模拟电路放大器基础.ppt

第二章 放大器基础,本章教学要求：,6掌握多级放大器的藕合方式及主要性能指标的计算。,1掌握放大器的主要性能指标及其定义。,2掌握双极型晶体管和场效应管的低频微变等效电路，运算放大器的线性等效电路。,3掌握放大器的基本分析方法：图解法和微变等效电路法。,4掌握双极型晶体管和场效应晶体管放大器的常用的偏置电路、三种基本组态以及射极(源极)带有电阻的放大器的基本组成、各指标计算和主要特点。,5掌握运算放放大器组成的放大电路的各指标的计算和同相放大电路、反相放大电路的特点。,放大器的基本功能和分类,放大器的基本功能是将信号不失真地放大到所需的大小。,放大器的分类,按器件可分为晶体管放大器、场效应管放大器、电子管放大器和集成放大器；,按用途可分为电流放大器、电压放大器和功率放大器；,按工作频率可分为低频放大器、高频放大器和超高频放大器，而低频放大器又可分为音频放大器、直流放大器和宽带放大器；,按工作状态可分为甲（A）类放大器、乙（B）类放大器、甲乙（AB）类放大器、以及丙（D）类放大器等。,放大器的基本功能,低频放大器，它具有较宽的频率范围，所带负载不能采用谐振回路，故又称为非谐振放大器。,放大器变量及输入输出变量参考方向的规定,放大器变量的规定,用大写字母带大写下标表示直流电压及电流（如UBE、IE等）；用小写字母带小写下标表示交流电压及电流（如ube、ib等）；用小写字母带大写下标表示直流和交流在内的总的瞬时电压及电流（如uBE、iE等）；用大写字母带小写下标表示正弦交流有效值电压及电流（如Ube、Ie等）。,放大器输入输出变量参考方向的规定,ii,io,uo,放大电路,ui,放大电路一般视为二端口网络，两个端口电压与电流的参考方向的规定为：,严格地讲，放大电路与放大器是有区别的，但有时候这两个名词是混用的，均指放大电路。,2-1 放大电路的主要性能指标和电路组成,2-1-1放大电路的主要性能指标,1放大倍数（增益）,1）电压放大倍数 放大器输出电压的有效值相量与输入电压的有效值相量之比称为电压放大倍数，用表示：,若考虑信号源内阻RS的影响，则常用源电压放大倍数 表示，即：,放大电路,Zi,Rs,us,ii,io,uo,ui,2）电流放大倍数 放大器的输出电流有效值相量与输入电流有效值相量之比称为电流放大倍数，用 表示，即：,若考虑信号源内阻的影响，则常用源电流放大倍数表示，即：,ii,io,放大电路,Zi,Rs,is,uo,ui,3）功率放大倍数 放大器输出功率与输入功率之比称为功率放大倍数，用GP表示，即：,放大倍数是无量纲的量，在工程上，常用分贝（dB）作为单位：,2输入阻抗和输出阻抗,放大器处于信号源于负载之间，因此对信号源而言，放大器是它的负载，这个等效负载阻抗就定义为放大器的输入阻抗；对于放大器的负载来说，放大器可等效为一个信号源，这个信号源内阻就为放大器的输出阻抗。,放大器的输入阻抗定义为：,如果电路中所有的电抗性元件均不予考虑，那么输入阻抗就可用输入电阻来表示：,放大器的输出阻抗是将负载断开后，信号源为零时，从输出端看进去的等效阻抗，可用戴维南定理来求，即：,3非线性失真,具有放大作用的电子器件一般都是非线性器件，信号经过放大器后，必然产生某种程度的失真。当输入单一频率的正弦信号时，输出信号将是一个周期性的非正弦波，即输出信号新的谐波分量产生，基波频率和输入信号频率相同，为有用信号，谐波分量就是由电子器件的非线性引起的。显然，谐波成分比例越大，失真就越大。这种因电子器件非线性特性引起的产生新的谐波分量的失真称为非线性失真。,工程上常将谐波功率与基波功率之比定义为非线性失真系数，用来表示，即：,4频带特性,由于放大器中含有电抗元件，所以放大倍数将随信号频率而变化，即：,低频区,中频区,高频区,幅频特性,相频特性,通频带,5噪声系数,放大器的噪声系数NF定义为：,或,式中、分别为输入、输出信号功率与噪声功率的比值。