第三章多級放大電路(中科院《模擬電子技術(shù)》課件)

1、 第三章第三章 多級放大電路多級放大電路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 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 直接耦合放大電路直接耦合放大電路 3.1 多級放大電路的耦合方式多級放大電路的耦合方式耦合方式：耦合方式：級與級之間的連接方式。級與級之間的連接方式。第一級第一級放大電路放大電路輸輸 入入 輸輸 出出第二級第二級放大電路放大電路第第 n 級級放大電路放大電路 第第 n-1 級級放大電路放大電路單級單級多級，必然存在耦合多級，必然存在耦合耦合：耦合：即信號的傳送。即信號的傳送。功放級功放級對耦合電對耦合電路要求：路要求：靜態(tài)：靜態(tài)：保證保證各級各

2、級Q點點設(shè)置合理設(shè)置合理動態(tài)動態(tài): 傳輸信號傳輸信號減少信號損失減少信號損失 波形不失真波形不失真如果電流傳輸，要使前級的信號電流有效地注入如果電流傳輸，要使前級的信號電流有效地注入后一級，應(yīng)盡量減小傳輸中的分流作用。后一級，應(yīng)盡量減小傳輸中的分流作用。如果電壓傳輸，要使前級的信號電壓有效地加到后如果電壓傳輸，要使前級的信號電壓有效地加到后級的輸入端，應(yīng)盡量減小傳輸中的分壓作用。級的輸入端，應(yīng)盡量減小傳輸中的分壓作用。耦合方式：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合方式：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合、光電耦合耦合、光電耦合3.1.1 直接耦合直接耦合改善：改善：增加增加RE2 以設(shè)置合適的以設(shè)置合適

3、的Q點。點。問題問題 : 前后級前后級Q點相互影響，導(dǎo)致點相互影響，導(dǎo)致.。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE2 但但RE2 的引入會使的引入會使進一步改善：進一步改善：考慮采用二極管和穩(wěn)壓管考慮采用二極管和穩(wěn)壓管兩者對于直流信號和交流信號分別等效兩者對于直流信號和交流信號分別等效為：為：電阻電阻R的作用：的作用：電路存在的問題：電路存在的問題：.采用采用NPN和和PNP管混合使用的方法解決上述問題：管混合使用的方法解決上述問題：小結(jié)：小結(jié)：直接耦合電路的缺點：直接耦合電路的缺點：Q點相互影響，不利于電路的分析、設(shè)計和調(diào)試點相互影響，不利于電路的分析、設(shè)計和調(diào)試有零點漂移現(xiàn)象有零

4、點漂移現(xiàn)象直接耦合電路的優(yōu)點：直接耦合電路的優(yōu)點：有良好的低頻特性，可以放大直流及緩慢變化的信號有良好的低頻特性，可以放大直流及緩慢變化的信號易于集成易于集成應(yīng)用：應(yīng)用：集成電路集成電路3.1.2 阻容耦合阻容耦合小結(jié)：小結(jié)：阻容耦合電路的缺點：阻容耦合電路的缺點：低頻特性差，不能放大緩慢變化信號低頻特性差，不能放大緩慢變化信號大電容制造困難，不易于集成大電容制造困難，不易于集成阻容耦合電路的優(yōu)點：阻容耦合電路的優(yōu)點： Q點相互獨立，利于電路的分析、設(shè)計和調(diào)試點相互獨立，利于電路的分析、設(shè)計和調(diào)試傳輸中交流信號損失小，增益高傳輸中交流信號損失小，增益高應(yīng)用：應(yīng)用：分立元件電路，交流放大分立元件

5、電路，交流放大3.2 多級放大電路的動態(tài)分析多級放大電路的動態(tài)分析將單級放大電路連接成多級放大電路后，要研究的將單級放大電路連接成多級放大電路后，要研究的主要問題主要問題: :級間的相互影響。級間的相互影響。21ioUURi2 = RL1unuuioioinoiouAAAUUUUUUUUA211221 iiRRonoRR 例題例題:Ri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiU1oU2iU微變等效電路微變等效電路: :Ri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282

6、k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiU1oU2iURE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror1. Ri = R1 / rbe1 +（ +1)RL1其中其中: : RL1 = RE1/RL1 = RE1/Ri2= RE1/ R2 / R3 / rbe2 2. Ro = RC2RE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror如何解決級間的影響？第二級的如何解決級間的影響？第二級的輸入電阻看作第一級的負載輸入電阻看作第一級的負載3. 電壓放大倍數(shù)：電壓放大倍數(shù)：其中：其

