模擬電子(第四版)第三章多級(jí)放大電路.ppt

1、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 直接耦合放大電路,3.1 多級(jí)放大電路的耦合方式,將多個(gè)單級(jí)基本放大電路合理聯(lián)接，構(gòu)成多級(jí)放大電路。,組成多級(jí)放大電路的每一個(gè)基本電路稱為一級(jí)，級(jí)與級(jí)之間的連接稱為級(jí)間耦合。,四種常見的耦合方式： 直接耦合 阻容耦合 變壓器耦合 光電耦合,3.1.1直接耦合,圖 3.1.1（a) 兩個(gè)單管放大電路簡(jiǎn)單的直接耦合,T1靠近飽和區(qū)，飽和失真,添加Re2，抬高T2基極電位,一、 直接耦合放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置,改進(jìn)電路(b),電路中接入 Re2，保證第一級(jí)集電極有較高的靜態(tài)電位，但第二級(jí)放大倍數(shù)嚴(yán)重下降。

2、,改進(jìn)電路(c1),穩(wěn)壓管動(dòng)態(tài)電阻很小，可以使第二級(jí)的放大倍數(shù)損失小。但集電極電壓變化范圍減小。,(c),改進(jìn)電路(c2),改進(jìn)電路(d),可降低第二級(jí)的集電極電位，又不損失放大倍數(shù)。但穩(wěn)壓管噪聲較大。,NPN管和PNP管混合使用，可獲得合適的工作點(diǎn)。為經(jīng)常采用的方式。,圖 3.1.1直接耦合放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置,(1) 可以放大交流和緩慢變化及直流信號(hào)，低頻特性好； (2) 便于集成化。,(3)各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響；基極和集電極電位會(huì)隨著級(jí)數(shù)增加而上升； (4)零點(diǎn)漂移（如何克服）。,直接耦合放大特點(diǎn)：,3.1.2阻容耦合,圖 3.1.2 阻容耦合放大電路,第 一 級(jí),第 二 級(jí),特點(diǎn)

3、：靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，在分立元件電路中廣泛使用。 在集成電路中無(wú)法制造大容量電容，不便集成化，盡量不用。,3.1.3變壓器耦合,圖 3.1.3 變壓器耦合共射放大電路,變壓器耦合方式最大的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換。在以前分立元件構(gòu)成的功率放大電路中得到廣泛使用。目前基本不用。,3.1.4光電耦合,光電耦合是以光信號(hào)為媒介來實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的耦合和傳遞的，因而其抗干擾能力強(qiáng)而得到越來越廣泛的應(yīng)用。,一、光電耦合,圖3.1.5 光電耦合器及其傳輸特性,發(fā)光元件,光敏元件,二、光電耦合放大電路,圖3.1.6 光電耦合放大電路,目前市場(chǎng)上已有集成光電耦合放大電路，具有較強(qiáng)的放大能力。,3.2 多級(jí)放大電路的動(dòng)

4、態(tài)分析,一、電壓放大倍數(shù),總電壓放大倍數(shù)等于各級(jí)電壓放大倍數(shù)的乘積，即,其中， n 為多級(jí)放大電路的級(jí)數(shù)。,二、 輸入電阻和輸出電阻,通常，多級(jí)放大電路的輸入電阻就是輸入級(jí)的輸入電阻；輸出電阻就是輸出級(jí)的輸出電阻。,具體計(jì)算時(shí)，有時(shí)它們不僅僅決定于本級(jí)參數(shù)，也與后級(jí)或前級(jí)的參數(shù)有關(guān)。,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。計(jì)算前、后級(jí)放大電路的靜態(tài)值(UBE=0.6V)及電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)。,例:,兩級(jí)放大電路的靜態(tài)值可分別計(jì)算。,RB1,C1,C2,RE1,+,+,+,RC2,C3,CE,+,+,+Vcc +24V,+,T1,T2,1M,27k,82k,4

