數(shù)電模電路-模電課件第三章

1第三章多級(jí)放大電路實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)Ri、Au、Ro、f同時(shí)有要求時(shí)，簡(jiǎn)單基本放大電路已經(jīng)不能滿足要求，常常需要將多個(gè)基本放大電路合理連接、構(gòu)成多級(jí)放大電路。內(nèi)容提要：3.1多級(jí)放大電路的耦合方式3.2多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析3.3直接耦合放大電路3.4Multisim應(yīng)用舉例23.1多級(jí)放大電路的耦合方式組成多級(jí)放大電路的每一個(gè)基本放大電路稱為一級(jí)，級(jí)與級(jí)之間的連接稱為級(jí)間耦合。多級(jí)放大電路中4種常見(jiàn)的耦合方式為：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合和光電耦合。3一、直接耦合——將前一級(jí)的輸出端直接接到后一級(jí)的輸入端。例：共射＋共射圖中第二級(jí)省去了基極電阻，Rc1既作為第一級(jí)的集電極電阻，又作為第二級(jí)的基極電阻。（a）UBEQT2＝0.7V＝UCEQ1——T1靠近飽和區(qū)，易飽和失真。

（b）T2射極加Re2抬高UCEQ1：直流時(shí)UCEQ1＝URE2＋UBEQT2，但交流時(shí)Re2使得Au2↓（b＇）T2射極加二極管抬高UCEQ1：直流時(shí)UCEQ1＝UD（0.7V）＋UBEQT2＝1.4V，交流時(shí)動(dòng)態(tài)電阻duD/diD很小，Au2↓不大，或用2只二極管使得UCEQ1＝2.1V。4（c）T2射極加穩(wěn)壓管抬高UCEQ1：直流時(shí)UCEQ1＝UDZ＋UBEQT2，R的存在使得ID>IDmin,保證穩(wěn)壓管工作于穩(wěn)壓狀態(tài)，可根據(jù)所需UCEQ1值選用穩(wěn)壓管。交流時(shí)動(dòng)態(tài)電阻duDZ/diDZ很小，Au2↓不大。（a）、（b）、（c）3電路中，均為NPN管構(gòu)成的共射放大電路，為了保證三極管處于放大狀態(tài)，必然由于級(jí)數(shù)的增加需不斷抬高Ｔ１的集電極電位、以至于接近電源電壓VCC，勢(shì)必使后級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置不合適。工程實(shí)際中常采用NPN＋PNP混合使用的方法解決該問(wèn)題。↓（d）NPN＋PNP混合使用5直接耦合放大電路特點(diǎn)：缺點(diǎn)：各級(jí)直流通路相連，Q點(diǎn)相互影響，設(shè)計(jì)、調(diào)試復(fù)雜，零點(diǎn)漂移現(xiàn)象；優(yōu)點(diǎn)：低頻特性良好，便于集成，價(jià)格便宜，技術(shù)進(jìn)步、應(yīng)用廣泛6二、阻容耦合——將前一級(jí)的輸出端通過(guò)電容接到后一級(jí)的輸入端。例：共射＋共集優(yōu)點(diǎn)：各級(jí)Q點(diǎn)相互獨(dú)立，分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試簡(jiǎn)單易行，只要ω、C足夠大，交流信號(hào)幾乎沒(méi)有衰減傳遞到后級(jí)；在分立元件電路中應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)：低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號(hào)，集成困難。由于集成電路應(yīng)用越來(lái)越廣泛，只有在特殊需要下，由分立元件組成的放大電路中才采用。7三、變壓器耦合——將第一級(jí)的輸出端通過(guò)變壓器接到后一級(jí)的輸入端或負(fù)載上?；咎攸c(diǎn)同阻容耦合；突出特點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換，在分立元件功率放大電路中廣泛應(yīng)用。8

實(shí)際系統(tǒng)中，如揚(yáng)聲器負(fù)載電阻往往很小，直接接到放大電路輸出端其電壓放大倍數(shù)變得很小，無(wú)法獲得大功率。采用變壓器耦合時(shí)，原、副邊功率相等：根據(jù)所需的電壓放大倍數(shù)，可以選擇適當(dāng)?shù)脑褦?shù)比，使負(fù)載電阻上獲得足夠大的電壓。匹配得當(dāng)時(shí)，負(fù)載可以獲得足夠大的功率。由于集成功率放大電路的發(fā)展，只有在需要輸出特大功率或?qū)崿F(xiàn)高頻功率放大時(shí)，才考慮分立元件構(gòu)成變壓器耦合放大電路。9四、光電耦合以光信號(hào)為媒介來(lái)實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的耦合和傳遞，因抗干擾能力強(qiáng)而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。發(fā)光二極管＋光敏三極管P152～思考題P178～自測(cè)題一習(xí)題3.1103.2多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析一個(gè)n級(jí)放大電路：

