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1、3.4多级放大器输入级一般采用具有高输入电阻的共集放大器或场效应管放大器；中间级常由若干级共射放大器组成，以获得较大的放大倍数；输入级和中间级都是小信号放大电路。输出级应具有一定的输出功率，因而采用大信号放大电路功率放大器。经过多级电路的放大，就可获得足够大的放大倍数。采用多级放大器主要目的是：提高电压放大倍数（电压增益）：第1页/共67页直接耦合多级放大器第2页/共67页直接耦合多级放大器的特点1)由于直接耦合不需接入电抗性元件，因此，结构简单便于集成，并且具有较好的频率特性。2)由于采用直接耦合方式，因此既可传递交流信号，又能传递变化缓慢的信号或直流信号。3)由于直接耦合前后级静态工作点相
2、互影响。因此，存在“零点漂移现象”（请参阅相关资料）。第3页/共67页例3-5如图所示两级放大器。V1、V2为硅管1260，Vcc=15V，(1)说明电路的耦合方式；(2)说明各级电路的组态;(3)计算静态参数IC1、UCE1、IC2、UCE2，（忽略基极电流IB）。第4页/共67页阻容耦合的特点1)各级静态工作点彼此独立。2)耦合电容不能传递缓慢信号或直流信号。3)由于集成电路中制造较大容量电容很困难，因此集成电路中不采用阻容耦合方式。阻容耦合多级放大器 第5页/共67页例3-6在图2-37a所示电路中，1250，rbe11k，rbe20.2k，求：（1）两级放大器的电压放大倍数Au；（2）
3、两级放大器的输入电阻Ri和输出电阻Ro。第一级与第二级各是什么组态？第6页/共67页第7页/共67页第8页/共67页图3-39三级阻容耦合放大电路第9页/共67页第10页/共67页 写出各级输入电阻式：由图3-39可知：第11页/共67页第12页/共67页第3级是基本共射放大电路，其电压增益：第13页/共67页第14页/共67页变压器耦合多级放大器 变压器也是一种隔直流传交流的器件，因此变压器耦合放大器也属于交流放大器。变压器在传输信号的同时，还具有阻抗变换作用。另外，这种放大器的频率特性不好，体积大，不便集成。第15页/共67页3.5放大器主要性能参数的测试先用示波器观察输出电压uo的波形，
4、在波形不失真的情况下，用电子交流毫伏表分别测出输入电压Ui和输出电压Uo，于是求得电压放大倍数3.5.1电压增益Au的测试第16页/共67页3.5放大器主要性能参数的测试输入电阻Ri的测试由测得的Ui和Ui即可得到放大器的输入电阻Ri需要注意：辅助电阻R的取值应适当，不宜太大或太小。当被测输入电阻Ri很高时，不宜采用此方法。第17页/共67页3.5放大器主要性能参数的测试输出电阻Ro的测试注意：两次测量时输入电压ui应保持不变；ui的大小应适当，以保证RL接入和断开时输出电压均为不失真的正弦波；输入信号的频率应在频带内的中频区域；（4）一般选取RL与Ro为同数量级的电阻。第18页/共67页3.
