模擬電子技術(shù)_第三章

1、第三章 多級(jí)放大器模擬電子技術(shù)電 子 教 案沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)電子技術(shù)教研室第三章 多級(jí)放大器目 錄 第三章 多級(jí)放大器 第一節(jié) 多級(jí)放大器的概念 第二節(jié) 差分放大器 第三節(jié) 互補(bǔ)輸出級(jí)第三章 多級(jí)放大器概述： 實(shí)用的放大電路多為多級(jí)放大電路，隨著集成電路的發(fā)展，直接耦合多級(jí)放大電路成為模擬電子電路中常用的放大電路。教學(xué)要求： 本章重點(diǎn)是多級(jí)放大電路的四種耦合方式和動(dòng)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(bǔ)輸出級(jí)。第三章 多級(jí)放大器目錄目錄第三章 多級(jí)放大器1. 必要性：必要性： 單管放大器的性能單一，無(wú)法保證工程上對(duì)功能和性能上提出的各種要求，需要不同功能和性能的單級(jí)

2、放大器進(jìn)行組合。第一節(jié) 多級(jí)放大器的概念2. 級(jí)間耦合原則級(jí)間耦合原則如何“連接”幾個(gè)單級(jí)放大電路，耦合方式即連接方式。保證各級(jí)工作點(diǎn)合適；保證信號(hào)傳輸暢通四種耦合方式：直接、阻容、變壓器、光電耦合一、多級(jí)放大器的必要性一、多級(jí)放大器的必要性目錄目錄第三章 多級(jí)放大器二、四種耦合方式特點(diǎn)二、四種耦合方式特點(diǎn)1. 直接耦合定義：各級(jí)之間，末級(jí)與負(fù)載之間，第一級(jí)與信號(hào)源之間，直接用導(dǎo)線連接，不需其它元件。第一節(jié) 多級(jí)放大器的概念Q1不合適，如何調(diào)整e2接電阻？二極管、穩(wěn)壓管，PNP(T2)目錄目錄第三章 多級(jí)放大器直接耦合電路性能： 低頻響應(yīng)好（因無(wú)電容） 易于集成化（最大優(yōu)點(diǎn)），集成電路最常用

3、兩級(jí)Q點(diǎn)之間互相影響 存在零點(diǎn)漂移（最大缺點(diǎn)）第一節(jié) 多級(jí)放大器的概念零點(diǎn)漂移 目錄目錄第三章 多級(jí)放大器零點(diǎn)：指放大器的ui=0時(shí)uo值（為零或定值）零漂：指零點(diǎn)隨外界條件變化，而發(fā)生的隨機(jī)緩慢變化“零漂”危害：零漂屬于假信號(hào)，它干擾正常放大， 嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞放大器“零漂”產(chǎn)生原因：溫度變化、電源波動(dòng)、元器件老化等， 導(dǎo)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(jí)放大器的概念關(guān)于零漂的幾個(gè)問(wèn)題 目錄目錄第三章 多級(jí)放大器2. 阻容耦合阻容耦合第一節(jié) 多級(jí)放大器的概念電路性能： 各級(jí)工作點(diǎn)互相獨(dú)立、無(wú)零漂、能傳輸交流、 低頻響應(yīng)差、不易集成化 定義：兩級(jí)之間、末

4、級(jí)與負(fù)載之間、或第一級(jí)與信號(hào)源 之間，用電容器連接目錄目錄第三章 多級(jí)放大器3. 變壓器耦合變壓器耦合第一節(jié) 多級(jí)放大器的概念電路性能： 傳輸交流 有隔離作用（隔直流、無(wú)零漂、兩級(jí)工作點(diǎn)互相獨(dú)立） 有阻抗變換作用，體大價(jià)貴有電磁干擾。 低頻場(chǎng)合用的很少定義：兩級(jí)之間、末級(jí)與負(fù)載之間、 或第一級(jí)與信號(hào)源之間， 用變壓器連接目錄目錄第三章 多級(jí)放大器4. 光電耦合光電耦合第一節(jié) 多級(jí)放大器的概念電路性能： 抗干擾能力強(qiáng)，應(yīng)用較多。傳輸時(shí)線性不好定義：兩級(jí)之間用光電耦合器連接目錄目錄第三章 多級(jí)放大器三、多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析三、多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析第一節(jié) 多級(jí)放大器的概念1. 分析方法：分析方法

