3多級放大電路1014學習課程

1、第三章第三章 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54頁第一頁，編輯于星期五：四點 十九分。將多個單級基本放大電路合理聯(lián)接，構成多級放大電路組成多級放大電路的每一個基本電路稱為一級，級與級之間的連接稱為級間耦合。要求設計：一個放大電路輸入電阻大于2M，電壓放大倍數(shù)大于2000，輸出電阻小于100任何一個基本放大電路都不可能滿足設計要求！第2

2、頁/共54頁第二頁，編輯于星期五：四點 十九分。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、變壓器耦合四、光電耦合四、光電耦合第3頁/共54頁第三頁，編輯于星期五：四點 十九分。一、直接耦合一、直接耦合既是第一級的集電極電阻，又是第二級的基極電阻 能夠放大變化緩慢的信號，便于集成化， Q點相互影響，存在零點漂移現(xiàn)象。 當輸入信號為零時，前級由溫度變化所引起的電流、電位的變化會逐級放大。第二級第一級Q1合適嗎？直接連接輸入為零，輸出產生變化的現(xiàn)象稱為零點漂移求解Q點時應按各回路列多元一次方程，然后解方程組。第4頁/

3、共54頁第四頁，編輯于星期五：四點 十九分。如何設置合適的靜態(tài)工作點？如何設置合適的靜態(tài)工作點？對哪些動態(tài)參數(shù)產生影響？ 用什么元件取代Re既可設置合適的Q點，又可使第二級放大倍數(shù)不至于下降太多？若要UCEQ5V，則應怎么辦？用多個二極管嗎？二極管導通電壓UD？動態(tài)電阻rd特點？Re必要性？穩(wěn)壓管伏安特性 UCEQ1太小加Re（Au2數(shù)值）改用D若要UCEQ1大，則改用DZ。第5頁/共54頁第五頁，編輯于星期五：四點 十九分。NPN型管和型管和PNP型管混合使用型管混合使用 在用NPN型管組成N級共射放大電路，由于UCQi UBQi，所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致于后級集電

4、極電位接近電源電壓，Q點不合適。UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 第6頁/共54頁第六頁，編輯于星期五：四點 十九分。二、阻容耦合二、阻容耦合 Q點相互獨立。不能放大變化緩慢的信號，低頻特性差，不易集成化。共射電路共集電路有零點漂移嗎？ 利用電容連接信號源與放大電路、放大電路的前后級、放大電路與負載，為阻容耦合。第7頁/共54頁第七頁，編輯于星期五：四點 十九分。 可能是實際的負載，也可能是下級放大電路三、變壓器耦合三、變壓器耦合L2L2c21RIRIPPl， 理想變壓器情況下，負載上獲得的功率等于原邊消耗的功率。2

5、21LLL2c2()lINRRRIN可實現(xiàn)阻，抗變換！從變壓器原邊看到的等效電阻第8頁/共54頁第八頁，編輯于星期五：四點 十九分。發(fā)光元件光敏元件四、光電耦合第9頁/共54頁第九頁，編輯于星期五：四點 十九分。光電耦合放大電路目前市場上已有集成光電耦合放大電路，具有較強的放大能力。第10頁/共54頁第十頁，編輯于星期五：四點 十九分。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)分析二、分析舉例二、分析舉例一、動態(tài)參數(shù)分析一、動態(tài)參數(shù)分析第11頁/共54頁第十一頁，編輯于星期五：四點 十九分。ioUUAAuuuioIIAAiiiioIUAuiioUIAiu1. 放大倍數(shù)：輸出量與輸

6、入量之比電壓放大倍數(shù)是最常被研究和測試的參數(shù)信號源信號源內阻輸入電壓輸入電流輸出電壓輸出電流對信號而言，任何放大電路均可等效成二端口網(wǎng)絡。第12頁/共54頁第十二頁，編輯于星期五：四點 十九分。2. 2. 輸入電阻和輸出電阻輸入電阻和輸出電阻 將輸出等效成有內阻的電壓源，內阻就是輸出電阻。LooLoooo) 1(RUURUUUR空載時輸出電壓有效值帶RL時的輸出電壓有效值iiiIUR 輸入電壓與輸入電流有效值之比。從輸入端看進去的等效電阻第13頁/共54頁第十三頁，編輯于星期五：四點 十九分。一、動態(tài)參數(shù)分析一、動態(tài)參數(shù)分析1.電壓放大倍數(shù) njujnuAUUUUUUUUA1ioi2o2io1

