《多极放大电路》PPT课件.ppt

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1、,Home,3.多级放大电路,3.1 多级放大电路的耦合方式,3.3 直接耦合放大电路,内容简介 本章介绍多级放大电路的耦合方式及分析方法；直接耦合多级放大电路的组成及分析；零点漂移的基本概念；差分放大电路的分析计算；互补输出级电路。,3.2 多级放大电路的动态分析,1.直接耦合,级间耦合：多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级；级与级之间的连接称之为耦合。放大电路的级间耦合必须要保证信号的传输，且保证各级的静态工作点正确。多级放大电路有四种基本耦合方式：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。,各级电路之间直接连接或采用对直流呈导通特性的电阻、二极管等元件相接。,3.1 多级放大电路的耦

2、合方式,Home,Next,Back,直接耦合放大电路的优缺点,优点：具有良好的低频特性，可以放大缓慢变化的信号；无大电容和电感，容易集成。,Home,Next,Back,存在问题：1.前后级工作点相互影响，即存在级间电位匹配的问题。2.零点漂移。3.集电极电位逐级升高。,2.阻容耦合,将前一级的输出用电容连接到后一级的输入端的耦合方式，称之为阻容耦合。,3.1 多级放大电路的耦合方式,Home,Next,Back,优点：阻容耦合放大电路的直流通路是相互独立的，电路的分析、计算和调试比较容易，是分立元件放大电路的主要耦合方式。并且由于工作点独立，使放大电路工作点的温度漂移局限于本级，不会给输出

3、造成大的影响。,3.1 多级放大电路的耦合方式,缺点：是低频特性差，不能放大缓慢变化的信号或直流信号；由于耦合电容容量较大，所以不便于集成化。,在分立元件电路中得到广泛应用,Home,Next,Back,3.变压器耦合,将前一级的输出通过变压器连接到后一级的输入端（或负载上）的耦合方式，称之为变压器耦合。,3.1 多级放大电路的耦合方式,优点：变压器耦合放大电路的直流通路也是相互独立的，电路的分析、计算和调试比较容易；可以实现阻抗变换，在分立元件功率放大电路中应用广泛。缺点：是低频特性差，不能放大缓慢变化的信号；体积大，而且非常笨重，不能集成化。,在分立元件功率放大电路中得到广泛应用,可能是实

4、际的负载，也可能是下级放大电路,Home,Next,Back,4.光电耦合,光电耦合：以光信号为媒质来实现电信号的耦合与传递。,3.1 多级放大电路的耦合方式,工作过程：电光电,优点：光电耦合放大电路的最大优点是可以实现输入回路和输出回路的电气隔离，从而可有效地抑制电干扰。缺点：其放大能力较差，可用集成光电耦合放大器解决。,前级的输出电阻是后级的信号源内阻,后级的输入电阻是前级的交流负载电阻,1.多级之间的相互影响,3.2 多级放大电路的动态分析,Home,Next,前一级的输出电压是后一级的输入电压。,3.输入电阻,4.输出电阻,Ri=Ri1(一般情况下）,Ro=Ron(一般情况下）,3.2

5、 多级放大电路的动态分析,2.电压放大倍数,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。,Home,Next,Back,多级放大电路电压放大倍数的计算,在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数时有两种处理方法。,输入电阻法,开路电压法,一是将后一级的输入电阻作为前一级的负载考虑，即将第二级的输入电阻与第一级集电极负载电阻并联。,二是将后一级与前一级开路，计算前一级的开路电压放大倍数和输出电阻，并将其作为信号源内阻加以考虑，共同作用到后一级的输入端。,3.2 多级放大电路的动态分析,Home,Next,Back,例1:图3.5所示阻容耦合放大电路，推导静态工作点、电压

6、放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。,提示：（1）在直流通路上求解静态工作点，此时电容相当于开路；（2）在微变等效电路上求解交流参数，此时电容和直流电源均相当于短路。,3.2 多级放大电路的动态分析,Home,Next,Back,3.2 多级放大电路的动态分析,解：估算Q点，由于是阻容耦合电路，所以第一级Q点与第二级Q点互相独立，每一级Q点都可以按单管放大电路求解,第一级为典型的Q点稳定电路,第二级为共集放大电路，即,Home,Next,Back,3.2 多级放大电路的动态分析,Home,Next,Back,动态分析，首先画出其交流小信号等效电路,第二级电路为共集连接，所以电压放大倍数近似为