7、中： 11usiiusARrrA11111111LbeLuR)(rR)(A RE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror2222beLurRA 21uususAAARE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror解決級間影響的解決級間影響的另外一種辦法？另外一種辦法？將前級等效為一個具有內(nèi)阻的信號源來考慮，將前級等效為一個具有內(nèi)阻的信號源來考慮，通過前級的輸出電阻通過前級的輸出電阻R R0 0反映前級對后級的影響。反映前級對后級的影響。計算電壓放大倍數(shù)時，先算出第一級空載時的計算電壓放大倍數(shù)

8、時，先算出第一級空載時的放大倍數(shù)，在計算第二級時把第一級的輸出電放大倍數(shù)，在計算第二級時把第一級的輸出電阻作為第二級的信號源內(nèi)阻阻作為第二級的信號源內(nèi)阻R Ri i。需要注意的問題：需要注意的問題：（1 1）兩種解決方法不能混淆采用。）兩種解決方法不能混淆采用。（2 2）兩種方法求出的每一級的電壓放大倍數(shù)）兩種方法求出的每一級的電壓放大倍數(shù)不同，但總的電壓放大倍數(shù)是相同的。不同，但總的電壓放大倍數(shù)是相同的。作業(yè)作業(yè) P167 3.2 a bP167 3.2 a b3.3.1 直接耦合電路的零點漂移現(xiàn)象直接耦合電路的零點漂移現(xiàn)象3.3 直接耦合放大電路直接耦合放大電路與阻容耦合相比，直接耦合需要

9、解決此問題的必要性？與阻容耦合相比，直接耦合需要解決此問題的必要性？抑制溫度漂移的方法：抑制溫度漂移的方法：零點漂移零點漂移的主要原因是溫度漂移的主要原因是溫度漂移零點漂移零點漂移uot0有時會將有時會將信號淹沒信號淹沒 當當 ui 等于零時，等于零時， uo不等于零。不等于零。1.1.在電路中引入直流負反饋，例靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路在電路中引入直流負反饋，例靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路2.2.采用溫度補償?shù)姆椒?，利用熱敏元件來抵消放大管采用溫度補償?shù)姆椒?，利用熱敏元件來抵消放大?的變化的變化 P105P1053.3.采用特性相同的管子，使它們的溫漂相互抵消，構(gòu)采用特性相同的管子，使它們的溫漂相互抵消，構(gòu)

10、成成“差分放大電路差分放大電路”基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)對稱，對稱的含義是兩個三極管特點：結(jié)構(gòu)對稱，對稱的含義是兩個三極管T1、T2的特性一致，電路參數(shù)對應(yīng)相等。的特性一致，電路參數(shù)對應(yīng)相等。3.3.2 差分放大電路差分放大電路ui1ui2uo+UCCRCR1T1RBRCR1T2RB抑制零漂的原理抑制零漂的原理: :uo= uC1 - uC2 = 0uo= (uC1 + uC1 ) - (uC2 + uC2 ) = 0當當 ui1 = ui2 =0 時：時：當溫度變化時：當溫度變化時：uo+UCCRCR1T1RBRCR1T2RBui2ui1（1）電路不可能完全對稱，所以接入發(fā)射極電阻，）電路

11、不可能完全對稱，所以接入發(fā)射極電阻，穩(wěn)定穩(wěn)定Q點。點。P147（2）Re越大，越大，Q點越穩(wěn)定，零漂越小，但點越穩(wěn)定，零漂越小，但Re越大，越大，其兩端壓降增大，管子的動態(tài)范圍將隨著減小，其兩端壓降增大，管子的動態(tài)范圍將隨著減小，所以引入直流負電壓源所以引入直流負電壓源-UEE，構(gòu)成雙電源長尾式差，構(gòu)成雙電源長尾式差動放大電路動放大電路(分析的重點分析的重點)。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE基本電路需要改進：基本電路需要改進：一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)為了使左右平衡，可為了使左右平衡，可設(shè)置調(diào)零電位器設(shè)置調(diào)零電位器: 雙電源長尾式差放電路雙電源長尾式差放電路uoui1+UCC

