模拟电子技术基础多级放大电路.ppt

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1、课程回顾,一.典型电路,二.典型电路,第3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,3.1 多级放大电路的耦合方式,、直接耦合,、阻容耦合,、变压器耦合,、直接耦合,既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻,Q1合适吗？,直接连接,如何设置合适的静态工作点？,对哪些动态参数产生影响？,Re,必要性？,UCEQ1太小加Re（Au2数值）改用D若要UCEQ1大，则改用DZ。,要求：对直流相当于一个电压源；对交流等效于一个小电阻。,NPN型管和PNP型管混合使用,UCQ1（UBQ2）UBQ1UCQ2 UCQ1,UCQ1（UBQ2）

2、UBQ1UCQ2 UCQ1,Re,解决：集电极电位逐级升高的问题。,直接耦合的优缺点：,缺点：静态工作点相互影响。,优点：良好的低频性能；适合于集成电路。,直接耦合的优缺点：,缺点：静态工作点相互影响。,优点：良好的低频性能；适合于集成电路。,、阻容耦合,Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。,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。,、变压器耦合,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。,从变压器原边看到的等效电阻,电压放大倍数：,1、直接耦合,2、阻容耦合,3、变压器耦合,课程回顾,缺点：静态工作点相互影响。,优点：

3、良好的低频性能；适合于集成电路。,Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。,主要用在高频大功率放大电路中。在这里，集成电路无法满足要求，采用分立元件构成变压器耦合放大电路实现。,3.2 多级放大电路的动态分析,二、分析举例,一、动态参数分析,一、动态参数分析,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。,1、静态分析,二、分析举例,2、动态分析,先画交流通路：,3.3直接耦合放大电路（差分放大电路）,、直接耦合放大电路的零点漂移现象,、差分放大电路,、直接耦合互补输出级,适用范围：频率过低的信号或

4、集成电路,一、零点漂移现象及其产生的原因,1.什么是零点漂移现象：uI0，uO0的现象。,产生原因：温度变化，晶体管的特性参数对温度敏感,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（热敏元件或差分放大器）；典型电路：差分放大电路,、直接耦合放大电路的零点漂移现象,、差分放大电路,一、电路的组成,演义过程如下：,a图:Q点基本稳定，但仔细研究，温度变化时，ICQ会有微小的变化。可以想象，只要采用直接耦合方式，这种变化就会逐级放大。,b图:寻找一个受温度控制的直流电源。,（a）带有Re负反馈电阻,（b）带有温控的电压

5、源,零点漂移,零输入零输出,演义过程：,C图:寻找管子特性完全相同的相同电路，以集电极电位差作为输出。,（c）对称电路加共模信号,理想对称,（d）加差模信号,共模信号：大小相等，极性相同。,差模信号：大小相等，极性相反.,d图:(1)输出电压uo=uC1-uC2=2uC1;(2)在差模信号作用下，Re中的电流变化率为零，即提高了对差模信号的放大能力。,e图:为了简化电路，便于调解Q点，也为了是直流电源与信号源“共地”。,（d）加差模信号,（e）实用差模放大电路,演义过程：,信号特点？能否放大？,解释:(1)差动：是指当两个输入端之间有差别（即变化量）时，输出电压才有变动（变化量）的意思。(2)

6、由于Re接负电源 VEE,拖一个尾巴，故称长尾式电路。,典型电路,二、长尾式差分放大电路的组成,Rb很小，通常为信号源内阻。,电路参数理想对称。,Q点：,晶体管输入回路方程：,通常，Rb较小，且IBQ很小，故,晶体管输入回路方程：,晶体管输入回路方程：,通常，Rb较小，且IBQ很小，故,晶体管输入回路方程：,通常，Rb较小，且IBQ很小，故,晶体管输入回路方程：,通常，Rb较小，且IBQ很小，故,晶体管输入回路方程：,通常，Rb较小，且IBQ很小，故,晶体管输入回路方程：,1.课程回顾,（1）、零点漂移现象及其产生的原因,适用范围：频率过低的信号或集成电路,零点漂移现象:uI0，uO0的现象。

7、,产生原因：晶体管的特性对温度敏感，故也称零漂为温漂。,（2）长尾式差分放大电路的Q点：,然后，得出晶体管输入回路方程：,通常，Rb较小，且IBQ很小，故,先画直流通路；,（3）.长尾式差分放大电路的动态分析,共模信号：大小相等，极性相同。,差模信号：大小相等，极性相反.,2.抑制共模信号,共模信号：数值相等、极性相同。分析思路：先画共模时的交流通路。输入信号：在交流通路中，可写为,继续讲课,Re的共模负反馈作用：与第2章静态工作点稳定电路（图2.4.2）的原理一样。,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()uIC iB1 iB2 iC1 iC2 uE uBE1 u