其電壓放大倍數(shù)為：

其中因此當(dāng)共集放大電路作為輸入級(jí)時(shí)，電路的輸入電阻與第二級(jí)的輸入電阻有關(guān)；當(dāng)共集放大電路作為輸出級(jí)時(shí)，電路的輸出電阻與倒數(shù)第二級(jí)有關(guān)。當(dāng)多級(jí)放大電路輸出波形產(chǎn)生失真時(shí)，應(yīng)首先確定是在哪一級(jí)先出現(xiàn)失真，再判斷產(chǎn)生了什么失真。11例3.2.1兩級(jí)阻容耦合放大電路分析1、Q點(diǎn)：阻容耦合，每一級(jí)Q點(diǎn)獨(dú)立分析122、動(dòng)態(tài)分析P154～思考題習(xí)題3.2、3.3作業(yè)3.4、3.5133.3直接耦合放大電路工業(yè)控制中的很多物理量均為模擬量，如溫度、流量、壓力、液面、長(zhǎng)度等。它們通過(guò)各種不同傳感器轉(zhuǎn)化成的電量也均為變化緩慢的非周期性信號(hào)，而且比較微弱，這類信號(hào)采用直接耦合放大電路將其放大最為方便。14一、直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象1、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因零點(diǎn)漂移——放大電路輸入電壓（ui）為零而輸出電壓（uo）不為零且緩慢變化的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：任何電路參數(shù)的變化，如電源電壓的波動(dòng)、元件的老化、半導(dǎo)體元件參數(shù)隨溫度變化等。采用高質(zhì)量的穩(wěn)壓電源和使用經(jīng)過(guò)老化實(shí)驗(yàn)的元件就可以大大減少如電源電壓的波動(dòng)、元件的老化等原因產(chǎn)生的漂移。所以由溫度變化所引起的半導(dǎo)體器件參數(shù)的變化是產(chǎn)生零點(diǎn)漂移現(xiàn)象的主要原因，因而也稱零點(diǎn)漂移為溫度漂移，簡(jiǎn)稱溫漂。溫漂在阻容耦合放大電路中會(huì)被耦合電容所阻斷，但在直接耦合放大電路中卻會(huì)逐級(jí)傳遞、放大，以致與在輸出端不能區(qū)別有用信號(hào)與漂移電壓，電路不能正常工作。152、抑制溫漂的方法某種意義上，零點(diǎn)漂移就是Q點(diǎn)的漂移，穩(wěn)定Q點(diǎn)的措施也是抑制溫漂的方法。①直流負(fù)反饋②溫度補(bǔ)償③差分放大電路（屬于溫度補(bǔ)償）16二、差分放大電路或稱為差動(dòng)放大電路，是構(gòu)成多級(jí)直接耦合放大電路的基本單元電路。當(dāng)uI1、uI2有差別、差動(dòng)時(shí)，才有輸出。uI1、uI2兩信號(hào)的關(guān)系可分為：共模信號(hào)：大小相等、極性相同差模信號(hào)：大小相等、極性相反比較信號(hào)：大小、極性任意任意兩比較信號(hào)都能分為共模信號(hào)和差模信號(hào)：例：uI1＝10V，uI2＝6VuIc＝8V，uId＝2V171、電路組成差分放大電路是由典型的工作點(diǎn)穩(wěn)定電路演變而來(lái)的：（a）利用射極電阻穩(wěn)定Q點(diǎn)（b）引入受溫度控制的直流電壓源V（c）采用對(duì)稱電路取代V兩只完全相同的管子；兩半完全對(duì)稱的電路（共射基本放大電路）；基極輸入、集電極輸出。因?yàn)閷?duì)稱，兩半電路零漂相等，uO無(wú)零漂。共模輸入時(shí)，uO＝0，差模輸入時(shí)uO＝2Au·uId，但是射極電阻Re使得電壓放大倍數(shù)Au↓18（d）將對(duì)稱電路的射極電阻合二為一共模輸入時(shí)，uO＝0，差模輸入時(shí)Re上的電流正負(fù)抵消、無(wú)壓降，解決了射極電阻Re使得電壓放大倍數(shù)Au↓的問(wèn)題（e）引入負(fù)直流電壓源－VEE——長(zhǎng)尾式差分放大電路信號(hào)源與電源“共地”對(duì)差分放大電路的分析多在理想情況（參數(shù)理想對(duì)稱）下進(jìn)行。

