模擬電子技術(shù)基礎：第三章 多級放大電路

1第三章多級放大電路2第三章多級放大電路3.1多級放大電路的耦合方式3.2多級放大電路的動態(tài)分析3.3直接耦合放大電路33.1多級放大電路的耦合方式多級放大電路的四種耦合方式：直接耦合阻容耦合變壓器耦合光電耦合

當單級放大電路不能滿足多方面的性能要求（如Au＝104、Ri=2MΩ、Ro=100Ω）時，應考慮采用多級放大電路。組成多級放大電路時首先應考慮如何“連接”幾個單級放大電路，級與級之間的連接稱為級間耦合。耦合方式即連接方式。4Rc1T1Rb2+Vccui+-Rb1uo+-Rc2T23.1.1直接耦合——將前一級的輸出端直接連接到后一級的輸入端.既是第一級的集電極電阻，又是第二級的基極電阻Q1合適嗎？直接耦合放大電路靜態(tài)工作點的設置對哪些動態(tài)參數(shù)產(chǎn)生影響？用什么元件取代Re既可設置合適的Q點，又可使第二級放大倍數(shù)不至于下降太大？若要UCEQ＝5V，則應怎么辦？用多個二極管嗎？二極管導通電壓UD＝？動態(tài)電阻rd＝？ReUCEQ1太小→加Re（Au2數(shù)值↓）→改用D→若要UCEQ1大，則改用DZ。穩(wěn)壓管伏安特性小功率管多為5mA由最大功耗得出必要性？rz＝Δu

/Δi，小功率管多為幾歐至二十幾歐。7存在問題:前后級Q點相互影響;存在零點漂移:輸入為零，輸出產(chǎn)生變化的現(xiàn)象稱為零點漂移。當輸入信號為零時，前級由溫度變化所引起的電流、電位的變化會逐級放大。具有良好的低頻特性，可以放大變化緩慢的信號；電路中沒有大容量電容，易于集成。直接耦合放大電路的優(yōu)點：83.1.2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。R1R3+VccuiT1+-C1+C2R2R4C3++-uoRLC4T2+R5R69阻容耦合放大電路的優(yōu)點：1、各級的靜態(tài)工作點相互獨立，便于計算和調(diào)整。R1R3+VccuiT1+-C1+C2R2R4C3++-uoRLC4T2+R5R6

兩級阻容耦合放大電路的直流通路T2R5R6R1R3T1R2R4+Vcc10低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號。2、只要輸入信號頻率較高，耦合電容容量較大，前級的輸出信號就可以幾乎沒有衰減地傳遞到后級的輸入端，因此，在分立元件電路中阻容耦合方式得到非常廣泛的應用。阻容耦合放大電路的主要缺點：R1R3+VccuiT1+-C1+C2R2R4C3++-uoRLC4T2+R5R6有零點漂移嗎？113.1.3變壓器耦合--將放大電路的前級輸出端通過變壓器接到后級輸入端或負載上。Rb2+VccuiT+-C1+Rb1ReCe+RLN1N2變壓器耦合放大電路的優(yōu)點：1、各級的靜態(tài)工作點相互獨立，便于計算和調(diào)整。2、可以實現(xiàn)阻抗變換，達到匹配。12Rb2+VccuiT+-C1+Rb1ReCe+RLN1N2

1、低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號。變壓器耦合放大電路的主要缺點：

2、變壓器體積大，笨重，不能集成化。133.1.4光電耦合——以光信號為媒介來實現(xiàn)電信號的耦合和傳遞，從而提高抗干擾能力。一、光電耦合器光電耦合器傳輸特性uCEiC0ID1ID2ID3ID4ID增大DT1T2iDiCce+-uD光電耦合器內(nèi)部組成+uD導通（發(fā)光）

iD

iC=CTRiDCTR：傳輸比（0.1~1.5）14DT1T2ceRsV+Vccus+_Rc+-uo二、光電耦合放大電路光電耦合放大電路的優(yōu)點：信號源部分和輸出回路部分采用獨立電源，并且分別接不同的“地”，抗干擾能力強。光電耦合放大電路的缺點：由于傳輸比的影響，輸出電壓小，須進一步放大。153.2多級放大電路的分析一、靜態(tài)分析畫出直流通路，逐級估算IBQ，ICQ，UCEQ二、動態(tài)分析根據(jù)交流通路畫出微變等效電路根據(jù)微變等效電路計算放大倍數(shù)，輸入輸出電阻。16Rs+-A1+-A2+-+An-+-RL多級放大電路方框圖即多級放大電路的電壓放大倍數(shù)：注意！Auj是考慮了后級的負載效應的單級放大倍數(shù)！（即后一級的輸入電阻是前一級的負載。）1、電壓放大倍數(shù)17多級放大電路的輸入電阻Ri就是從第一級看進去的輸入電阻。多級放大電路的輸出電阻Ro就是從最后一級看進去的輸出電阻。Rs+-A1+-A2+-+An-+-RLRiRo2、輸入電阻Ri

