電子科大模電 第3章-多級(jí)放大電路

1、.,第三章 多級(jí)放大電路,第三章 多級(jí)放大電路,.,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 差分放大電路,3.4 互補(bǔ)輸出級(jí),3.5 直接耦合多級(jí)放大電路讀圖,.,3.1 多級(jí)放大電路的耦合方式,一、直接耦合,二、阻容耦合,三、變壓器耦合,.,一、直接耦合,既是第一級(jí)的集電極電阻，又是第二級(jí)的基極電阻,能夠放大變化緩慢的信號(hào)，便于集成化， Q點(diǎn)相互影響，存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。,當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，前級(jí)由溫度變化所引起的電流、電位的變化會(huì)逐級(jí)放大。,Q1合適嗎？,直接連接,求解Q點(diǎn)時(shí)應(yīng)按各回路列多元一次方程，然后解方程組。,.,如何設(shè)置合適的靜態(tài)工

2、作點(diǎn)？,對(duì)哪些動(dòng)態(tài)參數(shù)產(chǎn)生影響？,用什么元件取代Re既可設(shè)置合適的Q點(diǎn)，又可使第二級(jí)放大倍數(shù)不至于下降太多？,若要UCEQ5V，則應(yīng)怎么辦？用多個(gè)二極管嗎？,二極管導(dǎo)通電壓UD？動(dòng)態(tài)電阻rd特點(diǎn)？,Re,必要性？,穩(wěn)壓管 伏安特性,UCEQ1太小加Re（Au2數(shù)值）改用D若要UCEQ1大，則改用DZ。,.,NPN型管和PNP型管混合使用,在用NPN型管組成N級(jí)共射放大電路，由于UCQi UBQi，所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致于后級(jí)集電極電位接近電源電壓，Q點(diǎn)不合適。,UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1 UCQ2 UCQ1,UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1 UCQ2

3、UCQ1,.,二、阻容耦合,Q點(diǎn)相互獨(dú)立。不能放大變化緩慢的信號(hào)，低頻特性差，不易集成化。,有零點(diǎn)漂移嗎？,利用電容連接信號(hào)源與放大電路、放大電路的前后級(jí)、放大電路與負(fù)載，為阻容耦合。,.,可能是實(shí)際的負(fù)載，也可能是下級(jí)放大電路,三、變壓器耦合,理想變壓器情況下，負(fù)載上獲得的功率等于原邊消耗的功率。,從變壓器原邊看到的等效電阻,.,討論：兩級(jí)直接耦合放大電路,選擇合適參數(shù)使電路正常工作,電位高低關(guān)系,.,從Multisim “參數(shù)掃描” 結(jié)果分析兩級(jí)放大電路Q點(diǎn)的相互影響。 R1取何值時(shí)T2工作在飽和區(qū)？,.,3.2 多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析,二、分析舉例,一、動(dòng)態(tài)參數(shù)分析,.,一、動(dòng)態(tài)參數(shù)分析

4、,1.電壓放大倍數(shù),2. 輸入電阻,3. 輸出電阻,對(duì)電壓放大電路的要求：Ri大， Ro小，Au的數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。,.,二、分析舉例,.,討論一 失真分析：由NPN型管組成的兩級(jí)共射放大電路,共射放大電路,共射放大電路,飽和失真？截止失真？,首先確定在哪一級(jí)出現(xiàn)了失真，再判斷是什么失真。,比較Uom1和Uim2，則可判斷在輸入信號(hào)逐漸增大時(shí)哪一級(jí)首先出現(xiàn)失真。,在前級(jí)均未出現(xiàn)失真的情況下，多級(jí)放大電路的最大不失真電壓等于輸出級(jí)的最大不失真電壓。,.,討論二：放大電路的選用,1. 按下列要求組成兩級(jí)放大電路： Ri12k，Au 的數(shù)值3000； Ri 10M，Au的數(shù)值300； R

5、i100200k，Au的數(shù)值150； Ri 10M ，Au的數(shù)值10，Ro100。,共射、共射,2. 若測(cè)得三個(gè)單管放大電路的輸入電阻、輸出電阻和空載電壓放大倍數(shù)，則如何求解它們連接后的三級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)？,注意級(jí)聯(lián)時(shí)兩級(jí)的相互影響！,共源、共射,共集、共射,共源、共集。,.,3.3 差分放大電路,一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因,二、長(zhǎng)尾式差分放大電路的組成,三、長(zhǎng)尾式差分放大電路的分析,四、差分放大電路的四種接法,五、具有恒流源的差分放大電路,六、差分放大電路的改進(jìn),.,一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因,1. 什么是零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：uI0，uO0的現(xiàn)象。,產(chǎn)生原因：溫度變化，直流電源波動(dòng)

