第3章-模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第4版)

華成英hchya@第三章多級(jí)放大電路華成英hchya@第三章多級(jí)放大電路§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差分放大電路§3.4互補(bǔ)輸出級(jí)§3.5直接耦合多級(jí)放大電路讀圖華成英hchya@§3.1多級(jí)放大電路的耦合方式一、直接耦合二、阻容耦合三、變壓器耦合一、直接耦合第二級(jí)

第一級(jí)Q1合適嗎？直接連接既是第一級(jí)的集電極電阻，又是第二級(jí)的基極電阻

能夠放大變化緩慢的信 號(hào)，便于集成化，Q點(diǎn)相互 影響，存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。

輸入為零，輸出產(chǎn)生變化的現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移

當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，前級(jí)由溫度變化所引起的電流、電位的變化會(huì)逐級(jí)放大。 求解Q點(diǎn)時(shí)應(yīng)按各回路列多元一次方程，然后解方程組。

華成英hchya@Re必要性？如何設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)？

穩(wěn)壓管 伏安特性

對(duì)哪些動(dòng)態(tài)參 數(shù)產(chǎn)生影響？

用什么元件取代Re既可設(shè)置合適的Q點(diǎn)，又可使第 二級(jí)放大倍數(shù)不至于下降太多？ 二極管導(dǎo)通電壓UD≈？動(dòng)態(tài)電阻rd特點(diǎn)？ 若要UCEQ＝5V，則應(yīng)怎么辦？用多個(gè)二極管嗎？

UCEQ1太小→加Re（Au2數(shù)值↓）→改用D→若要UCEQ1大，則改用DZ。

華成英hchya@NPN型管和PNP型管混合使用

在用NPN型管組成N級(jí)共射放大電路，由于UCQi＞UBQi，所以UCQi＞UCQ(i-1）（i=1～N），以致于后級(jí)集電極電位接近電源電壓，Q點(diǎn)不合適。

華成英hchya@UCQ1（UBQ2）＞UBQ1UCQ2＜UCQ1UCQ1（UBQ2）＞UBQ1UCQ2＞UCQ1

Q點(diǎn)相互獨(dú)立。不能放大變化緩慢的信號(hào)，低頻特性差，不能集成化。

華成英hchya@共射電路共集電路二、阻容耦合

利用電容連接信號(hào) 源與放大電路、放大 電路的前后級(jí)、放大 電路與負(fù)載，為阻容 耦合。

有零點(diǎn)漂移嗎？RL2RL()RL，實(shí)現(xiàn)了阻抗變換。華成英hchya@三、變壓器耦合1c'

理想變壓器情況下，負(fù)載上獲得的功率等于原邊消耗的功率。PP2，I2RLIl2RL 'Il2N12

IcN2

可能是實(shí)際的負(fù)載，也可能是下級(jí)放大電路 從變壓器原 邊看到的等 效電阻華成英hchya@討論：兩級(jí)直接耦合放大電路選擇合適參數(shù)使電路正常工作電位高低關(guān)系

從Multisim“參數(shù)掃描”結(jié)果分析兩級(jí)放大電路Q點(diǎn)的相互影響。 R1取何值時(shí)T2工作在飽和區(qū)？

uC2

uC1華成英hchya@T2工作在 放大區(qū)華成英hchya@§3.2多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析二、分析舉例一、動(dòng)態(tài)參數(shù)分析一、動(dòng)態(tài)參數(shù)分析1.電壓放大倍數(shù)

n

UiUiUi2Uinj12.輸入電阻3.輸出電阻RiRi1

RoRon

對(duì)電壓放大電路的要求：Ri大，Ro小，Au的數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。

華成英hchya@A(R3i2)rbe1Au2R1

∥R

u1

(1＋2)(R6∥RL)

rbe2(1＋2)(R6∥RL)AuAu1Au2Ri2R5∥[rbe2(12)(R6∥RL)]RiR1∥R2∥rbe1

R3∥R5rbe2Ro6∥

華成英hchya@二、分析舉例討論一

失真分析：由NPN型管組成的兩級(jí)共射放大電路共射放大電路共射放大電路uiuo

飽和失真？截止失真？ 首先確定在哪一級(jí)出現(xiàn)了失真，再判斷是什么失真。 比較Uom1和Uim2，則可判斷在輸入信號(hào)逐漸增大時(shí)哪一級(jí)首先出現(xiàn)失真。

在前級(jí)均未出現(xiàn)失真的情況下，多級(jí)放大電路的最大不失真電壓等于輸出級(jí)的最大不失真電壓。

華成英hchya@華成英hchya@清華大學(xué)華成英hchya@討論二：放大電路的選用1.按下列要求組成兩級(jí)放大電路：?①Ri＝1～2kΩ，Au的數(shù)值≥3000；

?②Ri≥10MΩ，Au的數(shù)值≥300； ?③Ri＝100～200kΩ，Au的數(shù)值≥150； ?④Ri≥10MΩ，Au的數(shù)值≥10，Ro≤100Ω。

