多級(jí)放大電路

1、第三章 多級(jí)放大電路31 多級(jí)放大電路的級(jí)間耦合方式一、多級(jí)放大電路1多級(jí)放大電路實(shí)際的輸入信號(hào)很微弱，如話筒輸出信號(hào)在V或mV數(shù)量級(jí)，一般壓力或溫度傳感器輸出的電信號(hào)也在V或mV數(shù)量級(jí)。要想使信號(hào)放大到終端負(fù)載（如揚(yáng)聲器、顯示器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）所需要的信號(hào)幅度或功率，則需要若干單級(jí)放大電路對(duì)信號(hào)放大、再放大。如同4×100接力一樣。將若干個(gè)單級(jí)放大電路連接起來，所組成的電路稱為多級(jí)放大電路。通常稱兩級(jí)或兩級(jí)以上的放大電路為多級(jí)放大電路。2級(jí)間耦合多級(jí)放大電路中級(jí)與級(jí)之間的信號(hào)傳輸稱為耦合。二、級(jí)間耦合方式1阻容耦合（1）定義：前級(jí)與后極之間通過電容實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，稱為阻容耦合。（2）舉

2、例： 書P139圖3.1.2(C1、C2為耦合電容)（3）特點(diǎn)： 級(jí)間靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響； 只能用來放大交流信號(hào)，其下限頻率與耦合電容的容量有關(guān)。不能用來放大直流信號(hào)。2直接耦合（1）定義：前級(jí)的信號(hào)輸出端直接或通過非電抗性元件接到下一級(jí)的信號(hào)輸入端。（2）舉例： 書P137圖3.1.1(b)、(c)、(d)（3）特點(diǎn)： 前后級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，故靜態(tài)工作點(diǎn)需聯(lián)合設(shè)置。圖3.1.1(b)、(c)采用抬高后級(jí)射極電位法，使前級(jí)集電結(jié)較大反向電壓、后級(jí)發(fā)射結(jié)較小正向電壓。也可以在前級(jí)集電極與后級(jí)基極之間串接處于反向擊穿的穩(wěn)壓二極管。(d)圖后級(jí)采用異型管（PNP），以保證前、后級(jí)直流都滿足。Re

3、2既起直流電流負(fù)反饋（穩(wěn)定T2的靜態(tài)工作點(diǎn)），又起交流電流負(fù)反饋（改善T2這一級(jí)的交流性能）。 既可以放大交流信號(hào)，也可以放大直流信號(hào)（下限頻率為零）。3變壓器耦合（1）定義：前后級(jí)通過變壓器實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸。（2）舉例： 書P140圖3.1.3 （該RL為第二級(jí)放大電路）(3)特點(diǎn)：前后級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響。只能放大交流信號(hào)，不能放大直流信號(hào)。能實(shí)現(xiàn)前級(jí)輸出與后級(jí)輸入的阻抗匹配，從而使后級(jí)得到最大的輸入功率。4光電耦合 （模擬電子中不用）(1) 用光電耦合器（光耦）作為級(jí)間耦合器件。(2) 舉例 P142圖3.1.6（介紹光耦工作原理）(3) 特點(diǎn)前后級(jí)間直流隔離。用于傳輸脈沖信號(hào)。（光耦可實(shí)現(xiàn)

4、脈沖信號(hào)的傳輸，同時(shí)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電的隔離）32多級(jí)放大電路的電路分析一、多級(jí)放大電路性能指標(biāo)公式1放大倍數(shù)（1）電壓放大倍數(shù) u=·····=u1·u2···un=uj電壓增益： Gu=20lgu=20lgu1·u2···un 20(lgu1lgu2···un) 20lgu120lgu2···20lgun Gu1Gu2···Gun(2) 電流放大倍數(shù) i=··&

5、#183;·=i1·i2···in電流增益 Gi=20logi=20logi1·i2···in=···=G i 1Gi2···Gin (3) 功率放大倍數(shù)Ap=····=Ap1·Ap2···Apn功率增益Gp=10lgAp=10lg(Ap1·Ap2···Apn)=··· =Gp1Gp2·&

