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文檔簡介

1、模 擬 電 子 技 術 專題二專題二:基本放大電路基本放大電路 多級放大電路多級放大電路 放大電路的負反饋放大電路的負反饋 模 擬 電 子 技 術 級間耦合問題級間耦合問題 多級放大電路的分析多級放大電路的分析 主講內(nèi)容主講內(nèi)容 放大電路負反饋的分析放大電路負反饋的分析 模 擬 電 子 技 術 為什么要多級放大?為什么要多級放大?上節(jié)課上節(jié)課我們主要研究了由一個晶體 管組成基本放大電路,它們的電壓放大倍數(shù)一般只有幾十 倍。但是在實際應用中,往往需要放大非常微弱的信號, 上述的放大倍數(shù)是遠遠不夠的。為了獲得更高的電壓放大 倍數(shù),可以把多個基本放大電路連接起來,組成“多級放 大電路”。其中每一個基

2、本放大電路叫做一“級”,而級 與級之間的連接方式則叫做“耦合方式”。 實際上,單級放大電路中也存在電路與信號源以及負載之 間的耦合問題。 引言引言 模 擬 電 子 技 術 極間耦合形式:極間耦合形式: 直接直接 耦合耦合 A1A2 電路簡單,能放大交、直流電路簡單,能放大交、直流 信號,信號,“Q” 互相影響,零互相影響,零 點點 漂移嚴重。漂移嚴重。 阻容阻容 耦合耦合 A1A2 各級各級 “Q” 獨立,只放大交獨立,只放大交 流流 信號,信號頻率低時耦合電信號,信號頻率低時耦合電 容容抗大。容容抗大。 變壓變壓 器器 耦合耦合 A1A2 用于選頻放大器、用于選頻放大器、 功率放大器等。功率

3、放大器等。 模 擬 電 子 技 術 1、阻容耦合、阻容耦合 阻容耦合是通過電容器將后級電路與前級相連接,其方阻容耦合是通過電容器將后級電路與前級相連接,其方 框圖所示??驁D所示。 阻容耦合放大電路的方框圖 模 擬 電 子 技 術 單級阻容耦合放大電路 兩極阻容耦合放大電路 模 擬 電 子 技 術 1)各級的直流工作點相互獨立。由于電容器隔直流而 通交流,所以它們的直流通路相互隔離、相互獨立的, 這樣就給設計、調試和分析帶來很大方便。 2)在傳輸過程中,交流信號損失少。只要耦合電容選得 足夠大,則較低頻率的信號也能由前級幾乎不衰減地 加到后 級,實現(xiàn)逐級放大。 優(yōu)點:優(yōu)點: 3)電路的溫漂小。

4、4)體積小,成本低。 模 擬 電 子 技 術 缺點:缺點: 2)低頻特性差;1)無法集成; 3)只能使信號直接通過,而不能改變其參數(shù)。 2、 變壓器耦合變壓器耦合 變壓器可以通過磁路的耦合把一次側的交流信號傳送到二次側, 因此可以作為耦合元件。 變 壓 器 耦 合 的 兩 級 放 大 電 路 模 擬 電 子 技 術 為什么要講變壓器耦合?為什么要講變壓器耦合?因為變壓器在傳送交流信號的因為變壓器在傳送交流信號的 同時,可以實現(xiàn)電流、電壓以及阻抗變換。同時,可以實現(xiàn)電流、電壓以及阻抗變換。 圖4-5 變壓器的等效電路 工作原理: n 1 I I , n U U 2 1 2 1 L 2 2 2 2

