模擬電路第三章3-多級(jí)大電路-課件

1、(4-1)耦合方式：直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合。 3-11 多級(jí)放大電路及耦合方式耦合：即信號(hào)的傳送。多級(jí)放大電路對(duì)耦合電路要求：1. 靜態(tài)：保證各級(jí)Q點(diǎn)設(shè)置2. 動(dòng)態(tài): 傳送信號(hào)。要求：波形不失真，減少壓降損失。 輸 入 輸 出功放級(jí)第一級(jí)放大電路第二級(jí)第 n 級(jí)第 n-1 級(jí)(4-1)耦合方式：直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合。 3-(4-2)3.11.1 級(jí)間耦合方式阻容耦合變壓器耦合直接耦合(不共地)(4-2)3.11.1 級(jí)間耦合方式阻容耦合變壓器耦合直接(4-3)解決方法:提高后極的E極電位, 加RE2。提高了T1的輸出電壓,使T2有合適的Q點(diǎn)。問(wèn)題 1 :前后級(jí)Q點(diǎn)相互影響,需

2、設(shè)置合適的Q點(diǎn)。+VCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE2直接耦合電路的問(wèn)題(4-3)解決方法:提高后極的E極電位, 加RE2。提高了T(4-4)問(wèn)題 2 :零點(diǎn)漂移。前一級(jí)的溫漂將作為后一級(jí)的輸入信號(hào)，使得當(dāng) ui 等于零時(shí)， uo不等于零。uiRC1R1T1+VCCuoRC2T2R2RE2uot0有時(shí)會(huì)將信號(hào)淹沒(méi)解決方法:差動(dòng)電路。(4-4)問(wèn)題 2 :零點(diǎn)漂移。前一級(jí)的溫漂將作為后一級(jí)的輸(4-5)例1共集-共射-共集級(jí)聯(lián)1.直流工作點(diǎn)分析2.放大倍數(shù)3.輸入電阻,決定笫一級(jí)4.輸出電阻,決定最后一級(jí)分析步驟例1(4-5)例1共集-共射-共集級(jí)聯(lián)1.直流工作點(diǎn)分析(4-6)共射-

3、共基級(jí)聯(lián)例 2(4-6)共射-共基級(jí)聯(lián)例 2(4-7)例 3CC-CECE-CBCECC-CB(4-7)例 3CC-CECE-CBCECC-CB(4-8)3.11.2 多級(jí)放大器的分析1）. 電壓放大倍數(shù)（以兩級(jí)為例）注意：前對(duì)后級(jí)影響！擴(kuò)展到n級(jí) 前級(jí)的輸出阻抗是后級(jí)的信號(hào)源阻抗 后級(jí)的輸入阻抗是前級(jí)的負(fù)載2）. 兩級(jí)之間的相互影響3）. 輸入電阻和輸出電阻(4-8)3.11.2 多級(jí)放大器的分析1）. 電壓放大倍數(shù)(4-9)設(shè): 1=2=50, rbe1 = 2.9k , rbe2 = 1.7 k 例4: 前級(jí)后級(jí)+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k

4、43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2(4-9)設(shè): 1=2=50, 例4: 前級(jí)后(4-10)關(guān)鍵:考慮級(jí)間影響。1. 靜態(tài): Q點(diǎn)同單級(jí)。2. 動(dòng)態(tài)性能:方法:ri2 = RL1ri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2性能分析(4-10)關(guān)鍵:考慮級(jí)間影響。1. 靜態(tài): Q點(diǎn)同單級(jí)。(4-11)考慮級(jí)間影響2Ri , Ro : 概念同單級(jí)1RiRoRi2+VCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2(4-11

5、)考慮級(jí)間影響2Ri , Ro : 概念同(4-12)微變等效電路:ri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2RE1R2R3RC2RLRSR1(4-12)微變等效電路:ri2+UCCRS1M(+24V)(4-13)1. Ri = Ri1 = R1 / rbe1 +（ +1)RL1其中: RL1= RE1/ ri2 = RE1/ R2 / R3 / rbe1=RE1/RL1 = RE1/ri2= 27 / 1.7 1.7k Ri =1000/(2.9+511.7) 82k2. Ro = RC2= 10kRE