6、#183;·Gpn2.輸入電阻 Ri=Ri13.輸出電阻 Ro=Ron二、阻容耦合兩級(jí)放大電路的電路分析1 原理電路：2 靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算（各級(jí)獨(dú)立計(jì)算，可由學(xué)生自己解決） UBQ1=···VIEQ1=···(mA)則IBQ1=···(mA) ICQ1=1IBQ1=···(mA) UCEQ1=VCCICQ1R3UEQ1=···(V)IBQ2=···(mA)ICQ2=2IBQ2=··

7、83;(mA)UCEQ2=VCCIEQ2R6=VCC(IBQ2ICQ2)R6=···(V)3.交流性能指標(biāo)計(jì)算（1） 微變等效電路 圖321 微變等效電路（1）電壓放大倍數(shù) u=·u1·u2而u1··· RL1R5/rbe2(12)RL , RLR6/RL u2=···uu1·u···(3)輸入電阻 RiRi1R1/R2/rbe1···. rbe1rbb1(11) （4）輸出電阻RoRo2 作一系列處理：RL開路，i

8、短路. Ro2R6/3.3直接耦合放大電路一、直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移1 零點(diǎn)和零點(diǎn)漂移（1）零點(diǎn)：直接耦合放大電路在ui=0，且環(huán)境溫度不變時(shí)，輸出端對(duì)地的電位（電壓）稱為零點(diǎn)。零點(diǎn)是ui0時(shí)電路輸出端某時(shí)刻輸出信號(hào)電壓的電位參考點(diǎn)。（2）零點(diǎn)漂移：直接耦合放大電路在ui=0情況下，當(dāng)環(huán)境溫度變化或電源電壓波動(dòng)時(shí)，輸出端對(duì)零點(diǎn)所輸出的電壓叫零點(diǎn)漂移（零漂）。零點(diǎn)零點(diǎn)漂移 圖331 零點(diǎn)漂移溫度變化引起的零點(diǎn)漂移叫溫度漂移溫漂。溫漂是是零點(diǎn)漂移的主體。（3）產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因（指溫漂） 管子參數(shù)受溫度影響；前級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的變化被后級(jí)放大。（4）零點(diǎn)漂移的危害 當(dāng)ui為交流信號(hào)時(shí)，零點(diǎn)漂移造成

9、靜態(tài)工作點(diǎn)的移動(dòng)，從而影響管子的動(dòng)態(tài)范圍，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生信號(hào)失真。 當(dāng)ui為直流信號(hào)時(shí)，輸出端的零點(diǎn)漂移信號(hào)與有用信號(hào)混合無(wú)法區(qū)分，嚴(yán)重時(shí)零點(diǎn)漂移信號(hào)淹沒有用信號(hào)，電路失去放大信號(hào)的意義。（5）零點(diǎn)漂移的衡量公式的結(jié)果為折合到輸入端的漂移電壓,對(duì)應(yīng)于溫度每變化1度，或?qū)?yīng)于時(shí)間的每天，或每月。mV/Cº(溫漂，t代表溫度變化)mV/天（零漂，t代表時(shí)間）mV/月（零漂，t代表時(shí)間2抑制零點(diǎn)漂移的措施（方法）P146（1）在電路中引入直流負(fù)反饋，適用于ui為交流信號(hào)的電路中。（2）在偏置電路中加入溫度補(bǔ)償元件。（3）放大電路采用差分放大電路。二、差分（動(dòng)）放大電路1基本差分放大電路（書中

10、沒有）（1）原理電路電路特點(diǎn)： 電路對(duì)稱 雙端輸入、雙端輸出，即輸入、輸出端均沒有地線。圖332 基本差分放大電路（2）工作原理分析 ui=0（靜態(tài)）時(shí) T1、T2分別在偏置電路作用下，處于放大狀態(tài)。由于電路對(duì)稱則UC1=UC2，則uo=UC1-UC2=0，無(wú)輸出電壓即零點(diǎn)電壓為零。 靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算自己解決。也可基極外電路用戴維南定理等效后再計(jì)算IBQ。（ui=0,可認(rèn)為UA=UB=0,即A、B均接地。由于電路對(duì)稱只計(jì)算半邊有關(guān)值即可。IBQ1=IBQ2=····(mA)則ICQ1=ICQ2=1IBQ1=···(mA) U

