多級放大電路PPT教案

1、會計學1多級放大電路多級放大電路在實際應用中，常對放大電路的性能提出多方面的要求。例如，要求一 個放大電路輸入電阻大于2MO，電壓放大倍數大于2000，輸出電阻小于1000等，僅靠前面所講的任何一種放大電路都不可能同時滿足上述要求。 這時，就可以選擇多個基本放大電路，并將它們合理連接，從而構成多級放大的電路。 組成多級放大電路的每一個基本放大電路稱為一級，級與級之間的連接稱為級間藕合。多級放大電路有四種常見的耦合方式：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合和光電耦合。 第1頁/共43頁一. 直接耦合將前一級的輸出端直接連接到后一級的輸入端，稱為直接藕合方式。 圖示直接耦合電路說明：電路省去了第二級的基

2、極電阻，而使Rc1既作為第一 級的集電極電阻，又作為第二級的基極電阻，只要Rc1取值合適，就可以為T2管提供合適的基極電流 。第2頁/共43頁1. 直接藕合放大電路靜態(tài)工作點的設置 靜態(tài)時：Tl：UCEQlUBEQ20.7V。則Tl管的靜態(tài)工作點靠近飽和區(qū)，在動態(tài)信號作用時容易引起飽和失真。因此，為使第 一級有合適的靜態(tài)工作點，就要抬高T2管的基極電位。 電路的靜態(tài)工作分析 第3頁/共43頁 有利因素：增加Re2后，在參數取值恰當時，兩級均可有合適的靜態(tài)工作點; 不利因素：Re2的接入會使第二級的電壓放大倍數大大下降，從而影響整個電路的放大能力。改進方案1：在T2管的 發(fā)射極加電阻Re2。電路

3、說明：第4頁/共43頁改進方案2：將電阻Re2換成二極管或穩(wěn)壓二極管。二極管和穩(wěn)壓二極管的特點：對直流量和交流量呈現出不同的特性，對直流量，它相當于一個電壓源；而對交流量，它等效成一個小電阻。只要根據電路靜態(tài)工作點的要求，選擇參數合適的管子，既可以設置合適的靜態(tài)工作點，又對放大電路的放大能力影響不大。 第5頁/共43頁多級放大電路NPN型和PNP型管混合使用問題：（b）所示電路中，為使各級晶體管都工作在放大區(qū)，必然要求T2管的集電極靜態(tài)電位高于其基極電位，也就是要高于Tl管的集電極靜態(tài)電位。可以設想，如果級數增多，且均為NPN管構成的共射電路，那么由于集電極電位逐級升高，以至于接近電源電壓，勢

4、必使后級的靜態(tài)工作不合適。 因此，直接搞合多級放大電路常采用NPN型和PNP型管混合使用的方法解決 上述問題。如圖（d）所示。第6頁/共43頁2. 直接藕合方式的優(yōu)缺點 缺點：采用直接搞合方式使各級之間的直流通路相連，因而靜態(tài)工作點相互影響，這樣就給電路的分析、設計和調試帶來一定的困難。 在求解靜態(tài)工作點時，應寫出直流通路中各個回路的方程，然后求解。當然,使用各種計算機輔助分析軟件可使電路的設計和Q點的求解過程大大簡化。 優(yōu)點：直接藕合放大電路的突出優(yōu)點是具有良好的低頻特性，可以放大變化緩慢的信號； 并且由于電路中沒有大容量電容，所以易于將全部電路集成在一片硅片上，構成集成放大電路。由于電子工

5、業(yè)的飛速發(fā)展，使集成放大電路的性能越來越好，種類越來越多，價格也越來越便宜，所以直接藕合放大電路的使用越來越廣泛。第7頁/共43頁二. 阻容耦合將放大電路的前級輸出端通過電容接到后級輸入端,稱為阻容耦合方式。 電路說明： 靜態(tài)：電容相當于開路，因而阻容耦合放大電路各級之間的直流通路各不相通，各級的靜態(tài)工作點相互獨立，在求解或實際調試Q點時可按單級處理，所以電路的分析、設計和調試簡單易行。 當信號頻率較低時，信號在電容上的衰減較大，故其低頻特性較差。同時不容易集成化。第8頁/共43頁三. 變壓器耦合 將放大電路前級的輸出端通過變壓器接到后級的輸入端或負載電阻上，稱為變壓器耦合。 由于變壓器耦合電