6、1R2R3RC2RLRSR1(4-13)1. Ri = Ri1 = R1 / rb(4-14)3. 中頻電壓放大倍數(shù):其中： RE1R2R3RC2RLRSR1(4-14)3. 中頻電壓放大倍數(shù):其中： RE1(4-15)RE1R2R3RC2RLRSR1(4-15)RE1R2R3RC2RLRSR1(4-16)1 = 60, 2 = 100; rbe1= 2 k, rbe2 = 2.2 k。求 Au, Ri, Ro。例 5:(4-16)1 = 60, 2 = 100; rbe1=(4-17)解Ri2 = R6 / R7 / rbe2RL1 = R3 / Ri2Au=Au1Au2Ri = Ri1=

7、R1 / R2 / rbe1 + (1+ 1)R4Ro = R9 = 4.7 k(4-17)解Ri2 = R6 / R7 / rbe(4-18)例6(4-18)例6(4-19)三極管的參數(shù)為1=2=100，UBE1=UBE2=0.7 V。計(jì)算總電壓放大倍數(shù)。兩級(jí)放大電路計(jì)算例子 例7 (4-19)三極管的參數(shù)為1=2=100，UBE1=(4-20)（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)(4-20)（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)(4-21)(4-21)(4-22)（2）求電壓放大倍數(shù)先計(jì)算三極管的輸入電阻電壓增益(4-22)（2）求電壓放大倍數(shù)先計(jì)算三極管的輸入電阻電壓增(4-23) 如果求從uS算起的電壓增益，需計(jì)算第一級(jí)的

8、輸入電阻 Ri = Ri1 = rbe1 / Rb1 / Rb2 =3.1/51/20 =3.1/14.4=2.55 kRo = Rc2 (4-23) 如果求從uS算起的電壓增益，需計(jì)算第一級(jí)(4-24)例:8如圖所示的兩級(jí)電壓放大電路，已知1= 2 =50, T1和T2均為3DG8D。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui（1）求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)。（2）求放大電路的輸入電阻和輸出電阻(4-24)例:8如圖所示的兩級(jí)電壓放大電路， RB1(4-25)(1) 計(jì)算 r i和 r 0微變等效電路2bI2cIrb

9、e2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_UioU.o1U.(4-25)(1) 計(jì)算 r i和 r 0微變等效電路2bI(4-26)2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_UioU.o1U.(4-26)2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1(4-27)2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_UioU.o1U.(4-27)2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1(4-28)（2）求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)第一級(jí)放大電路為射極輸出器2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+

10、_UioU.o1U.(4-28)（2）求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)第一級(jí)(4-29)第二級(jí)放大電路為共發(fā)射極放大電路總電壓放大倍數(shù)2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_UioU.o1U.(4-29)第二級(jí)放大電路為共發(fā)射極放大電路總電壓放大倍數(shù)2(4-30) 解：畫中頻小信號(hào)等效電路例9放大電路如圖所示。已知試求電路的中頻增益、輸入電阻和輸出電阻。根據(jù)電路有(4-30) 解：畫中頻小信號(hào)等效電路例9放大電路如圖所示。(4-31) 解：則電壓增益為根據(jù)電路有由于則(4-31) 解：則電壓增益為根據(jù)電路有由于則(4-32)例題10求AB兩端的等效電阻(4-3

11、2)例題10求AB兩端的等效電阻(4-33)例題11求電壓放大倍數(shù)(4-33)例題11求電壓放大倍數(shù)(4-34)根據(jù)KVL可知由圖可知所以(4-34)根據(jù)KVL可知由圖可知所以(4-35)(4-35)(4-36)(4-36)(4-37)(4-37)(4-38)例題12(4-38)例題12(4-39)(4-39)(4-40)(4-40)(4-41)END(4-41)END(4-42)4.7 放大電路的頻率響應(yīng)4-7-1 頻率響應(yīng)的基本概念4-7-3 放大器的低頻響應(yīng)4-7-2 單級(jí)共射放大器的高頻響應(yīng)4-7-4 多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)(4-42)4.7 放大電路的頻率響應(yīng)4-7-1 頻率響(4-

