電子電路組合電路-多級放大電路分析

1、第章第章 組合放大電路組合放大電路4.1一般組合放大電路一般組合放大電路 一、一、 耦合方式耦合方式1 1、阻容阻容耦合耦合VCCR3R1R2R4rSuS+- - -+C1uiT1+R5R6R7C2T2+C3+RLCE共發(fā)共發(fā)共集共集優(yōu)點：優(yōu)點：Q Q點相互獨立點相互獨立。缺點：不能放大變化緩慢的信號，缺點：不能放大變化緩慢的信號，低頻特性差，不能集成化。低頻特性差，不能集成化。VCCRC2T2RC1T12 2、直接耦合、直接耦合- -+ui- -+uo第二級第二級第一級第一級優(yōu)點：能夠放大變化優(yōu)點：能夠放大變化緩慢的信號，便于集緩慢的信號，便于集成化成化缺點：缺點：Q點相互影響，點相互影響，

2、存在零點漂移現(xiàn)象。存在零點漂移現(xiàn)象。輸入為零，輸出產(chǎn)輸入為零，輸出產(chǎn)生變化的現(xiàn)象稱為生變化的現(xiàn)象稱為零點漂移零點漂移RB1零點漂移原因：當(dāng)輸入信號為零時，前級由溫零點漂移原因：當(dāng)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。度變化所引起的電流、電位的變化會逐級放大。如何設(shè)置合適的靜態(tài)工作點？如何設(shè)置合適的靜態(tài)工作點？VCCRC2T2RC1T1- -+ui- -+uoRB1Q1合適嗎？合適嗎？RE對哪些動態(tài)參對哪些動態(tài)參數(shù)產(chǎn)生影響？數(shù)產(chǎn)生影響？二極管或穩(wěn)壓管二極管或穩(wěn)壓管用什么元件取代用什么元件取代RE既可設(shè)置合適的既可設(shè)置合適的Q點，點，又可使第二級放大倍數(shù)不至于下降太大？

3、又可使第二級放大倍數(shù)不至于下降太大？例：如圖所示的兩級電壓放大電路，已知例：如圖所示的兩級電壓放大電路，已知1= 30，2= 50，求該電路的靜態(tài)工作點。，求該電路的靜態(tài)工作點。mARUIU1IIA33V4VVUQ1B1Q1C1Qb1BE1(ON)CCB1QBE2(ON)ZCE1Q ：6.75VV-RI-VU1.25IIA25IVQ2ZC2C2CCCE2QB2Q2C2QC1QC1CE1QCCB2Q mARUI ：1.5k穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管伏安特性伏安特性mARVImA05. 7IV1.25I3.3VVC2Qb2ZCCZQC2QZ 穩(wěn)穩(wěn)壓壓管管：1.5k小功率小功率管多為管多為5mA必要性必要性Q穩(wěn)壓

4、管的動態(tài)電穩(wěn)壓管的動態(tài)電阻（小信號模型）阻（小信號模型）rzu /i，小，小功率管多為幾歐功率管多為幾歐至二十幾歐。至二十幾歐。2ibrbe2RC2ou2bi2+_2bRzr1.5k二極管，穩(wěn)壓管對直流分析和交流分析的作用二極管，穩(wěn)壓管對直流分析和交流分析的作用等效為不同的電路，這是半導(dǎo)體器件的特點。等效為不同的電路，這是半導(dǎo)體器件的特點。UCEQ1太小太小加加RE（Au2數(shù)值數(shù)值）改用二改用二極管極管若要若要UCEQ1大，則改用穩(wěn)壓管。大，則改用穩(wěn)壓管。VCCRC2RET2RC1T1RB+- - -+VBQ1VCQ2+- -VCQ1NPN型管和型管和PNP型管混合使用型管混合使用問題的提出：

