第4章多極放大電路

第4章多級放大電路

4.1多級放大電路的耦合方式4.3功率放大電路4.2阻容耦合放大電路4.5差動式放大電路4.4直接耦合放大電路退出

在多級放大電路中，每兩個單級放大電路之間的連接方式叫耦合。實(shí)現(xiàn)耦合的電路稱為級間耦合電路，其任務(wù)是將前級信號傳送到后級。對級間耦合電路的基本要求：

4.1多級放大電路的耦合方式要求動態(tài):

傳送信號減少壓降損失。

靜態(tài)：保證各級Q點(diǎn)設(shè)置。波形不失真。⑴阻容耦合:在多級放大電路中，用電阻、電容耦合的稱為阻容耦合。⑵變壓器耦合:用變壓器構(gòu)成級間耦合電路的稱為變壓器耦合。⑶直接耦合:直接耦合方式就是級間不需要耦合元件。1.靜態(tài)分析?

耦合電容通交隔直,各級放大電路靜態(tài)工作點(diǎn),可以單獨(dú)進(jìn)行分析。4.2阻容耦合放大電路2.動態(tài)分析(1)n級放大電路的總電壓放大倍數(shù)多級放大器的放大倍數(shù)等于各個單級放大器放大倍數(shù)的積。在求單級放大電路的放大倍數(shù)時必須將后一級的輸入電阻作為前一級的負(fù)載考慮，即將第二級的輸入電阻與第一級集電極負(fù)載電阻并聯(lián)。(2)n級放大電路的輸入電阻

n級放大電路第一級的輸入電阻就是n級放大電路的輸入電阻，即(3)n級放大電路的輸出電阻

n級放大電路最末一級的輸出電阻就是n級放大電路的輸出電阻，即3.頻率特性:級數(shù)越多,通頻帶越窄已知:

1=2=50,rbe1=2.9kΩ,rbe2=1.7kΩ求:(1)微變等效電路;(2)ri、r0

（3）Au。返回例題前級后級+UCCRS1MΩ(+24V)RB120kΩUi27kΩC2C3RB3RB2RLRE282kΩ43kΩ10kΩ8kΩUo10kΩC1T1RE1CET2US晶體管的微變等效電路小結(jié)：1.輸入回路iBuBE當(dāng)信號很小時，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。

uBE

iB對輸入的小交流信號而言，三極管相當(dāng)于電阻rbe。rbe的量級從幾百歐到幾千歐。對于小功率三極管：BEBCEBErbe即：等效為下一頁上一頁首頁晶體管的微變等效電路1.輸入回路BEBCEBErbe等效為下一頁上一頁首頁2.輸出回路由于有(1)輸出端相當(dāng)于一個受ib控制的電流源。(2)考慮uCE對iC的影響，輸出端應(yīng)并聯(lián)一大電阻rce。cibErcerbeBERce值很大，可略EBC放大電路的微變等效電路畫法uiuoRBRCRL下一頁上一頁首頁RB+UCCRCC1C2++RLibrbeibic[解]:（1）微變等效電路RE1RB2RB3RC2RLRSRB1返回（2）ri其中故RE1RB2RB3RC2RLRSRB1（3）r0

RE1RB2RB3RC2RLRSRB1返回（4）Au

RE1RB2RB3RC2RLRSRB14.3功率放大電路

功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。為了獲得大的輸出功率，必須使

輸出信號電壓大；輸出信號電流大；

放大電路的輸出電阻與負(fù)載匹配。

電壓放大器與功率放大器的區(qū)別：任務(wù)不同：電壓放大—不失真地提高輸入信號的幅度，以驅(qū)動后面的功率放大級，通常工作在小信號狀態(tài)。功率放大—信號不失真或輕度失真的條件下提高輸出功率，通常工作在大信號狀態(tài)。在前級電壓放大基礎(chǔ)上,再乙類放大，為負(fù)載提供足夠的輸出功率2.分析方法：電壓放大—采用微變等效電路法和圖解法功率放大—圖解法功率放大電路的一般問題

退出

實(shí)例—典型的收音機(jī)電路變頻低放中放功放Ic=0.5mAIc=2mAIc=20mAEc=6VPo=30mW電源供給的功率：PDC=EcIc=120mW轉(zhuǎn)換效率：

功放的特點(diǎn)及分類1、特點(diǎn)(1)功放電路中電流、電壓要求有較大的輸出幅度，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值:ICM

、U（BR）CEO

、

PCM

。ICMPCMU（BR）CEOIcuce(2)晶體管處于大信號工作狀態(tài)，非線性失真比小信號放大器嚴(yán)重。輸出功率與非線性失真成為一對矛盾。一般采用圖解分析法。(3)電源提供的能量應(yīng)盡可能地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，以減少晶體管及線路上的損失。即要注意提高功放的效率（

）。Po:負(fù)載上得到的交流信號功率。PCC：電源提供的直流功率。iCuCEuoibQ

1)甲類功放，Q點(diǎn)在負(fù)載線中點(diǎn)；

用于電壓放大,甲類雖然放大的信號不失真，但管耗太大，電路的效率很低。

返回放大電路工作狀態(tài)VB1tVTtiBIBQICQiCVBEiBib2)乙類功放，Q點(diǎn)在截止區(qū)內(nèi)；

ICQ=0，三極管只在正半周工作，電壓幅值大，用于功率放大3)甲乙類功放，Q點(diǎn)接近截止區(qū)；

在截止區(qū)偏上一點(diǎn)，防止交越失真iCQVceVCC/RLVCCIBQ

甲乙類放大和乙類放大電路因靜態(tài)電流很小，使電源供給的直流功率幾乎全部轉(zhuǎn)換成交流輸出信號，因此降低了管耗，提高了效率。但是，這兩種功放電路都出現(xiàn)了嚴(yán)重的波形失真。

3.