=Ri13、輸出電阻Ro=Ron18已知圖示電路中，R1=15k

，

R2=R3=5k

，R4=2.3k

R5=100k

，R6=RL=5k

；VCC=12V；晶體管的

均為50，rbe1=1.2k

，rbe2=1k

，UBEQ1=UBEQ2=0.7V。試估算電路的Q點、、Ri和Ro。例兩級阻容耦合放大電路R1R3+VccuiT1+-C1+C2R2R4C3++-uoRLC4T2+R5R619解：（1）求解Q點第一級為典型的Q點穩(wěn)定電路，所以畫出直流通路R1R3+VccuiT1+-C1+C2R2R4C3++-uoRLC4T2+R5R6T2R5R6R1R3T1R2R4+Vcc20R1R3+VccuiT1+-C1+C2R2R4C3++-uoRLC4T2+R5R6T2R5R6R1R3T1R2R4+Vcc第二級為共集放大電路，所以21R1R3+VccuiT1+-C1+C2R2R4C3++-uoRLC4T2+R5R6（2）求解Au，Ri，Ro畫出微變等效電路R2+-R3+-RiRi2R1+-R5RLR6becrbe2微變等效電路22R2+-R3+-RiRi2R1+-R5RLR6becrbe223輸入電阻：輸出電阻：R2+-R3+-RiRi2R1+-R5RLR6becrbe2放大電路的選用按下列要求組成兩級放大電路：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。25習題（寫在作業(yè)本上）P179:3.2(b)、(d)，3.4思考題：自測題：P178P152,P154，P179:3.1，3.3263.3直接耦合放大電路3.3.1直接耦合放大電路的零點漂移現(xiàn)象3.3.2差分放大電路3.3.3直接耦合互補輸出級3.3.4直接耦合多級放大電路273.3.1直接耦合放大電路的零點漂移現(xiàn)象一、零點漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因直接耦合放大電路+-uo+-uI=0mV（a）測試電路0tuo（b）輸出電壓的漂移2.零漂產(chǎn)生的原因：溫度變化，直流電源波動，元器件老化。其中晶體管的特性對溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂。第一級的溫漂最嚴重!1.什么是零點漂移現(xiàn)象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的現(xiàn)象。28二、抑制溫度漂移的方法1.在電路中引入直流負反饋。（例如典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路中Re所起的作用。）2.采用溫度補償?shù)姆椒?，利用熱敏元件來抵消放大管的變化?.采用特性相同的管子，使它們的溫漂相互抵消，構(gòu)成“差分放大電路”。29零輸入零輸出若V與UC的變化一樣，則輸出電壓就沒有漂移信號特點？能否放大？零點漂移參數(shù)理想對稱：Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，Re1=Re2;T1、T2在任何溫度下特性均相同。3.3.2差分放大電路—構(gòu)成多級直接耦合放大電路的基本單元。一、電路的組成30Rb1Rc1VBBuI1T1+-+uoRe1-Rb2Rc2VBB+VccuI2+-Re2T2(1).靜態(tài):ui1

=ui2

=0UC1=UC2UO=UC1-UC2=0IC1=IC2二、工作原理31Rb1Rc1VBBuI1T1+-+uoRe1-Rb2Rc2VBB+VccuI2+-Re2T2(2).動態(tài):1）輸入信號分類ui1=-ui2=uidui1

=ui2=uiC1差模輸入:(differentialmode)共模輸入:2(commonmode)3任意輸入:ui1,ui2差模分量:共模分量:分解32Rb1Rc1VBBuI1T1+-+uoRe1-Rb2Rc2VBB+VccuI2+-Re2T2ui1=-ui2=uid2)差模輸入設ui1為“+”UB1IC1UC1

-

UC1UB2IC2UC2

+

UC2設ui2為“-”放大差摸信號！33Rb1Rc1VBBuI1T1+-+uoRe1-Rb2Rc2VBB+VccuI2+-Re2T2ui1=ui2=uid3)共模輸入設ui1為“+”UB1IC1UC1