5、問題的提出： 在用在用NPN型管組成型管組成N級共射放大電路，級共射放大電路，由于由于UCQi UBQi，所以所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致），以致于后級集電極電位于后級集電極電位接近電源電壓，接近電源電壓，Q點點不合適。不合適。UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 3、變壓器耦合、變壓器耦合L2L2c21RIRIPPl，從變壓器原從變壓器原邊看到的等邊看到的等效電阻效電阻可能是實際的負載，也可能是實際的負載，也可能是下級放大電路可能是下級放大電路理想變壓器情理想變壓器情況下，負載上況下，負載上獲得的功率等獲得的功率等于原邊消耗的于原邊消耗的功率。功率。實

6、現(xiàn)阻抗變換實現(xiàn)阻抗變換L221L2c2lLR)NN(RIIR RLuS+- -uorS+- -A1uiA2二、二、 多級放大電路的動態(tài)分析多級放大電路的動態(tài)分析+- -uo1+- -ui221io1i2oiouuuAAuuuuuuA 1iiRR 2ooRR 對電壓放大電路的要求：對電壓放大電路的要求：Ri大，大， Ro小，小，Au的數(shù)值大，最的數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。大不失真輸出電壓大。例：如圖所示的兩級電壓放大電路，已知例：如圖所示的兩級電壓放大電路，已知1= 2 =50。(1) 計算前、后級放大電路的靜態(tài)值計算前、后級放大電路的靜態(tài)值;(2) 求放大電路的輸入電阻和輸出電阻；求放大電

7、路的輸入電阻和輸出電阻； (3) 求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)。求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)。B1R B2R E2R E1R + - -uo+- -uiB1R B2R E2R E1R + - -uo+- -uiA89mA2750)(110000.724) (1VE11B1BE(ON)CCB1Q.RRUI mA 49 0mA 0098050)(1)1(B1Q1E1Q.II V77 10V2749024VE1E1QCCCE1Q.RIU k 349 02650)(120026) (1200rE1Q1be1 .IB1R B2R E2R E1R + - -uo+- -uiV26843V4

8、38224VB2B2B1CCB2Q.RRRV mA 96 0mA5 751 07 026 8VE2E2BE2(ON)B2QC2Q.RRUI B1R B2R E2R E1R + - -uo+- -uiA 2 19mA5096 02C2QB2Q.II V71 6)V5 751 010(96 024)(VE2E2C2C2QCCCE2Q.RRRIU k58 196 0265120026)1(200E2Q2be2.Ir B1R B2R E2R E1R + - -uo+- -ui2ib2cirbe2RC2ourbe1iuRB1B1R 2BR 1bi2bi21bi 11ciRE11uo+_+_+_E1R 2

9、ib2cirbe2RC2ourbe1iuRB1B1R 2BR 1bi2bi21bi 11ciRE11uo+_+_+_E1R 2Ri1RRii 2ib2cirbe2RC2ourbe1iuRB1B1R 2BR 1bi2bi21bi 11ciRE11uo+_+_+_E1R 2Ri1RRii k 14)R1 (RE12be2B2B12 r/R/Ri k 22 9k14271427Ri2E1L1./RR k 320)1 (RRL11be1B1i1 Rr/Ri 2ib2cirbe2RC2ourbe1iuRB1B1R 2BR 1bi2bi21bi 11ciRE11uo+_+_+_E1R 2RRoo k10R

10、RC2o2 Ro2ib2cirbe2RC2ourbe1iuRB1B1R 2BR 1bi2bi21bi 11ciRE11uo+_+_+_E1R 994 022 950)(1322 9)501 ()1 ()1 (L111beL111u.RrRA 2ib2cirbe2RC2ourbe1iuRB1B1R 2BR 1bi2bi21bi 11ciRE11uo+_+_+_E1R 1851 050)(179 11050)R1 (E12be22C22 .rRAu 9 1718)(994 021.AAAuuu 多級放大器分析方法總結(jié)：多級放大器分析方法總結(jié)：可拆分成單級電路進行分析可拆分成單級電路進行分析: :

