多級(jí)放大電路

1、授課時(shí)間第10次課，第 6周 星期六 第1-2節(jié) 課時(shí) 2 方法及手段 授課方式 理論課口 討論課口 習(xí)題課口 實(shí)驗(yàn)課上機(jī)課口 技能課其他口 授課題目多級(jí)放大電路的耦合方式、多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析 目的掌握各種多級(jí)放大電路耦合方式的特點(diǎn)；掌握多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析 與要方法。 求 重 點(diǎn) 各種耦合方式的特點(diǎn)；動(dòng)態(tài)參數(shù)的分析方法。 與難 占 八、 教學(xué)基本內(nèi)容 3.1多級(jí)放大電路的耦合方式 為獲得足夠大的放大倍數(shù)，需將單級(jí)放大器串接，組成多級(jí)放大器。組成多級(jí)放大電 路的每一個(gè)基本放大電路稱為一級(jí)，級(jí)與級(jí)之間的連接稱為級(jí)間耦合。多級(jí)放 大電路的常見耦合方式：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合和光電耦合

2、。 對(duì)耦合電路要求： 靜態(tài)：保證各級(jí)Q點(diǎn)設(shè)置 動(dòng)態(tài)：傳送信號(hào)(波形不失真、減少壓降損失) 1、直接耦合 直接耦合放大電路的特點(diǎn)： (1) 沒有電容的隔直作用，各級(jí)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，不能分別估算。 (2) 前一級(jí)的輸出電壓是后一級(jí)的輸入電壓，后一級(jí)的輸入電阻是前一級(jí)的交流 負(fù)載電阻。 (3) 總電壓放大倍數(shù) =各級(jí)放大倍數(shù)的乘積。 (4) 總輸入電阻 ri 即為第一級(jí)的輸入電阻 ri1 ，總輸出電阻即為最后一級(jí)的輸出 電阻。 (5) 受零點(diǎn)漂移溫度漂移的影響大。 (6) 很容易集成化 2、阻容耦合 多級(jí)阻容耦合放大器的特點(diǎn)： (1) 由于電容的隔直作用，受零點(diǎn)漂移溫度漂移的影響?。桓骷?jí)

3、放大器的靜態(tài)工 作點(diǎn)相互獨(dú)立，可以分別估算。 (2) 前一級(jí)的輸出電壓是后一級(jí)的輸入電壓；后一級(jí)的輸入電阻是前一級(jí)的交流 負(fù)載電阻。 (3) 總電壓放大倍數(shù) =各級(jí)放大倍數(shù)的乘積。 (4) 總輸入電阻 ri 即為第一級(jí)的輸入電阻 ri1 ?？傒敵鲭娮杓礊樽詈笠患?jí)的輸出 電阻。 (5) 很不容易集成化。 由上述特點(diǎn)可知，射極輸出器接在多級(jí)放大電路的首級(jí)可提高輸入電阻；接在末 級(jí)可減小輸出電阻；接在中間級(jí)可起匹配作用，從而改善放大電路的性能。 3、變壓器耦合 將放大電路前級(jí)的輸出信號(hào)通過(guò)變壓器接到后級(jí)的輸入端或負(fù)載電阻上，成為變 壓器耦合。 由于變壓器耦合電路的前后級(jí)靠磁路耦合，所以各級(jí)放大電路的

4、靜態(tài)工作點(diǎn)相互 獨(dú)立，便于分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試。它的低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號(hào)，而 且笨重，更不能集成化。優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換，在分立元件功率放大電路中 應(yīng)用廣泛。 4、光電耦合 光電耦合是以光信號(hào)為媒介來(lái)實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的耦合和傳遞的，因其抗干擾能力強(qiáng)而 得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 3.2 多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析 多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)等于組成它的各級(jí)放大電路電壓放大倍數(shù)之積。對(duì) 于第一級(jí)到（N-1 ）級(jí)，每一級(jí)的放大倍數(shù)均應(yīng)該是以后級(jí)輸入電阻作為負(fù)載時(shí)的 放大倍數(shù)。 多級(jí)放大電路的輸入電阻就是第一級(jí)的輸入電阻。 多級(jí)放大電路的輸出電阻就是最后一級(jí)的輸出電阻。 多級(jí)阻容耦合放大器： 前一級(jí)的