一般地，NF 1，这是由于构成放大器的元件如电阻、晶体三极管、场效应管及集成放大器等都会产生噪声，使得输出信号的信噪比小于输入信号的信噪比。为了放大微弱信号，要求放大器特别是前置放大器的内部噪声尽可能低。,2-1-2 放大电路的组成,UO,C2,RL,C1,US,RS,放大单元,EC,放大电路一般由这样几部分组成：,信号源，包括内阻,放大单元,负载,耦合元件,电源,放大单元由三极管及周边元件组称为三极管放大电路,Uo,C2,RL,C1,US,RS,EC,RC,RB,放大单元由场效应管及周边元件组称为场效应管放大电路,Uo,C2,RL,C1,Us,Rs,ED,RD,RG,RS,CS,放大单元由场效应管及周边元件组称为场效应管放大电路,Ui,RL,R1,Rf,UO,+UCC,UEE,放大电路正常工作条件：,第一，必须有直流电源，直流电源有两个作用：一是给放大单元提供正确的偏置，使其工作在放大状态，（如使晶体三极管发射结正偏，集电结反偏）。二是为输出信号提供能量，信号通过放大电路使输出电压或电流得到放大，也就是信号功率得到放大，而直流电源就提供了输出功率。,第二，必须有一个使信号通过放大器件（如三极管、场效应管或运算放大器）输入端到负载的交流通路。,耦合元件的作用,耦合元件起到隔离直流耦合交流的作用，隔离直流是为了使信号源或负载的接入不影响对三极管的正确偏置；耦合交流是要使交流信号尽可能无损失地通过。因此，一般选用容量较大的电容作为耦合电容。而对于由运算放大器组成的放大电路来说，由于其特殊结构，信号直接接入不会对运放内的偏置发生影响，故不需要电容耦合。,由于分立元件组成的基本放大电路是组成各类放大电路和运算放大器的基础，所以对分立元件基本放大器的分析，不但对于掌握基本放大器工作原理，理解信号放大过程是必须的，而且对于帮助理解其它各类放大器的工作原理也是很有必要的。下面先对晶体三极管放大电路进行分析。,2-2 放大器的分析方法,放大电路的分析有静态分析和动态分析。,静态分析是分析静态偏置是否正确，静态工作点是否恰当。,动态分析是分析放大电路的性能指标，如增益、输入输出电阻等。,对于运算放大器组成的放大电路来说，由于在器件集成过程中保证了在给定外加直流电压条件下静态工作点的正确，因此只要外加直流电压在给定范围内，就不需进行静态分析。因此，只有分立元件电路才进行静态分析。,静态和动态分析又有图解法和解析法,图解法比较直观，但分析精度差，但对于理解信号在放大电路中的放大过程，建立动态范围、非线性失真和稳定工作点等概念具有直观的作用。,解析法分析精度较高，是放大电路分析的常用方法。,2-2-1 图解法,UCC,Uo,Ui,C2,C1,RB,RC,RL,静态分析,（1）画出直流通路,隔直电容开路，信号源和负载对三极管直流无影响，故去掉,得到直流通路,IBEQ,UBEQ,UCC,RB,RC,UCEQ,（2）写出三极管输入、输出回路负载方程,由输入回路可以得到,由输出回路可以得到,（3）在输入、输出特性曲线的伏安平面上分别画出输入、输出回路负载线,UCC,0,IBQ,输入特性曲线,输入回路直流负载线,其交点Q所对应的电流和电压就是工作点电流和电压,输出特性曲线,0,IBQ所对应的曲线,输出回路直流负载线,直流负载线与IBQ所对应的曲线交点Q所对应的电流和电压就是工作点电流和电压,2.动态分析,动态分析是在静态分析基础上进行的，即在Q点已知的前提下展开的。