11、RLuS+- -uorS+- -A1viA2Ri2+- -+- -uo1= ui2Ri2Ri = Ri1Ro = Ro2按下列要求組成兩級放大電路：按下列要求組成兩級放大電路： Ri12k，Au 的數(shù)值的數(shù)值3000； Ri 10M，Au的數(shù)值的數(shù)值300； Ri100200k，Au的數(shù)值的數(shù)值150； Ri 10M ，Au的數(shù)值的數(shù)值10，Ro100。共射、共射；共射、共射； 共源、共射；共源、共射；共集、共射；共集、共射；共源、共集。共源、共集。us+- -RL+ - -uorST1T2RCRBbe1Bi1ir/RRR Co2oRRR 2u1uuAAA be12be21r1r be2LC2

12、u2rR/R(A） be1i21u1rRA Ri2be1LC1r)R/R( 4.2 差動放大電路差動放大電路u零點漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因零點漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因u長尾式差分放大電路的組成和分析長尾式差分放大電路的組成和分析u差分放大電路的接法差分放大電路的接法u具有恒流源的差分放大電路具有恒流源的差分放大電路u差分放大電路的改進差分放大電路的改進 什么是什么是零點漂移現(xiàn)象零點漂移現(xiàn)象：uI0，uO0的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。零漂零漂原因原因：溫度變化，直流電源波動，元器件老化。：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，故也稱其中晶體管的特性對溫度敏感是主要原因，故也稱

13、零漂為溫漂。零漂為溫漂?？朔仄目朔仄姆椒ǚ椒ǎ阂胫绷髫摲答?，溫度補償。：引入直流負反饋，溫度補償。 典型電路：差分放大電路典型電路：差分放大電路如何抑制零點漂移？如何抑制零點漂移？VCCRCRB1RB2RE分壓偏置分壓偏置+VCCRCRE-VEEui雙電源偏置雙電源偏置T1RCRCT2REE-VEE+VCCRL+ uo -ui1ui2雙端輸出雙端輸出組成：組成：對稱對稱正負電源正負電源兩個輸入端兩個輸入端兩個輸出端兩個輸出端T1RCRCT2REE-VEE+VCCRL+ uo -ui1ui2令令ui1= ui2=0IEE雙端輸出雙端輸出)1(2IIII2IIIIRUVIEEBQQ2BQ

14、1BEECQQ2CQ1CEEBE(on)EEEE )on(BECCQCCQ2CEQ1CEURIVUU 在在理想對稱理想對稱的情況下：的情況下：1. 克服零點漂移；克服零點漂移；2. 零輸入零輸出。零輸入零輸出。icoucuuA 0Auc 共模信號共模信號：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號，即：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號，即ici2i1uuu T1RCRCT2REE-VEE+VCCRL+ uo -uic+- -ui1ui2T1RCRCT2REE-VEE+VCCRL+ uo -+- -uid交流接地交流接地2b1bii 0iEER ib1ib2負載中點為交流地負載中點為交流地ib1ib21ib12i

15、b2+- -uid+- -uoRE中電流不變，即中電流不變，即RE 對差對差模信號無反饋作用。模信號無反饋作用。ui1ui22uuuid2i1i 一對差模信號一對差模信號ib1ib21ib12ib2+- -uid+- -uoidouduuA beLCudr)2R/R(A Ridbeidr2R CoR2R oR ucudCMRAAKucudCMRAAK T1RCRCT2REE-VEE+VCCui1ui2令令ui1= ui2=0IEERLuo+ -單端輸出單端輸出由于輸入回路沒有變化，由于輸入回路沒有變化，所以所以IEQ、IBQ、ICQ與雙與雙端輸出時一樣。但是端輸出時一樣。但是UCEQ1 UCE

16、Q2。CCQCCC2QLCCQCCLCLC1QRIVV )RR(IVRRRV )1(2IIII2IIIIRUVIEEBQQ2BQ1BEECQQ2CQ1CEEBE(on)EEEE T1RCRCT2REE-VEE+VCCui1ui2IEERLuo+ -RE的共模負反饋作用的共模負反饋作用：溫度變化所引起的變溫度變化所引起的變化等效為共模信號化等效為共模信號如如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。T1RCRCT2REE-VEE+VCCuic+- -RLuouo1+-ib11ib1+- -uic+

