尾式差分放大电路二、长尾式差分放大电路1.问题的提出问题的提出基本差分电路存在的问题基本差分电路存在的问题:(1)基本差分放大电路单靠电路的对称性来抑制零漂是有限
16、基本差分放大电路单靠电路的对称性来抑制零漂是有限度的。度的。(2)每个管子的集电极对地电压的漂移并未受到抑制每个管子的集电极对地电压的漂移并未受到抑制。若采用若采用单端输单端输出,出,漂移根本无法抑制漂移根本无法抑制。改进的方向应该着重在如何使。改进的方向应该着重在如何使每个管子的漂移尽量地小。前述具有发射极反馈电阻每个管子的漂移尽量地小。前述具有发射极反馈电阻Re的工作的工作稳定电路,就能抑制温度变化对静态工作点的影响。稳定电路,就能抑制温度变化对静态工作点的影响。2.电路的引出电路的引出在基本差分放大电路的基础上加一个射极电阻,如图示,在基本差分放大电路的基础上加一个射极电阻,如图示,好象
17、从发射极拖出一个尾巴,所以称为长尾式电路。它是典型好象从发射极拖出一个尾巴,所以称为长尾式电路。它是典型的差分放大电路。的差分放大电路。28(1)Re 的作用的作用Re的负反馈作用,可抑制每个的负反馈作用,可抑制每个管管子的漂移范围,进一步减少零漂。子的漂移范围,进一步减少零漂。对于差模信号,由于对于差模信号,由于管管子对称,子对称,所以对差模信号没有负反馈作,所以对差模信号没有负反馈作用用,所以所以Re称为共模负反馈电阻。称为共模负反馈电阻。Re对差模信号相当于短路对差模信号相当于短路。(2)VEE的作用的作用R愈大,共模负反馈作用愈大,每个管子的零漂愈小。愈大,共模负反馈作用愈大,每个管子
18、的零漂愈小。但是,输出电压变化范围减小。为保证输但是,输出电压变化范围减小。为保证输出电压变化范围,引入负电源出电压变化范围,引入负电源VEE来来 补偿补偿R上的直流压降。上的直流压降。293.静态分析静态分析直流通路直流通路eEQBEQBQEE2RIURIVb+=BQbIR很小,所以很小,所以小,且小,且因为因为 eBEQEEEQ2RUVI-BEQcCQCCCEQURIVU+-30 温度漂移等效成共模信号温度漂移等效成共模信号。可见,差分放大电路对共模信可见,差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用号有很强的抑制作用。4.对共模信号的抑制作用对共模信号的抑制作用当输入共模信号时,当输入共模信号
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- 华北 科技学院 模拟 电路 第三 教学
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