,1）输入回路的交流分析,Ibm,t,UBEQ,IBQ,0,UCC,0,Uim,当放大电路加一交流信号，通过耦合电容C1，交流信号加到三极管发射结，使得发射结电压在静态工作点电压UBEQ上叠加了一信号电压,在小信号条件下，工作点将沿Q点切线在Q点附近来回变化,在变化的uBE的作用下，基极电流iB也将在静态电流的基础上叠加一交变电流,静态工作点Q以及IBQ和UBEQ,信号电压幅度为,发射结电压由两部分组成,基极电流由两部分组成,交变电流幅度为,交变部分电流与电压的关系为,2）输出回路的交流分析,交流负载线,t,0,t,0,输出回路工作点电流ICQ和电压UCEQ,基极交变电流使集电极电流也产生交变分量,交流负载线通过Q点，斜率为,交变的集电极电流使工作点在交流负载线上下移动,引起集射极间电压uCE相应地发生变化,集电极电流由两部分组成,集射极间电压也由两部分组成,放大器各点波形,C1,RC,iC,uBE,iB,ICQ,iC,t,IBQ,iB,UBEQ,uBE,ui,t,UCC,uo,ui,C2,RB,RL,UCEQ,uCE,t,uo,t,uCE,静态时各点波形,输入信号电压ui,发射结在UBEQ上叠加ui,动态时各点波形,发射结电压变化引起基极在IBQ上叠加一变化分量,在放大区，iC与iB成正比，在ICQ上叠加一变化分量,iC的交变分量流过RC和RL,使uCE在UCEQ上叠加一交变电压,电容C2隔去直流，输出交流分量uo,3.放大电路的非线性失真,对放大电路，除要求其输出电压尽可能大外，还要求输出不失真。,但由于三极管为非线性器件，当工作点不合适或输出信号过大时，就会产生失真。,交流负载线,t,0,工作点偏高，引起饱和失真。,工作点偏高,iB减小时，工作点仍在放大区变化，iC与iB成正比。,iB增加时，工作点进入饱和区，iC不随iB成正比变化。,iC的变化通过RC和RL，即沿交流负载线使uCE发生变化，输出是真波形。,可见，输入波形出现了失真。由于这种失真是工作点进入饱和区引起的，故称为饱和失真。,3.放大电路的非线性失真,工作点偏低，引起截止失真。,交流负载线,t,0,0,t,0,0,工作点偏低,输入ui,随着ui的变化，工作点上下移动，向下进入截止区。,iB产生失真波形,iC波形与iB相似,iC的变化使输出特性曲线工作点沿交流负载线上下移动,uCE输出是真波形,由于这种失真是工作点进入截止区引起的，故称为截止失真。,动态范围分析,动态范围是表征放大器放大能力的一个重要指标。通常把最大的不失真输出信号的幅值称为放大电路的动态范围，它与静态工作点密切相关。,UCB0,IB=ICB0,UCEQuCES,ICB0,uCES,交流负载线,0,uCE,当放大电路加入交流信号时，工作点将在静态工作点Q上沿交流负载线上下移动,上移至饱和区，将产生饱和失真,下移至截止区，将产生截止失真,uCE向下变化的最大范围是,忽略UCB0后，uCE向上变化的最大范围是,由于交流信号上下对称，故最大不失真范围是,uCES为集射极饱和压降，一般为0.3V左右,4.静态工作点的稳定,IBEQ,UBEQ,UCC,RB,RC,UCEQ,固定偏置电路,由输入回路可得,可见该电路基极电流是固定不变的，所以被称为固定偏置电路,工作点的稳定就是集电极静态电流的稳定。温度对该电路工作点的影响在于：,T,UBE0,IBQ,ICQ,ICQ,ICB0,ICQ,ICQ,静态工作点的变化,交流负载线,0,温度升高前的输出特性曲线和静态工作点,温度升高后的输出特性曲线和静态工作点,ICB0增加,增加,IBQ增加,由此可见，当温度升高时，如果电路其它参数不变的话，静态工作点就从Q点移至，使信号很容易进入饱和区，产生饱和失真；反之，当温度降低时，有可能使工作点下移，使信号产生截止失真。显然，固定偏置电路不能够使静态工作点稳定。,Ui,分压式偏置电路,UB,UE,UCE,IC,IB,I1,UCC,RE,RC,RB1,RE,RB1,UCC,RC,Uo,V,C2,C1,Ui,RB2,RB2,其直流通路为,忽略IB的影响，UB为：,这说明，在这时只取决于外电路UCC和RB1、RB2、RE，而与晶体三极管参数无关。而影响静态工作点稳定的就是晶体三极管参数随温度的变化，所以分压式偏置电路稳定了工作点。