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1、第三章第三章 多级放大电路多级放大电路3.1 3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式3.2 3.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析3.3 3.3 差分放大电路差分放大电路3.4 3.4 互补输出级互补输出级3.5 3.5 直接耦合多级放大电路读图直接耦合多级放大电路读图第1页/共82页3.1 3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式一、直接耦合一、直接耦合二、阻容耦合二、阻容耦合三、变压器耦合三、变压器耦合第2页/共82页 多级放大电路的组成多级放大电路的组成 RSRo1Ri1Ro2Rin+_uo1+_+_+_ui+_+_uoRL+_+_第第1 级级信信
2、 号号 源源输输入入级级中中间间放放大大级级输输出出级级第第2级级第第 n-1 级级第第n级级+_uSui2Ri2uo2ui n-1Rin-1Ron-1uon-1uinRon第3页/共82页输入级输入级输入电阻高，噪声和漂移小。输入电阻高，噪声和漂移小。对各级电路的要求对各级电路的要求:输出级输出级 动态范围大，输出功率大，带载能力强。动态范围大，输出功率大，带载能力强。中间级中间级 具有足够大的放大能力。具有足够大的放大能力。多级放大电路的组成多级放大电路的组成输入级输入级中间级中间级输出级输出级第4页/共82页一、直接耦合一、直接耦合既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻 能够放大变
3、化缓慢的信号，便于集成化，Q点相互影响，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、电位的变化会逐级放大。第二级第一级Q1合适吗？直接连接输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。第5页/共82页耦合耦合放大电路与信号源、放大电路、负载放大电路与信号源、放大电路、负载以及电路内部各级之间的连接。以及电路内部各级之间的连接。常用的耦合方式常用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 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 第6页/共82页能对交流和直流信号进行放大能对交流和直流信号进行放大RC1RC2
4、T2RB_ui+VCCRL+_uo+VBBT11 直接耦合直接耦合 特点特点又称之为直流放大电路又称之为直流放大电路第7页/共82页直接耦合放大电路存在两个特殊的问题：直接耦合放大电路存在两个特殊的问题：(1)各级静态工作点不独立，不便于设计和调试。各级静态工作点不独立，不便于设计和调试。RC1RC2T2RB_ui+VCCRL+_uo+VBBT1第8页/共82页常用的解决方法常用的解决方法提高后级射极电位提高后级射极电位电平移位电平移位+VCC T2RERC2RC1RBT1+VCC T2RERC2RC1RBT1RDZ第9页/共82页两种管子互补两种管子互补+VCC T2RC2RE2RC1RB1
5、T1RE1VCC 第10页/共82页(2)零点漂移问题零点漂移问题 当输入当输入ui=0时，输出电压时，输出电压uO并不恒定，而是出现缓并不恒定，而是出现缓慢的、无规则的漂动。这种现象称为零点漂移，简称零慢的、无规则的漂动。这种现象称为零点漂移，简称零漂。漂。零漂实质上就是放大电路静态工作点的变化。零漂实质上就是放大电路静态工作点的变化。RC1RC2T2RB_ui+VCCRL+_uo+VBBT1第11页/共82页引起零漂的主要原因：引起零漂的主要原因：(a)元器件参数，特别是晶体管的参数会随温度元器件参数，特别是晶体管的参数会随温度的变化而变化。的变化而变化。(b)元器件会出现老化，参数发生了
6、变化。元器件会出现老化，参数发生了变化。由温度引起的零漂称为由温度引起的零漂称为温漂温漂 由元器件老化引起的零漂称为由元器件老化引起的零漂称为时漂时漂引起直接耦合放大电路零漂的主要因素是温漂引起直接耦合放大电路零漂的主要因素是温漂零漂零漂第12页/共82页阻容耦合多级放大电路阻容耦合多级放大电路主要特点主要特点:a.各级电路的静态工作点相互独立各级电路的静态工作点相互独立,便于设计便于设计和调试。和调试。RC1RC2T2RB1ui+VCCRL+_uoT1RB2+_C1C2C3第13页/共82页RC1RC2T2RB1ui+VCCRL+_uoT1RB2+_C1C2C3b.可以抑制零点漂移。可以抑制