5、：劃多級(jí)為單級(jí)，從單級(jí)入手分析性能。 分析單級(jí)性能時(shí)要考慮級(jí)間影響。前級(jí)放大器等效為相鄰后級(jí)的 信號(hào)源（USRS）其中，US是后級(jí)開(kāi)路時(shí)，前級(jí)的輸出電壓Uo，RS是前級(jí)放大器的輸出電阻Ro后級(jí)放大器的輸入電阻Ri，是相鄰前級(jí)的負(fù)載RL目錄目錄第三章 多級(jí)放大器2. 多級(jí)放大器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)分析：多級(jí)放大器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)分析：第一節(jié) 多級(jí)放大器的概念A(yù)u（總）（總）=Au1Au2AunRi（總）（總）=Ri1（第一級(jí)的）（第一級(jí)的）Ro（總）（總）=Ron（末級(jí)的）（末級(jí)的）注意：共集放大器作為第一級(jí)和最末級(jí)時(shí)，注意：共集放大器作為第一級(jí)和最末級(jí)時(shí)，Ri和和Ro的求法。的求法。目錄目錄第三章 多級(jí)放大器

6、3. 多級(jí)放大器的分析示例：多級(jí)放大器的分析示例：第一節(jié) 多級(jí)放大器的概念21L62be2L6221bei231)( ) 1 ()( ) 1 ()( uuuuuAAARRrRRArRRAbe121irRRR1be2536orRRRR第一級(jí)共射、第二級(jí)共集目錄目錄第三章 多級(jí)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(jí)的基本單元電路，應(yīng)用較多。第二節(jié) 差分放大器一、長(zhǎng)尾式差分放大電路的分析一、長(zhǎng)尾式差分放大電路的分析1.電路的組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：正、負(fù)雙電源供電電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱有兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端信號(hào)輸入方式 單端輸入、雙端輸入信號(hào)輸出方式 雙端輸出、單端輸出目錄目錄第三

7、章 多級(jí)放大器2. 靜態(tài)（直流）分析直流雙電源保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；各極相應(yīng)直流電壓、電流相等。eEQBEQbBQEE2RIURIV通常，Rb較小，且IBQ很小，故BEQcCQCCCEQURIVUeBEQEEEQ2RUVI1EQBQII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 多級(jí)放大器3. 差放存在兩種輸入信號(hào) 共模輸入信號(hào)uIc：數(shù)值相等、相位相同 差模輸入信號(hào)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(hào)uIc若uI1=-uI2，稱加入差模輸入信號(hào) 記作uId1=uI1 uId2=uI2=-uId1若uI1和uI2不等則一定分解出uIc和uId

8、兩個(gè)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(jí)放大器4. 對(duì)共模信號(hào)的抑制能力共模信號(hào)作用下的工作狀態(tài)共模信號(hào)作用下的工作狀態(tài)各極電壓、電流變化量數(shù)值相等相位相同， 負(fù)載中無(wú)電流（因Uoc=Uoc1-Uoc2 =0） 對(duì)共模信號(hào)呈開(kāi)路對(duì)每一支管的發(fā)射極而言相當(dāng)于接入2Re差放對(duì)共模信號(hào)的抑制作用差放對(duì)共模信號(hào)的抑制作用電路對(duì)稱相減輸出，使共模輸出相抵消 Re對(duì)共模信號(hào)起強(qiáng)烈抑制作用。 數(shù)值越大抑制能力越強(qiáng)。 (ReAc即uoc)單端輸

9、出時(shí)抑制共模第二節(jié) 差分放大器目錄目錄第三章 多級(jí)放大器5. 對(duì)差模信號(hào)的放大作用加差模信號(hào)時(shí)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(duì)差模信號(hào)：RL中點(diǎn)、e點(diǎn)是虛地點(diǎn)計(jì)算動(dòng)態(tài)參數(shù)：Ad、Rid、Rod、Ac、KCMR+RbRc+rbeIb.Ib.2RLuId1uOd1第二節(jié) 差分放大器目錄目錄第三章 多級(jí)放大器5. 對(duì)差模信號(hào)的放大作用計(jì)算動(dòng)態(tài)參數(shù)：Ad、Rid、Rod、Ac、KCMR+RbRc+rbeIb.Ib.2RLuId1uOd1 2 )(2cobebiRRrRR，單）(A2 bebLcIdOddurR)RR(uuAAc=0共模抑制比KCMR： 反映差分放大電路放大差模信號(hào)

10、、抑制共模信號(hào)的能力。 第二節(jié) 差分放大器在參數(shù)理想對(duì)稱的情況 KCMR= cAAKdCMR目錄目錄第三章 多級(jí)放大器二、差分放大電路的四種接法二、差分放大電路的四種接法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，信號(hào)源需要有“接地”點(diǎn)，以避免干擾；或負(fù)載需要有“接地”點(diǎn)，以安全工作。第二節(jié) 差分放大器6. 差動(dòng)放大器的輸出信號(hào)差動(dòng)放大器正常工作時(shí)，差模信號(hào)與共模信號(hào)共存 （瞬時(shí)值）UO=AudUId+AucUIC +UCQ雙入 ：信號(hào)分別從b1和b2輸入單入 ：僅從一個(gè)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(jí)放大