①共射、共射；②共源、共射； ③共集、共射；④共源、共集。2.若測(cè)得三個(gè)單管放大電路的輸入電阻、輸出電阻和空載電壓放大倍數(shù)，則如何求解它們連接后的三級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)？注意級(jí)聯(lián)時(shí)兩級(jí)的相互影響！華成英hchya@§3.3差分放大電路一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因二、長尾式差分放大電路的組成三、長尾式差分放大電路的分析四、差分放大電路的四種接法五、具有恒流源的差分放大電路六、差分放大電路的改進(jìn)一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因1.什么是零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的現(xiàn)象。 產(chǎn)生原因：溫度變化，直流電源波動(dòng)，元器件老化。其中晶 體管的特性對(duì)溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂。

克服溫漂的方法：引入直流負(fù)反饋，溫度補(bǔ)償。 典型電路：差分放大電路

華成英hchya@零點(diǎn)漂移零輸入零輸出理想對(duì)稱二、長尾式差分放大電路的組成信號(hào)特點(diǎn)？能否放大？

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.

華成英hchya@信號(hào)特點(diǎn)？能否放大？典型電路IBQ1IBQ2IBQ在理想對(duì)稱的情況下：1.克服零點(diǎn)漂移；2.零輸入零輸出；3.抑制共模信號(hào)；4.放大差模信號(hào)。

華成英hchya@RRRRt

ICQ1ICQ2ICQ

IEQ1IEQ2IEQUCQ1UCQ2UCQ

uOUCQ1UCQ20

+VCCuIIBQ三、長尾式差分放大電路的分析IBQ1IBQ2IBQ1.Q點(diǎn)：V

ICQ1ICQ2ICQ

IEQ1IEQ2IEQ

UCQ1UCQ2UCQ

uOUCQ1UCQ20

Rb是必要的嗎？晶體管輸入回路方程：EEIBQRbUBEQ2IEQRe通常，Rb較小，且IBQ很小，故IEQUCEQVCCICQRcUBEQVEEUBEQIEQ

2Re1

選合適的VEE和Re就 可得合適的Q

華成英hchya@2.抑制共模信號(hào)uOc

uIc，參數(shù)理想對(duì)稱時(shí)Ac0

華成英hchya@共模放大倍數(shù)Ac共模信號(hào)：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號(hào)，即

uI1uI2uIc

iB1iB2

iC1iC2

uC1uC2

uOuC1uC2(uCQ1uC1)(uCQ2uC2)02.抑制共模信號(hào)：Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔胾Oc

uIc共模放大倍數(shù)Ac

參數(shù)理想對(duì)稱時(shí)Ac0

對(duì)于每一邊電 路，Re=?

Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔茫簻囟茸兓鸬淖兓刃楣材Ｐ盘?hào) 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。

華成英hchya@－iB1iB2iC1iC2uC1uC2uO2uC1iE1－=iE2，Re中電流不變，即Re對(duì)差模信號(hào)無反饋?zhàn)饔谩?/p>

華成英hchya@3.放大差模信號(hào)

差模信號(hào)：數(shù)值相等，極性相反 的輸入信號(hào)，即

uI1uI2uId/2＋uId

2－＋uId

2(Rc∥華成英hchya@為什么？差模信號(hào)作用時(shí)的動(dòng)態(tài)分析)RL

2RbrbeAd差模放大倍數(shù)uOd

uIdAd)RL

2uOdiC2(Rc∥Ri2(Rbrbe)，Ro2RcuIdiB2(Rbrbe)4.動(dòng)態(tài)參數(shù)：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR

共模抑制比KCMR：綜合考察差分放大電路放大差模信 號(hào)的能力和抑制共模信號(hào)的能力。AdAcKCMR

在參數(shù)理想對(duì)稱的情況下，KCMR。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，信號(hào)源需要有“接地”點(diǎn)，以避免干擾；或負(fù)載需要有“接地”點(diǎn)，以安全工作。 根據(jù)信號(hào)源和負(fù)載的接地情況，差分放大電路有四種接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。

華成英hchya@UCQ1VCCICQcL)(R∥R四、差分放大電路的四種接法

RL

RcRLUCQ2VCCICQRc

華成英hchya@

由于輸入回路沒有變化，所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時(shí)一樣。但是UCEQ1≠UCEQ2。1.雙端輸入單端輸出：Q點(diǎn)分析1(Rc∥RL)Ad1.雙端輸入單端輸出：差模信號(hào)作用下的分析2RbrbeRi2(Rbrbe)，RoRc