5、3k,7.5k,510,10k,解:,第一級(jí)是射極輸出器:,第二級(jí)是分壓式偏置電路,計(jì)算 r i和 r 0,小信號(hào)等效電路,I,由等效電路可知，放大電路的輸入電阻 ri 等于第一級(jí)的輸入電阻ri1。 第一級(jí)是射極輸出器，它的輸入電阻ri1與負(fù)載有關(guān)，而射極輸出器的負(fù)載即是第二級(jí)輸入電阻 ri2。,I,I,I,I,2,b,I,2,c,I,rbe2,RC2,rbe1,RB1,1,b,I,1,c,I,RE1,+,_,+,_,+,_,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,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),一、 零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因,直接耦合時(shí)，輸入電壓

6、為零，但輸出電壓離開零點(diǎn)，并緩慢地發(fā)生不規(guī)則變化的現(xiàn)象。,原因：放大器件的參數(shù)受溫度影響而使 Q 點(diǎn)不穩(wěn)定。也稱溫度漂移。,圖 3.3.1 零點(diǎn)漂移現(xiàn)象,放大電路級(jí)數(shù)愈多，放大倍數(shù)愈高，零點(diǎn)漂移問題愈嚴(yán)重。,3.3直接耦合放大電路,3.3.1 直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象,二、抑制溫度漂移的方法：,(1) 引入直流負(fù)反饋以穩(wěn)定 Q 點(diǎn)；,(2) 利用熱敏元件補(bǔ)償放大器的零漂；,圖 2.4.5 利用熱敏元件補(bǔ)償零漂,(3) 采用差分放大電路。,3.3.2 差分放大電路,差分放大電路是構(gòu)成多級(jí)直接耦合放大電路的基本單元電路,一、電路的組成,利用射極電阻穩(wěn)定Q點(diǎn) 但仍存在零點(diǎn)漂移問題,T的UCQ變

7、化時(shí)，直流電源V始終與之保持一致。,采用與圖（a）所示電路參數(shù)完全相同，管子特性也相同的電路,圖 3.3.2 差分放大電路的組成(c),電路以兩只管子集電極電位差為輸出，可克服溫度漂移。,共模信號(hào) 輸入信號(hào)uI1和uI2大小相等， 極性相同。,差模信號(hào) 輸入信號(hào)uI1和uI2大小相等， 極性相反。,差分放大電路也稱為差動(dòng)放大電路。,差分放大電路的改進(jìn)圖,將發(fā)射極電阻合二為一、 對(duì)差模信號(hào)Re相當(dāng)于短路。,典型差分放大電路,長(zhǎng)尾式差分放大電路,便于調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)，電源和信號(hào)源能共地,二、長(zhǎng)尾式差分放大電路,圖 3.3.3長(zhǎng)尾式差分放大電路,1. 靜態(tài)分析,IEQ (UEEUBEQ)2Re ；,U

8、CEQ=UCQ-UEQ UCC-ICQRc+UBE,uo= UCQ1-UCQ2 =0,IBQ=IEQ/(1+ ),由于Rb較小，其上的電壓降可忽略不計(jì)。,2. 對(duì)共模信號(hào)的抑制作用,共模信號(hào)的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。,所以,共模增益,電路參數(shù)的理想對(duì)稱性，溫度變化時(shí)管子的電流變化完全相同，故可以將溫度漂移等效成共模信號(hào)，差分放大電路對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制作用。,射極電阻Re對(duì)共模信號(hào)的負(fù)反饋?zhàn)饔?，抑制了每只晶體管集電極電流的變化，從而抑制集電極的電位的變化。,3. 對(duì)差模信號(hào)的放大作用,圖3.3.5 差分放大電路加差模信號(hào)（a),分析時(shí)注意二個(gè)“虛地”,E點(diǎn)電位在差模信號(hào)作用下不變，