11、CEQ1=UCEQ2=VCC-ICQ1Rc1=···(V) )ui0(即有信號(hào)輸入時(shí))圖333 輸入等效電路.輸入信號(hào) 輸入回路等效電路如圖333所示。由于電路對(duì)稱，則有ui1=uiui2=ui即ui1=ui2當(dāng)兩個(gè)輸入信號(hào)大小相等，而相位相反時(shí)，稱這兩個(gè)信號(hào)為差模輸入信號(hào)。則ui=2ui1=ui1ui1=ui1ui2差模輸入信號(hào)記作uid，在圖333中uid就是ui；當(dāng)A、B分別輸入ui1和ui2時(shí)uidui1ui2。·輸出信號(hào)由單管放大原理:uo1u1·ui1，uo2u2·ui2則uouo1uo2u1·ui1u2

12、3;ui2u1(ui1ui2)u1·uiu1·2ui12uo1可見，輸出電壓較單管放大時(shí)的輸出電壓增大一倍（因ui1與ui2相位相反，則當(dāng)uo1增大時(shí)，uo2減小，二者變化量相等，故輸出電壓是單管放大時(shí)的2倍）。·差模電壓放大倍數(shù)d du1 (RL=) 接入RL時(shí)d (RL中點(diǎn)為地電位) 可見放大倍數(shù)同于單管放大電路。差分電路多用半邊電路的目的是抑制零點(diǎn)漂移。（4）電路對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制能力 電路的零點(diǎn)漂移電壓 由前述直流分析可知，電路的零點(diǎn)電壓為零。 當(dāng)溫度變化或電源電壓波動(dòng)時(shí)，由于電路對(duì)稱，則iC1=iC2,uC1=uC2,則uo=uC1uC2=0可見電路的零點(diǎn)

13、漂移電壓也為零，即無(wú)零點(diǎn)漂移電壓。 零點(diǎn)漂移可等效成共模輸入信號(hào) 由于電路對(duì)稱，則零點(diǎn)漂移信號(hào)使iC1=iC2,uC1=uC2。這種作用效果等效成兩個(gè)輸入端（A、B）對(duì)地輸入極性相同、大小相等的信號(hào) 共模輸入信號(hào)。上述電路在電路對(duì)稱時(shí)，輸出的零點(diǎn)漂移電壓為零，零點(diǎn)漂移電壓可用共模電壓放大倍數(shù)表示，則零點(diǎn)漂移電壓為零即為共模電壓放大倍數(shù)為零，即 c0如果電路不對(duì)稱，則uC1uC2，則Uoc=uC1uC2 0，則c0。當(dāng)采用圖333的方式輸入時(shí)，uic0；當(dāng)A、B分別輸入ui1和ui2時(shí)uic=。（5）共模抑制比 定義：KCMR=或KCMR=20log(dB) 電路對(duì)稱時(shí)KCMR=，當(dāng)然電路不對(duì)稱

14、時(shí)KCMR小于。（6）基本差分放大電路存在的問題 信號(hào)只能雙端輸入，而任一端不能是地，不能用來放大來自傳感器的信號(hào)，因?yàn)閭鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)一般一端為地。 信號(hào)只能雙端輸出，而任一端不能是地，故不能接真實(shí)負(fù)載。真實(shí)負(fù)載一般一端為地。這樣，電路將無(wú)法接收實(shí)際的輸入信號(hào)和無(wú)法將輸出信號(hào)傳輸給實(shí)際的負(fù)載。2. 長(zhǎng)尾式差分放大電路（射極耦合差分放大電路）（1）原理電路 分別畫出單電源供電和雙電源供電電路。單電源供電時(shí)，VEE處接地，兩管基極與VCC之間分別接入偏置電阻Rb1、Rb2。圖334 長(zhǎng)尾差分放大電路（2）雙電源供電電路Q點(diǎn)的計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)就是ui=0，可將A、B均看成地電位。一般說來由于電路對(duì)稱