17、- -uoRicicouc1uuA 2R)1(2rREEbeic EEbeLCuc1R)1(2r)R/R(A 對于每一邊對于每一邊電路，電路，RE=?T1RCRCT2REE-VEE+VCC+- -uidib1ib2ib1ib21ib1+- -uid+- -uoui1ui2RL+-uo1beLCidoud1r2)R/R(uuA beidr2R CoRR uoEEmbeEECMRRgrRK T1RCRCT2REE-VEE+VCCRL+ uo -ui+- -T1RCRCT2REE-VEE+VCCRL+ uo -+- -+- -+- -+- -2ui2ui2ui2ui 共模輸入電壓共模輸入電壓差模輸入

18、電壓差模輸入電壓單端輸入的特點：單端輸入的特點：輸入差模信號的同時總是伴隨著共模信號輸入輸入差模信號的同時總是伴隨著共模信號輸入2uuuuiiciid ，T1RCRCT2REE-VEE+VCCRL+ -uoui+- -雙端輸入的特點：雙端輸入的特點：雙端輸入時無共模信號輸入雙端輸入時無共模信號輸入0uuuiciid ，差動輸入差動輸入us1+- -T1RCRCT2REE-VEE+VCCuo1uo2us2+- -雙端輸入時：雙端輸入時：2uuuuuus2s1ics2s1id T1VCCREEuiuo-VEERCRCT2RL22.6k 10k 10k (12V)(- -12V)mA2502EEC2

19、QC1Q./III mA50VUEEEEBE(on)EE.R/ )(I 6k10261200C1Qbe.I)(r CLQCCLLCCR/RIRRRV2 2VCQV75. 4 T1VCCREEuiuo-VEERCRCT2RL22.6k 10k 10k (12V)(- -12V)mV( tsinuuuiiid 2021 -)mV( tsinuuuiiic 10221 252beLCud2 r)R/R(A 11. 0R12r)R/R(AEEbeLC2uc ）（(mV)479uuuuidud2icuc2o2otsinAA (mV)47975V4VuuC2Qo2Otsin. 解決方法：解決方法：采用電流

20、源！采用電流源！T1+VCCI-VEERCRCT2uo1uo2ui1ui2RBRB理想恒理想恒流源流源2III2C1C )rR(2RuuuA1beBC2i1i1oud 0uuAic1ouc 電流恒定，電流恒定，交流電阻交流電阻無窮大無窮大T1VCCui1-VEEui2RCRCT2R1R2R3T3RBRB利用三極管集利用三極管集電極電流為恒電極電流為恒流源輸出流源輸出IC3IB3I23BE3(on)EE2123EB32RUVRRRIII 2/IIIC32CQ1CQ T3、R1、R2、R3構(gòu)成恒流源構(gòu)成恒流源3oR動態(tài)電阻動態(tài)電阻R1/R23oRbi3ib例：例：無窮大無窮大bi3ibuooi3b

21、e321oce3b3ooR/)rR/(Ri)ri-i (u o21be333bi/RRrRRi )R/RRrR1(riuR123be333ceoo3o icib ibuce+ +- -rbe三極管的微變等效電路三極管的微變等效電路Crce晶體管輸晶體管輸出電阻出電阻QCCEceiur 由厄爾利電壓計由厄爾利電壓計算而來，算而來，M級級T1VCCui1-VEEui2RCRCT2R1R2R3T3RBRBIC3IB3I23oR動態(tài)電阻動態(tài)電阻例：例：3O11beBCic1ouc1beBC2i1i1oudR)1(2rRRuuA)rR(2RuuuA uO1很小很小很大很大加調(diào)零電位器加調(diào)零電位器1) R