6、路的前后級靠磁路耦合，所以與阻容耦合電路一樣，它的各級放大電路的靜態(tài)工作點相互獨立，便于分析、設計和調試。而它的低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號，且非常笨重，更不能集成化。與前兩種耦合方式相比，其最大特點是可以實現阻抗變換，因而在分立元件功率放大電路中得到廣泛應用。 第9頁/共43頁變壓器耦合阻抗變換：變壓器耦合阻抗變換：L221L212LL22L21RNNRIIRRIRI注意：計算電路的放大倍數時，其負載電阻為初級線圈等效電阻。注意：計算電路的放大倍數時，其負載電阻為初級線圈等效電阻。第10頁/共43頁四. 光電耦合 光電耦合是以光信號為媒介來實現電信號的搞合和傳遞的,因其抗干擾能力力強而

7、得到越來越廣泛的應用。 光電耦合器及傳輸特性：D)(CECIufiDCiiCTR傳輸比：傳輸比：類似于三極管的類似于三極管的，但比較小（，但比較小（0.10.11.51.5）。）。第11頁/共43頁光電耦合放大電路 若信號源回路和輸出回路分別采用獨立電源且不共地，則具有很強的抗干擾性，適于遠距離傳輸。第12頁/共43頁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)分析一. 電壓放大倍數njAAAAUUUUUUUUA1ujunu2u1inoi2o2io1iou第13頁/共43頁二二. . 輸入電阻輸入電阻i1iRR 三三. . 輸出電阻輸出電阻onoRR 注意：注意：1 1 多級放大電

8、路中，后級的輸入電阻為前級的負載，前級的輸出電多級放大電路中，后級的輸入電阻為前級的負載，前級的輸出電阻為后級信號源內阻；阻為后級信號源內阻；2 2 當共集放大電路作為輸入級時，它的輸入電阻與其負載，即第二當共集放大電路作為輸入級時，它的輸入電阻與其負載，即第二級的輸入電阻有關；當共集放大電路作為輸出級時，其輸出電阻級的輸入電阻有關；當共集放大電路作為輸出級時，其輸出電阻與前一級的輸出電阻有關與前一級的輸出電阻有關; ;3 3 當多級放大電路出現失真時，應首先確定失真首先在哪一級出現，當多級放大電路出現失真時，應首先確定失真首先在哪一級出現，然后再判斷失真類型。然后再判斷失真類型。第14頁/共

9、43頁多級放大電路分析舉例：1. 1. 求圖示放大電路各級放大電路的靜態(tài)工作點及動態(tài)參數。求圖示放大電路各級放大電路的靜態(tài)工作點及動態(tài)參數。第15頁/共43頁2. 2. 求圖示動態(tài)參數。求圖示動態(tài)參數。 T1的跨導的跨導gm=1mA/v,T2的的=40，其靜態(tài)，其靜態(tài)VBE=0.7V。 第16頁/共43頁3. 圖示電路：圖示電路： 1 = 60， 2 = 100， rbe1= 2 k ，rbe2 = 2.2 k 。求求 Au，Ri，Ro。第17頁/共43頁3.3 3.3 直接耦合放大電路直接耦合放大電路一. 直接耦合放大電路的零點漂移現象1. 零點漂移現象：在直接耦合放大電路中，輸入電壓uI0