7、零点漂移。c.无法放大低频信号和直流信号。无法放大低频信号和直流信号。d.在集成电路中，无法制造大电容。在集成电路中，无法制造大电容。第14页/共82页3 变压器耦合变压器耦合 CE1RE1T1Tr1Tr2CB1ui+_CE2RE2T2RL+_uoTr3+VCCRB11+RB12+RB21RB22CB2第15页/共82页主要特点主要特点:e.具有阻抗变换作用，可以实现阻抗匹配。具有阻抗变换作用，可以实现阻抗匹配。b.对直流信号起到隔离作用，可以消除零点漂移。对直流信号起到隔离作用，可以消除零点漂移。a.对直流信号没有放大能力，只能放大交流信号。对直流信号没有放大能力，只能放大交流信号。d.体积
8、大、重量重、费用高、不宜集成化。体积大、重量重、费用高、不宜集成化。c.各级电路的静态工作点相互独立，便于设计和各级电路的静态工作点相互独立，便于设计和调试。调试。第16页/共82页光光电耦合耦合 以光信号为媒介实现电信号的耦合和传递，因抗干扰能力强而广泛应用。DT1 T2 ic iD ceuD+-一、光电耦合器uCE ID3 ID2 ID1 增大ID ic图光电耦合器及其传输特性(a)内部组成 (b)传输特性发光元件为输入回路：将电能转换为光能；光敏元件为输出回路：将光能转换为电能。电气隔离，抗干扰性强第17页/共82页 多级放大电路的计算多级放大电路的计算 1.直接耦合电路的直接耦合电路的
9、静态分析静态分析 阻容耦合、变压器耦合的各级静态工作点阻容耦合、变压器耦合的各级静态工作点独立，分析方法与前述的单级放大电路的方法独立，分析方法与前述的单级放大电路的方法相同。相同。这里只对直接耦合电路进行这里只对直接耦合电路进行静态分析静态分析第18页/共82页由由得得在输入回路在输入回路令输入电压令输入电压ui=0RC1RC2T2RB_ui+VCCRL+_uO+VBBT1+_+_+_+_第19页/共82页联立求解可得联立求解可得 、在一、二级之间在一、二级之间RC1RC2T2RB_ui+VCCRL+_uO+VBBT1+_+_+_+_第20页/共82页联立求解可得联立求解可得 、在输出回路在
10、输出回路RC1RC2T2RB_ui+VCCRL+_uO+VBBT1+_+_+_+_第21页/共82页如何设置合适的静态工作点？如何设置合适的静态工作点？对哪些动态参数产生影响？用什么元件取代Re既可设置合适的Q点，又可使第二级放大倍数不至于下降太多？若要UCEQ5V，则应怎么办？用多个二极管吗？二极管导通电压UD？动态电阻rd特点？Re必要性？稳压管伏安特性 UCEQ1太小加Re（Au2数值）改用D若要UCEQ1大，则改用DZ。第22页/共82页NPN型管和型管和PNP型管混合型管混合使用使用 在用NPN型管组成N级共射放大电路，由于UCQi UBQi，所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1
11、N），以致于后级集电极电位接近电源电压，Q点不合适。UCQ1（UBQ2）UBQ1UCQ2 UCQ1 UCQ1（UBQ2）UBQ1UCQ2 UCQ1 第23页/共82页二、阻容耦合二、阻容耦合 Q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。共射电路共集电路有零点漂移吗？利用电容连接信号源与放大电路、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻容耦合。第24页/共82页 可能是实际的负载，也可能是下级放大电路三、变压器耦合三、变压器耦合 理想变压器情况下，负载上获得的功率等于原边消耗的功率。从变压器原边看到的等效电阻第25页/共82页讨论：两级直接耦合放大电路讨论：两级直接耦合放大电路选
12、择合适参数使电路正常工作电位高低关系第26页/共82页 从Multisim“Multisim“参数扫描”结果分析两级放大电路Q Q点的相互影响。R1R1取何值时T2T2工作在饱和区？uC1uC2T2工作在放大区 第27页/共82页3.2 3.2 多级放大电路的动态分析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28页/共82页一、动态参数分析一、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：Ri大，Ro小，Au的数值大，最大不失真输出电压大。第29页/共82页2.2.多级放大电路的动态分析
13、多级放大电路的动态分析RSRo1Ri1Ro2Rin+_uo1+_+_+_ui+_+_uoRL+_+_第第1 级级信信 号号 源源输输入入级级中中间间放放大大级级输输出出级级第第2级级第第 n-1 级级第第n级级+_uSui2Ri2uo2ui n-1Rin-1Ron-1uon-1uinRon(1)多级放大电路的电压放大倍数多级放大电路的电压放大倍数 ioUUAu=-1ooo2o3o1o2io1nnUUUUUUUUL=unuuuAAAA.=321第30页/共82页2.2.多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析RSRo1Ri1Ro2Rin+_uo1+_+_+_ui+_+_uoRL+_+_第第1