5、 2 2 1 1 L Rn I U n n I nU I U R 模 擬 電 子 技 術 優(yōu)點優(yōu)點:1)變壓器耦合多級放大電路前后級的靜態(tài) 變壓器耦合多級放大電路前后級的靜態(tài) 工作點是相互獨立、互不影響的。工作點是相互獨立、互不影響的。因為變 壓器不能傳送直流信號。 2)變壓器耦合多級放大電路基本上沒有溫漂現(xiàn)象。變壓器耦合多級放大電路基本上沒有溫漂現(xiàn)象。 3)變壓器在傳送交流信號的同時,可以實現(xiàn)電流、)變壓器在傳送交流信號的同時,可以實現(xiàn)電流、 電壓以及阻抗變換。電壓以及阻抗變換。 缺點:缺點: 1)高頻和低頻性能都很差;)高頻和低頻性能都很差; 2)體積大,成本高,無法集成。)體積大,成本高

6、,無法集成。 模 擬 電 子 技 術 3 直接耦合直接耦合 直接耦合和兩級放大電路 存在兩個問題:存在兩個問題: 1)第一級的靜態(tài)工作 點已接近飽和區(qū)。 2)由于采用同種類型的管 子,級數(shù)不能太多。 (1)直接耦合的具體形式 模 擬 電 子 技 術 為了解決第一個問題:可以采用如下的辦法。為了解決第一個問題:可以采用如下的辦法。 (a) R R B1 C1 ui uo T T 1 2 U CE1 E2 R RC2 (a) 加入電阻加入電阻RE2 模 擬 電 子 技 術 RR B1C1 R C2 u i uo T T 1 2 R Uz z +V Dz z CC (b)在)在T2的發(fā)射極加入穩(wěn)壓管

7、的發(fā)射極加入穩(wěn)壓管 模 擬 電 子 技 術 RR B1 C1 R E2 ui u o T T 1 2 RC2 V CC + 為了解決第二個問題:可以在電路中采用不同類型為了解決第二個問題:可以在電路中采用不同類型 的管子,即的管子,即NPN和和PNP管配合使用,如下圖所示管配合使用,如下圖所示。 利用利用NPN型管和型管和PNP型管進行電平移動型管進行電平移動 模 擬 電 子 技 術 (1)電路可以放大緩慢變化的信號和直流信號電路可以放大緩慢變化的信號和直流信號。 由于級間是直接耦合,所以電路可以放大緩慢 變化的信號和直流信號。 (2)便于集成便于集成。由于電路中只有晶體管和電阻, 沒有電容器

8、和電感器,因此便于集成。 缺點:缺點: 優(yōu)點優(yōu)點: (1)各級的靜態(tài)工作點不獨立,相互影響。會給設計、 計算和調試帶來不便。 (2)引入了零點漂移問題。零點漂移對直接耦合放大 電路的影響比較嚴重。 (2)直接耦合放大電路的優(yōu)缺點)直接耦合放大電路的優(yōu)缺點 模 擬 電 子 技 術 (3)直接耦合放大電路中的零點漂移問題)直接耦合放大電路中的零點漂移問題 1)何謂零點漂移?)何謂零點漂移? 2)產(chǎn)生零點漂移的原因)產(chǎn)生零點漂移的原因 3)零點漂移的嚴重性及其抑制方法)零點漂移的嚴重性及其抑制方法 電阻,管子參數(shù)的變化,電源電壓的波動。如果采用高精 度電阻并經(jīng)經(jīng)過老化處理和采 用高穩(wěn)定度的電源,則晶

9、晶 體管參數(shù)隨溫度的變化將成為產(chǎn)生零點漂移的主要原因。體管參數(shù)隨溫度的變化將成為產(chǎn)生零點漂移的主要原因。 如果零點漂移的大小足以和輸出的有用信號相比擬,就 無法正確地將兩者加以區(qū)分。因此,為了使放大電路能 正常工作,必須有效地抑制零點漂移。 模 擬 電 子 技 術 注意:為什么只對直接耦合多級放大電路注意:為什么只對直接耦合多級放大電路 提出這一問題呢?原來溫度的變化和零點提出這一問題呢?原來溫度的變化和零點 漂移都是隨時間緩慢變化的,如果放大電漂移都是隨時間緩慢變化的,如果放大電 路各級之間采用阻容耦合,這種緩慢變化路各級之間采用阻容耦合,這種緩慢變化 的信號不會逐級傳遞和放大,問題不會很的