,分压式偏置电路稳定静态工作点的过程是：,T,IC,IE,UE,UB不变,UBE,IB,IC,2-2-2 解析法,1.静态分析,当晶体三极管工作在放大状态时，UBEQ变化很小，可以近似为常数，即：,硅管：UBE 0.60.8V，常取UBEQ（硅管）0.6V,锗管：UBE 0.10.3V，常取UBEQ（锗管）0.2V,进行静态分析必须先得到放大电路的直流通路。,例2-1 如图所示固定偏置放大电路，已知RB=200 K，RC=3K，UCC=12V，=50，试计算该电路的静态工作点。（设晶体管为硅管，UBE=0.6V）,UCC,Uo,Ui,C2,C1,RB,RC,RL,IBEQ,UBEQ,UCC,RB,RC,UCEQ,将耦合电容开路，得到直流通路,静态分析就是要计算IBQ、ICQ和UCEQ,根据固定偏置电路的特点，应先计算基极电流IBQ，然后计算ICQ和UCEQ。,由直流通路输入回路,一般情况下，ICB0忽略不计，故有：,再由直流通路的集电极输出回流可得：,IBEQ,UBEQ,UCC,RB,RC,UCEQ,例2-2 对于分压式偏置电路，试计算其静态工作点。,分压式偏置电路直流通路,UB,UE,UCE,IC,IB,I1,UCC,RE,RC,RB1,RB2,对于输入回路得到戴维南等效电路,UCE,IC,IB,UCC,RE,RC,RB,EB,所以在输入回路,由于，故可得,分压式偏置电路静态工作点的也可以近似计算，先忽略IB计算UB，再计算IE(IC)和UCE,例2-3 场效应管放放大电路，已知IDSS和VP，试计算静态工作点。,uo,C1,ui,CS,C2,RL,R G,RS,RD,UDD,解 场效应管放大电路的静态工作点的计算需要确定IDQ和UDSQ。,由于场效应管输入电阻极大，输入电流IG=0，RG两端的静态电压为零，所以,由结型场效应管的转移特性,与上式联立求解可得,求出ID后，就可以求出UDSQ了。,产生工作点电流ID的偏压是ID自己给出的，所以这种偏置电路称为自给偏置电路。,混合偏置电路静态分析,对于结型、耗尽型场效应管均可采用自给偏置。但是，对于增强型场效应管，由于只有栅源电压达到开启电压时才有漏极电流，故不能采用自给偏置电路。这时可以采用混合偏置电路，,RG,CS,C2,C1,RL,R 2,R1,RS,RD,Uo,UDD,同样，由于IG=0，可以得到栅源电压为,再联立增强型场效应管的转移特性可以求出ID。,与自给偏置电路相比，混合偏置电路有如下优点：,（1）可以更好地稳定静态工作点，因为有R2的分压，RS可以选得大一些，而RS越大，静态工作点越稳定。,（2）可以适用于所有场效应管。,但RS不能太大，太大会使跨导减小，影响电压放大倍数。,2.动态分析,1）小信号H参数微变等效电路,（1）晶体管小信号H参数微变等效电路,晶体管共射接法的输入、输出特性的电流、电压关系可一般表示为,对上两式微分,定义,（单位为）,（无量纲）,在小信号时，则有,（无量纲）,（单位为S）,对于交流信号，上式写成有效值形式,根据上式，可得微变等效电路,hie为晶体管共射输入电阻rbe,hre为共射输入开路时的电压反馈系数，表示输出电压对输入端的影响,hfe为共射电流放大倍数,hoe为共射输出电阻的倒数，为输出特性曲线工作点出斜率的倒数,忽略hre和hoe，则有简化的等效电路,hie为输入特性曲线工作点出斜率的倒数，与工作点有关，可用下式近似计算：,（2）场效应管微变等效电路,对场效应管的输出特性 进行同样的分析可得,式中,gm为uDS（IDSS）在某一值时的跨导，为场效应管转移特性曲线工作点出斜率的倒数。,rds为输出电阻，为输出特性曲线工作点处斜率的倒数。,场效应管种类较多，但是在不考虑衬存底影响时其微变等效电路都是相同的。,（3）运算放大器的线性等效电路,对于运算放大器，为了分析方便，一般假设，除输入电阻Ri、输出电阻Ro和电压放大倍数Au之外，其余参数均为理想情况。