14、 级级信信 号号 源源输输入入级级中中间间放放大大级级输输出出级级第第2级级第第 n-1 级级第第n级级+_uSui2Ri2uo2ui n-1Rin-1Ron-1uon-1uinRon(2)输入电阻输入电阻(3)输出电阻输出电阻 i1iRR=nRRoo=第31页/共82页二、分析举例二、分析举例第32页/共82页多级放大电路动态分析时应注意的两个问题多级放大电路动态分析时应注意的两个问题a.第第i级放大电路的输入电阻应视为第级放大电路的输入电阻应视为第i-1级放大电路级放大电路的负载电阻的负载电阻b.第第i-1级级放大电路的输出电阻应视为放大电路的输出电阻应视为第第i级放大电路级放大电路的信号
15、源内阻的信号源内阻对于第一级放大器对于第一级放大器对于第二级放大器对于第二级放大器第33页/共82页 例例 试写出图示放大电路的电压放大倍数试写出图示放大电路的电压放大倍数Au、输入、输入电阻电阻Ri和输出电阻和输出电阻Ro的表达式的表达式。T2_ui+VCC+_uO+VBBT1第34页/共82页 解解 由图可知，放大电路是由两级放大电路组成。由图可知，放大电路是由两级放大电路组成。第一级共射极放大电路，第二级共集电极放大电路。第一级共射极放大电路，第二级共集电极放大电路。RiRi2RoRo1T2_ui+VCC+_uO+VBBT1第35页/共82页(1)求电压放大倍数求电压放大倍数由于由于+V
16、CCT2_ui+_uO+VBBT1RiRi2RoRo1uO1+_ui2+_式中式中io11UUAu=E11be1BL11)1(RrRRb bb b+-=i2C1L1/RRR=LE22be2i2/)1(RRrRb b+=u2u1uAAA=第36页/共82页故故式中式中+VCCT2_ui+_uO+VBBT1RiRi2RoRo1uO1+_ui2+_i2o2UUAu=L22be2L22)1()1(RrR+=b bb bLE2L2/RRR=21uuuAAA=E11be1BL11)1()1(RrRRb bb b+=L22be2L22)1()1(RrR+b bb b第37页/共82页(2)求输入电阻求输入电
17、阻Ri+VCCT2_ui+_uO+VBBT1RiRi2RoRo1uO1+_ui2+_E11be1Bi)1(RrRRb b+=第38页/共82页(3)求输出电阻求输出电阻Ro式中式中+VCCT2_ui+_uO+VBBT1RiRi2RoRo1uO1+_ui2+_2o1be2E2o1/b b+=RrRRC1o1RR=第39页/共82页讨论讨论一一 失真分析：由NPN型管组成的两级共射放大电路共射放大电路共射放大电路饱和失真？截止失真？首先确定在哪一级出现了失真，再判断是什么失真。比较Uom1和Uim2，则可判断在输入信号逐渐增大时哪一级首先出现失真。在前级均未出现失真的情况下，多级放大电路的最大不失
18、真电压等于输出级的最大不失真电压。第40页/共82页讨论二：放大电路的选用讨论二：放大电路的选用1.按下列要求组成两级放大电路：Ri12k，Au 的数值3000；Ri 10M，Au的数值300；Ri100200k，Au的数值150；Ri 10M，Au的数值10，Ro100。共射、共射；共源、共射；共集、共射；共源、共集。2.若测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空载电压放大倍数，则如何求解它们连接后的三级放大电路的电压放大倍数？注意级联时两级的相互影响！第41页/共82页3.3 3.3 差分放大电路差分放大电路一、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
19、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42页/共82页一、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。产生原因：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。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。典型电路：差分放大电路第43页/共82页零点漂移零输入零输出理想