12、RCT1RBRCT2RBui2REUEEuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEEQ點的計算點的計算直流通路直流通路IC1= IC2= IC= IB UC1= UC2= UCCICRC UE1= UE2 =IBRBUBE UCE1= UCE2 = UC1UE1IBIC1IC2IBIEEBBEEEBRRUUI)1 (2二、二、 靜態(tài)分析靜態(tài)分析 三、三、 動態(tài)分析動態(tài)分析輸入信號分類輸入信號分類(1)(1)差模輸入差模輸入ui1 = -ui2= ud(2)(2)共模輸入共模輸入ui1 = ui2 = uC共模抑制比的定義共模抑制比的定義: :KCMR =KCMR (dB) =(分

13、貝分貝)差模電壓差模電壓放大倍數(shù)放大倍數(shù): :doddUUA共模電壓共模電壓放大倍數(shù)放大倍數(shù): coccUUAcdAAcdAAlog20(3) 任意輸入的信號任意輸入的信號: ui1 , ui2注意：注意：ui1 = uC + ud ；ui2 = uC - ud首先將信號分解：首先將信號分解：例例: ui1 = 20 mV , ui2 = 10 mV則：則：ud = 5mV , uc = 15mV 差模分量差模分量:221iiduuu共模分量共模分量:221iicuuu(一一) 差模輸入差模輸入均壓器均壓器diiuuu211diiuuu212RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUC

14、CRE 對差模信號作用對差模信號作用 ui1 ui2ib1 , ic1ib2 , ic2ic1 = - ic2iRE = ie1+ ie2 = 0uRE = 0uoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUEEib2ib1ic2ic1iRERE對差模信號對差模信號不起不起作用作用差模信號通路差模信號通路T1單邊微變單邊微變等效電路等效電路uod1RBB1EC1RC ib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E放大倍數(shù)放大倍數(shù)111iodduuA單邊差模放大倍數(shù)單邊差模放大倍數(shù):11111)(beBCbeBbCbdrRRrRiR

15、iA21ddAAuod1RBB1EC1RC ib1ui1rbe1ib121221121ddiididiododdAAuuAuAuuuA即即:總的差動電壓放大倍數(shù)為總的差動電壓放大倍數(shù)為差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù):iodduuA 這說明什么問題？這說明什么問題？說明：差動放大電路可以抑制溫度漂移是以損失一個說明：差動放大電路可以抑制溫度漂移是以損失一個管子的放大能力為代價的！管子的放大能力為代價的！(二二) 共模輸入共模輸入RE對共模信號起作用，并且對共模信號起作用，并且iRE=2ie1。uC ic1 、 ic2 iRE 、 uRE +UCCuocRCT1RBRCT2RBREUEEuC u

16、oc2 uoc1ic1 ic2iREuRE共模信號通路共模信號通路:uocRCT1RBRCT2RB2REuC1 uoc2 uoc1ic1 ic2uC22RE完全對稱完全對稱Ac1=Ac2AC 0111ccocUAU222ccocUAU021ocococUUU差分放大電路特點：差分放大電路特點：放大放大差模信號，差模信號，抑制抑制共模信號共模信號KCMR 外界的干擾信號對兩個電路有完全相外界的干擾信號對兩個電路有完全相同的影響，可以把干擾信號等效為共同的影響，可以把干擾信號等效為共模輸入信號。模輸入信號。 差放電路的四種接法差放電路的四種接法輸入端輸入端 接法接法雙端雙端單端單端輸出端輸出端 接

17、法接法雙端雙端單端單端四種組合四種組合前面所講的是雙端輸入雙端輸出電路前面所講的是雙端輸入雙端輸出電路雙端輸入單端輸出電路雙端輸入單端輸出電路單端輸入雙端輸出電路單端輸入雙端輸出電路單端輸入單端輸出電路單端輸入單端輸出電路RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC恒流源式差放電路恒流源式差放電路電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu):IC3R2T3R1R3-UEE為什么要改為什么要改進原有的差進原有的差動放大電路？動放大電路？1.發(fā)射極電阻發(fā)射極電阻Re的阻值越大，它的直流負反饋的阻值越大，它的直流負反饋作用越強，抑制溫漂的效果越明顯；作用越強，抑制溫漂的效果越明顯；2.實際的電阻值都是有限的，而且阻值大不易實際的電阻值都是有限的，而且阻值大不易集成，所以考慮采用恒流源電路，理想的恒流集成，所以考慮采用恒流源電路，理想的恒流源內(nèi)阻為無窮大。源內(nèi)阻為無窮大。3.恒流源電路的判斷（特點）：基極輸入接地，恒流源電路的判斷（特點）：基極輸入接地，即只有靜態(tài)的直流量，沒有動態(tài)輸入信號，所即只有靜態(tài)的直流量，沒有動態(tài)輸入信