5、6差分放大器零点漂移在级间采取直接耦合的放大电路中，任一点直流电位的变化，都会引起输出端电位的变化。所以当输入信号为零时，放大电路输出端仍会有缓慢变化的电压输出，如图3-44所示。这种现象叫做零点漂移，又简称为零漂。第19页/共67页产生零点漂移的原因很多，任何元器件参数的变化、电源的波动都将会造成输出电压的漂移。但是实践证明，温度变化是造成零漂的主要原因，也是最难克服的因素。这是因为电源电压的波动可以采取稳压电源来解决；电阻值的变化，可以通过老化来提高来提高其稳定性；只有半导体三极管，由于它对温度的敏感是固有的特性，这种影响就成了主要因素。想抑制零漂，首先要解决放大电路中第一级放大管的参数受
6、温度影响的问题，一般采取以下措施。(1)选用高质量的硅管(2)利用热敏元件补偿(3)采用差分式放大电路第20页/共67页差分式基本放大电路1.电路基本形式2.抑制零点漂移的原理TiC1iC2UC1UC2UoUC1UC20第21页/共67页几种常见的差分放大电路1.射极耦合差分放大电路（长尾式）第22页/共67页2.双电源长尾电路第23页/共67页3.具有恒流源的差分放大电路第24页/共67页差分基本放大电路的几种接法双端输入、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、单端输出电压放大倍数电压放大倍数AuAu1A
7、uAu1主要用途主要用途用用于于输输入入、输输出出不不需需要要一一端端接接地地时；时；常常用用于于多多级级直直接接耦耦合合放放大大器器的的输输入级。入级。将将双双端端输输入入转转换换为单端输出时；为单端输出时；常常用用于于多多级级直直接接耦耦合合放放大大器器的的输输入级。入级。将将单单端端输输入入转转换换为双端输出时；为双端输出时；常常用用于于多多级级直直接接耦耦合合放放大大器器的的输输入级。入级。用用于于放放大大器器输输入入电电路路、输输出出电电路路均均需需要要有有一一端端接接地时。地时。第25页/共67页3.7低频功率放大器功放要求具有较高的输出功率.一般在多级放大器的输出级 功放特点工作
8、在大信号下，故微变等效法不适用要讨论的问题避免失真和提高输出效率，而且两者矛盾第26页/共67页1.甲类uitoiCICQ定义晶体管集电极电流导通角为2360或180(电压放大器）概率放大器的分类第27页/共67页2.乙类uitiCICQ=0定义此时晶体管集电极电流导通角为2180或90（低频功放）第28页/共67页3.甲乙类ui此时晶体管集电极电流导通角为180 360或 90 180（低频功放）tiCo第29页/共67页4.丙类ui此时晶体管集电极电流导通角为180或90（高频功放）iC0t第30页/共67页无输出耦合电容功放双电源、乙类互补对称功率放大器存在交越失真UEQ=01.电路图：
9、功放电路第31页/共67页2.OCL功率放大器的主要技术参数(1)最大失真输出功率Pom设输出电压为 u0Ucmsint电流为 i0Icmsint 则P0 UcmIcm最大不失真输出电压幅度:UCM=VCCUCES其中UCES为晶体管的饱和压降，当UCES 0.2Pom集射反向击穿电压U(BR)CEO 2VCC 最大允许集电极电流ICM VCC/RL第34页/共67页 例3-8.已知乙类互补对称功放VCCVEE24V、RL8，试估算：(1)该电路最大输出功率Pom；(2)最大管耗PCM；(3)说明该功放电路对功率管的要求。解（1）36W (2)PCM0.2Pom0.236=7.2W (3)a)
10、选择功率管时为保证管子不被烧坏，要求管子集电极 最大允许损耗功率 0.2P0max=7.2W;b)处于截止状态的管子，其集射反向击穿电压 U(BR)CEO 2VCC=48V;c)功率管最大允许集电极电流ICM VCC/RL=3A第35页/共67页克服交越失真单电源、输出端接大电容的甲乙类互补对称功率放大器UEQ=1.电路图:功放电路第36页/共67页2.OTL功率放大器的主要技术参数接入大电容起到一个负电源作用,因此OCL电路的参数与OCL区别只是将公式中的VCC换成 VCC 以上电路缺点输出电压的最大幅度只有VCC/2，并且实际输出电压的正向峰值达不到VCC2。因为随UARC1的电流VT1管