6、，元器件老化。其中晶體管的特性對(duì)溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂。,克服溫漂的方法：引入直流負(fù)反饋，溫度補(bǔ)償。 典型電路：差分放大電路,.,零點(diǎn)漂移,零輸入零輸出,理想對(duì)稱,二、長(zhǎng)尾式差分放大電路的組成,共模信號(hào)：大小相等，極性相同。,差模信號(hào)：大小相等，極性相反.,.,典型電路,在理想對(duì)稱的情況下：,2. 零輸入零輸出；,1. 可克服零點(diǎn)漂移；,4. 放大差模信號(hào)。,3. 抑制共模信號(hào)；,.,三、長(zhǎng)尾式差分放大電路的分析,Rb是必要的嗎？,1. Q點(diǎn)：,晶體管輸入回路方程：,通常，Rb較小，且IBQ很小，故,選合適的VEE和Re就可得合適的Q,.,2. 抑制共模信號(hào),共模信號(hào)：數(shù)值相等、

7、極性相同的輸入信號(hào)，即,.,2. 抑制共模信號(hào) ：Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔?Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔茫簻囟茸兓鸬淖兓刃楣材Ｐ盘?hào),對(duì)于每一邊電路，Re=?,如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 ,抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。,.,3. 放大差模信號(hào),iE1= iE2，Re中電流不變，即Re 對(duì)差模信號(hào)無(wú)反饋?zhàn)饔谩?差模信號(hào)：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號(hào)，即,.,為什么？,差模信號(hào)作用時(shí)的動(dòng)態(tài)分析,差模放大倍數(shù),.,4. 動(dòng)態(tài)參數(shù)：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR,共模抑制比KCMR：綜合考察差分放大電路放大差模信號(hào)的能力和抑制共模信號(hào)的能力。,在實(shí)際應(yīng)

8、用時(shí)，信號(hào)源需要有“ 接地”點(diǎn)，以避免干擾；或負(fù)載需要有“ 接地”點(diǎn)，以安全工作。,根據(jù)信號(hào)源和負(fù)載的接地情況，差分放大電路有四種接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。,.,四、差分放大電路的四種接法,由于輸入回路沒(méi)有變化，所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時(shí)一樣。但是UCEQ1 UCEQ2。,1. 雙端輸入單端輸出：Q點(diǎn)分析,.,1. 雙端輸入單端輸出：差模信號(hào)作用下的分析,.,1. 雙端輸入單端輸出：共模信號(hào)作用下的分析,.,1. 雙端輸入單端輸出：?jiǎn)栴}討論,（1）T2的Rc可以短路嗎？ （2）什么情況下Ad為“”？ （3）雙端輸出時(shí)的Ad是單端輸

9、出時(shí)的2倍嗎？,.,2. 單端輸入雙端輸出,輸入差模信號(hào)的同時(shí)總是伴隨著共模信號(hào)輸入：,在輸入信號(hào)作用下發(fā)射極的電位變化嗎？說(shuō)明什么？,.,2. 單端輸入雙端輸出,問(wèn)題討論： （1）UOQ產(chǎn)生的原因？ （2）如何減小共模輸出電壓？,測(cè)試:,靜態(tài)時(shí)的值,單端輸入單端輸出的情況請(qǐng)同學(xué)們自行分析！,.,3. 四種接法的比較：電路參數(shù)理想對(duì)稱條件下,輸入方式： Ri均為2(Rb+rbe)；雙端輸入時(shí)無(wú)共模信號(hào)輸入，單端輸入時(shí)有共模信號(hào)輸入。,輸出方式：Q點(diǎn)、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均與之有關(guān)。,.,五、差分放大電路的改進(jìn),由前分析可知：Re 越大，每一邊的漂移越小，共模負(fù)反饋越強(qiáng)，Ac越小，KC

10、MR越大，差分放大電路的性能越好。 但為使靜態(tài)電流不變，Re 越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。 需在低電源條件下，設(shè)置合適的IEQ，并得到得到（等效）趨于無(wú)窮大的Re。,解決方法：采用電流源取代Re！,.,1、具有恒流源差分放大電路的組成,等效電阻為無(wú)窮大,近似為 恒流,.,1) RW取值應(yīng)大些？還是小些？ 2) RW對(duì)動(dòng)態(tài)參數(shù)的影響？ 3) 若RW滑動(dòng)端在中點(diǎn)，寫出Ad、Ri的表達(dá)式。,2、 加調(diào)零電位器 RW（改善對(duì)稱性）,.,六、 場(chǎng)效應(yīng)管差分放大電路,.,若uI1=10mV，uI2=5mV，則uId=？ uIc=？,uId=5mV ，uIc=7.5mV,討論一,若將電橋的輸