12、43)4-7-1 頻率響應(yīng)的基本概念 實(shí)際信號(hào)為正弦信號(hào)的疊加：以前討論電路的輸入為正弦信號(hào)：即：4.7 放大電路的頻率響應(yīng)(4-43)4-7-1 頻率響應(yīng)的基本概念 實(shí)際信號(hào)(4-44)一、頻率失真（線性失真）對(duì)不同頻率的信號(hào)增益不同，產(chǎn)生的失真?；ǘ沃C波輸入信號(hào)輸出信號(hào)基波二次諧波 幅度失真：4-7-1 頻率響應(yīng)的基本概念放大倍數(shù)不同(4-44)一、頻率失真（線性失真）對(duì)不同頻率的信號(hào)增益不同(4-45)一、頻率失真（線性失真） 對(duì)不同頻率的信號(hào)產(chǎn)生相移不同，引起的失真?；ǘ沃C波輸入信號(hào)輸出信號(hào)基波二次諧波相位失真：4-7-1 頻率響應(yīng)的基本概念相移不同(4-45)一、頻率失真（線

13、性失真） 對(duì)不同頻率的信號(hào)產(chǎn)生(4-46)二、線性失真和非線性失真線 性失 真線 性元 件非線性失 真非線性元 件電阻、電容、電感半導(dǎo)體器件起因不同不產(chǎn)生新頻率分量 產(chǎn)生新頻率分量結(jié) 果4-7-1 頻率響應(yīng)的基本概念(4-46)二、線性失真和非線性失真線 性失 真線 (4-47)幅度特性相位特性傳遞函數(shù)頻域三、不失真條件4-7-1 頻率響應(yīng)的基本概念(4-47)幅度特性相位特性傳遞函數(shù)頻域三、不失真條件4-7(4-48)四、 頻率響應(yīng)的特性及帶寬定A.頻率響應(yīng)電壓增益可表示為 在輸入正弦信號(hào)情況下，輸出隨輸入信號(hào)頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，稱為放大電路的頻率響應(yīng)?；?qū)憺槠渲?4-48)四、 頻率響

14、應(yīng)的特性及帶寬定A.頻率響應(yīng)電壓增益(4-49)3dB 頻率點(diǎn)（半功率點(diǎn)）3dB 頻率點(diǎn)（半功率點(diǎn)） 根據(jù)放大器所放大的信號(hào)不同，最大容許值有所不同。對(duì)于為人們感官所直接感受的信號(hào)，如人耳感受音響，人眼感受光亮等當(dāng)聲或光的功率的變化不超過(guò)一倍時(shí)不會(huì)給人造成以感覺(jué)上明顯的變化。因此，人們確定一個(gè)半功率點(diǎn)作為放大倍數(shù)下降的最大容許值。 對(duì)于某些專用放大器，例如微波接力通信設(shè)備中的中頻放大器，在信號(hào)占據(jù)的頻率內(nèi)，即70MHz6MHz的頻率范圍內(nèi)，放大倍數(shù)的幅模變化只容許幾個(gè)百分點(diǎn)。對(duì)相頻特性的要求，容許的時(shí)延差不得超過(guò) 1ns。四、 頻率響應(yīng)的特性及帶寬定(4-49)3dB 頻率點(diǎn)（半功率點(diǎn)）3dB

15、 頻率點(diǎn)（半功率(4-50)B.上、下限頻率和帶寬 其中普通音響系統(tǒng)放大電路的幅頻響應(yīng)高頻區(qū)中頻區(qū)低頻區(qū)3dB 頻率點(diǎn)（半功率點(diǎn)）3dB 頻率點(diǎn)（半功率點(diǎn)）四、 頻率響應(yīng)的特性及帶寬定 當(dāng)信號(hào)頻率降低或升高使得增益A() 下降到中頻增益A0 的0.707倍時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率,分別稱為增益的低端截止頻率fL和高端截止頻率fH3dB帶寬、半功率頻帶(4-50)B.上、下限頻率和帶寬 其中普通音響系統(tǒng)放大電路(4-51)C、增益帶寬積GB 定義： GB = |AuI BW |在一定的條件下 GB = 常數(shù) 增益的提高是以犧牲帶寬為代價(jià)或者說(shuō) 帶寬的擴(kuò)展是以犧牲增益為代價(jià) 四、 頻率響應(yīng)的特性及帶寬定(4-