192、長(zhǎng)尾式差分放大電路①Q(mào)點(diǎn)20②共模信號(hào)輸入時(shí)Δuc1＝Δuc2→uO＝0，共模放大倍數(shù)Ac≈0——共模抑制③差模信號(hào)輸入時(shí)uO＝2Au·uId，差模放大倍數(shù)Ad≠0④共模抑制比：理想情況Ac→0，因此KCMR→∞213、長(zhǎng)尾式差分放大電路的四種接法輸入：?jiǎn)味?雙端；輸出：?jiǎn)味?雙端①雙端輸入雙端輸出雙端輸入信號(hào)ui分解到兩個(gè)輸入端：共模成分為ui/2；差模成分為±ui/2㈠Q點(diǎn)分析同前述㈡共模放大倍數(shù)Ac≈022㈢差模輸入：電壓放大倍數(shù)只相當(dāng)于單管，犧牲一只管子的放大倍數(shù)換取低零漂。注意：分析時(shí)uid＝uid/2―（―uid/2），實(shí)際代數(shù)據(jù)時(shí)uid應(yīng)代（ui1－ui2）；若uid取uid/2、則Ad擴(kuò)大一倍，實(shí)際代數(shù)據(jù)時(shí)uid應(yīng)代（ui1－ui2）/2。兩種取值分析都可以，關(guān)鍵是能夠根據(jù)輸入正確求得輸出電壓值。uO＝uOd㈣共模抑制比23②雙端輸入單端輸出㈠Q點(diǎn)，直流等效通路中：24㈡共模輸入：雙端輸入信號(hào)ui分解到兩個(gè)輸入端的共模成分為ui/2，差模成分為±ui/2。只考慮T1管電路：

此時(shí)由于兩半電路的輸入大小相等、極性相同，由此產(chǎn)生的Re上的電流、電壓也應(yīng)大小相等、極性相同。因此Re上的對(duì)地電壓應(yīng)等效為射極電流流經(jīng)2Re產(chǎn)生的電壓。25㈢差模輸入：電壓放大倍數(shù)為雙端輸出時(shí)的一半輸入電阻不變輸出電阻為雙端輸出時(shí)的一半同理注意：分析時(shí)uid＝uid/2―（―uid/2），實(shí)際代數(shù)據(jù)時(shí)uid應(yīng)代（ui1－ui2）；若uid取uid/2、則Ad擴(kuò)大一倍，實(shí)際代數(shù)據(jù)時(shí)uid應(yīng)代（ui1－ui2）/2。兩種取值分析都可以，關(guān)鍵是能夠根據(jù)輸入正確求得輸出電壓值。uO＝uOd＋uOc＝uid·Ad＋uic·Ac或＝uid/2·2Ad＋uic·Ac㈣共模抑制比可以看出：Re越大則電路性能越好26③單端輸入、雙端輸出ui1＝ui，ui2＝0：

分解到兩個(gè)輸入端的共模成分為ui/2，差模成分為±ui/2——與雙端輸入時(shí)相同。其實(shí)無(wú)論哪種輸入形式，都可以按照公式分解為雙端共模、差模的形式。單端輸入、雙端輸出電路的Q點(diǎn)與動(dòng)態(tài)分析與雙端輸入、雙端輸出電路完全相同。

uO＝uOd27④單端輸入、單端輸出Q點(diǎn)與動(dòng)態(tài)分析與雙端輸入、單端輸出電路完全相同。uO＝uOd＋uOc＝uid·Ad＋uic·Ac或＝uid/2·2Ad＋uic·Ac注意：Ri、Ro僅僅針對(duì)差模輸入時(shí)才分析28差分放大電路分析總結(jié)：①Ri=2(Rb+rbe)②Ad、Ac、Ro與輸出方式有關(guān)：?jiǎn)味溯敵觯簎O＝uOd＋uOc＝uid·Ad＋uic·Ac或＝uid/2·2Ad＋uic·Ac29雙端輸出：uO＝uOd③uid＝ui1－ui2，若uid＝（ui1－ui2）/2、則Ad擴(kuò)大一倍；uic＝（ui1＋ui2）/2。304、改進(jìn)型差分放大電路①具有恒流源的差分放大電路②恒流源電路的簡(jiǎn)化畫(huà)法及電路調(diào)零措施31③、場(chǎng)效應(yīng)管差分放大電路例：3.3.132三、直接耦合互補(bǔ)輸出級(jí)（OCL）331、基本電路T1—NPN，T2－PNP，參數(shù)相同、特性對(duì)稱①Q(mào)時(shí)：ui＝0，T1、T2都截截止，uo＝0。②ui為交流正弦波時(shí)：ui>0，T1導(dǎo)通、T2截止，T1射極輸出器（共集）將正半周信號(hào)傳給負(fù)載RL（無(wú)電壓放大），此時(shí)VCC供電；ui<0，T2導(dǎo)通、T1截止，T2射極輸出器（共集）將負(fù)半周信號(hào)傳給負(fù)載RL（無(wú)電壓放大），此時(shí)－VCC供電。輸入電壓幅值足夠大時(shí)，輸出電壓最大幅值可達(dá)±（VCC－│UCES│），UCES為飽和管壓降。（b）圖中可見(jiàn)，此電路存在交越失真，消除方法為：合理設(shè)置Q點(diǎn)，使Q時(shí)T1、T2管已經(jīng)處于微導(dǎo)通狀態(tài)。342、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí)①利用二極管消除交越失真Q時(shí)：UB1、B2＝UD1＋UD2動(dòng)態(tài)時(shí)：二極管動(dòng)態(tài)電阻很小ub1≈ub2≈ui②UBE倍增電路合理選擇R3、R4,可以得到任意UBE倍數(shù)的電壓；也可得到