9、相當(dāng)于接“地”。,負(fù)載電阻的中點(diǎn)電位在差模信號(hào)作用下不變，相當(dāng)于接“地”。,差模信號(hào)作用下的等效電路,圖3.3.5 差分放大電路加差模信號(hào)（b),動(dòng)態(tài)參數(shù),Rid=2(Rb +rbe),Rod=2RC,共模抑制比,雙端輸出，理想情況,4.電壓傳輸特性,放大電路的輸出電壓和輸入電壓之間的關(guān)系曲線。,uo =f( uI ),如改變uI的極性，可得另一條圖中虛線所示的曲線，它與實(shí)線完全對(duì)稱。,三、 差分放大電路的四種接法, 雙入、雙出, 雙入、單出, 單入、雙出, 單入、單出,基于不同的應(yīng)用場(chǎng)合，有雙、單端輸入和雙、單端輸出的情況。,所謂“單端”指一端接地。,“單端”的情況，還具有共模抑制能力嗎？,

10、如何進(jìn)一步改進(jìn)呢？,靜態(tài)工作點(diǎn),1. 雙端輸入單端輸出電路,圖3.3.7 雙端輸入單端輸出差分放大電路,注意：由于輸出回路的不對(duì)稱性，UCEQ1UCEQ2。,UCEQ=UCQ-UEQ ；,UCEQ1V CC-ICQ R c +UBE,IEQ (VEEUBEQ)2Re ；,IBQ=IEQ/(1+ ) ；,UCEQ2 VCC-ICQRc+UBE,圖3.3.9圖3.3.7所示電路對(duì)差模信號(hào)的等效電路,動(dòng)態(tài)分析,Rid=2(Rb +rbe),Rod=RC,問題：如輸出信號(hào)取自T2管的集電極，動(dòng)態(tài)分析結(jié)果如何？,共模電壓增益,如輸入共模信號(hào)：,uoc=ICRL;,uic=IBrbe+(1+)2Re;,圖

11、3.3.10 共模信號(hào)作用下的雙入單出電路,增大Re是改善共模抑制比的基本措施,靜態(tài)分析,2. 單端輸入、雙端輸出,與雙入雙出的一樣,IE1=IE2=(VEEUBE)2R；,uo=0,IB1=IB2 =IE1/(1+ ),圖3.3.11 單端輸入、雙端輸出電路a,UCE1=UCE2VCC+VEE(RC+2RE)IE,動(dòng)態(tài)分析,運(yùn)用疊加定理：,與雙入雙出的一樣,圖3.3.11 單端輸入、雙端輸出等效電路(b),靜態(tài)分析,與雙入單出的一樣,IE=(VEEUBE)2RE ；,UCE1=Uo+VEEREIE,Uo=VCCRL(RC+RL)ICRLRC(RC+RL),3. 單端輸入、單端輸出,圖3.3.

12、12單端輸入單端輸出電路,動(dòng)態(tài)分析：與雙入單出的一樣。（略）,IB1=IB2 =IE1/(1+ ),雙端輸出時(shí)：,單端輸出時(shí)：,(2)共模電壓放大倍數(shù),與單端輸入還是雙端輸入無(wú)關(guān)，只與輸出方式有關(guān)：,雙端輸出時(shí)：,單端輸出時(shí)：,4.差動(dòng)放大器動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算總結(jié),(1)差模電壓放大倍數(shù),與單端輸入還是雙端輸入無(wú)關(guān)，只與輸出方式有關(guān)：,(3)差模輸入電阻,不論是單端輸入還是雙端輸入，差模輸入電阻Rid是基本放大電路的兩倍。,(4)輸出電阻,(5)共模抑制比,共模抑制比KCMR是差分放大器的一個(gè)重要指標(biāo)。,或,雙端輸出時(shí)KCMR可認(rèn)為等于無(wú)窮大， 單端輸出時(shí)共模抑制比：,四、改進(jìn)型差分放大電路,用三極