7、io2. 輸入電阻i1iRR 3. 輸出電阻nRRoo 對電壓放大電路的要求：Ri大， Ro小，Au的數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。多級放大電路的輸入電阻就是輸入級的輸入電阻;輸出電阻就是輸出級的輸出電阻。第14頁/共54頁第十四頁，編輯于星期五：四點 十九分。二、分析舉例二、分析舉例如圖所示的兩級電壓放大電路，已知1= 2 =50, T1和T2均為3DG8D。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+B1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.第15頁/共54頁第十五頁，編輯于星期五：四點 十九分。 兩級放大電路的靜態(tài)值可

8、分別計算。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+B1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.解: :第16頁/共54頁第十六頁，編輯于星期五：四點 十九分。A8 . 9mA2750)(110000.624) (1E1B1BECCB1 RRUUImA 49. 0mA 0098. 050)(1)1(B1E1 II V77. 10V2749. 024E1E1CCCE RIUU第17頁/共54頁第十七頁，編輯于星期五：四點 十九分。V26.843V438224B2B2B1CCB2 RRRUVmA 96. 0mA5 . 751.

9、06 . 026. 8E2E2BE2B2C2 RRUUIV71. 6)V5 . 751. 010(96. 024)(E2E2C2C2CCCE2 RRRIUU第18頁/共54頁第十八頁，編輯于星期五：四點 十九分。2ir1iirr 2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_1ERUi.oU.o1U.由等效電路可知，放大電路的輸入電阻 ri 等于第一級的輸入電阻ri1。第一級是射極輸出器，它的輸入電阻ri1與負載有關，而射極輸出器的負載即是第二級輸入電阻 ri2。第19頁/共54頁第十九頁，編輯于星期五：四點 十九分。 k58. 196. 0265120

10、026)1(200Ebe2 Ir k 14)1(/E2be2B2B12 RrRRri k 22. 9k14271427/i2E1L1 rRR2ir2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_1ERUi。oU.o1U.第20頁/共54頁第二十頁，編輯于星期五：四點 十九分。 k 349 02650)(120026) (1200rE11be1 .I k 320)1 (/L1be1B1i1i RrRrr 2oorr k10C2o2o Rrr2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_1ERUi。oU.o1U.第21頁

11、/共54頁第二十一頁，編輯于星期五：四點 十九分。求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù) 994 022 950)(1322 9)501 ()1 ()1 (L111beL111u.RrRA 2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_1ERUi.oU.o1U.第22頁/共54頁第二十二頁，編輯于星期五：四點 十九分?？傠妷悍糯蟊稊?shù)2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_1ERUi.oU.o1U. 1851. 050)(179. 11050)1 (2E2be22C2 RrRAu 9 . 1718)(994. 0

12、21 uuuAAA第23頁/共54頁第二十三頁，編輯于星期五：四點 十九分。)(1 (L622be5i2RRrRR21L62be2L6221bei231)( ) 1 ()( ) 1 ()( uuuuuAAARRrRRArRRAbe121irRRR1be2536orRRRR二、分析舉例（二、分析舉例（例例2）第24頁/共54頁第二十四頁，編輯于星期五：四點 十九分。討論一討論一 失真分析：由NPN型管組成的兩級共射放大電路共射放大電路共射放大電路iuou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。 比較Uom1和Uim2，則可判斷在輸入信號逐漸增大時哪一級首先出現(xiàn)失真。

13、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。第25頁/共54頁第二十五頁，編輯于星期五：四點 十九分。討論二：放大電路的選用討論二：放大電路的選用1. 按下列要求組成兩級放大電路： Ri12k，Au 的數(shù)值3000； Ri 10M，Au的數(shù)值300； Ri100200k，Au的數(shù)值150； Ri 10M ，Au的數(shù)值10，Ro100。共射、共射2. 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)？注意級聯(lián)時兩級的相互影響！共源、共射共集、共射共源、共集。第26頁/共54頁第二十六頁，編輯于星