15、，只計(jì)算半邊即可。 IBQ1R1UBEQ1IEQRe=VEE注意到 IEQ=IEQ1IEQ2=2IEQ1得 IBQ1R1UBEQ12（11）I BQ1Re=VEE所以 IBQ1=IBQ2=···(mA)則 ICQ1=ICQ2=1IBQ1=···(mA) UCEQ1=UCEQ2=UCQ1UEQ1 而 UCQ1=VCCICQ1Re=···(V) UEQ1=UBQ1UBEQ1=IBQ1R1UBEQ1=···(V)所以 UCEQ1=UCEQ2=···(V

16、) （3） 交流性能指標(biāo)的計(jì)算 Re 對(duì)差模信號(hào)的作用對(duì)輸入的差模信號(hào)來說，ui1=ui2，故iE1=iE2（二者大小相等，流向相反），故流過Re的差模動(dòng)態(tài)電流iE=iE1iE20，即Re對(duì)差模信號(hào)起短路的作用。 差模交流性能指標(biāo) （書中采用微變等效電路分析法，學(xué)生課后自學(xué)）·差模電壓放大倍數(shù)由于Re對(duì)差模信號(hào)起短路的作用，則對(duì)差模信號(hào)來說電路同于基本差分電路，則 du1·共模抑制比電路對(duì)稱時(shí)KCMR，電路不對(duì)稱時(shí)KCMR小于·差模輸入電阻 Rid2(R1rbe1)·差模輸出電阻 Rod2Rc Re對(duì)共模信號(hào)的作用共模信號(hào)uic1=uic2，則有iE1=

17、iE2，則iE=iE1+iE2=2iE1,那么Re上壓降為2iE1Re或2iE2Re?？梢奟e對(duì)共模信號(hào)起2 Re電流負(fù)反饋的作用。從而使電路的共模電壓放大倍數(shù)Ac很小。再考慮到兩邊電路元件參數(shù)對(duì)稱，Ac會(huì)更小。 由于有Re的共模負(fù)反饋的作用，即使兩邊電路不對(duì)稱，Ac也很小。正是這個(gè)原因，長(zhǎng)尾電路會(huì)有四種接法（后面講述）。 （4）差分電路的電壓傳輸特性 無(wú)論是基本差分放大電路，還是長(zhǎng)尾放大電路。由于d=u1，則輸入的差模電壓uid=ui1ui2的數(shù)值，再一定的范圍內(nèi)由零逐漸增大時(shí)，輸出電壓uod的數(shù)值也會(huì)線性增大，但uod與uid相位相反。但當(dāng)uid絕對(duì)值過大，使管子超過動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，則uid再

18、繼續(xù)增大，uod不會(huì)再增大。因此，電路的電壓傳輸特性如下圖所示。 圖337 電壓傳輸特性（5）長(zhǎng)尾式差分放大電路的四種接法由于長(zhǎng)尾式電路中的Re對(duì)共模信號(hào)有強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔茫瑒t在環(huán)境溫度變化時(shí)，每個(gè)輸出端對(duì)地電壓基本不變，即每個(gè)輸出端基本沒有零點(diǎn)漂移電壓。故此，電路除可以雙端輸出外也可以單端輸出。另外，下面將會(huì)分析得知，由于Re對(duì)共模信號(hào)的抑制作用，信號(hào)的輸入不但可以雙端輸入，也可以單端輸入。長(zhǎng)尾式電路的四種接法如下。雙端輸入雙端輸出電路和性能前面已述。d=u1= （RL）Rid=2(R1rbe1)Rod=2Rcc0 (電路對(duì)稱)KCMR=雙端輸入單端輸出·由T1）設(shè)輸出電壓 uo極