射極輸出器的功率放大作用

射級輸出器具有輸入電阻高、輸出電阻低的特點(diǎn)，能達(dá)到電阻匹配的要求。另外射極輸出器的電壓放大倍數(shù)近似等于1，具有電流放大和功率放大作用。因此用射級輸出器作功率輸出級，在負(fù)載上可得到最大不失真輸出功率。射極輸出器RB+UCCC1C2RERLuiu0靜態(tài)分析動態(tài)分析下一頁上一頁首頁特點(diǎn)：1.輸入電阻大；2.輸出電阻小；3.放大倍數(shù)約為1。rbeRERLRBRbVoVCCViRL射極輸出器效率的估算：VotuoibQicVceVCC若忽略晶體管的飽和壓降和截止區(qū)，輸出信號Vo的峰值為：Vo的取值范圍QicVCEVCC交、直流負(fù)載線UCEQ=0.5VCC

為得到較大的輸出信號，假設(shè)將Q點(diǎn)設(shè)置在負(fù)載線的中部，令信號波形正負(fù)半周均不失真。VCC/RL1）直流電源輸出功率2）最大負(fù)載功率3）最大效率如何解決效率低的問題？辦法：降低Q點(diǎn)(減少電源供給的功率）。既降低Q點(diǎn)又不會引起截止失真的辦法：采用推挽輸出電路，或稱互補(bǔ)對稱射極輸出器。缺點(diǎn)：但又會引起截止失真。

互補(bǔ)對稱功放的類型無輸出變壓器形式（OTL電路）無輸出電容形式（OCL電路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互補(bǔ)對稱：電路中采用兩支晶體管，NPN、

PNP各一支；兩管特性一致。類型：

4.3.2互補(bǔ)對稱功率放大電路1.無輸出電容的(乙類）互補(bǔ)對稱功放電路（OCL電路）一、工作原理（設(shè)vi為正弦波）電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1.由NPN型、PNP型三極管構(gòu)成兩個對稱的射極輸出器對接而成。2.雙電源供電。3.輸入輸出端不加隔直電容。voic1ic2動態(tài)分析：(忽略導(dǎo)通壓降）vi

0VT1截止，T2導(dǎo)通vi>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;vi-VCCT1T2vo+VCCRLiLiL=ic2T1、T2兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作的方式，稱為乙類放大。因此，不需要隔直電容。靜態(tài)分析：vi=0V

T1、T2均不工作

vo=0V乙類功放的輸入輸出波形關(guān)系:vi-VCCT1T2vo+VCCRLiL死區(qū)電壓ViVoV"oV′o

tttt交越失真：輸入信號Vi在過零前后，輸出信號出現(xiàn)的失真稱為交越失真。交越失真(1)靜態(tài)電流

ICQ、IBQ等于零；(2)每管導(dǎo)通時間等于半個周期；(3)存在交越失真。乙類放大的特點(diǎn)：二、參數(shù)計算Vcm負(fù)載上得到的最大功率為：iL-VCCRLviT1T2Vo+VCC若忽略晶體管的飽和壓降，則RL上的電壓和電流的最大幅值分別為：每管工作半周的平均電流為:則兩個電源提供的總功率為：

tic1效率為：結(jié)論：OCL電路效率較高；但電流、電壓波形存在失真。VB1tVTtiBIBQ改進(jìn)方法：甲乙類功率放大器波形關(guān)系：ICQiCVBEiBib特點(diǎn)：存在較小的靜態(tài)電流ICQ、IBQ。每管導(dǎo)通時間大于半個周期，基本不失真。iCQVceVCC/RLVCCIBQ4.3.3無輸出變壓器的互補(bǔ)對稱功放電路

（OTL電路）一、特點(diǎn)1.單電源供電；2.輸出加有大電容。二、靜態(tài)分析則T1、T2特性對稱，

令：0.5VCCRLviT1T2+VCCCAvL+-VC三、動態(tài)分析(忽略導(dǎo)通壓降）設(shè)輸入端在0.5VCC直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號。若輸出電容足夠大，VC基本保持在0.5VCC，負(fù)載上得到的交流信號正負(fù)半周對稱，但存在交越失真。ic1ic2交越失真RLviT1T2+VCCCAUL+-時，T1導(dǎo)通、T2截止；時，T1截止、T2導(dǎo)通。0.5VCCvit四、輸出功率及效率若忽略交越失真的影響，且vi幅度足夠大。則：VOVOmaxvitt實(shí)用OTL互補(bǔ)輸出功放電路調(diào)節(jié)R,使靜態(tài)VBQ=0.5VCCD1