8、BE2 iB1 iB2 iC1 iC2,抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。,3.差模信号的动态分析,差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即,注：图中的iE1等为瞬时信号。,瞬时电路图,（1）电路构成：,注意讨论的思路,iE1=iE2，Re中差模电流为零，即Re 对差模信号无反馈作用。,注：差模信号下，E点等效于接“地”；同时，负载电阻的中点在差模信号作用下不变，也相当于接“地”。,差模信号：可看成一种交流信号处理，先画差模交流通路。,（2）Re 对差模信号的作用,（3）差模信号作用时的动态分析,差模放大倍数,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

9、力。,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。,四、差分放大电路的四种接法,双端输入单端输出,首先，进行电路的分析、解剖,瞬时电路,瞬时电路,根据戴维南定理：,瞬时电路,瞬时电路,（1）Q点分析,瞬时电路,直流通路,由于输入回路参数对称，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但是输出回路不对称，所以UCQ1 UCQ2，从而使 UCEQ1 UCEQ2。,直流通路,（2)差模信号作用下的动态分析,差模信号下的交流通路,瞬时

10、电路,差模交流通路,差模交流通路,差模微变等效电路,课程回顾,双端输入双端输出,课程回顾,差分放大电路的四种接法,（2）差模信号作用时,（1）共模信号作用时,双端输入单端输出：（1）差模信号作用下,（2）共模信号作用下的分析,瞬时电路,瞬时电路（注：三极管发射极与电源-VEE之间的电压不变。）,瞬时电路,共模交流通路,共模信号下，T1管一边的交流通路,共模信号下，T1管一边的微变等效电路,共模信号下，T1管一边的交流通路,3.单端输入双端输出,输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入.若输入交流信号为uI，则uId=uI，uIc=uI/2.,测试:,差模输出,共模输出,4.单端输入单端输出,由

11、于单端输入可以等效成双端输入形式，然后在按照双端输入，单端输出情况进行动静态的分析。,单端输入、单端输出与双端输入、单端输出的静态工作点、动态参数分析完全相同。,5.四种接法的比较：电路参数理想对称条件下,输入方式：Ri均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。,输出方式：Q点、Ad、Ac、KCMR、Ro均与之有关。,五、具有恒流源的差分放大电路,Re 越大，每一边的漂移越小，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，设置合适的IEQ，并得

12、到得到趋于无穷大的Re。,解决方法：采用电流源取代Re！,具有恒流源差分放大电路的组成,等效电阻为无穷大,近似为恒流,若UBE的变化可忽略不计，IE3、IC3基本不随温度变化。,1)RW取值应大些？还是小些？2)RW对动态参数的影响？3)若RW滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。,六、差分放大电路的改进,1.加调零电位器 RW,若uI1=10mV，uI2=5mV，则uId=？uIc=？,uId=5mV，uIc=7.5mV,讨论一,讨论二,1、uI=10mV，则uId=?uIc=?,uId=10mV，uIc=5mV,例3.3.1,解:(1),(2),(2)分析：用直流电表测得的输出电压既含有直

13、流量又含有变化量。,首先计算T1管的直流集电极电位：,然后用所测电压计算T1管的差模集电极电位：,3.3.3 直接耦合互补输出级,二、基本电路,三、消除交越失真的互补输出级,四、准互补输出级,一、对输出级的要求,一是输出电阻低；二是最大不失真输出电压尽可能大。,一、对输出级的要求,不符合要求！,共射、共基电路不合适；共集电路有点谱，但带上负载后静态工作点会产生变化，且输出不失真电压也将减少，需要改进。,二、基本电路,静态时T1、T2均截止，UB=UE=0,1.特征：T1、T2特性理想对称。输入电压为零时，输出电压也为零。,2.静态分析,T1的输入特性,3.瞬时分析（定性分析时）,ui正半周，电

14、流通路为+VCCT1RL地，uo=ui,两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。,ui负半周，电流通路为 地 RL T2-VCC，uo=ui,1.差分放大电路的四种接法总结,输入方式：Ri 均为2(Rb+rbe)+（1+）Rw；,输出方式：Q点、Ad、Ac、KCMR、Ro均与之有关。,课程回顾,输入电阻大、输出电阻低；最大不失真输出电压尽可能大、输出电流大。,2、直接耦合互补输出级,(1)目标要求,（2）交越失真（仔细分析时）,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,静态时T1、T2处于临界导通状态，有信号时至少有一只导通；偏置电路对动态性能影响要小。,（3）思路要清晰：,1）定性分析电压的高低、电流的流向时，用瞬时电路、瞬时信号。2）定量分析电压的高低、电流的流向时，可根据叠加原理，分别采用直流通路、交流通路，以及直流信号、交流信号。3）瞬时电压、电流均为正；直流电压、电流均为正；交流电压、电流可正、可负；直流电压、直流电流的绝对值一定分别大于交流电压、交流电流的绝对值。,三、消除交越失真的互补输出级,（1）一般电路,（2）集成电路中,四、准互补输出级,为保持输出管的良好对称性，输出管应为同类型晶体管。,