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1、第第三三版版童童诗诗白白本章重点和考点：本章重点和考点：1、掌握多级放大电路的耦合方式，为集成电路的学习打好基础2、掌握直接耦合放大电路中差分放大电路的组态及动态参数的计算3 3、了解多级放大电路中的互补输出级 本章教学时数：4学时第1页/共60页第第三三版版童童诗诗白白本章讨论的问题：本章讨论的问题：1.单管放大电路为什么不能满足多方面性能的要求？单管放大电路为什么不能满足多方面性能的要求？2.如何将多个单级放大电路连接成多级放大电路？如何将多个单级放大电路连接成多级放大电路？各种连接方式有和特点？各种连接方式有和特点？3.直接耦合放大电路的特殊问题是什么？如何解决直接耦合放大电路的特殊问题
2、是什么？如何解决？4.差分放大电路与其它基本放大电路有什么区别？差分放大电路与其它基本放大电路有什么区别？为什么它能抑制零点漂移？为什么它能抑制零点漂移？5.直接耦合放大电路输出级的特点是什么？如何根据直接耦合放大电路输出级的特点是什么？如何根据要求组成多级放大电路？要求组成多级放大电路？第2页/共60页3.1 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，构成多级放大电路将多个单级基本放大电路合理联接，构成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，级与级之间的连接称为级间耦合。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
3、器耦合变压器耦合光电耦合光电耦合第3页/共60页直接耦合直接耦合图图（a)两个单管放大电路简单的直接耦合两个单管放大电路简单的直接耦合特点：特点：(1)可以放大交流和可以放大交流和缓慢变化及直流信号；缓慢变化及直流信号；(2)便于集成化。便于集成化。(3)各各级级静静态态工工作作点点互互相相影影响响；基基极极和和集集电电极极电电位位会会随随着着级数增加而上升；级数增加而上升；(4)零点漂移（如何克服）。零点漂移（如何克服）。Rc1Rb1+VCC+T1+Rc2Rb2T2第4页/共60页一、一、直接耦合放大电路静态工作点的设置直接耦合放大电路静态工作点的设置改进电路改进电路(b)电电路路中中接接入
4、入 Re2，保保证证第第一一级级集集电电极极有有较较高高的的静静态态电电位位，但但第第二二级级放放大大倍倍数数严严重下降。重下降。改进电路改进电路(c1)稳稳压压管管动动态态电电阻阻很很小小，可可以以使使第第二二级级的的放放大大倍倍数数损损失失小小。但但集集电电极极电电压压变变化化范范围减小。围减小。DZRc1Rb1+VCC+T1+Rc2RT2(c)Rc1Rb1+VCC+T1+Rc2Re2T2(b)第5页/共60页改进电路改进电路(c2)+VCCRc1Rb1+T1+Rc2Rb2T2Dz改进电路改进电路(d)可可降降低低第第二二级级的的集集电电极极电电位位，又又不不损损失失放放大大倍倍数数。但但
5、稳稳压压管噪声较大。管噪声较大。NPN管管和和PNP管管混混合合使使用用，可可获获得得合合适适的的工工作作点点。为为经经常常采用的方式。采用的方式。(c)Rc1Rb1+VCC+T1+Re2Rc2T2(d)图图 直接耦合放大电路静态工作点的设置直接耦合放大电路静态工作点的设置第6页/共60页阻容耦合阻容耦合图图 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 级级特点：静态工作点相互独立，在分立元件电路中广特点：静态工作点相互独立，在分立元件电路中广泛使用。泛使用。在集成电路中无法制造大容量电容，不便于在集成电路中无法制造
6、大容量电容，不便于集成化，尽量不用。集成化，尽量不用。第7页/共60页变压器耦合图图 变压器耦合共射放大电路变压器耦合共射放大电路(a)电路电路(b)交流等效电路交流等效电路以前功率放大电路广泛采用此耦合方式。以前功率放大电路广泛采用此耦合方式。目前基本不用。目前基本不用。第8页/共60页变压器耦合放大电路变压器耦合放大电路选选择择恰恰当当的的变变比比，可可在在负负载载上上得得到到尽尽可可能能大大的的输输出出功率。功率。变压器耦合放大电路变压器耦合放大电路第第二二级级VT2、VT3组组成成推推挽挽式式放放大大电电路路，信信号号正正负负半半周周VT2、VT3 轮轮流导电。流导电。第9页/共60页
7、光电耦合光电耦合光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递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。的，因而其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。一、光电耦合一、光电耦合图光电耦合器及其传输特性图光电耦合器及其传输特性发光元件光敏元件第10页/共60页二、光电耦合放大电路二、光电耦合放大电路图3.1.6光电耦合放大电路目前市场上已有集成光电耦合放大电路，目前市场上已有集成光电耦合放大电路，具有较强的放大能力。具有较强的放大能力。第11页/共60页3.2多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析一、电压放大倍数一、电压放大倍数总电压放大