10、，輸出電壓uO0的現象。第18頁/共43頁2. 零點漂移產生的原因： 溫度變化，溫度變化， 直流電源波動，直流電源波動， 器件老化等。器件老化等。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，故也稱零漂零漂為為溫漂溫漂。3. 抑制零點漂移的方法： 引入直流負反饋，引入直流負反饋， 溫度補償，溫度補償， 典型電路：差分放大電路。典型電路：差分放大電路。第19頁/共43頁二. 差分放大電路1. 差分式放大電路的組成：差分放大電路是由對稱的兩個基本放大電路構成的，兩個基本電路參數完全相同，管子的特性也完全相同,電路有兩個輸入端和兩個輸出端。電路中兩只管子的集電極靜

11、態(tài)電位在溫度變化時將時時相等，因此以兩集電極電壓差作為輸出，可以克服溫度的漂移。第20頁/共43頁共模輸入和差模輸入工作情況：共模輸入 兩輸入端所加信號uI1和uI2大小相同極性（相位）也相同。 由于電路參數對稱，T1管和T2管所產生的電流變化相等，即C2C1B2B1iiiiT1管和T2管集電極電位變化也相等：C2C1uu從而輸出電壓0)()(C2CQ2C1CQ1C2C1OuUuUuuu結論：差分式放大電路對共模信號有很強的抑制作用，在電路參數完全相同的情況下，共模輸出為零。第21頁/共43頁 差模輸入 兩輸入端所加信號uI1和uI2大小相同極性（相位）相反。I2I1uuC2C1B2B1iii

12、iC2C1uuC1C2C1O2 uuuu結論：差分式放大電路對差模信號有放大作用。但由于有射極電阻Re，其放大能力較差。第22頁/共43頁差分式放大電路的改進電路：在差模輸入情況下，兩管發(fā)射極電流與其它電流一樣，變化量的大小相等，方向相反。將兩個基本放大電路的發(fā)射極電阻合并為一個射極電阻Re，則在差模信號的作用下，Re中的電流變化量為零，即Re對差模信號無反饋作用。即Re對差模信號相當于短路，從而提高了對差模信號的放大能力。一般情況下，差分式放大電路采用雙電源供電，右圖為典型的差分式放大電路。第23頁/共43頁2. 長尾式差分放大電路：典型差分式放大電路，射極電阻Re接負電源VEE，托著一個尾

13、巴，故稱為長尾式電路。電路參數理想對稱：bebe2be121CC2C1bb2b1rrrRRRRRR兩個基本概念：I2I1Iduuu當兩個輸入端子的輸入信號分別為uI1和uI2時，兩信號的差值稱為差模信號，而兩信號的算術平均值稱為共模信號。 差模信號：共模信號：2/ )(I2I1ICuuu第24頁/共43頁靜態(tài)分析（uI1= uI2=0）E2E1ERe2IIII基極回路方程：eEBEBbEE2RIUIRV因為Rb較小，且IB較小，故eBEEEE2RUVI1EBIIBECCCCECCEURIVUUU02C1COC2C1CE2E1EC2C1CB2B1BUUuUUUIIIIIIIII；ECII第25頁

14、/共43頁I.電路參數的對稱性起了相互補償電路參數的對稱性起了相互補償作用，抑制了溫度漂移；作用，抑制了溫度漂移；II.利用電阻利用電阻Re對共模信號的負反饋對共模信號的負反饋作用，抑制三極管集電極電流的作用，抑制三極管集電極電流的變化，從而抑制集電極電位的變變化，從而抑制集電極電位的變化?；?。Re的共模負反饋作用：的共模負反饋作用：T()IC1 IC2UE IB1 IB2 IC1 IC2。0 CICOCCAuuA參參數數理理想想對對稱稱時時共共模模放放大大倍倍數數III.描述差分放大電路對共模信號的抑制能力的參數 對共模信號的抑制作用共模信號共模信號：大小和相位均相同。即：大小和相位均相同。