20、对称二、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信号特点？能否放大？共模信号：大小相等，极性相同。差模信号：大小相等，极性相反.信号特点？能否放大？第44页/共82页典型电路典型电路在理想对称的情况下：1.克服零点漂移；2.零输入零输出；3.抑制共模信号；4.放大差模信号。第45页/共82页三、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 Rb是必要的吗？1.Q点：晶体管输入回路方程：通常，Rb较小，且IBQ很小，故选合适的VEE和Re就可得合适的Q第46页/共82页2.2.抑制共模信号抑制共模信号 共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即第47页/共82页2.2.抑制共
21、模信号抑制共模信号：Re的共模负反馈作用Re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电路，Re=?如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。第48页/共82页由于电路对称，双端输出时由于电路对称，双端输出时R RL L上流过的电流为上流过的电流为零。在零。在R Re e上两者作用的电流方向相同。上两者作用的电流方向相同。因此可将差动放大电路的交流通路分成两个独因此可将差动放大电路的交流通路分成两个独立的部分立的部分.4.4.差分放大电路对共模信号的抑制作用差分放大电路对共模信号的抑制作用第49页/共82页半电路
22、的共模电压放大倍数为：半电路的共模电压放大倍数为：由于左右两个电路完全一样，所由于左右两个电路完全一样，所以该放大倍数就是差动电路的以该放大倍数就是差动电路的单单端输出共模放大倍数。端输出共模放大倍数。输出电压：输出电压：当电路当电路完全对称时输出电压：完全对称时输出电压：当电路当电路不完全对称时不完全对称时，由于，由于2R2Re eRRC C，共模放大，共模放大倍数倍数 A Aucuc00。第50页/共82页可见在可见在双端双端输出情况下差分放大电路对共输出情况下差分放大电路对共模信号有抑制作用：模信号有抑制作用：依靠电路的对称性；依靠电路的对称性；依靠依靠R Re e的负反馈作用。的负反馈
23、作用。差动放大电路抑制共模能力用共模抑制比差动放大电路抑制共模能力用共模抑制比K KCMRCMR来衡量。来衡量。通常也用分贝通常也用分贝(dB)(dB)表示：表示：共模抑制比越大，共模抑制能力越强。共模抑制比越大，共模抑制能力越强。第51页/共82页由于电路对称，由于电路对称，在电路的对称点上信号总是大小相等，在电路的对称点上信号总是大小相等，极性相反。极性相反。故信号输出的地电位在故信号输出的地电位在R RL L的中点；发射极间的连的中点；发射极间的连线也是信号的地电位。因此可将差动放大电路的交流通路分线也是信号的地电位。因此可将差动放大电路的交流通路分成两个独立的部分成两个独立的部分.差动
24、放大电路对差模信号的放大作用第52页/共82页3.3.放大差模信号放大差模信号iE1=iE2，Re中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即第53页/共82页为什么？双端输入双端输出差模信号作用时的动态分双端输入双端输出差模信号作用时的动态分析析差模放大倍数双端输入、双端输出差动电路双端输入、双端输出差动电路的差模电压放大倍数等于半电路单管的差模电压放大倍数等于半电路单管放大倍数。其差模输入、输出电阻是半电路单管电路的放大倍数。其差模输入、输出电阻是半电路单管电路的2 2倍。倍。第54页/共82页4.动态参数动态参数：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR
25、共模抑制比KCMR：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。在实际应用时，信号源需要有“接地”点，以避免干扰；或负载需要有“接地”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。第55页/共82页四、差分放大电路的四种接法四、差分放大电路的四种接法 由于输入回路没有变化，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但是UCEQ1 UCEQ2。1.1.双端输入单端输出双端输入单端输出：Q点分析第56页/共82页1.1.双端输入单端输出双端输入单端输出：差模信号作用下的分析第57页/共8
26、2页1.1.双端输入单端输出双端输入单端输出：共模信号作用下的分析因为第58页/共82页1.1.双端输入单端输出双端输入单端输出：问题讨论（1）T2的Rc可以短路吗？（2）什么情况下Ad为“”？（3）双端输出时的Ad是单端输出时的2倍吗？第59页/共82页2.2.单端输入双端输出单端输入双端输出共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信号输入：在输入信号作用下发射极的电位变化吗？说明什么？第60页/共82页2.2.单端输入双端输出单端输入双端输出问题讨论：（1）UOQ产生的原因？（2）如何减小共模输出电压？测试:差模输出共模输出静态时的值第61页/共82页3.3.四种接法的比
