模擬電子技術(shù) 多級放大電路PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 多級放大電路多級放大電路 3.1 3.1 多級放大電路的耦合方式多級放大電路的耦合方式 3.2 3.2 多級放大電路的動態(tài)分析多級放大電路的動態(tài)分析 3.3 3.3 差分放大電路差分放大電路 3.4 3.4 互補輸出級互補輸出級 3.5 3.5 直接耦合多級放大電路讀圖直接耦合多級放大電路讀圖 第1頁/共50頁 一、直接耦合一、直接耦合 二、阻容耦合二、阻容耦合 三、變壓器耦合三、變壓器耦合 第2頁/共50頁 既是第一級的集電極電阻，既是第一級的集電極電阻， 又是第二級的基極電阻又是第二級的基極電阻 能夠放大變化緩慢的能夠放大變化緩慢的 信號，便于集成化，信

2、號，便于集成化， Q點點 相互影響，相互影響，存在零點漂移存在零點漂移 現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 當(dāng)輸入信號為零時，前級由溫度變化所引起的電流、電當(dāng)輸入信號為零時，前級由溫度變化所引起的電流、電 位的變化會逐級放大。位的變化會逐級放大。 第二級第二級第一級第一級 Q1合適嗎？合適嗎？ 直接直接 連接連接 輸入為零，輸出輸入為零，輸出 產(chǎn)生變化的現(xiàn)象產(chǎn)生變化的現(xiàn)象 稱為零點漂移稱為零點漂移 求解求解Q點時應(yīng)按各回路列多元一次方程，然后解方程組。點時應(yīng)按各回路列多元一次方程，然后解方程組。 第3頁/共50頁 對哪些動態(tài)參對哪些動態(tài)參 數(shù)產(chǎn)生影響？數(shù)產(chǎn)生影響？ 用什么元件取代用什么元件取代Re既可設(shè)置合適的既可

3、設(shè)置合適的Q點，又可使第點，又可使第 二級放大倍數(shù)不至于下降太多？二級放大倍數(shù)不至于下降太多？ 若要若要UCEQ5V，則應(yīng)怎么辦？用多個二極管嗎，則應(yīng)怎么辦？用多個二極管嗎 ？ 二極管導(dǎo)通電壓二極管導(dǎo)通電壓UD？動態(tài)電阻？動態(tài)電阻rd特點？特點？ Re 必要性必要性 ？ 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管 伏安特性伏安特性 UCEQ1太小太小加加Re（Au2數(shù)值數(shù)值）改用改用D若要若要UCEQ1 大，則改用大，則改用DZ。 第4頁/共50頁 在用在用NPN型管組成型管組成N級共射放大電路，由于級共射放大電路，由于UCQi UBQi， 所以所以 UCQi UCQ(i-1） ）（ （i=1N），以致于后級集電極電位接）

4、，以致于后級集電極電位接 近電源電壓，近電源電壓，Q點不合適。點不合適。 UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1 UCQ2 UCQ1 UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1 UCQ2 UCQ1 第5頁/共50頁 Q點相互獨立點相互獨立。不能放大變化緩慢的信號，低頻。不能放大變化緩慢的信號，低頻 特性差，不能集成化。特性差，不能集成化。 共射電路共射電路共集電路共集電路 有零點漂移嗎？有零點漂移嗎？ 利用電容連接信號利用電容連接信號 源與放大電路、放大源與放大電路、放大 電路的前后級、放大電路的前后級、放大 電路與負載，為阻容電路與負載，為阻容 耦合。耦合。 第6頁/共50頁 可能是實際的負載，也可

5、能是實際的負載，也 可能是下級放大電路可能是下級放大電路 L 2 L 2 c21 RIRIPP l ， 理想變壓器理想變壓器 情況下，負載情況下，負載 上獲得的功率上獲得的功率 等于原邊消耗等于原邊消耗 的功率。的功率。 ，實現(xiàn)了阻抗變換。 L 2 2 1 L 2 c 2 L )(R N N R I I R l 從變壓器原從變壓器原 邊看到的等邊看到的等 效電阻效電阻 第7頁/共50頁 選擇合適參數(shù)使選擇合適參數(shù)使 電路正常工作電路正常工作 電位高電位高 低關(guān)系低關(guān)系 第8頁/共50頁 uC1 uC2 T2工作工作 在放大在放大 區(qū)區(qū) 第9頁/共50頁 二、分析舉例二、分析舉例 一、動態(tài)參數(shù)分