15、即 uI1=uI1=uIc第26頁/共43頁 對差模信號的放大作用差模信號: 大小相等，極性相反的輸入信號。 uI1= -uI2= uId/2。C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiiiiE1= iE2，Re中電流不變，即中電流不變，即Re 對差模信號無反饋作用。對差模信號無反饋作用。第27頁/共43頁)2(2 )(2 LcCOdbebBIdIdOddRRiurRiuuuA差模放大倍數差模放大倍數 2 )(2)2( cobebibebLcdRRrRRrRRRA第28頁/共43頁共模抑制比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。下，下，在參數理想對稱的情況在

16、參數理想對稱的情況CMRcdCMRKAAK 電壓傳輸特性： 輸出電壓與輸入電壓之間的關系曲線：)(IOufu 線性區(qū)線性區(qū) 非線性區(qū)非線性區(qū)第29頁/共43頁3. 差分放大電路的四種接法： 根據信號源和負載的接地情況，差分放大電路有四種接法：根據信號源和負載的接地情況，差分放大電路有四種接法：雙端輸入雙端輸入雙端輸出雙端輸出、雙端輸入單端輸出雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出單端輸入單端輸出。 雙端輸入雙端輸出雙端輸入雙端輸出第30頁/共43頁動態(tài)工作情況動態(tài)工作情況cobebibebLcd)(2 )( 21RRrRRrRRRA差模情況：差模情況： 雙端輸入

17、單端輸出雙端輸入單端輸出 - )(cCCCC2LcCCCLcLC1CE2CE1CBERIVURRIVRRRUUUIII與雙端輸出時相同。與雙端輸出時相同。、靜態(tài)工作情況靜態(tài)工作情況第31頁/共43頁bebebebCMRebebLcc)1 (2)1 (2)( rRRrRKRrRRRA共模情況：共模情況：第32頁/共43頁 單端輸入雙端輸出單端輸入雙端輸出2 IICIIduuuu共共模模輸輸入入信信號號差差模模輸輸入入信信號號 靜態(tài)和動態(tài)特性（差模情況）與雙端輸入雙端輸出相同；由于輸入差模靜態(tài)和動態(tài)特性（差模情況）與雙端輸入雙端輸出相同；由于輸入差模信號的同時伴隨有共模輸入信號，所以：信號的同時伴

18、隨有共模輸入信號，所以：2IcIdOuAuAu電路參數一致，電路參數一致，Ac=0。第33頁/共43頁 單端輸入單端輸出單端輸入單端輸出電路的靜態(tài)和動態(tài)分析與雙端輸入單端輸出相同。電路的靜態(tài)和動態(tài)分析與雙端輸入單端輸出相同。第34頁/共43頁差分放大電路四種接法的比較差分放大電路四種接法的比較 各種接法輸入電阻相同：各種接法輸入電阻相同：)(2bebirRR 差模放大倍數、共模放大倍數、輸出電阻與輸入方式無關，與輸出方差模放大倍數、共模放大倍數、輸出電阻與輸入方式無關，與輸出方式有關：式有關：雙端：雙端： 20)2( coCbebLcdRRArRRRA單端：單端：coebebLccbebLcd

19、)1 (2)( )( 21RRRrRRRArRRRA 雙端輸入時無共模信號輸入，單端輸入時有共模輸入。雙端輸入時無共模信號輸入，單端輸入時有共模輸入。第35頁/共43頁4. 改進型差分放大電路： 恒流源差分放大電路恒流源差分放大電路 Re 越大，共模負反饋越強，單端輸出時的越大，共模負反饋越強，單端輸出時的Ac越小，越小，KCMR越大，差分放越大，差分放大電路的性能越好。但大電路的性能越好。但Re 太大，則太大，則電路電路不合理。不合理。bebebebCMRebebLcc)1 (2)1 (2)( rRRrRKRrRRRA改進方法：將Re用恒流源電路代替，恒流源電路：流過恒流源的電流恒定；在理想情況下內阻為無窮大。第36頁/共43頁 加調零電位器差分放大電路加調零電位器差分放大電路實際電路，參數不能達實際電路，參數不能達到理想情況，電流利用調零電到理想情況，電流利用調零電位器位器