-

UC1UB2IC2UC2

-

UC2設ui2為“+”抑制共摸信號！34差模電壓放大倍數(shù):共模電壓放大倍數(shù):共模抑制比:（Common-ModeRejectionRatio)odduiduA=occuicuA=（3）主要性能指標大！

0！

！兩邊完全對稱差分放大電路放大差摸信號，抑制共摸信號。注意！零漂是一種共摸信號，差分放大電路能很好地抑制零漂=KCMR35電路特征

電路理想對稱Rb1=Rb2=Rb，

Rc1=Rc2=Rc；Re為公共的發(fā)射極電阻。T1管與T2管的特性相同：

1=2=，rbe1=rbe2=rbe；

雙端輸入，雙端輸出二、長尾式差分放大電路Rb1Rc1uI1T1+uoRe-Rb2Rc2+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiB1iB2iC1iC2uC1uC236由于電路對稱：所以靜態(tài)時：Rb1Rc1uI1T1+uoRe-Rb2Rc2+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiB1iB2iC1iC2uC1uC2動態(tài)：靜態(tài)：Ad，Ri

，Ro，Ac，KCMR371.靜態(tài)分析Rb1Rc1T1+uoRe-Rb2Rc2+VCCT2-VEEUC1UC2IEQ1IEQ2IBQ1IBQ2ICQ1ICQ2Rb1Rc1uI1T1+uoRe-Rb2Rc2+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiB1iB2iC1iC2uC1uC2通常，Rb較小，且IBQ很小，故晶體管輸入回路方程：382.對共模信號的抑制作用1）利用了電路參數(shù)對稱性所起的補償作用，使兩只晶體管的集電極電位變化相等0=)()(2211D+-D+=CCCCuUuU21-=CCocuuu21D=DCCuu21D=DCCii21D=DBBiiRb1Rc1uI1T1+uoRe-Rb2Rc2+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiB1iB2iC1iC2uC1uC2392）利用了射極電阻Re對共模信號的負反饋作用。

對于每邊晶體管而言，發(fā)射極等效電阻為2Re。Re阻值愈大，負反饋作用愈強，集電極電流變化愈小，因而集電極電位的變化也就愈小。Rb1Rc1uI1T1+uoRe-Rb2Rc2+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiB1iB2iC1iC2uC1uC2iC1↓uIc

↑→iB1↑→iC1↑(iE1)↑→uE

↑→uBE1↓→iB1↓

uIc

↑→iB2↑→iC2↑(iE2)↑→uE

↑→uBE2↓→iB2↓

iC2↓40共模放大倍數(shù)Ac

uIc——共模輸入電壓

uOc——uIc作用下的輸出電壓差分放大電路中，在電路參數(shù)理想對稱的情況下，Ac=0。Rb1Rc1uI1T1+uoRe-Rb2Rc2+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiB1iB2iC1iC2uC1uC2413.對差模信號的放大作用差分放大電路加差模信號Rb1Rc1T1+uOd-Rb2Rc2+VCCT2iE1iE2Re-VEEiB1iB2iC1iC2uI1uI2+-EuC1uC2+-2Idu+-RL差模信號作用下的等效電路△iE1=－△iE2，Re中電流不變，即Re

對差模信號無反饋作用。rbe1Rb2Rc2

2

iB2

uId+-Rb1Rc1rbe2+-

uOd

1

iB1

iB2

iB142差模放大倍數(shù)Ad：

uId——差模輸入電壓

uOd——uId作用下的輸出電壓rbe1Rb2Rc2

2

iB2

uId+-Rb1Rc1rbe2+-

uOd

1

iB1

iB2

iB143輸入電阻：輸出電阻：rbe1Rb2Rc2

2

iB2

uId+-Rb1Rc1rbe2+-

uOd

1

iB1

iB2

iB144KCMR愈大，說明電路性能愈好。對于差分放大電路，在電路參數(shù)理想對稱的情況下，KCMR=

。共模抑制比：KCMR454.電壓傳輸特性線性關系uOduId0差分放大電路的電壓傳輸特性——放大電路差模輸出電壓與差模輸入電壓之間的關系曲線稱為電壓傳輸特性，即：uod=f(uId)46