11、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(méi)有變化， 所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時(shí)一樣， 但是UCEQ1UCEQ2eBEQEEEQ2RUVI1EQBQIIcCQCCCQ2LcCQCCLcLCQ1 )(RIVURRIVRRRU目錄目錄第三章 多級(jí)放大器差模信號(hào)作用下的分析1. 雙端輸入單端輸出：bebLcd)( 21rRRRARo=RcRi=2(Rb+rbe)從T1管輸出，Ad為“負(fù)”；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(jí)放大器共模信號(hào)作用下的分析1. 雙端輸入單端輸出：第二節(jié) 差分放大器ebebLcc)1 (2)( RrRRRAbe

12、bebebCMR)1 (2rRRrRKbebLcd)( 21rRRRA目錄目錄第三章 多級(jí)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(hào)的同時(shí)，總是伴隨著共模信號(hào)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(diǎn)均與輸點(diǎn)均與輸出方式有關(guān)出方式有關(guān) 雙出雙出 ：Aud=Au(單單)、Ro=2Rc 單出：?jiǎn)纬觯篈ud=(1/2)Au(單單)、Ro=Rc目錄目錄第三章 多級(jí)放大器三、提高差放性能的幾點(diǎn)措

13、施三、提高差放性能的幾點(diǎn)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Re2.調(diào)整電路的對(duì)稱性RW調(diào)整電路的對(duì)稱性，取值小好2)1 (WbebcdRrRRAWbebi)1 ()(2RrRR第二節(jié) 差分放大器目錄目錄第三章 多級(jí)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(chǎng)效應(yīng)管組成差分放大器；晶體管采用共集接法組成差動(dòng)放大器4. 改善頻響 晶體管采用共基或共集接法組成差動(dòng)放大器5. 集成化三、提高差放性能的幾點(diǎn)措施三、提高差放性能的幾點(diǎn)措施目錄目錄第三章 多級(jí)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

14、原因 ReKCMR，但使工作點(diǎn)UCEQ變化。 為使Q點(diǎn)穩(wěn)定VEE不實(shí)用。 2. 以恒流源取代Re 對(duì)提高KCMR有效恒流源特性：對(duì)直流可只有幾伏直流壓降 對(duì)交流等效成幾十K以上大電阻目錄目錄第三章 多級(jí)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3BEQEE2123EB32RUVRRRIIIIC3IE3 IE1=IE2=IC32該電路的靜態(tài)分析從恒流源開(kāi)始目錄目錄第三章 多級(jí)放大器一、多級(jí)電壓放大器對(duì)輸出級(jí)的要求一、多級(jí)電壓放大器對(duì)輸出級(jí)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(fù)

15、雙電源供電3. 直流功耗小，負(fù)載電阻上無(wú)直流功耗 -靜態(tài)工作電流小，零輸入零輸出第三節(jié) 互補(bǔ)輸出級(jí)二、基本電路二、基本電路1. 組成特點(diǎn) T1、T2管為性能相同的互補(bǔ)管正負(fù)雙電源供電對(duì)每只管而言構(gòu)成射極輸出器直接耦合。輸出端無(wú)耦合電容，稱OCL功放目錄目錄第三章 多級(jí)放大器2. 靜態(tài)分析 靜態(tài)時(shí)基極沒(méi)有直流偏壓， T1、T2均截止，無(wú)靜態(tài)。UB=UE=03. 動(dòng)態(tài)分析兩只管子交替工作，兩路電源交替供電，雙向跟隨。在負(fù)載上合成一個(gè)完整正弦波。第三節(jié) 互補(bǔ)輸出級(jí)4. 交越失真（缺點(diǎn)）定義：在ui過(guò)零附近，uo不按正弦規(guī)律變化或幾乎為零 原因：無(wú)靜態(tài)工作點(diǎn)，所以當(dāng)|ui|Uon時(shí)晶體管截止，uo0消除的措施：設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)（較小）目錄目錄第三章 多級(jí)放大器 D2D1B1B2UUU靜態(tài)：三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí)三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí)第三節(jié) 互補(bǔ)輸出級(jí) 雙電源使D1和D2始終處于導(dǎo)通狀態(tài) D1和D2的交流電阻rd很小， 可近似認(rèn)為ui直接作用于基極 ib2b1uuu動(dòng)態(tài)：1. 利用二極管目錄目錄第三章 多級(jí)放大器2. 設(shè)置偏壓其它方法 第三節(jié) 互補(bǔ)輸出級(jí)三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí)三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí)倍增電路故稱之為，則若BEBE44321B2UURRRUIIBB目錄目錄第三章 多級(jí)放大器四、采用復(fù)合管的準(zhǔn)互補(bǔ)級(jí)輸