19、性為T1集電極為正，地為負(fù)。 此時(shí)T2集電極電阻RC2可用短路線代替。d=u1=Rid=2(R1rbe1)Rod=Rcc=c1=KCMR·由T2集電極對(duì)地輸出（電路自己畫出）設(shè)輸出電壓uo的極性為T2集電極為正，地為負(fù)。此時(shí)，T1集電極電阻Rc1可以用短路線代替。du1其它指標(biāo)同上。單端輸入雙端輸出輸入既可以由A端輸入，也可以由B端輸入，而另一輸入端接地。由A端輸入的電路見書P155圖(a).輸入回路等效電路： 圖338 輸入等效電路比較A、B兩端對(duì)地的等效信號(hào)，上方的兩個(gè)信號(hào)為共模信號(hào)，下方的兩個(gè)為差模信號(hào)。由于Re對(duì)共模信號(hào)有強(qiáng)烈的負(fù)反饋，電路對(duì)它們幾乎不放大，則它們可以去掉。起

20、作用的僅剩差模信號(hào)。所以，單端輸入時(shí)等效為雙端輸入。因此上述單端輸入雙端輸出的電路的性能指標(biāo)如下：du1=Rid=R1+rbe1Rod=2RcAc0KCMR 單端輸入單端輸出具體電路有四種不同情況，書P155圖3.3.12僅是其中一種電路。電路及性能指標(biāo)自己解決。du1，Rid=R1+rbe1，Rod=Rc3改進(jìn)型長(zhǎng)尾差分放大電路（1）具有調(diào)零電位器的電路 原理電路 圖339 改進(jìn)型長(zhǎng)尾電路RW的作用與調(diào)節(jié)W和分別對(duì)T1、T2起直流負(fù)反饋?zhàn)饔?。從而?shí)現(xiàn)uo零點(diǎn)的調(diào)節(jié)。（ui=0時(shí)，uo=0） uo零點(diǎn)的調(diào)節(jié)有實(shí)用價(jià)值。因?yàn)殡娐穼?duì)稱在實(shí)際中很難做到，其主要原因是兩個(gè)管子參數(shù)一致很難實(shí)現(xiàn)。

21、3;當(dāng)電路兩邊參數(shù)完全對(duì)稱時(shí) RW滑動(dòng)端應(yīng)處在中間位置，從而使ui0時(shí)，uo0。則對(duì)T1、T2每管射極的直流電流負(fù)反饋電阻均為（2ReRW）.·當(dāng)電路兩邊參數(shù)不對(duì)稱時(shí)調(diào)節(jié)RW滑動(dòng)端位置，使ui0時(shí)，uo0。若ui0時(shí)，uo>0uo>0，即UC1>UC2，也就是IC1<IC2。為了使uo0，則應(yīng)增大IC1、減小IC2，故RW滑動(dòng)端應(yīng)左移（減小W，增大）。若ui0時(shí)，uo<0uo<0,即UC1<UC2，也就是IC1>IC2。為了使uo=0，則應(yīng)減小IC1、增大IC2，故RW滑動(dòng)端應(yīng)右移（增大W，減?。?。Q點(diǎn)的計(jì)算（以RW滑動(dòng)端在中間位置為例

22、）ui0看成A、B端均接地。IBQ=···(mA)則ICQIBQ···(mA)UCEQUCQUEQ而UCQVCCICQRc，UEQUBQUBEQIBQRbUBEQ所以UCEQVCCICQRcIBQRbUBEQ···(V)若RW滑動(dòng)端不在中間位置，則應(yīng)分別計(jì)算IBQ1、IBQ2、ICQ1、ICQ2、UCEQ1、UCEQ2。交流性能指標(biāo) (RW滑動(dòng)端在中間位置) 若RW滑動(dòng)端不在中間位置，則分別寫出、表達(dá)式，然后利用d計(jì)算du1Rid2Rbrbe(1+)Rod2Rc(2)具有恒流源的差分放大電路普通長(zhǎng)尾差分放大電路中的Re越大，則Ac就越大，則KCMR就越大（Re大小對(duì)Ad無(wú)影響）。但Re過大時(shí)管子的動(dòng)態(tài)范圍會(huì)過小（在VCC、VEE一定時(shí)）。恒流源具有動(dòng)態(tài)電阻大，而直流電阻小的特點(diǎn)。用恒流源代替電