8、倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即其中，其中，n 为多级放大电路的级数。为多级放大电路的级数。二、二、输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 通通常常，多多级级放放大大电电路路的的输输入入电电阻阻就就是是输输入入级级的的输输入入电电阻阻；输出电阻就是；输出电阻就是输出级的输出电阻。输出级的输出电阻。具具体体计计算算时时，有有时时它它们们不不仅仅仅仅决决定定于于本本级级参参数数，也也与与后级或前级的参数有关。后级或前级的参数有关。第12页/共60页如图所示的两级电压放大电路，已知1=2=50,T1和T2均为3DG8D。计算前、后级放大电路的静态值计算前、
9、后级放大电路的静态值(U UBEBE=0.6V)=0.6V)及电路的动态参数。及电路的动态参数。RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.例例:1:1第13页/共60页 两级放大电路的静态值可分别计算。RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.解:第14页/共60页第一级是射极输出器第一级是射极输出器:第15页/共60页第二级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路第16页/共60页计算计算 r r i i和和 r r 0 0小信号等效电
10、路小信号等效电路2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.由等效电路可知，放大电路的输入电阻 ri 等于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器，它的输入电阻ri1与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻 ri2。第17页/共60页2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui。oU.o1U.第18页/共60页2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui。oU.o1U.第19页/共60页求各级电压的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2bI
11、2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.第20页/共60页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2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.第21页/共60页一、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，并缓慢地发生不规则变化的现象。并缓慢地发生不规则变化的现象。原因：原因：放大器件的参放大器件的参数受温度影响而使数受温度影响而使 Q 点不点不稳定。也称稳定。也称温度
12、漂移。温度漂移。图图 零点漂移现象零点漂移现象uOtOuItO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。3.3直接耦合放大电路直接耦合放大电路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第22页/共60页二、抑制温度漂移的方法：二、抑制温度漂移的方法：(1)引入直流负反馈以稳定引入直流负反馈以稳定 Q 点；点；(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；图图 利用热敏元件补偿零漂利用热敏元件补偿零漂R2R1+VCC+T2+RcT1uIuOiC1ReRuB1(3)采用差分放大电路。采用差分放大电路
13、。第23页/共60页差分放大电路差分放大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一、电路的组成一、电路的组成图图 3.3.2差分放大电路的组成差分放大电路的组成(a)TRe利用射极电阻稳定利用射极电阻稳定Q点点但仍存在零点漂移问题但仍存在零点漂移问题图图 3.3.2差分放大电路的组成差分放大电路的组成(b)TReuOVT的U UCQCQ变化时，直流电源V始终与之保持一致。第24页/共60页R Rb2b2R Rb1b1+uI2-+uI1-V VBBBBV VBBBB采用与图（采用与图（a）所示电路参数完）所示电路参数完全相同，管