5、輸出電壓是后一級(jí)的輸入電壓。后一級(jí)的輸入電阻是前一級(jí)的交流負(fù)載 電阻。 ri2 第二級(jí)的輸入電阻。ri= r i 1 = R11/ R12/ r be1 ri 2 = R21/ R22/ rbe2ro = RC2 總放大倍數(shù)等于各級(jí)放大倍數(shù)的乘積， Au 為正，輸入輸出同相 注意：當(dāng)共集放大電路作為輸入級(jí)（第一級(jí)）時(shí)，它的輸入電阻與其負(fù)載，及第 二級(jí)的輸入電阻有關(guān)；而當(dāng)共集放大電路作為輸出級(jí)時(shí)，他的輸出電阻與信號(hào)源 的內(nèi)阻，即與倒數(shù)第二級(jí)的輸出電阻有關(guān)。 用射極輸出器作為輸入級(jí) ,構(gòu)成兩級(jí)放大器，可提高放大器的輸入電阻；用射極輸 出器作為輸出級(jí) ,構(gòu)成兩級(jí)放大器，可減小放大器的輸出電阻,提高帶

6、負(fù)載的能力。 思考題、作 業(yè)、參考文 獻(xiàn) 課后 小結(jié) 方法及手段 授課時(shí)間第11次課，第 7周星期二第1-2節(jié) 課時(shí) 2 授課方式 理論課口 討論課口 習(xí)題課口 實(shí)驗(yàn)課上機(jī)課口 技能課其他口 授課題目直接耦合放大電路 目的理解直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象；掌握差分放大電路的組成和工 與要 作原理；掌握差分放大電路四種解法的特點(diǎn)；掌握直接耦合互補(bǔ)輸出級(jí) 求 電路的特點(diǎn)；掌握直接耦合多級(jí)放大電路的分析方法。 重點(diǎn)直接耦合電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象；差分放大電路的工作原理和分析方法； 占 八、 與 難 直接耦合互補(bǔ)輸出級(jí)放大電路的特點(diǎn)；直接耦合多級(jí)放大電路的分析方 法。 教學(xué)基本內(nèi)容 3.3 直接耦合放大

7、電路 3.3.1 直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象 問(wèn)題 1：前后級(jí) Q 點(diǎn)相互影響。 問(wèn)題 2：零點(diǎn)漂移。前一級(jí)的溫漂將作為后一級(jí)的輸入信號(hào)，使得當(dāng)ui 等于零 時(shí)，Uo不等于零。 直接耦合多級(jí)放大電路零點(diǎn)漂移現(xiàn)象： 1、零點(diǎn)漂移 2、溫度漂移 3、抑制溫度漂移的方法：在電路中引入直流負(fù)反饋 采用溫度補(bǔ)償，利用熱敏元件來(lái)抵消放大管的變化 采用特性相同的管子，使其溫漂相互抵消，如：差分放大電路 3.3.2 差分放大電路 一、電路組成 當(dāng)溫度變化時(shí)， 集電極電位變化， 使輸出電壓 變化，若采用直接耦合方式， 這種變化會(huì)逐級(jí) 放大，使電路無(wú)法正常工作。 采用（b）所示電路，采用電路參數(shù)完全相同，管子

8、特性也完全相同的電路，那么 兩只管子的集電極靜態(tài)電位在溫度變化時(shí)也將時(shí)時(shí)相等，電路以兩只管子集電極 電位差作為輸出，就克服了溫度漂移。 共模信號(hào)：對(duì)于圖（b）所示電路，當(dāng)UI1與UI2所加信號(hào)為大小相等極性相同的 輸入信號(hào)時(shí)，稱為共模信號(hào)。 差分放大電路對(duì)共模信號(hào)具有很強(qiáng)的抑制作用，在電路參數(shù)完全對(duì)稱的情況下， 共模輸出為零。 差模信號(hào)：當(dāng)UI1與UI2所加信號(hào)為大小相等極性相反的輸入信號(hào)時(shí)，稱為差模 信號(hào)。 集電極電位的變化相等變化方向相反，從而可以實(shí)現(xiàn)電壓放大。 二、長(zhǎng)尾式差分放大電路 長(zhǎng)尾式電路：如圖所示為典型的差分放大電路，由于Re接負(fù)載電源-Vee，拖 一個(gè)尾巴，故稱為長(zhǎng)尾式電路。電

9、路參數(shù)理想對(duì)稱：Rb1=Rb2=Rb， Rc1=Rc2=Rc； T1管與T2管的特性相同，3 1= 3 2=3 , rbe1=rbe2=rbe； Re為公共的發(fā)射極電阻。 1.靜態(tài)分析 2對(duì)共模信號(hào)的抑制作用 利用發(fā)射極電阻 Re對(duì)共模信號(hào)的抑制：利用Re對(duì)共模信號(hào)的負(fù)反饋?zhàn)饔?，Re 阻值愈大，負(fù)反饋?zhàn)饔糜鷱?qiáng)，集電極電位的變化愈小，差分放大電路對(duì)共模信號(hào) 的抑制能力愈強(qiáng)。但 Re取值不能過(guò)大，它受電源電壓Vee的限制。 uOc 共模放大倍數(shù)Ac:定義為 A 空 呱 式中也uIc為共模輸入電壓，AuOc是作用下的輸出電壓。 IC 3對(duì)差模信號(hào)的放大作用 任意輸入的信號(hào)：Uii , Ui2，都可分