、D2使b1和b2之間的電位差等于2個二極管正向壓降，克服交越失真。Re1

、Re2：電阻值1~2

，射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用。D1D2vi+VCCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A本節(jié)教學(xué)基本要求掌握如下基本概念：功率放大電路，最大輸出功率和效率，晶體管的甲類、乙類和甲乙類工作狀態(tài)，晶體管的ICM、PCM和BUCEO；熟悉OTL功放電路結(jié)構(gòu)及各個元件的作用;OCL功放電路結(jié)構(gòu)及各個元件的作用。

了解功率放大電路的最大輸出功率和效率估算；4.4直接耦合放大電路(a)阻容耦合(b)直接耦合(c)變壓器耦合在多級直接耦合放大電路中，為了放大緩變量，前后級級間不經(jīng)任何元件，直接把前級輸出信號送到后級的輸入端?！昂蠹夐g靜態(tài)工作點(diǎn)將相互影響

——零點(diǎn)漂移

在多級直接耦合放大電路中，即使把輸入端短路（即無輸入信號），在輸出端也會出現(xiàn)電壓波動，使輸出電壓偏離零直，這種現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移，簡稱零漂。直接耦合放大電路特殊問題多級放大電路的放大倍數(shù)退出1.多級直接耦合放大電路常用的級間耦合方式：

uoRC1+ECui=0RB1RB2RC2T1T2UBE2RE2UDVC1DuoRC1+ECui=0RB1RB2RC2T1T2UBE2提高后級發(fā)射極電位的直接耦合放大電路

（2）NPN型和PNP型晶體管配合使用的直接耦合放大電路DDuoRC1+ECuiRB1RB2RC2T1T2RZ采用穩(wěn)壓管提高后級發(fā)射極電位的直接耦合電路

RC2uoRC1+ECui=0RB1RB2T1T2NPN-PNP直接耦合電路

（1）提高后級NPN型晶體管的發(fā)射極電位

產(chǎn)生零漂的原因：

電源電壓的波動、電路元件參數(shù)的變化、體管參數(shù)隨溫度的變化等。其中主要因素是溫度對晶體管參數(shù)的影響2.多級直接耦合放大電路中的零點(diǎn)漂移

直接耦合放大電路中的零漂現(xiàn)象，表現(xiàn)為緩慢的、不規(guī)則的電壓變化。放大電路的級數(shù)越多，放大倍數(shù)越大，則零漂電壓逐級放大，就使零漂越嚴(yán)重，那么，第一級零漂對輸出端的總零漂來說，占主要地位。

(1)零點(diǎn)漂移的性質(zhì)及產(chǎn)生的原因(2）抑制零漂的措施

減小零漂的簡單措施有以下幾種：

①選用小的晶體管。②.采用穩(wěn)壓電源供電。

③.采用直流負(fù)反饋穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。④.溫度補(bǔ)償電路。

以上辦法雖然簡單易行，但往往在一個溫度變化范圍內(nèi)補(bǔ)償好了，而在其它溫度下又不合適了；或在一個放大電路中配合好了，而在另一個放大電路中又不合適了。所以這些方法只適用于對零漂要求不高的場合。

較好地抑制零漂的方法多采用差動式放大電路。一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)對稱。4.5差動式放大電路ui1ui2uoRCR1T1RBRCR1T2RB二、抑制零漂的原理uo=UC1-UC2

=0uo=(UC1+

uC1

)-(UC2+

uC2)=0當(dāng)ui1

=

ui2=0

時：當(dāng)溫度變化時：+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2三、信號輸入方式(1)共模輸入

兩個信號輸入電壓的大小相等,極性相同,即ui1=ui2

,這樣的輸入稱為共模輸入。(2)差模輸入

兩個信號輸入電壓的大小相等,極性相反,即ui1=-ui2

,這樣的輸入稱為差模輸入。u0=ΔVC1-ΔVC2(3)比較輸入

兩個輸入信號電壓既非共模，又非差模。它們的大小和相對極性任意，稱為比較輸入。返回

為了使左右平衡，可設(shè)置調(diào)零電位器R

P

。4.5.2典型差分放大電路

RP+UCCRCT1RBRCT2RBEEREui1ui2u0+++---RP返回

零點(diǎn)漂移的抑制ui1

=ui2

=0RE:對共模信號有很強(qiáng)負(fù)反饋?zhàn)饔?

抑制溫度漂移。對差模信號基本上不影響放大效果。溫度IC1IC2IE

UREUBE1UBE2IB2IB1IC1IC2返回共模電壓放大倍數(shù)AC+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2共模輸入信號：

ui1=ui2=uC

（大小相等，極性相同）理想情況：ui1=ui2

uC1=uC2

uo=0共模電壓放大倍數(shù)：（很小，<1)但因兩側(cè)不完全對稱，uo

01.雙端輸入-雙端輸出ui1uo+UCCRCT1RB