14、子特性也相同的电路全相同，管子特性也相同的电路图图 差分放大电路的组成差分放大电路的组成(c)电路以两只管子集电极电位电路以两只管子集电极电位差为输出，可克服温度漂移。差为输出，可克服温度漂移。共模信号共模信号输入信号输入信号uI1和和uI2大小相等，大小相等，极性相同。极性相同。差模信号差模信号输入信号输入信号uI1和和uI2大小相等，大小相等，极性相反。极性相反。差分放大电路也称为分放大电路也称为差动放大电路差动放大电路动画动画avi6-2.avi第25页/共60页差分放大电路的改进图差分放大电路的改进图将发射极电阻合二为一、对差模信号R Re e相当于短路。R Re eR Rb1b1R
15、Rb2b2+uI1-V VBBBB-uI2+图图 3.3.2差分放大电路的组成差分放大电路的组成(d)典型差分放大电路典型差分放大电路图图 3.3.2差分放大电路的组成差分放大电路的组成(e)R Re eR Rb1b1R Rb2b2+uI1-V-VEEEE-uI2+长尾式差分放大电路便于调节静态工作点，便于调节静态工作点，电源和信号源能共地电源和信号源能共地第26页/共60页二、长尾式差分放大电路二、长尾式差分放大电路图图 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路R Re eR Rb1b1R Rb2b2-V-VEEEEuI1uI2R RC2C2R RC1C11.静态分析静态分析I IE1=I IE
16、2=(UEEUBE)22Re；UCE1=UCE2UCC+UEE(R(RC C+2R+2Re)I)IE1Uo=0；I IB1=I IB2=I IE1/(1+)由于R Rb b较小，其上的电压降可忽略不计。（动画（动画avi6-1.avi）第27页/共60页2.对共模信号的抑制作用对共模信号的抑制作用共模信号的输入使两管集共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。电极电压有相同的变化。所以所以共模增益共模增益电路参数的理想对称性，温度变化时管子的电流变化完全电路参数的理想对称性，温度变化时管子的电流变化完全相同，故可以相同，故可以将温度漂移等效成共模信号将温度漂移等效成共模信号，差分放大电路，差
17、分放大电路对共模信号有很强的抑制作用。对共模信号有很强的抑制作用。射极电阻R Re e对共模信号的负反馈作用，抑制了每只晶体管集电极电流的变化，从而抑制集电极的电位的变化。图图 3.3.4差分放大电路输入共模信号差分放大电路输入共模信号R Re eR Rb1b1R Rb2b2-V-VEEEE+uI1-+uI1-第28页/共60页3.对差模信号的放大作用对差模信号的放大作用图差分放大电路加差模信号（图差分放大电路加差模信号（a)分析时注意二个分析时注意二个“虚虚地地”R Re eR Rb1b1R Rb2b2-V-VEEEEuI1uI2R RC2C2R RC1C1+uId-+-+uod-EE点电位
18、在差模信号作用点电位在差模信号作用下不变，相当于接下不变，相当于接“地地”。负载电阻的中点电位在差负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变，相当模信号作用下不变，相当于接于接“地地”。第29页/共60页+-+R Rb1b1R Rb2b2-差模信号作用下的等效电路差模信号作用下的等效电路图差分放大电路加差模信号（图差分放大电路加差模信号（b)动态参数动态参数R Ridid=2(R=2(Rb b+r+rbebe;);)R Rodod=2R=2RC C共模抑制比共模抑制比双端输出，理想情况第30页/共60页4.电压传输特性电压传输特性放大电路的输出电压和输入电压之间的关系曲线。放大电路的输出电压和输入
19、电压之间的关系曲线。uo f(uI)如改变如改变uI的极性，可的极性，可得另一条图中虚线所得另一条图中虚线所示的曲线，它与实线示的曲线，它与实线完全对称。完全对称。uIuo第31页/共60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 双入、双出 双入、单出 单入、双出 单入、单出基于不同的应用场合，有基于不同的应用场合，有双双、单端输入和单端输入和双双、单端输出的情况。单端输出的情况。所谓所谓“单端单端”指一端接地。指一端接地。“单端单端”的情况，还具有共模抑制能力吗？的情况，还具有共模抑制能力吗？如何进一步改进呢？如何进一步改进呢？第32页/共60页静态工作点静态工作点I IE1=
20、I IE2=(UEEUBE)22RE UCE1=Uo+UEERREI IE1.1.双端输入单端输出电路图双端图双端输入单端输出输入单端输出差分放大电路差分放大电路-+uI-R Rb2b2R Rb1b1I IB1=I IB2=I IE1/(1+)注意：由于输出回路的不注意：由于输出回路的不对称性，对称性，UCEQ1UCEQ2。第33页/共60页+-+R Rb1b1R Rb2b2-R RL+-图图所示电路对差模信号图图所示电路对差模信号的等效电路的等效电路动态分析动态分析R Ridid=2(R=2(Rb b+r+rbebe;);)R Rodod=R=RC C问题：如输出信号取自问题：如输出信号取自