22、W取值應(yīng)大些？還是取值應(yīng)大些？還是小些？小些？2) RW對動態(tài)參數(shù)的影響？對動態(tài)參數(shù)的影響？3) 若若RW滑動端在中點，滑動端在中點，寫出寫出Aud、Ri的表達式。的表達式。2R)1(rRRuuAWbebcidoud WbebiR)1()rR(2R 場效應(yīng)管差分放大電路場效應(yīng)管差分放大電路doidmidoudR2RRRguuA 4.3 集成運放的典型電路集成運放的典型電路u概述概述u電流源電路電流源電路u互補輸出級互補輸出級u集成運放的簡單分析集成運放的簡單分析兩個兩個輸入端輸入端一個一個輸出端輸出端電流源電流源改進型的差改進型的差動放大電路動放大電路采用采用12級級共發(fā)電路共發(fā)電路 互補對稱

23、功互補對稱功率放大電路率放大電路 T1VCCIC1RT2IRIC2=IOBT1,T2特性特性完全相同完全相同基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流RUVIBE(on)CCR 電路中有電路中有負反饋嗎？負反饋嗎？ROI2I ROII 2 ，則，則若若 UBE T IC IR IC VB IB （2 2）應(yīng)用：）應(yīng)用：有源負載有源負載用用R RC C的共發(fā)電路的共發(fā)電路存在問題存在問題：R RC C A Au u 交流工作時：交流工作時：直流工作時：直流工作時：R RC C U UCEQCEQ 易飽和失真易飽和失真RLuIT1T3VCCRT2IRiC2+uO-鏡像電鏡像電流源流源放大管放大管RLVCCT1IRuI+uO

24、-有源負載有源負載 C1QQ1B)ONBECCRC2QC1QIIRU-VIII（靜靜態(tài)態(tài)：若若空空載載RLuIT1T3VCCRT2IRiC2+uO-ib11ib1+- -ui+- -uobe1Lce2ce11ur)Rrr ( A 動態(tài)電阻動態(tài)電阻2cerR 電流源的交流電阻為：電流源的交流電阻為：極大提高電極大提高電壓放大倍數(shù)壓放大倍數(shù)T4VCCT3iC3iC1iC2iC4iOT1I-VEET2+- -ui鏡像電鏡像電流源流源差動放差動放大電路大電路有源有源負載負載0IIIII/2IIOQC1QC4QC3QC2QC1Q 靜態(tài)：靜態(tài)：c1c2c4oi 2ii i 3c1c4c3c2cc1ii ,

25、ii ,ii 動態(tài)：動態(tài)：1beL1u4ce2ceLrRA)r/r (R 則：則：若若使單端輸出電路的差模放使單端輸出電路的差模放大倍數(shù)近似等于雙端輸出大倍數(shù)近似等于雙端輸出時的差模放大倍數(shù)。時的差模放大倍數(shù)。T1VCCIC1RT2IRIC2=IOB基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流RUVIBE(on)CCR 電路中有電路中有負反饋負反饋ROII 2 ，則，則若若2cerR 交流電阻：交流電阻：要求提供很小的靜態(tài)電流，又不能用大電阻。要求提供很小的靜態(tài)電流，又不能用大電阻。EBE2BE1E2RUUI TBEUUSEeII TBE2BE1UUU2EE1eII RUVIIIII)on(1BECCR1C1EO2E O

26、RTOEIIlnUIR E2E2EE1TBE2BE1RIIIlnUUU ORTOEIIlnUIR 例：例：=15V,R=14.3 R =5.09k則：則：I =1mA, I =T1VCCIE1RT2IRIORE1RE2IE22EE2BE21EE1BE1RIURIU 2EOR1ERIIR 2EE1TBE2BE1IIlnUUU 0 1E)on(1BECCR1C1EO2ERRUVIIIII T1VCCIE1RT2IRIC2RE1RE2IE2T3IC3RE3IE33EE3BE32EE2BE21EE1BE1RIURIURIU 因為因為UBE相差不多相差不多3E3E2E2E1E1ERIRIRI （2 2）