则可得运算放大器线性等效电路为,U+,U,对于理想情况，在线性范围内，运算放大器的输入电流和输入电压均为零，其输出电压为任意值，由外电路决定。因此，在分析理想运算放大器组成的放大电路时，只需要根据这一特性（虚短和虚开特性）分析即可，而无须等效电路。,2）动态分析方法,动态分析步骤,（1）静态分析，计算出静态工作点得到动态分析等效电路所需的参数值，如果这些参数已经给出，则这一步可不需要；,（2）从放大电路得到交流通路，由于在中频时，耦合电容和旁路电容的容抗较小，可认为短路；而直流电源由于交流电流流过不会产生交流电压，所以在交流通路中直流电压源对交流信号而言相当于短路，即对地短路；,（3）从交流通路得到微变等效电路，也就是将放大器件用它的等效电路替换；,（4）交流分析，根据放大电路各指标的定义在微变等效电路的基础上进行分析。,下面通过实例加以说明,例2-4 固定偏置放大电路，设，RL=3K，其余各元件参数与例2-1相同，忽略 和，试计算电压放大倍数Au、输入电阻Ri 和输出电阻Ro。,解（1）静态分析 已在例2-1中进行，这里直接引用分析结果，即IBQ=57A，所以有,（2）交流通路，将耦合电容C1、C2短路，直流电压源为零（对地短路），得到交流通路,UCC,Uo,Ui,C2,C1,RB,RC,RL,Uo,Ui,RB,RC,RL,（3）微变等效电路,用三极管的微变等效电路取代三极管,hfeIb,Ib,hie,Uo,Ui,RB,RC,RL,（4）动态分析：,由图可以得到,所以,根据输出电阻定义，将负载RL断开，信号源Ui为零，从输出端看进去的等效电阻为,2-3 放大电路性能指标的分析,中频时放大电路的性能指标的分析，主要分析放大电路的电压放大倍数Au、输入电阻Ri 和输出电阻Ro。,2-3-1 晶体管放大电路性能指标分析,晶体管有三个电极，也就是三个端，放大电路有输入、输出两个端口四个端子，所以晶体管作为放大元件时，其中必有一个端子是输入输出端口的公共端。根据作为公共端的电极不同，晶体管放大电路可分为共发射极放大电路、共基极放大电路和共集电极放大电路。这三种放大电路性能不同，在电路中所起的作用也不相同。,1.性能指标计算,CE,RL,RE,RB1,UCC,RC,Uo,V,C2,C1,Ui,RB2,RB1,CB,RL,RB2,RC,Uo,V,C2,Ui,UCC,RS,RL,RE,RB,Uo,V,C2,C1,US,Ui,UCC,1）共射放大电路,CE,RL,RE,RB1,UCC,RC,Uo,V,C2,C1,Ui,RB2,Io,Ii,Ib,hfeIb,hie,Uo,Ui,RC,RL,微变等效电路,电流放大倍数Ai,电压放大倍数Au,输出电阻Ro,将负载电阻RL断开，信号源Ui为零，从输出端看进去的等效电阻,输入电阻Ri,2）共基放大电路,RB1,CB,RL,RB2,RC,Uo,V,C2,Ui,UCC,Io,Ii,hfeIb,hie,Uo,Ui,RC,RL,Ib,微变等效电路,电流放大倍数Ai,电压放大倍数Aum,输入电阻Ri,输出电阻Ro,将信号源为零，Ib 为零，受控电流源为零开路，故在负载电阻开路是从输出端看进去的电阻为,RS,RL,RE,RB,Uo,V,C2,C1,US,Ui,UCC,3）共集放大电路,Io,Ii,Us,RS,Ib,hfeIb,hie,Uo,Ui,RB,RE,RL,微变等效电路,电流放大倍数Ai,电压放大倍数Au,输入电阻Ri,Ii,Us,RS,Ib,hfeIb,hie,Uo,Ui,RB,RE,RL,输出电阻Ro,I2,U2,RS,Ib,hfeIb,hie,RE,根据输出电阻的定义，共集放大电路输出电阻的计算电路为,由图可得,而,所以,2 性能分析比较,将以上三种基本组态的晶体管放大电路计算结果作一比较，在晶体管参数和各元件值相同的条件下，可以得出：,（1）共射放大电路电流、电压放大倍数均较高，因而功率放大倍数最大，输入、输出电阻适中，故使用最广泛；,（2）共基放大电路电压放大倍数高，但电流放大倍数小于1，输入电阻最小，作为电压放大器使用较少，但它可以较好地改善放大电路的高频特性，故在高频放大电路中使用较多；,（3）共集放大电路从射极输出，电压放大倍数小于1，接近于1，经常被称为射极输出器或射极跟随器。