21、T T2 2管的集电极管的集电极，动态分，动态分析结果如何？析结果如何？第34页/共60页共模电压增益共模电压增益如输入共模信号：如输入共模信号：uoc=ICRL;uic=IBrbe+(1+)2Re;图共模信号作用下的双入单出电图共模信号作用下的双入单出电路路增大增大Re是改善共模抑制比的基本措施是改善共模抑制比的基本措施第35页/共60页静态分析静态分析2.2.单端输入、双端输出与双入双出的一样与双入双出的一样I IE1=I IE2=(VEEVBE)22RE；VCE1=VCE2VCC+VEE(R(RC C+2R+2RE)I)IEVo=0uII IB1=I IB2=I IE1/(1+)图图单端
22、输入、双端输出单端输入、双端输出电路电路a第36页/共60页动态分析动态分析运用叠加定理：运用叠加定理：与双入双出的一样与双入双出的一样共模输入信号差模输入信号图图单端输入、双端输出等效单端输入、双端输出等效电电路路(b)第37页/共60页静态分析静态分析与双入单出的一样与双入单出的一样I IE=(VEEVBE)22RE；VCE1=Vo+VEERREI IEVo=VCCR RL(R(RC C+R+RL)I)IC CR RLR RC C(R(RC C+R+RL)3.3.单端输入、单端输出图图单端输入单端输出单端输入单端输出电路电路动态分析：与双入单出的一样。（略）动态分析：与双入单出的一样。（略
23、）I IB1=I IB2=I IE1/(1+)uI第38页/共60页 双端输出时：单端输出时：(2)(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：双端输出时：单端输出时：4.4.差动放大器动态参数计算总结差动放大器动态参数计算总结(1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：第39页/共60页(3)(3)差模输入电阻差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。(4)(4)输出电阻输出电阻 单端输出时 双端输出时第40页/共60页(5)(5)共模抑制比共模抑制比 共模抑制比K
24、CMR是差分放大器的一个重要指标。或或 双端输出时双端输出时KCMR可认为等于无穷大，可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比：单端输出时共模抑制比：第41页/共60页四、改进型差分放大电路四、改进型差分放大电路 用用三三极极管管代代替替“长长尾尾式式”电电路路的的长长尾尾电电阻阻，即即构构成成恒流源式差分放大电路恒流源式差分放大电路RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEET31.电路组成电路组成T3：恒流管：恒流管作用：作用：能能使使 iC1、iC2基基本本上上不不随随温温度度的的变变化化而而变变化化，从从而而抑抑制共模信号的变化。制共模信号的变化。图图 具有恒流源
25、的差分放大电路具有恒流源的差分放大电路第42页/共60页2.静态分析静态分析当忽略当忽略 T3 的基极电流时，的基极电流时，Rb1 上的电压为上的电压为RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEET3于是得到于是得到图图 具有恒流源的差分放大电路具有恒流源的差分放大电路第43页/共60页3.动态分析动态分析由由于于恒恒流流三三极极管管相相当当于于一一个个阻阻值值很很大大的的长长尾尾电电阻阻，它它的的作作用用也也是是引引入入一一个个共共模模负负反反馈馈，对对差差模模电电压压放放大大倍倍数没有影响，所以与长尾式交流通路相同。数没有影响，所以与长尾式交流通路相同。差模电压放大
26、倍数为差模电压放大倍数为差模输入电阻为差模输入电阻为差模输出电阻为差模输出电阻为RcT1T2Rc+uoRR uI1 uI2第44页/共60页具有电流源的差分放大电路简化简化画法画法ui1T1+VCCT2RCuoui2RCVEEIui1T1+VCCT2RCuoui2RCVEER2R3IC3T3T4IREFIC4R1第45页/共60页复习复习1.差分放大电路的类别差分放大电路的类别基本差分放大电路基本差分放大电路长尾差分放大电路长尾差分放大电路恒流源式差分放大电路2.差分放大电路的接法+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1+uId+uoR1R2+VCCRc+VT1VT2Rc+uId+uoR
