模擬電子技術_第三章

1、第三章 多級放大器 模擬電子技術 電 子 教 案 沈陽工業(yè)大學 電子技術教研室 第三章 多級放大器 目 錄 第三章 多級放大器 第一節(jié) 多級放大器的概念 第二節(jié) 差分放大器 第三節(jié) 互補輸出級 第三章 多級放大器 概述： 實用的放大電路多為多級放大電路，隨著集成電路的 發(fā)展，直接耦合多級放大電路成為模擬電子電路中常用的 放大電路。 教學要求： 本章重點是多級放大電路的四種耦合方式和動態(tài)參數(shù) 的分析方法，差分放大電路的工作原理，主是參數(shù)和四種 接法，以及互補輸出級。 第三章 多級放大器 目錄目錄 第三章 多級放大器 1. 必要性：必要性： 單管放大器的性能單一，無法保證工程上對功能和性能上 提出

2、的各種要求，需要不同功能和性能的單級放大器進行 組合。 第一節(jié) 多級放大器的概念 2. 級間耦合原則級間耦合原則 如何“連接”幾個單級放大電路，耦合方式即連接方式。 保證各級工作點合適； 保證信號傳輸暢通 四種耦合方式：直接、阻容、變壓器、光電耦合 一、多級放大器的必要性一、多級放大器的必要性 目錄目錄 第三章 多級放大器 二、四種耦合方式特點二、四種耦合方式特點 1. 直接耦合 定義：各級之間，末級與負載之間，第一級與信號源之 間，直接用導線連接，不需其它元件。 第一節(jié) 多級放大器的概念 Q1不合適，如何調整 e2接電阻？ 二極管、穩(wěn)壓管，PNP(T2) 目錄目錄 第三章 多級放大器 直接耦

3、合電路性能： 低頻響應好（因無電容） 易于集成化（最大優(yōu)點），集成電路最常用 兩級Q點之間互相影響 存在零點漂移（最大缺點） 第一節(jié) 多級放大器的概念 零點漂移 目錄目錄 第三章 多級放大器 零點：指放大器的ui=0時uo值（為零或定值） 零漂：指零點隨外界條件變化，而發(fā)生的隨機緩慢變化 “零漂”危害：零漂屬于假信號，它干擾正常放大， 嚴重時會損壞放大器 “零漂”產生原因：溫度變化、電源波動、元器件老化等， 導至ICQ變化，uo變化 抑制“零漂”措施：最好的措施是采用差分放大器 第一節(jié) 多級放大器的概念 關于零漂的幾個問題 目錄目錄 第三章 多級放大器 2. 阻容耦合阻容耦合 第一節(jié) 多級放大

4、器的概念 電路性能： 各級工作點互相獨立、無零漂、能傳輸交流、 低頻響應差、不易集成化 定義：兩級之間、末級與負載之間、或第一級與信號源 之間，用電容器連接 目錄目錄 第三章 多級放大器 3. 變壓器耦合變壓器耦合 第一節(jié) 多級放大器的概念 電路性能： 傳輸交流 有隔離作用（隔直流、無零漂、兩級工作點互相獨立） 有阻抗變換作用，體大價貴有電磁干擾。 低頻場合用的很少 定義：兩級之間、末級與負載之間、 或第一級與信號源之間， 用變壓器連接 目錄目錄 第三章 多級放大器 4. 光電耦合光電耦合 第一節(jié) 多級放大器的概念 電路性能： 抗干擾能力強，應用較多。傳輸時線性不好 定義：兩級之間用光電耦合器

5、連接 目錄目錄 第三章 多級放大器 三、多級放大電路的動態(tài)分析三、多級放大電路的動態(tài)分析 第一節(jié) 多級放大器的概念 1. 分析方法：分析方法：劃多級為單級，從單級入手分析性能。 分析單級性能時要考慮級間影響。 前級放大器等效為相鄰后級的 信號源（USRS） 其中，US是后級開路時，前級的 輸出電壓Uo，RS是前級放大器的 輸出電阻Ro 后級放大器的輸入電阻Ri，是相鄰前級的負載RL 目錄目錄 第三章 多級放大器 2. 多級放大器的動態(tài)指標分析：多級放大器的動態(tài)指標分析： 第一節(jié) 多級放大器的概念 Au（總）（總）=Au1Au2Aun Ri（總）（總）=Ri1（第一級的）（第一級的） Ro（總）

6、（總）=Ron（末級的）（末級的） 注意：共集放大器作為第一級和最末級時，注意：共集放大器作為第一級和最末級時，Ri和和Ro的求法。的求法。 目錄目錄 第三章 多級放大器 3. 多級放大器的分析示例：多級放大器的分析示例： 第一節(jié) 多級放大器的概念 21 L62be2 L62 2 1be i23 1 )( ) 1 ( )( ) 1 ( )( uuu u u AAA RRr RR A r RR A be121i rRRR 1 be253 6o rRR RR 第一級共射、第二級共集 目錄目錄 第三章 多級放大器 概述：差分放大電路是抑制零漂、抗干擾的重要措施；是模 擬集成電路輸入級的基本單元電路，