16、51)C、增益帶寬積GB四、 頻率響應(yīng)的特性及帶寬定(4-52)D. 頻率響應(yīng)的描述方法波特圖四、 頻率響應(yīng)的特性及帶寬定(4-52)D. 頻率響應(yīng)的描述方法波特圖四、 頻率響應(yīng)的特(4-53)頻率響應(yīng)描述量描述方法波特圖研究意義幅度失真相位失真E. 頻率響應(yīng)的描述方法(4-53)頻率響應(yīng)描述量描述方法波特圖研究意義幅度失真相位(4-54)高頻區(qū)中頻區(qū)低頻區(qū)E. 頻率響應(yīng)的描述方法(4-54)高頻區(qū)中頻區(qū)低頻區(qū)E. 頻率響應(yīng)的描述方法(4-55)4.7.1 單時(shí)間常數(shù)RC電路的頻率響應(yīng)1. RC低通電路的頻率響應(yīng)（電路理論中的穩(wěn)態(tài)分析）RC電路的電壓增益（傳遞函數(shù)）：則且令又電壓增益的幅值（模

17、）（幅頻響應(yīng)）電壓增益的相角（相頻響應(yīng)）增益頻率函數(shù) 研究放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)（主要是增益）隨信號(hào)頻率變化時(shí)的響應(yīng)。(4-55)4.7.1 單時(shí)間常數(shù)RC電路的頻率響應(yīng)1. (4-56)最大誤差 -3dB頻率響應(yīng)曲線描述幅頻響應(yīng)0分貝水平線斜率為 -20dB/十倍頻程 的直線相頻響應(yīng)1. RC低通電路的頻率響應(yīng)表示輸出與輸入的相位差高頻時(shí)，輸出滯后輸入因?yàn)樗?4-56)最大誤差 -3dB頻率響應(yīng)曲線描述幅頻響應(yīng)0分(4-57)2. RC高通電路的頻率響應(yīng)RC電路的電壓增益：幅頻響應(yīng)相頻響應(yīng)輸出超前輸入(4-57)2. RC高通電路的頻率響應(yīng)RC電路的電壓增益(4-58)RC電路的頻率響應(yīng)綜上所

18、述，可歸納：（1）轉(zhuǎn)折頻率fH和fL是頻率響應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn)。 fH和fL是幅頻響應(yīng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)； 0.1fH和10fH 、 0.1fL 和10fL是相頻響應(yīng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。（2）fH和fL都是對(duì)應(yīng)的回路時(shí)間常數(shù) RC成反比的。(4-58)RC電路的頻率響應(yīng)綜上所述，可歸納：（1）轉(zhuǎn)折頻(4-59)因 值隨頻率升高而降低，高頻下不能采用 H 參數(shù)等效電路。BEBCrbbrberbcCbcCbeCbe ：不恒定，與工作狀態(tài)有關(guān)Cbc ：幾 pF，限制著放大器頻帶的展寬4-7-2 單級(jí)共射放大器的高頻響應(yīng)一、晶體管的頻率參數(shù)和高頻等效電路1、高頻等效電路混合型等效電路re和rc較小而被忽略。(4-59)因 值隨頻

19、率升高而降低，高頻下不能采用 H(4-60)一、晶體管的頻率參數(shù)和高頻等效電路1、高頻等效電路混合型等效電路a）、re和rc較小而被忽略。b)、gm為跨導(dǎo)，它不隨信號(hào) 頻率的變化而變。BEBCrbbrberbcCbcCbe(4-60)一、晶體管的頻率參數(shù)和高頻等效電路1、高頻等效電(4-61)晶體管簡(jiǎn)化的高頻等效電路(4-61)晶體管簡(jiǎn)化的高頻等效電路(4-62)2、電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)從IEQ估算從手冊(cè)查得(4-62)2、電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)從IEQ估算從手冊(cè)查得(4-63)電流放大倍數(shù)的頻率特性曲線(4-63)電流放大倍數(shù)的頻率特性曲線(4-64)電流放大倍數(shù)的波特圖: 采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系

20、 采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，橫軸為lg f，可開闊視野；縱軸為 單位為“分貝” （dB），使得 “ ” “ ” 。注意折線化曲線的誤差20dB/10倍頻(4-64)電流放大倍數(shù)的波特圖: 采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系 (4-65) = 0.7070共發(fā)射極截止頻率f ffo0.707o1fTO3、晶體管的頻率參數(shù)(4-65) = 0.7070共發(fā)射極截止頻率f f(4-66)共基 極截止頻率f (4-66)共基 極截止頻率f (4-67)特征頻率 fT(4-67)特征頻率 fT(4-68)4、 晶體管單級(jí)放大電路的高頻特性+VCCRCC1C2VoRL+RB1RB2RSVS中頻特性C1、C2 可視為短路極間電容可視為開