7、1，也可根据电路计算出电压放大倍数,则：,3.2 多级放大电路的动态分析,2）求解输入电阻，根据输入电阻的物理意义，可知,3）求解输出电阻，电路的输出电阻与第一级输出电阻有关,对于多级放大电路可认为：前级是后级的信号源，后级是前级的负载。多级放大器可使放大倍数提高，但是靠牺牲通频带来实现的。通频带将在频率响应中介绍。,Home,Next,Back,3.3 直接耦合放大电路,Home,1.直接耦合放大电路的零点漂移现象,Next,零漂：输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产生。,主要原因：温度变化引起，也称温漂。电源电压波动、元件老化等也会产生输出电压的漂移。,温漂指标：温度每升高1度时，输出漂移

8、电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。,一、直接耦合放大电路的零点漂移,（2）采用温度补偿。,（3）采用特性相同的管子，使它们的温度漂相互抵消，构成“差分放大电路”。,（1）在电路中引入直流负反馈。,二、抑制零点漂移的方法,3.3 直接耦合放大电路,Home,Next,Back,2.差分放大电路,一、电路的组成,3.3 直接耦合放大电路,在理想对称的情况下：1.克服零点漂移；2.零输入零输出；3.抑制共模信号；4.放大差模信号。,参数理想对称：Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，T1、T2在任何温度下特性均相同。,由对称的两个结构完全对称的共射放大电路组成，通过射极公共电阻Re耦合构成的

9、。,Home,Next,Back,差分电路的输入输出方式,输入方式,单端输入,双端输入,输出方式,单端输出,双端输出,差模信号和共模信号,差模信号,一对大小相等，极性相反的信号，用Uid1、Uid2表示，Uid1=-Uid2,共模信号,一对大小相等，极性相同的信号，用Uic1、Uic2表示，Uic1=Uic2,有关概念,Home,Next,Back,差模信号,共模信号,差模电压增益,共模电压增益,总输出电压,共模信号产生的输出,共模抑制比,反映抑制零漂能力的指标,3.3 直接耦合放大电路,有关概念,Home,Next,Back,对于任意信号分析：,根据,有,共模信号相当于两个输入端信号中相同的

10、部分 差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分,两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。,Home,Next,Back,测试选择填空,1.差分放大电路中，当Us1=300mV，Us2=200mV时，分解为共模输入信号Usc=，差模输入信号Usd=。a.500m V b.100m V c.250m V d.50m V,3.在单端输出差分放大电路中，差模电压增益Aud=50，共模电压增益Auc=0.5，若输入电压Us1=80mV，Us2=60mV，输出电压Uo2=。a.1.035 V b.0.965 V c.0.965 V d.1.035 V,Uo2=AudUsd+Au

11、cUsc=5020mv 0.570mv=1000mv-35mv,2.差分放大电路中，当Us1=200mV，Us2=0mV时，分解为共模输入信号Usc=，差模输入信号Usd=。,Home,Next,Back,1、静态分析,二、差放电路的分析计算,Home,Next,Back,3.3 直接耦合放大电路,令uI1=uI2=0,工作原理,差分电路的分析,2.动态分析,（1）对差模信号的放大作用分析,Uid1=-Uid2,即相当于输入一对差模信号,ie1,ie2,Ib1=-Ib2 Ie1=-Ie2 Uc1=-Uc2,流过Ree上的总电流：,Ie=Ie1+Ie2=0,Ree上交流压降为0。,因此，画交流通

12、路时，Re可视为短路，即两管的发射极直接接地。,由Uc1=-Uc2可知RL两端电位一端为正，一端为负，RL的中点应是地电位，即每管对地的负载电阻为RL/2。,Home,Next,Back,工作原理,差分电路的分析,2.动态分析,（1）对差模信号的放大作用分析,RL=Rc/(RL/2),rid=2(Rb+rbe),rod 2 Rc,与单管增益相同,Home,Next,Back,工作原理,差分电路的分析,2.动态分析,（2）对共模信号的抑制作用分析,Iec1,Iec2,Uic1=Uic2=Uic,Ibc1=Ibc2 Iec1=Iec2,流过Ree上的电流：,Iec=Iec1+Iec2=2 Iec1

13、,Ree上的电压：,URee=Iec12Ree,画交流通路时，单管射极电阻应为2Ree。,单端输出电压增益：,Home,Next,Back,差分电路的分析,2.动态分析,工作原理,（2）对共模信号的抑制作用分析,(1+)2ReeRb+rbe,对于Uic来说，两个输入端并联，因此差放双端共模输入电阻为：,Home,Next,Back,差放电路对共模信号具有很强的抑制能力，Ree越大抑制能力越强，Auc远小于1。由外界因素产生的同向漂移将有效的被抑制，如温度等。,差分电路的分析,2.动态分析,工作原理,（2）对共模信号的抑制作用分析,共模抑制比KCMR衡量差放的一个重要指标。,或,双端输出：,单端