7、應用較多。 第二節(jié) 差分放大器 一、長尾式差分放大電路的分析一、長尾式差分放大電路的分析 1.電路的組成結構特點： 正、負雙電源供電 電路結構對稱 有兩個輸入端，兩個輸出端 信號輸入方式 單端輸入、雙端輸入 信號輸出方式 雙端輸出、單端輸出 目錄目錄 第三章 多級放大器 2. 靜態(tài)（直流）分析 直流雙電源保證發(fā)射結正偏，集電結反偏； 各極相應直流電壓、電流相等。 eEQBEQbBQEE 2RIURIV 通常，Rb較小，且IBQ很小，故 BEQcCQCCCEQ URIVU e BEQEE EQ 2R UV I 1 EQ BQ I I 晶體管輸入回路方程： 第二節(jié) 差分放大器 目錄目錄 第三章 多

8、級放大器 3. 差放存在兩種輸入信號 共模輸入信號uIc：數(shù)值相等、相位相同 差模輸入信號uId：數(shù)值相等、相位相反 在本電路中 若uI1=uI2，稱加入共模輸入信號uIc 若uI1=-uI2，稱加入差模輸入信號 記作uId1=uI1 uId2=uI2=-uId1 若uI1和uI2不等則一定分解出uIc和uId兩個分量， 即，uId=uI1-uI2 稱差模輸入電壓 uId1=(1/2)uId uId2=-(1/2)uId uIc=uIc1=uIc2=(1/2)(uI1+uI2) 第二節(jié) 差分放大器 目錄目錄 第三章 多級放大器 4. 對共模信號的抑制能力 共模信號作用下的工作狀態(tài)共模信號作用下

9、的工作狀態(tài) 各極電壓、電流變化量數(shù)值相等相位相同， 負載中無電流（因Uoc=Uoc1-Uoc2 =0） 對共模信號呈開路 對每一支管的發(fā)射極而言相當于接入2Re 差放對共模信號的抑制作用差放對共模信號的抑制作用 電路對稱相減輸出，使共模輸出相抵消 Re對共模信號起強烈抑制作用。 數(shù)值越大抑制能力越強。 (ReAc即uoc)單端輸出時抑制共模 第二節(jié) 差分放大器 目錄目錄 第三章 多級放大器 5. 對差模信號的放大作用 加差模信號時工作狀態(tài) 由于兩基極所加輸入電壓數(shù)值相等，相位相反。 對差模信號：RL中點、e點是虛地點 計算動態(tài)參數(shù)： Ad、Rid、Rod、Ac、KCMR + Rb Rc + r

10、be Ib . Ib . 2 RL uId1 uOd1 第二節(jié) 差分放大器 目錄目錄 第三章 多級放大器 5. 對差模信號的放大作用 計算動態(tài)參數(shù)：Ad、Rid、Rod、Ac、KCMR + Rb Rc + rbe Ib . Ib . 2 RL uId1 uOd1 2 )(2 cobebi RRrRR， 單）(A 2 beb L c Id Od du rR ) R R( u u A Ac=0 共模抑制比KCMR： 反映差分放大電路放大差模信號、抑制共模信號的能力。 第二節(jié) 差分放大器 在參數(shù)理想對稱的情況 KCMR= c A A K d CMR 目錄目錄 第三章 多級放大器 二、差分放大電路的四

11、種接法二、差分放大電路的四種接法 在實際應用時，信號源需要有“接地”點，以避免干 擾； 或負載需要有“接地”點，以安全工作。 第二節(jié) 差分放大器 6. 差動放大器的輸出信號 差動放大器正常工作時，差模信號與共模信號共存 （瞬時值）UO=AudUId+AucUIC +UCQ 雙入 ：信號分別從b1和b2輸入 單入 ：僅從一個基極與地之間輸入 雙出：從C1與C2之間輸出, 單出：僅從C1或C2與與地之間輸出 四種連接方式： 雙入雙出 雙入單出 單入雙出 單入單出 目錄目錄 第三章 多級放大器 1. 雙端輸入單端輸出： 第二節(jié) 差分放大器 靜態(tài)分析：由于輸入回路沒有變化， 所以IEQ、IBQ、ICQ