13、管代替“長(zhǎng)尾式”電路的長(zhǎng)尾電阻，即構(gòu)成恒流源式差分放大電路,1.電路組成,T3：恒流管,作用：,能使 iC1、iC2基本上不隨溫度的變化而變化，從而抑制共模信號(hào)的變化。,圖 3.3.13具有恒流源的差分放大電路,2.靜態(tài)分析,當(dāng)忽略 T3 的基極電流時(shí)， Rb1 上的電壓為,于是得到,圖 3.3.13具有恒流源的差分放大電路,3.動(dòng)態(tài)分析,由于恒流三極管相當(dāng)于一個(gè)阻值很大的長(zhǎng)尾電阻，它的作用也是引入一個(gè)共模負(fù)反饋，對(duì)差模電壓放大倍數(shù)沒有影響，所以與長(zhǎng)尾式交流通路相同。,差模電壓放大倍數(shù)為,差模輸入電阻為,差模輸出電阻為,具有電流源的差分放大電路,簡(jiǎn)化 畫法,復(fù)習(xí),1.差分放大電路的類別,基本差

14、分放大電路,長(zhǎng)尾差分放大電路,恒流源式差分放大電路,2.差分放大電路的接法,FET差分放大電路,差分放大電路四種接法的性能比較,Ad,Rid,Ro,差分放大電路四種接法的性能比較,特 性,1. Ad 與單管放大電路基本相同。 2.在理想情況下，KCMR。 3.適用于差分輸入、雙端輸出，輸入信號(hào)及負(fù)載的兩端均不接地的情況。,1. Ad 約為雙端輸出時(shí)的一半。 2. 由于引入共模負(fù)反饋，仍有較高的KCMR。 3.適用于將雙端輸入轉(zhuǎn)換為單端輸出。,1. Ad 與單管放大電路基本相同。 2.在理想情況下，KCMR。 3.適用于將單端輸入轉(zhuǎn)換為雙端輸出。,1. Ad 約為雙端輸出時(shí)的一半。 2.比單管放

15、大電路具有較強(qiáng)的抑制零漂的能力。 3.適用于輸入、輸出均要求接地的情況。 4.選擇不同管子輸出，可使輸出電壓與輸入電壓反相或同相。,圖3.3.14恒流源電路的簡(jiǎn)化畫法及電路調(diào)零措施,帶調(diào)節(jié)電位器RW的恒流源電路的簡(jiǎn)化畫法,調(diào)節(jié)電位器RW的滑動(dòng)端位置可使電路在uI1=uI2=0時(shí)，uO=0。,FET差分式放大電路,電路圖 （單入單出）,分析方法相同 但輸入電阻很大，JEFT 1012歐姆 MOSFET 1015歐姆,圖3.3.15FET差分式放大電路,FET差分式放大電路常用于集成電路的輸入級(jí),3.3.3直接耦合互補(bǔ)輸出級(jí),一、基本電路,在輸入信號(hào)的正半周，T1 導(dǎo)通，iC1 流過負(fù)載；,負(fù)半周

16、，T2導(dǎo)通，iC2 流過負(fù)載。,在信號(hào)的整個(gè)周期都有電流流過負(fù)載，負(fù)載上 iL 和 uO 基本上是正弦波。,存在的問題：交越失真,交越失真,基本要求：輸出電阻低，最大不失真輸出電壓盡可能大。,靜態(tài)時(shí)，輸入輸出電壓均為零。,圖 3.3.16,二、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí),消除交越失真思路：,電路：,消除交越失真的其它電路,圖3.3.17消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí)（b） UBE倍增電路,消除交越失真的實(shí)際電路,為了增大T1和T2的電流放大倍數(shù)，以減小前級(jí)驅(qū)動(dòng)電流，常采用復(fù)合管結(jié)構(gòu)。,如圖3.3.18為采用復(fù)合管的準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)，OCL電路。,3.3.4直接耦合多級(jí)放大電路,直接耦合多級(jí)放大電路的構(gòu)成：,輸入級(jí)：差分放大電路或FET差分放大電路，從而減小溫漂，增大共模抑制比。,中間級(jí)：共射放大電路，從而獲得高電壓放大倍數(shù)。,輸出級(jí)：采用復(fù)合管的準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)電路，從而使輸出電阻小，帶負(fù)載能力增強(qiáng)，而且最大不失真輸出電壓幅值接近電源電壓。,直接耦合多級(jí)放大電路分析,三級(jí)放大電路,第一級(jí)是