14、期五：四點 十九分。 作業(yè) 3.1 3.2 3.5第27頁/共54頁第二十七頁，編輯于星期五：四點 十九分。3.3 3.3 差分放大電路差分放大電路一、零點漂移現(xiàn)象及其產生的原因一、零點漂移現(xiàn)象及其產生的原因二、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、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28頁/共54頁第二十八頁，編輯于星期五：四點 十九分。一、零點漂移現(xiàn)象及其產生的原因一、零點漂移現(xiàn)象及其產生的原因1. 什么

15、是零點漂移現(xiàn)象：uI0，uO0的現(xiàn)象。產生原因：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?？朔仄姆椒ǎ阂胫绷髫摲答仯瑴囟妊a償。 典型電路：差分放大電路第29頁/共54頁第二十九頁，編輯于星期五：四點 十九分。零點漂移零輸入零輸出理想對稱二、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信號特點？能否放大？共模信號：大小相等，極性相同。差模信號：大小相等，極性相反.信號特點？能否放大？第30頁/共54頁第三十頁，編輯于星期五：四點 十九分。典型電路典型電路02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQ

16、UUuUUUIIIIIIIII在理想對稱的情況下：2. 零輸入零輸出；1. 可克服零點漂移；4. 放大差模信號。3. 抑制共模信號；第31頁/共54頁第三十一頁，編輯于星期五：四點 十九分。三、長尾式差分放大電路的分析三、長尾式差分放大電路的分析 eBEQEEEQ2RUVI1EQBQII02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIIIRb是必要的嗎？1. Q點：EEBQBEQEQe2VUUIR晶體管輸入回路方程：通常，Rb較小，且IBQ很小，故BEQcCQCCCEQURIVU選合適的VEE和Re就可得合適的Q第32頁/共54頁第三十

17、二頁，編輯于星期五：四點 十九分。2. 2. 抑制共模信號抑制共模信號 0 )()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0 cIcOccAuuA，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)C21CC21CB21Buuiiii共模信號：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號，即IcI2I1uuu第33頁/共54頁第三十三頁，編輯于星期五：四點 十九分。2. 2. 抑制共模信號抑制共模信號 ：Re的共模負反饋作用0 cIcOccAuuA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對于每一邊電路，Re=?如 T()IC1 IC

18、2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。第34頁/共54頁第三十四頁，編輯于星期五：四點 十九分。3. 3. 放大差模信號放大差模信號C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiiiiE1= iE2，Re中電流不變，即Re 對差模信號無反饋作用。2/IdI2I1uuu差模信號：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號，即2Idu2Idu第35頁/共54頁第三十五頁，編輯于星期五：四點 十九分。 )(2bebBIdrRiu為什么？差模信號作用時的動態(tài)分析差模信號作用時的動態(tài)分析Lcdbbe ()2RRARr （3.3.7）差模放大倍數(shù)IdOdduuA)2(2LcC

19、OdRRiu 2 )(2cobebiRRrRR，第36頁/共54頁第三十六頁，編輯于星期五：四點 十九分。4. 4. 動態(tài)參數(shù)動態(tài)參數(shù)：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR 共模抑制比KCMR：綜合考察差分放大電路放大差模信號的能力和抑制共模信號的能力。dCMRcCMR3.3.10AKAK （）在參數(shù)理想對稱的情況下，。 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。 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、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。第37頁/共54頁第三十七頁，編輯于星期五：四點 十九分。四

20、、差分放大電路的四種接法四、差分放大電路的四種接法cCQCCCQ2LcCQCCLcLCQ1 )(RIVURRIVRRRU 由于輸入回路沒有變化，所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時一樣。但是UCEQ1 UCEQ2。1. 雙端輸入單端輸出：Q點分析第38頁/共54頁第三十八頁，編輯于星期五：四點 十九分。1. 1. 雙端輸入單端輸出雙端輸入單端輸出：差模信號作用下的分析cLdbbe ()1(3.3.16)2RRARr cobebi)(2RRrRR，第39頁/共54頁第三十九頁，編輯于星期五：四點 十九分。1. 1. 雙端輸入單端輸出雙端輸入單端輸出：共模信號作用下的分析bebLcd)( 21r