6、析一、動態(tài)參數(shù)分析 第10頁/共50頁 1. 1.電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) n j uj n u A U U U U U U U U A 1 i o i2 o2 i o1 i o 2. 2. 輸入電阻輸入電阻 i1i RR 3. 3. 輸出電阻輸出電阻 n RR oo 對電壓放大電路的要求：對電壓放大電路的要求：Ri大，大， Ro小，小，Au的數(shù)值的數(shù)值 大，最大不失真輸出電壓大。大，最大不失真輸出電壓大。 第11頁/共50頁 )(1 ( L622be5i2 RRrRR 21 L62be2 L62 2 1be i23 1 )( ) 1 ( )( ) 1 ( )( uuu u u AAA RRr

7、 RR A r RR A be121i rRRR 1 be253 6o rRR RR 第12頁/共50頁 共射放共射放 大電路大電路 共射放共射放 大電路大電路 i u o u 飽和失真？截止失真？飽和失真？截止失真？ 首先確定在哪一級出現(xiàn)了失真，再判斷是什么失真。首先確定在哪一級出現(xiàn)了失真，再判斷是什么失真。 比較比較Uom1和和Uim2，則可判斷在輸入信號逐漸增大時，則可判斷在輸入信號逐漸增大時 哪一級首先出現(xiàn)失真。哪一級首先出現(xiàn)失真。 在前級均未出現(xiàn)失真的情況下，多級放大電路的最在前級均未出現(xiàn)失真的情況下，多級放大電路的最 大不失真電壓等于輸出級的最大不失真電壓。大不失真電壓等于輸出級的

8、最大不失真電壓。 第13頁/共50頁 共射、共射；共源、共射；共射、共射；共源、共射； 共集、共射；共源、共集。共集、共射；共源、共集。 2. 若測得三個單管放大電路的輸入電阻、輸出電阻和空載若測得三個單管放大電路的輸入電阻、輸出電阻和空載 電壓放大倍數(shù)，則如何求解它們連接后的三級放大電路的電壓放大倍數(shù)，則如何求解它們連接后的三級放大電路的 電壓放大倍數(shù)？電壓放大倍數(shù)？ 注意級聯(lián)時兩級注意級聯(lián)時兩級 的相互影響！的相互影響！ 第14頁/共50頁 一、零點漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因一、零點漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因 二、長尾式差分放大電路的組成二、長尾式差分放大電路的組成 三、長尾式差分放大電路的分析三

9、、長尾式差分放大電路的分析 四、差分放大電路的四種接法四、差分放大電路的四種接法 五、具有恒流源的差分放大電路五、具有恒流源的差分放大電路 六、差分放大電路的改進六、差分放大電路的改進 第15頁/共50頁 1. 1. 什么是零點漂移現(xiàn)象什么是零點漂移現(xiàn)象：uI0，uO0的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 產(chǎn)生原因：溫度變化，直流電源波動，元器件老化。其中晶產(chǎn)生原因：溫度變化，直流電源波動，元器件老化。其中晶 體管的特性對溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂。體管的特性對溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂。 克服溫漂的方法：引入直流負反饋，溫度補償。克服溫漂的方法：引入直流負反饋，溫度補償。 典型電路：差分放大

10、電路典型電路：差分放大電路 第16頁/共50頁 零點漂移零點漂移 零輸入零輸入 零輸出零輸出 理想對理想對 稱稱 信號特點？信號特點？ 能否放大？能否放大？ 共模信號：大小相等，極性相同。共模信號：大小相等，極性相同。 差模信號：大小相等，極性相反差模信號：大小相等，極性相反. 信號特點？能否放大信號特點？能否放大 ？ 第17頁/共50頁 0 2CQ1CQO CQ2CQ1CQ EQ2EQ1EQ CQ2CQ1CQ BQ2BQ1BQ UUu UUU III III III 在理想對稱的情況下：在理想對稱的情況下： 1. 克服零點漂移；克服零點漂移； 2. 零輸入零輸出；零輸入零輸出； 3. 抑制共

11、模信號；抑制共模信號； 4. 放大差模信號。放大差模信號。 R R R Rt +VCC uI 第18頁/共50頁 e BEQEE EQ 2R UV I 1 EQ BQ I I 0 2CQ1CQO CQ2CQ1CQ EQ2EQ1EQ CQ2CQ1CQ BQ2BQ1BQ UUu UUU III III III Rb是必要的嗎？是必要的嗎？ 1. Q點： eEQBEQBQEE 2RIURIVb 晶體管輸入回路方程：晶體管輸入回路方程： 通常，通常，Rb較小，且較小，且IBQ很小，故很小，故 BEQcCQCCCEQ URIVU 選合適的選合適的VEE和和Re 就可得合適的就可得合適的Q 第19頁/共5

