模拟电路课件第三章多级放大电路.ppt
第三章 多级 放大电路,3.1 多级放大电路的耦合方式3.2 多级放大电路的动态分析3.3 直接耦合放大电路,当单级放大电路不能满足多方面的性能要求（如Au104、Ri=2M、Ro=100）时，应考虑采用多级放大电路。组成多级放大电路时首先应考虑如何“连接”几个单级放大电路，耦合方式即连接方式。,常见耦合方式有：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合等。,3.1多级放大电路的耦合方式,既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻,能够放大变化缓慢的信号，便于集成化，Q点相互影响，存在零点漂移现象。,当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。,输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移,第二级,第一级,3.1.1 直接耦合,Q1合适吗？,对哪些动态参数产生影响？,用什么元件取代Re既可设置合适的Q点，又可使第二级放大倍数不至于下降太大？,Re,一、直接耦合放大电路静态工作点的设置,UCEQ1太小加Re（Au2数值）改用D若要UCEQ1大，则改用DZ,稳压管伏安特性,小功率管多为5mA,由最大功耗得出,必要性？,rzu/i，小功率管多为几欧至二十几欧。,用NPN型管组成N级共射放大电路，由于UCQi UBQi，所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致于后级集电极电位接近电源电压，Q点不合适。,UCQ1（UBQ2）UBQ1UCQ2 UCQ1,NPN型管和PNP型管混合使用,NPN型和PNP型管混合使用。,Re,二、直接耦合方式的优缺点,直接耦合方式使各级直流通路相连，静态工作点相互影响；具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；易于集成；存在零点漂移现象；,Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不便于集成化。,共射电路,共集电路,利用电容连接信号源与放大电路、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻容耦合。,3.1.2 阻容耦合,负载折合到原边的等效电阻,可能是实际的负载，也可能是下级放大电路,理想变压器情况下，负载上获得的功率等于原边消耗的功率。,3.1.3 变压器耦合,1.电压放大倍数,2.输入电阻,3.输出电阻,对电压放大电路的要求：Ri大，Ro小，Au的数值大，最大不失真输出电压大。,3.2 多级放大电路的动态分析,分析举例,写出Au、Ri和Ro的表达式,习题1,写出Au、Ri和Ro的表达式,习题2,例题：设 gm=3mA/V，=50，rbe=1.7k，求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,前级:场效应管共源极放大器,后级:晶体管共射极放大器,（1）估算各级静态工作点:（略）,（2）动态分析:,微变等效电路,第二级的输入电阻：Ri2=R3/R4/rbe=82/43/1.7=1.7 k,Ri,Ri2,Ro,各级电压放大倍数,计算输入电阻、输出电阻,Ri=R1/R2=3/1=0.75M,Ro=RC=10k,第四步：计算总电压放大倍数,Au=Au1Au2=(-4.4)(-147)=647,习题(select)：P166 3.1，3.2，3.3，3.4，3.5,零点漂移现象：uI0，uO0的现象。,产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。,克服温漂的方法：引入直流负反馈、温度补偿；典型电路：差分放大电路,3.3 直接耦合放大电路,3.3.1 直接耦合放大电路的零点漂移现象,零点漂移,参数理想对称：Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，Re1=Re2;T1、T2在任何温度下特性均相同。,3.3.2 差分放大电路,一、电路的组成,uI1与uI2所加信号大小相等、极性相同共模信号,典型电路,二、长尾式差分放大电路,uI1与uI2所加信号大小相等、极性相反差模信号,长尾式差分放大电路的分析,1.Q点：令uI1=uI2=0,晶体管输入回路方程：,通常，Rb较小，且IBQ很小，故,共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即,2.抑制共模信号,Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号,如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2,Re负反馈作用抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。,抑制共模信号：Re的共模负反馈作用,iE1=iE2，Re中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。,差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即,3.