在實際應用時，信號源需要有“接地”點，以避免干擾；或負載需要有“接地”點，以安全工作。

根據(jù)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。47三、差分放大電路的四種接法1.雙端輸入雙端輸出電路RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RL輸入電阻：輸出電阻：電壓放大倍數(shù)：靜態(tài)計算同前482.雙端輸入單端輸出電路uI1uI2+-RbT1RbT2Re-VEERcRc+VCCuC1uC2+-RL49利用戴維南定理可知直流通路RbT1RbT2Re-VEEuI1uI2Rc'Rc2+VCCUCQ1UCQ2+V'CCIBQ1IBQ2ICQ1ICQ21）靜態(tài)分析uI1uI2+-RbT1RbT2Re-VEERcRc+VCCuC1uC2+-RL50輸入回路參數(shù)對稱輸出回路不對稱所以RbT1RbT2Re-VEEuI1uI2Rc'Rc2+VCCUCQ1UCQ2+V'CCIBQ1IBQ2ICQ1ICQ251rbeRbRc

iB

uId+-RbRcrbe+-

uOd

iB

iB

iBRL2）動態(tài)性能分析1差模信號等效電路1uI1uI2+-RbT1RbT2Re-VEERcRc+VCCuC1uC2+-RL52輸入電阻輸出電阻差模電壓放大倍數(shù)rbeRbRc

iB

uId+-RbRcrbe+-

uOd

iB

iB

iBRL53rbeRbRc

iB

uId+-RbRcrbe+-

uOd

iB

iB

iBRLRbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RL差模信號等效電路2差模電壓放大倍數(shù)54RbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RLuI1uI2+-RbT1RbT2Re-VEERcRc+VCCuC1uC2+-RL注意：如果輸入差模信號極性不變，輸出信號若取自T1管的集電極，則輸出與輸入反相，輸出信號若取自T2管的集電極，則輸出與輸入同相。若輸出端不變（設取自T1管的集電極），則輸出極性與哪個輸入端相同？與哪個輸入端相反？552）動態(tài)性能分析2共模信號等效電路RbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RLuIcuOuI1uI2+-RbT1RbT2Re-VEERcRc+VCCuC1uC2+-RL+-Rb+-RcRL2Re

iB

uIc

uOc

iB56共模電壓放大倍數(shù)+-Rb+-RcRL2Re

iB

uIc

uOc

iB57共模抑制比Re愈大，Ac的值愈小，KCMR愈大，電路的性能愈好。因此，增大Re是改善共模抑制比的基本措施。583.單端輸入、雙端輸出電路RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2uC1uC2RLuO+-uI59單端輸入、雙端輸出差分放大電路輸入差模信號的等效變換1.單端輸入、雙端輸出電路與雙端輸入、雙端輸出電路的靜態(tài)工作點以及動態(tài)參數(shù)的分析完全相同。2.在差模信號輸入的同時，伴隨著共模輸入。

RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2uC1uC2RLuO+-uIRbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RLuO+-++--60RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RLuO+-++--單端輸入電路與雙端輸入電路的區(qū)別在于：在差模信號輸入的同時，伴隨著共模信號輸入。61RbT1RbT2Re-VEERc+VCCuC1uC2+-RLuI1uI2+-４.單端輸入、單端輸出電路62因與雙端輸入、單端輸出電路的直流通路相同，所以靜態(tài)工作點Q求法也相同RbT1RbT2Re-VEERc+VCCuC1uC2+-RLuI1uI2+-直流通路RbT1RbT2Re-VEEuI1uI2Rc'Rc2+VCCUCQ1UCQ2+V'CCIBQ1IBQ2ICQ1ICQ21）靜態(tài)分析63單雙端輸入、單端輸出差分放大電路輸入信號的等效電路RbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+Rc+VCCuC1uC2RL--+--++RbT1RbT2Re-VEERc+VCCuC1uC2+-RLuI1uI2+-因與雙端輸入、單端輸出電路的差模（共模）信號通路相同，所以動態(tài)分析結(jié)果相同1）動態(tài)分析64uI1uI2+-RbT1RbT2Re-VEERcRc+VCCuC1uC2+-RL共模信號等效電路差模信號等效電路RbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RLuO65四種接法的動態(tài)參數(shù)特點歸納（1）輸入電阻均為2(Rb+rbe)。（2）Ad、Ac

、

Ro與輸出方式有關，單端輸出時雙端輸出時（3）單端輸入時，若輸入信號為

uI，其差模輸入電壓uId=

uI；而與此同時，伴隨著共模輸入電壓，輸出電壓表達式為（4）單端輸出時，輸出信號包含三部分，輸出電壓表達式為差模輸出共模輸出靜態(tài)值66注意：單端輸出時問題討論：（1）UOQ產(chǎn)生的原因？（2）如何減小共模輸出電壓？測試:差模輸出共模輸出靜態(tài)時的值67