这种电路电流放大倍数高，有一定的功率放大作用，而且输入电阻高，输出电阻低，具有广泛的用途，经常被作为放大电路的输入级、输出级和中间隔离级使用。,2-3-2 场效应管放大电路性能指标分析,场效应管放大电路也有共源放大电路、共栅放大电路和共漏放大电路三种组态，但是一般情况下共栅和共漏两种组态的放大电路使用较少，下面仅对共源放大电路进行分析。,RG,Ui,CS,C2,C1,RL,R 2,R1,RS,RD,Uo,UDD,gmUgs,Ugs,R2,rds,RD,RL,Uo,RG,R1,Ui,微变等效电路,电压放大倍数Aum,输入电阻Ri,输出电阻Ro,2-3-3 运算放大器放大电路性能指标分析,1.反相放大电路,R1,Ui,R f,Uo,Ii,Ro,Ri,Uo,A(U+U-),R1,Ui,Rf,U2,线性等效电路,由于U+=0，所以U2=（U+U），可得节点法节点方程。,解上述联立方程，可得,电压放大倍数Aum,由U2求出Ii后求得,输入电阻Rif,根据输出电阻的定义，得到求取输出电阻的电路,Rf,U2,Io,Ro,Ri,Uo,A(U+U-),R1,得到节点方程,于是,在求出U2后，就得到受控源电压为A(U2)，进而可以求出Io，于是,输出电阻Rof,2.同相放大电路,线性等效电路,由于U+=Ui，所以，(U+U）=(U2 Ui)，可得节点法节点方程,解联立方程，有,所以可得,电压放大倍数Aum,输入电阻Rif,根据输出电阻的定义，将信号源Ui为零，得到的等效电路与反相放大器的求输出电阻的等效电路是一样的，所以它们的输出电阻也是相同的，即,输出电阻Rof,例2-5 反相放大电路，运放参数为：A=105，Ri=106，Ro=200；电阻值为：R1=20K，Rf=200K，试计算放大电路各指标。,解：根据上面的推导，有,例2-6 同相放大电路，运放参数为：A=105，Ri=106，Ro=200；电阻值为：R1=20K，Rf=200K，试计算放大电路各指标。,解 同样的计算可得,而对于输入电阻则有,例2-7 设运算放大器是理想器件，试分别计算例2-5和例2-6中反相和同相放大电路指标。,解 理想运放的特性是,Ii=0,U+=U,反相放大电路,理想运放时反相放大电路等效电路,由图可知，U=U+=0，所以有,所以有,电压放大倍数,输入电阻,由于受控电压源内阻为零，故放大电路输出电阻 Rof=0,这说明，对于Aum、Rif和Rof等指标，例2-5的结果与理想情况非常接近。所以在一般情况下，我们以后都将运放看作是一个理想器件。,同相放大电路,理想运放时反相放大电路等效电路,由图可知，U=U+=Ui，所以有,所以可得,电压放大倍数,输入电阻,可见，例2-7的结果与运算放大器理想情况也是非常接近的。,对于同相放大电路，当R1=，或Rf=0，这时Aum=1。这就构成了电压跟随器。,运放组成的放大电路与分立元件组成的放大电路比较：,（1）电压放大倍数，运算放大电路的电压放大倍数几乎与运放器件无关，因此便于设计和调试；,（2）输入电阻，运算放大电路的输入电阻比晶体管放大电路要大得多，特别是同相放大电路，它比场效应管放大电路还要高（因为场效应管放大电路受偏置电阻的影响）；,（3）输出电阻，运算放大电路的输出电阻几乎为零，因此在电路设计和调试时可以不考虑后级或负载的影响。,（4）由运放组成的电压跟随器比射极跟随器的输入电阻更大（可近似为无穷大），输出电阻更小（可近似为0），所以效果更好。