11、压降UCE(不能进入饱和状态)输出正向幅度 解决方法引入带自举的功放电路，即接入较大容量电容 C1（其直流电压可认为不变）第37页/共67页低频功放基本参放的测试以OCL功放为例，测试电路如图3-54所示。图中VCC15V。在测试过程中要保证在最大不失真输出的前题下进行。第38页/共67页1.最大不失真输出平均功率的测量在图3-48所示电路输入端加入f1kHZ正弦信号ui，并逐渐增大ui幅度，用示波器观察负载两端输出电压的波形，直到输出波形幅度最大而且不出现削波失真为止，用电子毫状表测量输入、输出电压Ui、Uo。在最大不失真情况下，电路的实际输出平均功率为（负载RL8）2.电源供给的平均功率将
12、电源VCC断开，串入2A直流电流表，输入端接入ui并逐渐加大，用示波器观察输出波形，当输出最大不失真时，读取直流电流表读数ICO实际电源供给平均功率PDC为PDCVCCICO 第39页/共67页3.功率放大器的效率输出平均功率Po与电源供给的平均功率PDC之比：第40页/共67页3.8场效应管f放大器耗尽型绝缘栅场效应晶体管增强型绝缘栅场效应晶体管场效应晶体管结型场效应晶体管绝缘栅场效应晶体管P沟道结型场效应晶体管N沟道结型场效应晶体管P沟道增强型绝缘栅场效应晶体管N沟道耗尽型绝缘栅场效应晶体管P沟道耗尽型绝缘栅场效应晶体管N沟道增强型绝缘栅场效应晶体管场效应晶体管的基本特性第41页/共67页
13、场效应晶体管的基本特性一、结型场效应晶体管 结型场效应管简称结型场效应管简称JFETJFET，它是利用半导体内的电场效应来工作的，因而也称为，它是利用半导体内的电场效应来工作的，因而也称为体内场效应器件。结型场效应管有体内场效应器件。结型场效应管有NN沟道和沟道和P P沟道两类。沟道两类。第42页/共67页场效应晶体管的基本特性一、结型场效应晶体管第43页/共67页场效应晶体管的基本特性一、结型场效应晶体管UGS(off)uDS0第44页/共67页场效应晶体管的基本特性二、绝缘栅型场效应晶体管第45页/共67页场效应晶体管的基本特性二、绝缘栅型场效应晶体管第46页/共67页场效应晶体管的基本特
14、性二、绝缘栅型场效应晶体管第47页/共67页场效应晶体管的基本特性二、绝缘栅型场效应晶体管当uGSUGS(th)时第48页/共67页三、场效应晶体管的特性参数1.性能参数（1 1）开启电压）开启电压U UGS(th)GS(th)是增强型是增强型MOSMOS管特有的参数。它是指管特有的参数。它是指u uDSDS为为一固定值（如一固定值（如10V10V），使），使i iD D等于某一微小电流（如等于某一微小电流（如10A10A）时所）时所需要的最小需要的最小u uGSGS值。值。（2 2）夹断电压）夹断电压U UGS(off)GS(off)是耗尽型是耗尽型MOSMOS管和结型管的参数。它是指管和结
15、型管的参数。它是指u uDSDS为一固定值（如为一固定值（如10V10V），而使），而使i iD D减小到某一微小电流（如减小到某一微小电流（如10A10A）时的）时的u uGSGS值。值。（3 3）饱和漏极电流）饱和漏极电流I IDSSDSS是耗尽型是耗尽型MOSMOS管和结型管的参数。它是管和结型管的参数。它是指在指在u uGSGS时，使管子出现预夹断时的漏极电流。时，使管子出现预夹断时的漏极电流。I IDSSDSS也是结也是结型管所能输出的最大电流。型管所能输出的最大电流。（4 4）直流输入电阻）直流输入电阻R RGSGS是指在漏、源极间短路的条件下，栅、是指在漏、源极间短路的条件下，栅