12、0頁 0 )()( C2CQ2C1CQ1C2C1O uuuuuuu 0 c Ic Oc c A u u A，參數(shù)理想對稱時，參數(shù)理想對稱時共模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù) C21C C21C B21B uu ii ii 共模信號：數(shù)值相等、極性相同共模信號：數(shù)值相等、極性相同 的輸入信號，即的輸入信號，即 IcI2I1 uuu 第20頁/共50頁 0 c Ic Oc c A u u A 參數(shù)理想對稱時參數(shù)理想對稱時 共模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù) Re的共模負反饋作用：溫度變化所引起的變化等效為共模信號的共模負反饋作用：溫度變化所引起的變化等效為共模信號 對于每一邊對于每一邊 電路，電路，Re=? 如如 T

13、()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。 第21頁/共50頁 C1O C21C C21C B21B 2 uu uu ii ii iE1= iE2，Re中電流不變，即中電流不變，即Re 對差模信號無反饋作用。對差模信號無反饋作用。 2/ IdI2I1 uuu 差模信號：數(shù)值相等，極性相反差模信號：數(shù)值相等，極性相反 的輸入信號，即的輸入信號，即 2 Id u 2 Id u 第22頁/共50頁 )(2 bebBId rRiu 為什么？為什么？ beb L c d ) 2 ( rR R R A 差模放大

14、倍數(shù)差模放大倍數(shù) Id Od d u u A ) 2 (2 L cCOd R Riu 2 )(2 cobebi RRrRR， 第23頁/共50頁 。下，下，在參數(shù)理想對稱的情況在參數(shù)理想對稱的情況 CMR c d CMR K A A K 在實際應(yīng)用時，信號源需要有在實際應(yīng)用時，信號源需要有“ 接地接地”點，以避點，以避 免干擾；或負載需要有免干擾；或負載需要有“ 接地接地”點，以安全工作。點，以安全工作。 根據(jù)信號源和負載的接地情況，差分放大電路有四種根據(jù)信號源和負載的接地情況，差分放大電路有四種 接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸

15、 入雙端輸出、單端輸入單端輸出。入雙端輸出、單端輸入單端輸出。 第24頁/共50頁 cCQCCCQ2 LcCQCC Lc L CQ1 )( RIVU RRIV RR R U 由于輸入回路沒有變由于輸入回路沒有變 化，所以化，所以IEQ、IBQ、ICQ 與雙端輸出時一樣。但與雙端輸出時一樣。但 是是UCEQ1 UCEQ2。 1. 1. 雙端輸入單端輸出雙端輸入單端輸出：Q點分析點分析 第25頁/共50頁 beb Lc d )( 2 1 rR RR A cobebi )(2RRrRR， 第26頁/共50頁 beb Lc d )( 2 1 rR RR A ebeb Lc c )1 (2 )( RrR

16、 RR A beb ebeb CMR )1 (2 rR RrR K 第27頁/共50頁 beb Lc d )( 2 1 rR RR A （1）T2的的Rc可以短路嗎？可以短路嗎？ （2）什么情況下）什么情況下Ad為為“”？ （3）雙端輸出時的）雙端輸出時的Ad是單端輸出時的是單端輸出時的2倍嗎？倍嗎？ beb ebeb CMR )1 (2 rR RrR K cobebi )(2RRrRR， 第28頁/共50頁 共模輸入電壓共模輸入電壓 差模輸入電壓差模輸入電壓 輸入差模信號的同時總是伴隨著共模信號輸入：輸入差模信號的同時總是伴隨著共模信號輸入： 在輸入信號作用下發(fā)射在輸入信號作用下發(fā)射 極的電

17、位變化嗎？說明什極的電位變化嗎？說明什 么？么？ 2/ IIcIId uuuu， 第29頁/共50頁 問題討論：問題討論： （1）UOQ產(chǎn)生的原因？產(chǎn)生的原因？ （2）如何減小共模輸出）如何減小共模輸出 電壓？電壓？ OQ I cIdO 2 U u AuAu測試測試: 差模輸出差模輸出 共模輸出共模輸出 靜態(tài)時的值靜態(tài)時的值 第30頁/共50頁 輸入方式：輸入方式： Ri均為均為2(Rb+rbe)；雙端輸入時無共模信號輸入；雙端輸入時無共模信號輸入 ，單端輸入時有共模信號輸入。，單端輸入時有共模信號輸入。 輸出方式：輸出方式：Q點、點、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均與之有關(guān)。均與之有關(guān)。 c

18、o CMR c beb L c d 2 0 ) 2 ( RR K A rR R R A 雙端輸出： co beb ebeb CMR ebeb Lc c beb Lc d )(2 )1 (2 )1 (2 )( )(2 )( RR rR RrR K RrR RR A rR RR A 單端輸出： 第31頁/共50頁 Re 越大，每一邊的漂移越小，共模負反饋越越大，每一邊的漂移越小，共模負反饋越 強，單端輸出時的強，單端輸出時的Ac越小，越小，KCMR越大，差分放越大，差分放 大電路的性能越好。大電路的性能越好。 但為使靜態(tài)電流不變，但為使靜態(tài)電流不變，Re 越大，越大，VEE越越大，以大，以 至于至