27、多集電極管構(gòu)成的多路電流源）多集電極管構(gòu)成的多路電流源設(shè)三個集電區(qū)的面積分別為設(shè)三個集電區(qū)的面積分別為S0、S1、S2，則，則020C2C010C1CSSII,SSII 射級輸出形式射級輸出形式靜態(tài)工作電流低靜態(tài)工作電流低輸入為零時輸入為零時輸出要為零輸出要為零雙電源供電時雙電源供電時Uom的峰值接近電的峰值接近電源電壓。源電壓。 單電源供電單電源供電Uom的峰值的峰值接近二分之一電源電壓。接近二分之一電源電壓。+VCCT1RL地地 uiuott信號在零附信號在零附近兩只管子近兩只管子均截止均截止消除失真的方法：消除失真的方法：設(shè)置合適的靜態(tài)工作點。設(shè)置合適的靜態(tài)工作點。如果信號為零時兩只管子

28、處如果信號為零時兩只管子處于臨界導(dǎo)通或微導(dǎo)通，那么當(dāng)有信號輸入時兩只于臨界導(dǎo)通或微導(dǎo)通，那么當(dāng)有信號輸入時兩只管子中至少有一個導(dǎo)通，因而消除了交越失真。管子中至少有一個導(dǎo)通，因而消除了交越失真。有合適的有合適的Q Q點，且動態(tài)損失盡點，且動態(tài)損失盡可能小?？赡苄?。二極管導(dǎo)通時，對直流電源的作用可近似等效二極管導(dǎo)通時，對直流電源的作用可近似等效為一個為一個0.60.60.8V0.8V的直流電池，對交流信號的的直流電池，對交流信號的作用可等效為一個數(shù)值很小的動態(tài)電阻。作用可等效為一個數(shù)值很小的動態(tài)電阻。R RL LR R1 1D D1 1D D2 2T T1 1T T2 2+V+VCCCCu ui

29、 i+ + V VCCCCu uO OR R2 2ib2b1D2D1B1B2QuuuUUU 動態(tài)：動態(tài)：靜態(tài)：靜態(tài)：倍增電路倍增電路故稱之為故稱之為，則，則若若BEBE221B1B2B2UURRRUII +U-R R1 1R R2 2T T1 1T T2 2T T3 3I2IB不同類型的管子復(fù)合后，不同類型的管子復(fù)合后，其類型決定于第一級其類型決定于第一級管管21復(fù)合管的組成：多只管子合理連接等效成一只管子。復(fù)合管的組成：多只管子合理連接等效成一只管子。目的：增大目的：增大，減小前級驅(qū)動電流，改變管子的類型。，減小前級驅(qū)動電流，改變管子的類型。判斷下列各圖是否能組成復(fù)合管？判斷下列各圖是否能組

30、成復(fù)合管？在合適的外加電壓下，每只管子的電流都有在合適的外加電壓下，每只管子的電流都有合適的通路，才能組成復(fù)合管。合適的通路，才能組成復(fù)合管。+ +U UCCCCR RB BR RC CC C1 1C C2 2T2T2+ + +R RL Lu ui i+ +u uo o+ +T1T1be21be1LC21ur )1(r)R/R(A r )1(r/RRbe21be1Bi （1）化整為零化整為零：按信號流通順序?qū)ⅲ喊葱盘柫魍樞驅(qū)級放大電路分級放大電路分為為N個基本放大電路。個基本放大電路。（2）識別電路識別電路：分析每級電路屬于哪種基本電路，分析每級電路屬于哪種基本電路，有何特點。有何特點。（3）統(tǒng)觀總體統(tǒng)觀總體：分析：分析整個電路的性能特點。整個電路的性能特點。（4）定量定量估算估算：必要時需估算主要動態(tài)參數(shù)。：必要時需估算主要動態(tài)參數(shù)。雙端輸入、單雙端輸入、單端輸出差動放端輸出差動放大電路大電路動態(tài)電阻無窮大動態(tài)電阻無窮大以復(fù)合管為放以復(fù)合管為放大管、恒流源大管、恒流源作負載的共射作負載的共射放大電路放大電路用用UBE倍增電倍增電路消除交越失路消除交越失真的真的準(zhǔn)互補輸準(zhǔn)互補輸出