Re越大，共模負反饋越強，單端輸出時的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，得到趨于無窮大的Re。解決方法：采用恒流源！四、改進型差分放大電路1.具有恒流源的差分放大電路為什么要采用電流源？68Rb1Rc1uI1T1+uoRe-Rb2Rc2+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiB1iB2iC1iC2uC1uC2RbRcuI1T1+uo-RbRc+VCCuI2T2iE1iE2具有恒流源的差分放大電路R3IE3R3T3IE3IC3-VEER2R1IB3I1I2-VEE長尾式差分放大電路近似為恒流69RbRcuI1T1+uo-RbRc+VCCuI2T2iE1iE2R3IE3R3T3IE3IC3-VEER2R1IB3I1I2-VEE恒流源R3-VEET3IE3R2R1IB3I1I2IC3I恒流！等效電阻為無窮大70具有恒流源的差分放大電路的簡化畫法RbRcuI1T1+uo-RbRc+VCCuI2T2iE1iE2具有恒流源的差分放大電路R3IE3R3T3IE3IC3-VEER2R1IB3I1I2-VEEuI1RbRcT1+uo-RbRc+VCCuI2T2I-VEE71uI1RbRcT1+uo-RbRc+VCCuI2T2iE1iE2I-VEERw1)RW取值應大些？還是小些？2)RW對動態(tài)參數(shù)的影響？3)若RW滑動端在中點，寫出Ad、Ri的表達式。2.加調(diào)零電位器的差分放大電路72特點1）適當選擇恒流源電路的參數(shù)，可得到合適的靜態(tài)工作點；2）恒流源內(nèi)阻無窮大，相當于Re=

,即共模負反饋無窮大，AC=0,KCMR=

;3）Rw:調(diào)零電位器。當兩邊電路不對稱時，調(diào)整滑動觸點的位置，可以使ui=0時uo=0。

Rw一般為幾十歐姆。uI1RbRcT1+uo-RbRc+VCCuI2T2iE1iE2I-VEERwRw對差模放大倍數(shù)有何影響？?73習題（寫在作業(yè)本上）P179:3.5，3.6思考題：

自測題：P17874uI1RgRdT1+uo-RgRd+VCCuI2T2iE1iE2I-VEE3.場效應管差分放大電路特點輸入電阻無窮大。一般用在直接耦合放大電路的輸入級。75電路如所示，已知Rb=1k

，

Rc=10k

，RL=5.1k

VCC=12V，VEE=6V；晶體管的

=100，rbe=2k

。RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RL（1）為使T1管和T2管的發(fā)射極靜態(tài)電流均為0.5mA，Re的取值應為多少？T1管和T2管的管壓降等于UCEQ多少？（2）計算、Ri和Ro的數(shù)值。例（3）若將電路改成單端輸出，用直流表測得輸出電壓uO=3V，試問輸入電壓uI約為多少？設IEQ=0.5mA，且共模輸出電壓可忽略不計。76解：（1）RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RL77（2）電壓放大倍數(shù)輸入電阻輸出電阻RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RL78解：（3）

因為用直流表測得的輸出電壓中既含有直流（靜態(tài)）量又含有變化（信號變化的結(jié)果）量，所以首先應計算出靜態(tài)時管的集電極電位，然后用所測電壓減去靜態(tài)電位就可得到動態(tài)電壓。（3）若將電路改成單端輸出，用直流表測得輸出電壓uO=3V，試問輸入電壓uI約為多少？設IEQ=0.5mA，且共模輸出電壓可忽略不計。uI1uI2+-RbT1RbT2Re-VEERcRc+VCCuC1uC2+-RL79利用戴維南定理可知RbT1RbT2Re-VEEuI1uI2Rc'Rc2+VCCUCQ1UCQ2+V'CCIBQ1IBQ2ICQ1ICQ280解：（3）uI1uI2+-RbT1RbT2Re-VEERcRc+VCCuC1uC2+-RL811、uI=10mV，則uId=?uIc=?2、若Ad=－102、KCMR＝103用直流表測uO

，uO=?uId=10mV，uIc=5mVuO=AduId+AcuIc+UCQ1=?=?=?討論82二、基本電路三、消除交越失真的互補輸出級四、準互補輸出級五、直接耦合多級放大電路一、對輸出級的要求3.3.3直接耦合互補輸出級83一、對輸出級的要求

互補輸出級是直接耦合的功率放大電路。對輸出級的要求：帶負載能力強；直流功耗??；負載電阻上無直流功耗；最大不失真輸出電壓最大。射極輸出形式靜態(tài)工作電流小輸入為零時輸出為零

雙電源供電時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。84二、基本電路靜態(tài)時T1、T2均截止，UB=UE=01.特征：T1、T2特性理想對稱。