華成英hchya@1(Rc∥RL)Ad華成英hchya@1.雙端輸入單端輸出：共模信號(hào)作用下的分析2RbrbeAc

(Rc∥RL)Rbrbe2(1)ReKCMRRbrbe2(1)Re

Rbrbe1.雙端輸入單端輸出：?jiǎn)栴}討論

2RbrbeKCMRRbrbe2(1)Re

Rbrbe

Ri2(Rbrbe)，RoRc（1）T2的Rc可以短路嗎？（2）什么情況下Ad為“＋”？（3）雙端輸出時(shí)的Ad是單端輸出時(shí)的2倍嗎？

華成英hchya@2.單端輸入雙端輸出共模輸入電壓差模輸入電壓

在輸入信號(hào)作用下發(fā)射極的電位變化嗎？說明什么？輸入差模信號(hào)的同時(shí)總是伴隨著共模信號(hào)輸入：

uIduI，uIcuI/2

華成英hchya@uOdIcUOQAuA華成英hchya@uI

2測(cè)試:差模輸出共模輸出2.單端輸入雙端輸出

問題討論： （1）UOQ產(chǎn)生的原因？ （2）如何減小共模輸出 電壓？ 靜態(tài)時(shí)的值(Rc∥雙端輸出：Ad(Rc∥RL)單端輸出：Ad(Rc∥RL)Rbbe2(1)ReAcRr2(1)ReKCMRbbe3.四種接法的比較：電路參數(shù)理想對(duì)稱條件下輸入方式：Ri均為2(Rb+rbe)；雙端輸入時(shí)無共模信號(hào)輸入，單端輸入時(shí)有共模信號(hào)輸入。輸出方式：Q點(diǎn)、Ad、Ac、KCMR、Ro均與之有關(guān)。)RL

2Ac0KCMRRo2RcRbrbe

2(Rbrbe)

r

2(Rbrbe)RoRc

華成英hchya@華成英hchya@五、具有恒流源的差分放大電路

Re越大，每一邊的漂移越小，共模負(fù)反饋越強(qiáng)，單端輸出時(shí)的Ac越小，KCMR越大，差分放大電路的性能越好。但為使靜態(tài)電流不變，Re越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。需在低電源條件下，設(shè)置合適的IEQ，并得到得到趨于無窮大的Re。解決方法：采用電流源取代Re！華成英hchya@具有恒流源差分放大電路的組成VEEUBEQ

R3

R2R1R2I2IB3，IE3等效電阻為無窮大近似為 恒流華成英hchya@RW

2

RcRbrbe(1)AdRi2(Rbrbe)(1)RW六、差分放大電路的改進(jìn)1.加調(diào)零電位器RW

1)RW取值應(yīng)大些？還是小些？

2)RW對(duì)動(dòng)態(tài)參數(shù)的影響？

3)若RW滑動(dòng)端在中點(diǎn)，寫出Ad、

Ri的表達(dá)式。華成英hchya@AdgmRd，Ri，Ro2Rd2.場(chǎng)效應(yīng)管差分放大電路RRRRt討論一

若uI1=10mV，uI2=5mV，則

uId=？uIc=？

uId=5mV，uIc=7.5mV

+VCCuI

若將電橋的輸出作為差放的輸入，則其共模信號(hào)約為多少？如何設(shè)置Q點(diǎn)時(shí)如何考慮？

華成英hchya@華成英hchya@=?=?=?討論二

1、uI=10mV，則uId=?uIc=? 2、若Ad=－102、KCMR＝103

用直流表測(cè)uO，uO=?

uId=10mV，uIc=5mV

uO=AduId+AcuIc+UCQ1華成英hchya@§3.4互補(bǔ)輸出級(jí)三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí)四、準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)一、對(duì)輸出級(jí)的要求二、基本電路互補(bǔ)輸出級(jí)是直接耦合的功率放大電路。對(duì)輸出級(jí)的要求：帶負(fù)載能力強(qiáng)；直流功耗??；一、對(duì)輸出級(jí)的要求

射極輸出形式 靜態(tài)工作電流小 輸入為零時(shí)輸出為零 雙電源供電時(shí)Uom的峰值接近電源電壓。 單電源供電Uom的峰值接近二分之一電源電壓。

華成英hchya@負(fù)載電阻上無直流功耗；最大不失真輸出電壓最大。

不符合 要求！二、基本電路

1.特征：T1、T2特性理想對(duì)稱。2.靜態(tài)分析

T1的輸入特性

理想化特性

靜態(tài)時(shí)T1、T2均截止，UB=UE=0

華成英hchya@3.動(dòng)態(tài)分析

ui正半周，電流通路為

+VCC→T1→RL→地，＋＋

uo=ui

ui負(fù)半周，電流通路為 地→RL→T2→-VCC，

uo=ui

兩只管子交替工作，兩路電源交替供電，雙向跟隨。

華成英hchya@4.交越失真＋＋開啟電壓

信號(hào)在零附近兩 只管子均截止

消除失真的方法： 設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。①靜態(tài)時(shí)T1、T2處于臨界導(dǎo)通狀態(tài)，有信號(hào)時(shí)至少有一只導(dǎo)通；②偏置電路對(duì)動(dòng)態(tài)性能影響