12、與雙端輸出時一樣， 但是UCEQ1UCEQ2 e BEQEE EQ 2R UV I 1 EQ BQ I I cCQCCCQ2 LcCQCC Lc L CQ1 )( RIVU RRIV RR R U 目錄目錄 第三章 多級放大器 差模信號作用下的分析 1. 雙端輸入單端輸出： beb Lc d )( 2 1 rR RR A Ro=Rc Ri=2(Rb+rbe) 從T1管輸出，Ad為“負”； 從T2管輸出，Ad為“正” 第二節(jié) 差分放大器 目錄目錄 第三章 多級放大器 共模信號作用下的分析 1. 雙端輸入單端輸出： 第二節(jié) 差分放大器 ebeb Lc c )1 (2 )( RrR RR A beb

13、 ebeb CMR )1 (2 rR RrR K beb Lc d )( 2 1 rR RR A 目錄目錄 第三章 多級放大器 2.單端輸入雙端輸出： 第二節(jié) 差分放大器 輸入差模信號的同時， 總是伴隨著共模信號輸入 3. 四種連接方式下的交流性能 uId=uI uIc=uI/2 輸入電阻輸入電阻Rid： ： 四種連接方式完全相同，四種連接方式完全相同， 僅取決于輸入回路參數(shù)僅取決于輸入回路參數(shù) Rid均為均為2（Rb+rbe） Ad、Ac、KCMR、Ro、 、Q點均與輸 點均與輸 出方式有關出方式有關 雙出雙出 ：Aud=Au(單單)、Ro=2Rc 單出：單出：Aud=(1/2)Au(單單)

14、、Ro=Rc 目錄目錄 第三章 多級放大器 三、提高差放性能的幾點措施三、提高差放性能的幾點措施 1. 提高共模抑制比KCMR 以恒流源取代BJT差放中的射極電阻Re 2.調整電路的對稱性 RW調整電路的對稱性，取值小好 2 )1 ( W beb c d R rR R A Wbebi )1 ()(2RrRR 第二節(jié) 差分放大器 目錄目錄 第三章 多級放大器 3. 提高差分電路的輸入阻抗Rid 第二節(jié) 差分放大器 采用場效應管組成差分放大器； 晶體管采用共集接法組成差動放大器 4. 改善頻響 晶體管采用共基或共集接法組成差動放大器 5. 集成化 三、提高差放性能的幾點措施三、提高差放性能的幾點措

15、施 目錄目錄 第三章 多級放大器 四、具有恒流源的差分放大電路四、具有恒流源的差分放大電路 第二節(jié) 差分放大器 1. 恒流源差放原因 ReKCMR，但使工作點UCEQ變化。 為使Q點穩(wěn)定VEE不實用。 2. 以恒流源取代Re 對提高KCMR有效 恒流源特性： 對直流可只有幾伏直流壓降 對交流等效成幾十K以上大電阻 目錄目錄 第三章 多級放大器 3. 恒流源差分電路（示例） 第二節(jié) 差分放大器 T3組成恒流源電路： UR2恒定IE3恒定IC3近似恒流 3 BEQEE 21 2 3E B32 R UV RR R I II IC3IE3 IE1=IE2=IC32 該電路的靜態(tài)分析從恒流源開始 目錄目

16、錄 第三章 多級放大器 一、多級電壓放大器對輸出級的要求一、多級電壓放大器對輸出級的要求 1. 輸出電阻Ro低，提高帶載能力-共集電路 2. 最大不失真輸出電壓Uom盡可能大-正負雙電源供電 3. 直流功耗小，負載電阻上無直流功耗 -靜態(tài)工作電流小，零輸入零輸出 第三節(jié) 互補輸出級 二、基本電路二、基本電路 1. 組成特點 T1、T2管為性能相同的互補管 正負雙電源供電 對每只管而言構成射極輸出器 直接耦合。輸出端無耦合電容，稱OCL功放 目錄目錄 第三章 多級放大器 2. 靜態(tài)分析 靜態(tài)時基極沒有直流偏壓， T1、T2均截止，無靜態(tài)。 UB=UE=0 3. 動態(tài)分析 兩只管子交替工作， 兩路

17、電源交替供電， 雙向跟隨。 在負載上合成一個完整正弦波。 第三節(jié) 互補輸出級 4. 交越失真（缺點） 定義：在ui過零附近，uo不按正弦規(guī)律變化或幾乎為零 原因：無靜態(tài)工作點，所以當|ui|Uon時晶體管截止，uo0 消除的措施：設置合適的靜態(tài)工作點（較?。?目錄目錄 第三章 多級放大器 D2D1B1B2 UUU靜態(tài)： 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 第三節(jié) 互補輸出級 雙電源使D1和D2始終處于導通狀態(tài) D1和D2的交流電阻rd很小， 可近似認為ui直接作用于基極 ib2b1 uuu動態(tài)： 1. 利用二極管 目錄目錄 第三章 多級放大器 2. 設置偏壓其它方法 第三節(jié) 互補輸出級 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 倍增電路故稱之為 ，則若 BE BE 4 43 21 B2 U U R RR U II BB 目錄目錄 第三章 多級放大器 四、采用復合管的準互補級輸出四、采用復合管的準