16、、源极之间所加直流电压与栅极直流电流的比值。一般源极之间所加直流电压与栅极直流电流的比值。一般JFETJFET的的R RGSGS10107 7，而，而IGFETIGFET的的R RGSGS10109 9。第49页/共67页三、场效应晶体管的特性参数1.性能参数（5 5）低频跨导（互导）低频跨导（互导）g gmm是指在是指在u uDSDS为某一定值时，漏极电流为某一定值时，漏极电流i iD D的微变量和引起它变化的的微变量和引起它变化的u uGSGS微变量的比值，即微变量的比值，即 g gmm反映了栅源电压反映了栅源电压u uGSGS对漏极电流对漏极电流i iD D的控制能力，是表征场效应管的控
17、制能力，是表征场效应管放大能力的一个重要参数（对应于三极管的放大能力的一个重要参数（对应于三极管的），单位为西门），单位为西门子（子（S S），也常用），也常用mSmS或或SS。场效应管的。场效应管的g gmm一般为几毫西门子。一般为几毫西门子。第50页/共67页三、场效应晶体管的特性参数2.极限参数n n（1 1）最大漏极电流）最大漏极电流I IDMDM是指管子在工作时允许的最大漏极电是指管子在工作时允许的最大漏极电流。流。n n（2 2）最大耗散功率）最大耗散功率P PDMDM最大耗散功率最大耗散功率P PDMDMu uDSDS i iD D，它受管，它受管子的最高工作温度的限制，与三极管
18、的子的最高工作温度的限制，与三极管的P PCMCM相似。相似。n n（3 3）漏源击穿电压）漏源击穿电压U U(BR)DS(BR)DS它是漏、源极间所能承受的最大它是漏、源极间所能承受的最大电压，也就是使电压，也就是使i iD D开始急剧上升（管子击穿）时的开始急剧上升（管子击穿）时的u uDSDS值。值。n n（4 4）栅源击穿电压）栅源击穿电压U U(BR)GS(BR)GS它是栅、源极间所能承受的最大它是栅、源极间所能承受的最大电压。击穿会造成短路现象，使管子损坏。电压。击穿会造成短路现象，使管子损坏。第51页/共67页共源极场效应管放大电路一、电路结构第52页/共67页共源极场效应管放大
19、电路二、直流静态工作点第53页/共67页共源极场效应管放大电路三、交流放大特性第54页/共67页场效应管源极输出器一、电路结构如图所示为耗尽型如图所示为耗尽型NMOSNMOS管构成的共漏极放大电管构成的共漏极放大电路，由其交流通路可见，路，由其交流通路可见，漏极是输入、输出信号漏极是输入、输出信号的公共端。由于信号是的公共端。由于信号是从源极输出，也称源极从源极输出，也称源极输出器。输出器。第55页/共67页二、交流放大特性式中式中R RLL R RS S R RL L 。输出电压与输入电压同相，且由于。输出电压与输入电压同相，且由于g gmmR RLL 11，所以，所以A Au u小于小于1
20、 1，但接近于，但接近于1 1。场效应管源极输出器第56页/共67页二、交流放大特性由上分析可知，源极输出器与三极管的射极输出器有相似的特点：电压放大由上分析可知，源极输出器与三极管的射极输出器有相似的特点：电压放大倍数小于且接近于倍数小于且接近于1 1，输入电阻较高，输出电阻较低。，输入电阻较高，输出电阻较低。场效应管源极输出器第57页/共67页3.9项目设计(放大电路的设计)项目说明本项目通过设计几种典型晶体管应用电路，达到以下目标：1)掌握晶体管共发射极放大器的电路结构、基本特性和调试方法，并了解非线性失真的有关概念。2)掌握晶体管共集电极放大器(电压跟随器)的电路结构、基本特性和调试方
21、法。3)掌握低频功率放大器的电路结构、基本特性和调试方法。4)掌握多级放大电路的作用。第58页/共67页任务内容1)设计一多级放大器，第一级为晶体管共发射极放大器，第二级为电压跟随器，末级为低频功率放大器，且三者共用同一直流电源。2)画出电路原理图，并注明所有元器件参数。3)选择实物元器件进行实际制作电路。4)逐级调试各放大器，使各级均处于最佳工作状态，自行设计记录测量数据的表格和参数。请在三周内利用业余时间完成上述各项任务。第59页/共67页成果形式1.实物成果：实际制作的多级放大电路板。2.书面(或电子文稿)成果：项目设计报告。评价标准本项目设计的评价采用优、良、合格、不合格四个等级。1.