27、较四种接法的比较：电路参数理想对称条件下输入方式：Ri均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。输出方式：Q点、Ad、Ac、KCMR、Ro均与之有关。第62页/共82页五五、具有恒流源的差分放大电路、具有恒流源的差分放大电路 Re 越大，每一边的漂移越小，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。但为使静态电流不变，Re 越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。需在低电源条件下，设置合适的IEQ，并得到得到趋于无穷大的Re。解决方法：采用电流源取代Re！第63页/共82页具有恒流源差分放大电路的组成具有恒流源差分放大电路的
28、组成等效电阻为无穷大近似为恒流第64页/共82页1)RW取值应大些？还是小些？2)RW对动态参数的影响？3)若RW滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。六、差分放大电路的改进六、差分放大电路的改进1.1.加调零电位器加调零电位器 RW第65页/共82页2.2.场效应管差分放大电路场效应管差分放大电路第66页/共82页若uI1=10mV，uI2=5mV，则uId=？uIc=？uId=5mV，uIc=7.5mV讨论一讨论一 若将电桥的输出作为差放的输入，则其共模信号约为多少？如何设置Q点时如何考虑？第67页/共82页1、uI=10mV，则uId=?uIc=?2、若Ad=102、KCMR103用直流
29、表测uO，uO=?uId=10mV，uIc=5mVuO=Ad uId+Ac uIc+UCQ1=?=?=?讨论二讨论二第68页/共82页3.4 3.4 互补输出级互补输出级二、基本电路二、基本电路三、消除交越失真的互补输出级三、消除交越失真的互补输出级四、准互补输出级四、准互补输出级一、对输出级的要求一、对输出级的要求第69页/共82页 互补输出级是直接耦合的功率放大电路。对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；负载电阻上无直流功耗；最大不失真输出电压最大。一、对输出级的要求一、对输出级的要求射极输出形式静态工作电流小输入为零时输出为零 双电源供电时Uom的峰值接近电源电压。单电源供电Uom的
30、峰值接近二分之一电源电压。不符合要求！第70页/共82页二、基本电路二、基本电路静态时T1、T2均截止，UB=UE=01.1.特征特征：T1、T2特性理想对称。2.2.静态分析静态分析T1的输入特性理想化特性第71页/共82页3.3.动态分析动态分析ui正半周，电流通路为 +VCCT1RL地，uo=ui 两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。ui负半周，电流通路为 地 RL T2 -VCC，uo=ui第72页/共82页4.4.交越失真交越失真消除失真的方法：设置合适的静态工作点。信号在零附近两只管子均截止开启电压 静态时T1、T2处于临界导通状态，有信号时至少有一只导通；偏置电路对动态
31、性能影响要小。第73页/共82页三、消除交越失真的互补输出级三、消除交越失真的互补输出级第74页/共82页四、准互补输出级四、准互补输出级 为保持输出管的良好对称性，输出管应为同类型晶体管。大！第75页/共82页3.5 3.5 直接耦合多级放大电路读图直接耦合多级放大电路读图一、放大电路的读图方法一、放大电路的读图方法二、例题二、例题第76页/共82页一、一、放大电路的读图方法放大电路的读图方法1.化整为零：按信号流通顺序将N级放大电路分为N个基本放大电路。2 2.识别电路：分析每级电路属于哪种基本电路，有何特点。3 3.统观总体：分析整个电路的性能特点。4 4.定量估算：必要时需估算主要动态参数。信号从放大管的哪个极输入？又从哪个极输出？第77页/共82页二、例题二、例题第一级：双端输入单端输出的差放第二级：以复合管为放大管的共射放大电路第三级：准互补输出级动态电阻无穷大1.化整为零，识别电路第78页/共82页2.2.基本性能分析基本性能分析 输入电阻为2rbe、电压放大倍数较大、输出电阻很小、最大不失真输出电压的峰值接近电源电压。整个电路可等效为一个双端输入单端输出的差分放大电路。第79页/共82页3.3.交流等效电路交流等效电路 可估算低频小信号下的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。第80页/共82页第81页/共82页感谢您的观看。第82页/共82页