27、R VEEReRcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT3RcVT1VT2Rc+uoRRuIuI2+VCCVEEIR+双端输入、双端输出；双端输入、双端输出；双端输入、单端输出；双端输入、单端输出；单端输入、双端输出；单端输入、双端输出；单端输入、单端输出。单端输入、单端输出。FET差分放大电路差分放大电路T2Rg1vidT1RdRdVDD-VEERg2Vo2iD2iD2I0第46页/共60页RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2RWVEE+VCCI图恒流源电路的简化画法及电路调零措施图恒流源电路的简化画法及电路调零措施带调节电位器RW的恒流源电路的简化画法调
28、节电位器调节电位器RW的滑动端位置可使电路在的滑动端位置可使电路在uI1=uI2=0时，时，uO=0。第47页/共60页 FET差分式放大电路差分式放大电路电路图电路图（单入单出）（单入单出）分析方法相同分析方法相同但输入电阻很大，但输入电阻很大，JEFT 1012欧姆欧姆MOSFET 1015欧姆欧姆图FET差分式放大电路FET差分式放大电路常用于集成电路的输入级差分式放大电路常用于集成电路的输入级T2Rg1vidT1RdRdVDD-VEERg2Vo2iD2iD2I0第48页/共60页直接耦合互补输出级直接耦合互补输出级一、基本电路一、基本电路在在输输入入信信号号的的正正半半周周，T1 导通
29、，导通，iC1 流过负载；流过负载；负负半半周周，T2导导通通，iC2 流过负载。流过负载。在在信信号号的的整整个个周周期期都都有有电电流流流流过过负负载载，负负载载上上 iL 和和 uO 基本上是正弦波。基本上是正弦波。存在的问题：存在的问题：交越失真交越失真交越失真图图 基本要求：输出电阻低，最大不失真输出电压尽可能大。基本要求：输出电阻低，最大不失真输出电压尽可能大。VCC静态时，输入输出电静态时，输入输出电压均为零。压均为零。第49页/共60页二、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给给 T1、T2 提提供静态电压供静态电压 tiC0 ICQ1ICQ2消除交越失真思路：
30、电路：电路：RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uo VCCV5R R2 2R R1 1ui图3.3.17消除交越失真的互补输出级消除交越失真的互补输出级第50页/共60页消除交越失真的其它电路消除交越失真的其它电路T1T2T3T4T1T2RtB1B2T1T2T3R4R3图消除交越失真的互补输出级（b）UBE倍增电路第51页/共60页消除交越失真的消除交越失真的实际电路实际电路为了增大为了增大T1和和T2的电流放大倍数，以减小前级驱动电流，的电流放大倍数，以减小前级驱动电流，常采用复合管结构。常采用复合管结构。如图为采用复合管的准互补输出级，OCL电路。RL+VCC+uo T1T2T3T4V
31、5 VCCRRuiT4RL+VCC+uo T1T2T3 VEER*1R2R3R4ui第52页/共60页直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路的构成：输入级输入级：差分放大电路或：差分放大电路或FET差分放大电路，从而差分放大电路，从而减小温漂，增大共模抑制比。减小温漂，增大共模抑制比。中间级中间级：共射放大电路，从而获得高电压放大倍数。：共射放大电路，从而获得高电压放大倍数。输出级输出级：采用复合管的准互补输出级电路，从而使：采用复合管的准互补输出级电路，从而使输出电阻小，带负载能力增强，而且最大输出电阻小，带负载能力增强，而且最大不失真输出电压幅值接近电源电压。不失真输
32、出电压幅值接近电源电压。第53页/共60页直接耦合多级放大电路分析三级放大电路三级放大电路第一级第一级是以是以T1和和T2 为放大管，双端输入，单端输出的差分放大为放大管，双端输入，单端输出的差分放大电路。电路。第二级是以T3和T4 管组成的复合管为放大管的共射放大电路。第三级第三级是准互补电路，是准互补电路，R2、R23、和和T5为组成为组成UBE倍增电路以倍增电路以消除交越失真。消除交越失真。第54页/共60页P168 3.7解：解：双入双出差分放大电路双入双出差分放大电路第55页/共60页P168 3.8解：解：双入单出差分放大电路双入单出差分放大电路第56页/共60页P169 3.12
33、解：解：带恒流源的带恒流源的双入单出双入单出差分差分放大电路放大电路交流等效电路交流等效电路UiUorbe3RdUgsgmUgsRdrbe2gmUgsUgs第57页/共60页P169 3.13解：解：三级放大电路三级放大电路UiIirbe1rbe2R2rbe4R5R6rbe5U0R7带恒流源的双入单出差分放大电路带恒流源的双入单出差分放大电路共射放大电路共射放大电路(PNP管管）共集放大电路（共集放大电路（射集跟随器射集跟随器）交流等效电路交流等效电路Ri3Ri1Ri2第58页/共60页UiIirbe1rbe2R2rbe4R5R6rbe5U0R7Ri3Ri1Ri2第59页/共60页感谢您的观看。第60页/共60页