21、路(4-68)4、 晶體管單級(jí)放大電路的高頻特性+VCCRC(4-69)EBBCrbbrbeCbeCbcRLRSVSrbbEBBCrbeCbeRLCMRSVS密勒等效單級(jí)放大器的高頻特性(C1，C2 視為短路)(4-69)EBBCrbbrbeCbeCbcRL(4-70)密勒定理(4-70)密(4-71)由密勒定理得(4-71)由密勒定理得(4-72)EBBCrbbrbeCbeCbcRLRSVSrbbEBBCrbeCbeRLCMRSVS密勒等效(C1，C2 視為短路)在輸出回路略去 CbcRL = RC / RL H = 1/RCfH = 1/2 RCCM= (1 + gmRL ) Cbc單級(jí)放

22、大器的高頻特性(4-72)EBBCrbbrbeCbeCbcRL(4-73)Rt = (RS + r bb )/rbeCt = Cbe + CM = Cb e+(1 + gmRL ) Cbc結(jié)論：頻率升高， Au 減小 輸出相位滯后rbbEBBCrbeCbeRLCMRSVS式中：(4-73)Rt = (RS + r bb )(4-74)BJT 一旦確定，帶寬增益積基本為常數(shù)(常數(shù))增益帶寬積G BW =(4-74)BJT 一旦確定，帶寬增益積基本為常數(shù)(常數(shù))增(4-75)4-7-3 單級(jí)放大器的低頻特性+VCCRCC1C2VRL+RB1RB2RSUS1. 中頻特性C1、C2 可視為短路極間電容

23、可視為開路(4-75)4-7-3 單級(jí)放大器的低頻特性+VCCRCC(4-76)4-7-3 單級(jí)放大器的低頻特性+VCCRCC1C2VRL+RB1RB2RSUS2. 低頻特性：極間電容視為開路耦合電容 C1、C2 與電路中電阻串聯(lián)容抗不能忽略(4-76)4-7-3 單級(jí)放大器的低頻特性+VCCRCC(4-77)RB rbe(4-77)RB rbe(4-78)存在電容CE時(shí)+VCCRCC1C2VRL+RB1RB2RSUS(4-78)存在電容CE時(shí)+VCCRCC1C2VRL+RB(4-79)結(jié)論: 頻率降低, Aus 隨之減小, 輸出比輸入電壓相位超前。(4-79)結(jié)論: 頻率降低, Aus 隨之

24、減小,(4-80)完整的單管共射放大電路的頻率特性 將前面畫出的單管共射放大電路頻率特性的中頻段 、低頻段和高頻段畫在同一張圖上就得到了如圖所示的完整的頻率特性（波特）圖。 共射電路完整波特圖 實(shí)際上，同時(shí)也可得出單管共射電路完整的電壓放大倍數(shù)表達(dá)式， 即: (4-80)完整的單管共射放大電路的頻率特性 將前面(4-81)共射放大電路的頻率特性f-180fHfL-225-270ffHfL-135-90（1）通頻帶：（2）帶寬-增益積：fbwAuO三極管一旦確定，帶寬增益積基本為常數(shù)(4-81)共射放大電路的頻率特性f-180fHfL-22(4-82)4.7.4 多極放大電路的頻率響應(yīng)1. 多級(jí)放大電路的增益 前級(jí)的開路電壓是下級(jí)的信號(hào)源電壓 前級(jí)的輸出阻抗是下級(jí)的信號(hào)源阻抗 下級(jí)的輸入阻抗是前級(jí)的負(fù)載(4-82)4.7.4 多極放大電路的頻率響應(yīng)1. 多級(jí)(4-83)4-7-4 多級(jí)放大器的頻率響應(yīng) 如果放大器由多級(jí)級(jí)聯(lián)而成，那么，總增益(4-83)4-7-4 多級(jí)放大器的頻率響應(yīng) 如果放大器由(4-84)完整的單管共射放大電路的頻率特性(4-84)完整的單管共射放大電路的頻率特性(4-85)1 、 多級(jí)放大器的上限頻率fH 設(shè)單級(jí)放大器的增益表達(dá)式為