14、输出：,Home,Next,Back,例题,Ec=12V Ee=6V=60 rbb=100 Rc=Rb=Ree=10K RW=100 Ui1=5mV Ui2=-3mV求：输入差模电压Uid1、Uid2和共模电压Uic,双端输出差模Uod和共模电压Uoc,解：求静态值rbe,Home,Next,Back,例题,求Uid1、Uid2、Uic,Uid1=-Uid2=(Ui1-Ui2)/2,Uic1=Uic2=(Ui1+Ui2)/2,=（5-3）/2=1mV,=（5+3）/2=4mV,求AUd Uod,=-31,=-318=-248mV,求AUc Uoc,双端输出：AUc=0,Uoc=0,Home,N

15、ext,Back,抑制共模信号：Re的共模负反馈作用,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,对于每一边电路，Re=?,如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2,抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。,3.3 直接耦合放大电路,以上分析表明：（1）单端输出时，差放电路对共模信号的抑制是通过Re的强烈负反馈实现的；（2）双端输出时，差放电路对共模信号的抑制主要是通过电路参数的对称性实现的；在电路参数不完全对称时，通过Re的强烈负反馈作用，进一步抑制共模信号。,Home,Next,Back,Home,Next,Back,三、差放电路的四种接法,3.3 直接

16、耦合放大电路,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。,3.3 直接耦合放大电路,Home,Next,Back,1.双端输入单端输出：Q点分析,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。,Home,Next,Back,3.3 直接耦合放大电路,1.双端输入单端输出：差模信号作用下的分析,Home,Next,Back,3.3 直接耦合放大电路,1.双端输入单端输出：共模信号作

17、用下的分析,1.双端输入单端输出：问题讨论,（1）T2的Rc可以短路吗？（2）什么情况下Ad为“”？（3）双端输出时的Ad是单端输出时的2倍吗？,3.3 直接耦合放大电路,Home,Next,Back,3.3 直接耦合放大电路,2.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：,静态、动态参数分析同双端输入，双端输出,Home,Next,Back,Home,Next,Back,3.3 直接耦合放大电路,3.单端输入，单端输出,静态、动态参数分析同双端输入，单端输出,对输入信号的分析同单端输入，双端输出,3.3 直接耦合放大电路,4.四种接法的比较：电路参数理想对称条件下,输入方式

18、：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。,Home,Next,Back,为什么对差分电路改进？,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。但为使静态发射极电流不变，Re 越大，VEE越大，再者在集成电路中，大阻值电阻制作困难，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！,3.3 直接耦合放大电路,Home,Next,Back,四、差放电路的改进形式,Home,Next,Back,3.3 直接耦合放大电路,视

19、Re求性能参数，即AC=0,KCMR。,利用工作点稳定电路来取代Re，就得到如图所示的具有恒流源的差分放大电路。,满足条件,近似为恒流,Home,Next,Back,3.3 直接耦合放大电路,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。,加调零电位器RW,例3.4 图3.22所示电路中，已知VCC=VEE=9V，VBE=0.7V，Rc=4.7 k，Rb=Rw=100，RL=10 k，I=1.2mA，Rw的滑动端位于中点，晶体管=50，rbb=300，uI=0.02V，求：（1）静态工作点；（2）差模输出电压 uO。,3.3 直接耦合放

20、大电路,Home,Next,Back,3.3 直接耦合放大电路,Home,Next,Back,例3.5 如图3.23所示电路，求：（1）静态工作点；（2）Au、ri、ro的表达式。,3.3 直接耦合放大电路,Home,Next,Back,3.3 直接耦合放大电路,互补输出级是直接耦合的功率放大电路。对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；负载电阻上无直流功耗；最大不失真输出电压最大。,一、对输出级的要求,不符合要求！,3.3 直接耦合放大电路,3.直接耦合互补输出级,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。,2.静态分析,T1的输入特性,3.3

21、 直接耦合放大电路,Home,Next,Back,3.动态分析,ui正半周，电流通路为+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,3.3 直接耦合放大电路,Home,Next,Back,4.交越失真,开启电压,3.3 直接耦合放大电路,消除失真的方法：设置合适的静态工作点。,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。,Home,Next,Back,三、消除交越失真的互补输出级,3.3 直接耦合放大电路,Home,Next,Back,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。,3.3 直接耦合放大电路,Home,Next,Back,Home,Back,小 结 本讲主要介绍以下内容：放大电路的耦合方式及各自的特点；不同耦合方式放大电路的分析计算方法；直接耦合放大电路的静态工作点的设置；直接耦合放大电路的温漂和抑制温漂的方法；差分放大电路的不同形式及其分析计算方法；直接耦合放大电路的分析计算方法。,3.3 直接耦合放大电路,