11、出作為差放的輸入，則其共模信號(hào)約為多少？設(shè)置Q點(diǎn)時(shí)如何考慮？,.,1、uI=10mV，則uId=? uIc=? 2、若Ad=102、KCMR103用直流表測(cè)uO ，uO=?,uId=10mV ，uIc=5mV,uO= Ad uId+ Ac uIc+UCQ1,=?,=?,=?,討論二 單端輸入單端輸出,.,例3.3.1 電路如側(cè)。已知,（1）Re的取值應(yīng)為多少？T1和T2管的UCEQ為多少？,（2）試求Au、Ri和Ro ;,（3）若將電路改成單端輸出（如圖3.3.7），用直流表測(cè)得輸出電壓uo=3V，試問(wèn)輸入電壓約為多少？設(shè)共模電壓可忽略。,解： （1）,.,例3.3.1 電路如側(cè)。已知,（1）

12、Re的取值應(yīng)為多少？T1和T2管的UCEQ為多少？,（2）試求Au、Ri和Ro ;,（3）若將電路改成單端輸出（如圖3.3.7），用直流表測(cè)得輸出電壓uo=3V，試問(wèn)輸入電壓約為多少？設(shè)共模電壓可忽略。,解： （2）據(jù)(3.3.7)、 (3.3.8)、 (3.3.9)可得,交流等效,.,例3.3.1 電路如側(cè)。已知,（3）若將電路改成單端輸出（如 圖3.3.7），用直流表測(cè)得輸出電壓 uo=3V，試問(wèn)輸入電壓約為多少？設(shè)共模電壓可忽略。,據(jù)(3.3.12)、 (3.3.13)、 (3.3.14)可得,解： （3）因直流表測(cè)得的輸出電壓包涵靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩部分！,再據(jù)(3.3.16) 可得,忽略共模

13、影響有：,.,3.4 互補(bǔ)輸出級(jí),二、基本電路,三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí),四、準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí),一、對(duì)輸出級(jí)的要求,.,互補(bǔ)輸出級(jí)是直接耦合的功率放大電路。 對(duì)輸出級(jí)的要求：帶負(fù)載能力強(qiáng)；直流功耗小；負(fù)載電阻上無(wú)直流功耗； 最大不失真輸出電壓最大。,一、對(duì)輸出級(jí)的要求,不符合要求！,.,二、基本電路,靜態(tài)時(shí)T1、T2均截止，UB= UE=0,1. 特征：T1、T2特性理想對(duì)稱。,2. 靜態(tài)分析,T1的輸入特性,動(dòng)態(tài)時(shí)T1、T2交替工作，對(duì)稱情況計(jì)算增益可僅考慮一個(gè)放大管！,.,3. 動(dòng)態(tài)分析,ui正半周，電流通路為 +VCCT1RL地， uo = ui,兩只管子交替工作，兩路電源交替供電，雙向

14、跟隨。,ui負(fù)半周，電流通路為 地 RL T2 -VCC， uo = ui,.,4. 交越失真,消除失真的方法： 設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。,信號(hào)在零附近兩只管子均截止,開啟電壓, 靜態(tài)時(shí)T1、T2處于臨界導(dǎo)通狀態(tài)，有信號(hào)時(shí)至少有一只導(dǎo)通； 偏置電路對(duì)動(dòng)態(tài)性能影響要小。,.,三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí),.,四、準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí),為保持輸出管的良好對(duì)稱性，輸出管應(yīng)為同類型晶體管。,.,3.5 直接耦合多級(jí)放大電路讀圖,一、放大電路的讀圖方法,二、例題,.,一、放大電路的讀圖方法,1. 化整為零：按信號(hào)流通順序?qū)級(jí)放大電路分為N個(gè)基本放大電路。 2. 識(shí)別電路：分析每級(jí)電路屬于哪種基本電路，有何特點(diǎn)。 3. 統(tǒng)觀總體：分析整個(gè)電路的性能特點(diǎn)。 4. 定量估算：必要時(shí)需估算主要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)。,.,二、例題,第一級(jí)：雙端輸