22、合格：按时完成上述各项任务；项目报告内容完整；明确各级放大电路的基本工作原理；所制作的实际电路能够正常工作和使用。2.良好：在达到合格条件的基础上，对电路中各元件的作用均有正确的解释和说明。3.优秀：在达到良好条件的基础上，对项目设计过程中出现的电路故障有记录和解决措施，总结内容丰富、体会深刻；对新知识有较好的掌握。4.不合格：未达到合格要求的条件，不合格者须重做本项目。第60页/共67页第3章小结1.晶体管特性晶体管是由两个PN结构成的，它具有放大、截止、饱和三种不同工作状态。在放大电路中，晶体管工作在放大区，这时它具有受控特性（指iC与iB关系）和恒流特性（指iC与uCE关系）。2.放大电
23、路(1)放大体现了信号对能量的控制作用。放大电路输出信号与输入信号具有相同的变化规律，只是幅度不同。其能量远大于输入信号能量，电源为能量的提供者。第61页/共67页2.放大电路(2)放大电路的要求是能不失真的进行放大。实际上失真是不可避免的。为了衡量放大器的性能优劣，引入性能指标，如在最大不失真的前提下引出放大倍数、输入电阻、输出电阻等指标。(3)为了实现放大，电路必须包含有源器件，如晶体管等，并且保证有源器件既有合适的静态工作点，又要使待放大的信号能够输入、放大，并且不失真的输出。(4)放大电路存在两种状态，即静态和动态。当未加信号时称为静态。放大电路的静态直接影响放大器的工作性能如失真等，
24、必须设计合适的静态工作点。静态工作点受温度影响较大，实际中常采用能够稳定静态工作点的分压偏置放大器。第62页/共67页3.多级放大器多级放大器中各级之间的耦合方式包括阻容耦合、直接耦合和变压器耦合。三种方式各有特点，阻容耦合和变压器耦合各级间静态工作点不产生相互影响，直接耦合简单便于集成。4.差分放大器差分式放大器是采用两只特性相同的三极管组成一个放大电路，利用两只管子的零漂具有相同变化关系的特点，使其相互抵消，以更好地补偿零漂。差动式放大电路的主要优点是零漂很小，动态范围较大。特别适合于制造集成电路，模拟集成电路中大都包含一级或多级差动式放大电路。第63页/共67页5.功率放大器功率放大器可
25、以放大并输出大功率信号。功率放大器工作在较大输入信号的情况下，在分析功放时微变等效电路法不再适用，并且功放的失真问题更为突出。OCL功放和OTL功放为两种较典型功放电路，实际带自举OTL功放电路应用更为广泛。6.场效应管放大器(1)场效应管中只有多数载流子参与导电，称为单极型晶体三极管。场效应管根据结构不同可分为两大类：结型场效应管（简称JFET）和绝缘栅场效应管（简称IGFET），对于绝缘栅场效应管来说，又分为增强型和耗尽层两种，而每一种又有N沟道和P沟道之分。第64页/共67页(2)场效应管共源极放大电路的输出电压与输入电压反相，与共射放大电路相比，由于场效应管的跨导gm值较小，电压放大倍数较低，但其输入电阻却很大，适合应用于要求高输入电阻的场合。6.场效应管放大器(3)场效应管源极输出器与三极管的射极输出器有相似的特点：电压放大倍数接近1，输入电阻较高，输出电阻较低。但源极输出器的输入电阻比射极输出器还大得多，一般可达几十M，而源极输出器的输出电阻比射极输出器的输出电阻也大。(4)场效应管放大器的突出优点是噪声低、热稳定性好、高输入电阻、抗辐射能力强。第65页/共67页第3章下半部分完第66页/共67页感谢您的观看。第67页/共67页