10、解成差模分量和共模分量。 差模分量：山=業(yè)呃 2 共模分量：二虬巴2 2 、/、一 、* 注意： Uii = UC + Ud ； Ui2 = UC - Ud 三、差分放大電路的四種接法 1.雙端輸入單端輸出電路 在差模信號(hào)作用時(shí): 輸出電壓 輸入電壓 耳應(yīng)=山（？（盡 以至=2&鳥（氏為+烏藝） 差模放大倍數(shù) 電路的輸入電阻 R、= 2(& +%) 電路的輸出電阻 2. 單端輸入、雙端輸出電路 3. 單端輸入、單端輸出電路 該電路對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)、差模增益、共模增益、輸 入與輸出電阻的分析與單端輸出電路相同。對(duì)輸 入信號(hào)的作用分析與單端輸入電路相同。 四、改進(jìn)型差分放大電路 為了既能采用較低的電源

11、電壓，又能采用很大的等效電阻Re,可采用恒流源電路 來(lái)取代Re。晶體管工作在放大區(qū)時(shí)， 其集電極電流幾乎僅決定于基極電流而與管 壓降無(wú)關(guān)， 當(dāng)基極電流是一個(gè)不變的直流電流時(shí)， 集電極電流就是一個(gè)恒定電流。 因此，利用工作點(diǎn)穩(wěn)定電路來(lái)取代 Re,就得如圖所示電路。 恒流源電路在不高的電源電壓下既為差分放大電路設(shè)置了合適的靜態(tài)工作電流， 又大大增強(qiáng)了共模負(fù)反饋?zhàn)饔?使電路具有更強(qiáng)的抑制共模信號(hào)的能力。 為了獲得高輸入電阻的差分放大電路,可用場(chǎng)效應(yīng)管取代晶體管,如下圖所示。 這種電路特別適于做直接耦合多級(jí)放大電路的輸入級(jí)。通常情況下可以認(rèn)為其輸 入電阻為無(wú)窮大。其應(yīng)用和晶體管差分放大電路相同。 3.

12、3.3 直接耦合互補(bǔ)輸出級(jí) 對(duì)于電壓放大電路的輸出級(jí)一般有兩個(gè)基本要求：一是輸出電阻低,二是最大不 失真輸出電壓盡可能大。共集放大電路滿足前一要求,但它帶上負(fù)載后靜態(tài)工作 點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生變化,且輸出不失真電壓也將減少。為了滿足后一要求,并且做到輸入 電壓為零時(shí)輸出電壓為零,便產(chǎn)生了雙向跟隨的互補(bǔ)輸出級(jí)。 設(shè)輸入正弦波,當(dāng) ui0 時(shí), T1 管導(dǎo)通, T2 管截止, T1 管以射極輸出形式將正半 周信號(hào)傳遞到負(fù)載。此時(shí)正電源 VCC 供電,電流方向如圖所示。 設(shè)輸入正弦波，當(dāng) ui0 時(shí)， T1 管截止， T2 管導(dǎo)通， T2 管以射極輸出形式將負(fù)半 周信號(hào)傳遞到負(fù)載。此時(shí)正電源 VCC 供電，電流

13、方向如圖所示。 電路存在問(wèn)題：只有當(dāng)輸入電壓 ui 大于晶體管的開啟電壓時(shí) Uon ，輸出電壓才能 跟隨輸入電壓 ui 的變化。 因此， 當(dāng)輸入電壓為正弦波時(shí)， 輸出電壓在 ui 過(guò)零附近 產(chǎn)生失真，波形如圖所示，這種失真為交越失真。 消除交越失真的方法：在靜態(tài)時(shí) T1 管與 T2 管均處于臨界導(dǎo)通或微導(dǎo)通狀態(tài)，則 當(dāng)輸入信號(hào)作用時(shí)，就能保證至少有一只管子導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)了雙向跟隨。 二、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí) 如圖所示，如果晶體管與二極管采用同一種材料，就可使T1管和T2管均處于微 導(dǎo)通狀態(tài)。由于二極管的動(dòng)態(tài)電阻很小，可認(rèn)為 T1 管基極動(dòng)態(tài)電位和 T2 管動(dòng)態(tài) 電位近似相等。 為消除交越失真，在集成電路中采用如下圖所示電路。合理選擇R3和R4，可以 得到 UBE 任意倍數(shù)的直流電壓，故稱該電路為