19、于Re太大就太大就不合理了。不合理了。 需在低電源條件下，需在低電源條件下，設(shè)置合適的設(shè)置合適的IEQ，并得到，并得到 得到趨于無窮大的得到趨于無窮大的Re。 解決方法：采用電流源取代解決方法：采用電流源取代Re！ 第32頁/共50頁 3 BEQEE 21 2 3EB32 R UV RR R III ， 等效電阻等效電阻 為無窮大為無窮大 近似為近似為 恒流恒流 第33頁/共50頁 1) RW取值應(yīng)大些？還是小些？取值應(yīng)大些？還是小些？ 2) RW對動態(tài)參數(shù)的影響？對動態(tài)參數(shù)的影響？ 3) 若若RW滑動端在中點，寫出滑動端在中點，寫出Ad 、Ri的表達式。的表達式。 2 )1 ( W beb

20、c d R rR R A Wbebi )1 ()(2RrRR 1. 1. 加調(diào)零電位器加調(diào)零電位器 RW 第34頁/共50頁 doidmd 2 RRRRgA， 第35頁/共50頁 若若uI1=10mV，uI2=5mV，則，則 uId=？ uIc=？ uId=5mV ，uIc=7.5mV R R R Rt +VCC uI 若將電橋的輸出作為差放若將電橋的輸出作為差放 的輸入，則其共模信號約為的輸入，則其共模信號約為 多少？如何設(shè)置多少？如何設(shè)置Q點時如何點時如何 考慮？考慮？ 第36頁/共50頁 1、uI=10mV，則，則uId=? uIc=? 2、若、若Ad=102、KCMR103 用直流表測

21、用直流表測uO ，uO=? uId=10mV ，uIc=5mV uO= Ad uId+ Ac uIc+UCQ1 =?=?=? 第37頁/共50頁 二、基本電路二、基本電路 三、消除交越失真的互補輸出級三、消除交越失真的互補輸出級 四、準互補輸出級四、準互補輸出級 一、對輸出級的要求一、對輸出級的要求 第38頁/共50頁 互補輸出級是直接耦合的功率放大電路?；パa輸出級是直接耦合的功率放大電路。 對輸出級的要求：帶負載能力強；直流功耗??；對輸出級的要求：帶負載能力強；直流功耗??； 負載電阻上無直流功耗；負載電阻上無直流功耗； 最大不失真輸出電壓最大。最大不失真輸出電壓最大。 射極輸出形式射極輸出形

22、式 靜態(tài)工作電流小靜態(tài)工作電流小 輸入為零時輸出為零輸入為零時輸出為零 雙電源供電時雙電源供電時Uom的峰的峰 值接近電源電壓。值接近電源電壓。 單電源供電單電源供電Uom的峰值的峰值 接近二分之一電源電壓接近二分之一電源電壓 。 不符合不符合 要求！要求！ 第39頁/共50頁 靜態(tài)時靜態(tài)時T1、T2均截止，均截止，UB= UE=0 1. 1. 特征特征：T1、T2特性理想對稱。特性理想對稱。 2. 2. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析 T1的輸入特性的輸入特性 理想化特性理想化特性 第40頁/共50頁 ui正半周，電流通路為正半周，電流通路為 +VCCT1RL地，地， uo = ui 兩只管子交替工作，兩

23、路電源交替供兩只管子交替工作，兩路電源交替供 電，雙向跟隨。電，雙向跟隨。 ui負半周，電流通路為負半周，電流通路為 地地 RL T2 -VCC， uo = ui 第41頁/共50頁 消除失真的方法：消除失真的方法： 設(shè)置合適的靜態(tài)工作點。設(shè)置合適的靜態(tài)工作點。 信號在零附近信號在零附近 兩只管子均截兩只管子均截 止止 開啟開啟 電壓電壓 靜態(tài)時靜態(tài)時T1、T2處于臨界導(dǎo)通狀態(tài)處于臨界導(dǎo)通狀態(tài) ，有信號時至少有一只導(dǎo)通；，有信號時至少有一只導(dǎo)通； 偏置電路對動態(tài)性能影響要小。偏置電路對動態(tài)性能影響要小。 第42頁/共50頁 ib2b1 D2D1B1B2 uuu UUU 動態(tài)： 靜態(tài)： 倍增電路故稱之為 ，則若 BE BE 4 43 B1B2 B2 U U R RR U II