21、RRRAcLcbbee ()(3.3.17)2(1)RRARrR bbeeCMRbbe2(1)(3.3.18)dcARrRKARr第40頁/共54頁第四十頁，編輯于星期五：四點 十九分。1. 1. 雙端輸入單端輸出雙端輸入單端輸出：問題討論bebLcd)( 21rRRRA（1）T2的Rc可以短路嗎？（2）什么情況下Ad為“”？（3）雙端輸出時的Ad是單端輸出時的2倍嗎？bebebebCMR)1 (2rRRrRKcobebi)(2RRrRR，第41頁/共54頁第四十一頁，編輯于星期五：四點 十九分。2. 2. 單端輸入雙端輸出單端輸入雙端輸出共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

22、共模信號輸入： 在輸入信號作用下發(fā)射極的電位變化嗎？說明什么？2/IIcIIduuuu，第42頁/共54頁第四十二頁，編輯于星期五：四點 十九分。2. 2. 單端輸入雙端輸出單端輸入雙端輸出問題討論：（1）UOQ產生的原因？（2）如何減小共模輸出電壓？OQIcIdO2UuAuAu測試:差模輸出共模輸出靜態(tài)時的值單端輸入單端輸出的情況請同學們自行分析！第43頁/共54頁第四十三頁，編輯于星期五：四點 十九分。3. 3. 四種接法的比較四種接法的比較：電路參數(shù)理想對稱條件下輸入方式： Ri均為2(Rb+rbe)；雙端輸入時無共模信號輸入，單端輸入時有共模信號輸入。輸出方式：Q點、Ad、 Ac、 K

23、CMR、Ro均與之有關。coCMRcbebLcd2 0 )2(RRKArRRRA雙端輸出：cobebebebCMRebebLccbebLcd )(2)1 (2 )1 (2)( )(2)(RRrRRrRKRrRRRArRRRA單端輸出：第44頁/共54頁第四十四頁，編輯于星期五：四點 十九分。五五、差分放大電路的、差分放大電路的改進改進 由前分析可知：Re 越大，每一邊的漂移越小，共模負反饋越強，Ac越小，KCMR越大，差分放大電路的性能越好。 但為使靜態(tài)電流不變，Re 越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。 需在低電源條件下，設置合適的IEQ，并得到得到（等效）趨于無窮大的Re。解決方法

24、：采用電流源取代Re！第45頁/共54頁第四十五頁，編輯于星期五：四點 十九分。1、具有恒流源差分放大電路的組成具有恒流源差分放大電路的組成3BEQEE2123EB32RUVRRRIII，等效電阻為無窮大近似為恒流第46頁/共54頁第四十六頁，編輯于星期五：四點 十九分。1) RW取值應大些？還是小些？2) RW對動態(tài)參數(shù)的影響？3) 若RW滑動端在中點，寫出Ad、Ri的表達式。2)1 (WbebcdRrRRAWbebi)1 ()(2RrRR2、 加調零電位器 RW（改善對稱性）第47頁/共54頁第四十七頁，編輯于星期五：四點 十九分。doidmd2 RRRRgA，六、六、 場效應管差分放大電

25、路場效應管差分放大電路第48頁/共54頁第四十八頁，編輯于星期五：四點 十九分。若uI1=10mV，uI2=5mV，則uId=？ uIc=？uId=5mV ，uIc=7.5mV討論一討論一RRRRt+VCCuI 若將電橋的輸出作為差放的輸入，則其共模信號約為多少？設置Q點時如何考慮？第49頁/共54頁第四十九頁，編輯于星期五：四點 十九分。1、uI=10mV，則uId=? uIc=? 2、若Ad=102、KCMR103用直流表測uO ，uO=?uId=10mV ，uIc=5mVuO= Ad uId+ Ac uIc+UCQ1=?=?=?討論二討論二 單端輸入單端輸出單端輸入單端輸出第50頁/共54頁第五十頁，編輯于星期五：四點 十九分。例電路如側。已知1,10,5.1,12 ,6 ,100,2,0.7 ,0.5bcLEEbeBEQEQRkRkRkVccV VVrkUV ImA12 0.5