,由运算放大器组成的同相放大电路与反相放大电路相比,反相放大电路的同相端接地，反相端“虚地”，运算放大器输入的共模信号为零；而在同相放大电路中，由于运放同相输入端和反向输入端的电位均为U+，所以这时运算放大器将有大小为U+的共模信号输入。,2-4 多级放大电路,信号源,输入级,中间放大级,输出级,负载,输入级和中间放大级属于小信号放大电路,输出级为大信号放大电路,对于分立元件组成的放大电路，存在着级间耦合和多级放大电路的计算问题。,2-4-1 多级放大电路的耦合方式,分立元件放大电路耦合电路的要求,要既能使信号顺利通过，又要使前后级的静态工作点不相互影响。,最简单的耦合方式就是将前后级直接连接起来，但是对于分立元件的放大电路来说，直接耦合有可能使得前后级放大电路的工作点相互影响，甚至不能正常工作。,1.电容耦合,RE1,C2,RB21,RB22,RB12,UCC,RB11,RE2,RC2,RC1,Uo,RL,V2,V1,C3,C1,Ui,C1为信号源与第一级间的耦合,C2为第一和第二级间的耦合,C3为第二级和负载间的耦合,阻容耦合的优点是,第一，由于电容的隔直作用，使前后级的静态工作点互不影响，这样给设计、调试静态工作点带来了方便,第二，当电容足够大，在信号的频率范围其内阻抗足够小，可使信号顺利通过。,但是对于变化缓慢或直流信号而言，这种耦合方式是不适用的。,2.直接耦合,VD,RB1,RC2,RC1,Uo,RL,V2,V1,C2,C1,Ui,UCC,直接耦合,直接耦合电路的优点是耦合简单，任何频率的信号场合都可以使用。但是，其缺点是静态工作点会相互影响，给静态工作点的设计和调试带来不方便。,UC1=UBE2=0.7V,V1集电极电位较低，使V1管容易工作在饱和区，具有较小的动态范围。,在V2级发射极加一稳压管，抬高V2级基极（V1级集电极）电位。,这时，V1集电极电位UC1=UBE2+UD，使 V1级具有较大的动态范围。,稳压管的动态电阻很小，不至于使V2级放大能力有较大损失。,UCC,3.变压器耦合,T2,T1,CE2,CB,CE1,RL,RE1,RB21,RB22,RB12,RB11,RE2,V2,V1,变压器耦合,变压器耦合的优点是可以阻抗变换，便于功率匹配，在大功率场合，经常采用变压器耦合方式。但是，其缺点是体积大、重量重，频率特性差，所以应用不广。,2-4-2 多级放大电路性能指标的计算,ui1,ui2,uim,uo1,uo2,uo,Ri1,Ri2,Rim,Ro1,Ro2,Rom,RL,A1,A2,Am,对于分立元件组成的放大电路，由于其输出电阻较大，当加上负载后，放大电路的实际输出电压将会减小，因而放大倍数也将下降，这就是负载效应。,后一级的输入电阻是前一级的负载,由多级放大电路框图可知,即多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电阻,而输出电阻最后一级的输出电阻,（1）必须先将后一级的输入电阻求出，作为前一级的负载才能计算前一级的电压放大倍数。,（2）由于前一级放大电路也是一个信号源，其输出电阻就是信号源的内阻。这一问题在后一级是射极输出器时计算放大电路的输出电阻时要特别注意。,（3）对于运放组成的放大电路，由于其输出电阻近似为零，故在计算每一级放大倍数时没有负载效应，故可以独立地进行。,多级放大电路计算中应注意的问题,例2-8 如图所示两级放大电路，已知：=60，rbe=900，其余各参数如图所示。试计算电压增益和输入、输出电阻。,解（1）计算输入电阻,第一级为共射放大电路，输入电阻为,第二级为射极输出器，输入电阻为,所以,（2）计算电压放大倍数,所以,（3）计算输出电阻,所以,例2-9 如图2-35所示由运放组成的两级放大电路，试计算电压增益。,解 由于运算放大器的输出电阻为零，所以，由运算放大器组成的放大电路没有负载效应，每一级放大电路电压增益都可独立计算。,所以,可见，由运放组成的放大电路的计算要比分立元件组成的放大电路的计算容易得多。,