放大差模信号,差模放大倍数,差模信号作用时的动态分析,在实际应用时，信号源需要有“接地”点，以避免干扰；或负载需要有“接地”点，以安全工作。,根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。,4.动态参数：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR,共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。,由于输入回路没有变化，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但是UCEQ1 UCEQ2。,三、差分放大电路的四种接法,1.双端输入单端输出：Q点分析,1.双端输入单端输出：差模信号作用下的分析,差模信号作用时，负载电阻仅取T1管集电极电位的变化量，与双端输出电路相比，其差模放大倍数减小。,1.双端输入单端输出：共模信号作用下的分析,输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：,2.单端输入双端输出,2.单端输入双端输出,输入方式：Ri均为2(Rb+rbe)；,输出方式：Q点、Ad、Ac、KCMR、Ro均与之有关。,3.四种接法的比较：电路参数理想对称条件下,Re 越大，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。但为使静态电流不变，Re 越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。需在低电源条件下，得到趋于无穷大的Re。,解决方法：采用电流源！,四、改进型差分放大电路,等效电阻为无穷大,近似为恒流,1.具有恒流源的差分放大电路,恒流源内阻无穷大，即共模信号的负反馈作用无穷大，电路Ac0，KCMR,2.加调零电位器RW,场效应管差分放大电路,若uI1=10mV，uI2=5mV，则uId=？uIc=？,uId=5mV，uIc=7.5mV,练习：,习题：,1.如图所示差分电路，T1、T2特性相同，=30，rbb=200，UBE0.6V。uI1=-uI2时，测得T1、T2集电极电位分别为5V，9V。求（1）Re？（2）uI1？，uI2？,2.如图恒流源差分电路，VCC12V，VEE6V，Rb2k，Rc11k，T1、T2特性相同，=60，rbb=300。输入电压uI1=1V，uI2=1.01V。求双端输出时动态电压uO和从T1集电极单端输出时动态电压uO1各是多少？,对电压放大电路的输出级两个基本要求：输出电阻低（带负载能力强）；最大不失真输出电压最大。,3.3.3 直接耦合互补输出级,为满足上述要求，并且做到输入电压为零时，输出电压也为零，可用采用双向跟随的互补输出级电路。,静态时T1、T2均截止，UB=UE=0（输入电压为零，输出电压为零）,1.特征：T1、T2特性理想对称。,2.静态分析,T1的输入特性,理想化特性,一、基本电路,ui正半周：T1导通，T2截止；uo=ui电流通路为+VCCT1RL地；,两只管子交替工作，正负电源交替供电，实现双向跟随，负载电阻上得到近似的正弦波。,ui负半周：T1截止，T2导通；uo=ui电流通路为地 RL T2-VCC，,3.动态分析（设输入电压为正弦波）,消除失真的方法：设置合适的静态工作点。,信号在零附近两只管子均截止,开启电压,4.交越失真,二、消除交越失真的互补输出级,二极管导通时，对直流电源的作用可近似等效为一个0.60.8V的直流电池，对交流信号的作用可等效为一个数值很小的动态电阻。,如果信号为零（静态）时，T1、T2两只管子处于临界导通或微导通状态，则当有信号输入时，能保证两只管子中至少有一只导通，从而消除了交越失真。,对偏置电路的要求：有合适的Q点，且动态电阻尽可能小，即动态信号的损失尽可能小。,消除交越失真的互补输出级,称之为UBE倍增电路,为增大T1和T2管的电流放大系数，以减小前级驱动电流，常采用复合管结构。,准互补输出级,3.3.4 直接耦合多级放大电路,实用直接耦合多级放大电路常用差分放大电路作为输入级，以减小整个电路的温漂，增大共模抑制比；,对输出级而言，一般采用OCL电路，使输出电阻较小，带负载能力增强，而且最大不失真输出电压幅值可接近电源电压；,为进一步增强放大能力，用共射放大电路作为中间级，以得到高电压放大倍数。,（1）化整为零：按信号流通顺序将N级放大电路分为N个基本放大电路。（2）识别电路：分析每级电路属于哪种基本电路，有何特点。（3）统观总体：分析整个电路的性能特点。（4）定量估算：必要时需估算主要动态参数。,放大电路的读图方法,第一级：双端输入单端输出的差放,第二级：以复合管为放大管的共射放大电路,第三级：准互补输出级,动态电阻无穷大,（1）化整为零，识别电路,例题,输入电阻为2rbe、电压放大倍数较大、输出电阻很小、最大不失真输出电压的峰值接近电源电压。,（2）基本性能,整个电路可等效为一个双端输入单端输出的差分放大电路。,同相输入端,反相输入端,（3）判断电路的同相输入端和反相输入端,（4）交流等效电路,可估算低频小信号下电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。,习题：3.2c、d、3.4、3.6、3.7,