10、信號不會逐級傳遞和放大,問題不會很 嚴重。但是,對直接耦合多級放大電路來嚴重。但是,對直接耦合多級放大電路來 說,輸入級的零點漂移會逐級放大,在輸說,輸入級的零點漂移會逐級放大,在輸 出端造成嚴重的影響。特別時當溫度變化出端造成嚴重的影響。特別時當溫度變化 較大,放大電路級數(shù)多時,造成的影響尤較大,放大電路級數(shù)多時,造成的影響尤 為嚴重。為嚴重。 模 擬 電 子 技 術 抑制零點漂移的方法:抑制零點漂移的方法: 1)采用恒溫措施,使晶體管工作溫度穩(wěn)定。需要恒溫室 或槽,因此設備復雜,成本高。 2)采用溫度補償法。就是在電路中用熱敏元件或二極 管(或晶體管的發(fā)射結)來與工作管的溫度特性互相補 償

11、。最有效的方法是設計特殊形式的放大電路,用特性 相同的兩個管子來提供輸出,使它們的零點漂移相互抵 消。這就是“差動放大電路”的設計思想。 3)采用直流負反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點。 4)各級之間采用阻容耦合。 模 擬 電 子 技 術 3、三種耦合方式放大電路的應用場合、三種耦合方式放大電路的應用場合 阻容耦合放大電路:用于交流信號的放大。阻容耦合放大電路:用于交流信號的放大。 變壓器耦合放大電路:用于功率放大及調諧放大。變壓器耦合放大電路:用于功率放大及調諧放大。 直接耦合放大電路:一般用于放大直流信號或緩慢直接耦合放大電路:一般用于放大直流信號或緩慢 變化的信號。變化的信號。 集成電路中的放大電路都

12、采用直接耦合方式。為了抑制集成電路中的放大電路都采用直接耦合方式。為了抑制 零漂,它的輸入級采用特殊形式的差動放大電路。零漂,它的輸入級采用特殊形式的差動放大電路。 模 擬 電 子 技 術 在電子電路中,在電子電路中,將輸出量將輸出量(輸出電壓或輸出(輸出電壓或輸出 電流)的一部分或全部通過一定的電路形式電流)的一部分或全部通過一定的電路形式作作 用到輸入回路用到輸入回路,用來,用來影響其輸入量影響其輸入量(放大電路(放大電路 的輸入電壓或輸入電流)的措施稱為反饋。的輸入電壓或輸入電流)的措施稱為反饋。 反饋的目的:反饋的目的:通過輸出對輸入的影響來改善系通過輸出對輸入的影響來改善系 統(tǒng)的運行

13、狀況及控制效果。統(tǒng)的運行狀況及控制效果。 1 .反饋的基本概念反饋的基本概念 模 擬 電 子 技 術 2. 反饋電路框圖反饋電路框圖 放大器放大器輸出輸出 輸入輸入 取取+ 加強輸入信號加強輸入信號 正反饋正反饋 用于振蕩器用于振蕩器 取取 - 削弱輸入信號削弱輸入信號 負反饋負反饋 用于放大器用于放大器 開環(huán)開環(huán) 閉環(huán)閉環(huán)反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡 疊加疊加 反饋反饋 信號信號 凈輸入凈輸入 模 擬 電 子 技 術 3. 有無反饋的判斷有無反饋的判斷 方法:找反饋通路方法:找反饋通路 無反饋無反饋 有反饋有反饋 模 擬 電 子 技 術 4. 正負反饋的判斷正負反饋的判斷方法:方法:瞬時極性法瞬時極性法

14、 + 增強增強-正反饋正反饋 削弱削弱-負反饋負反饋 + - R1 R2 uO uI A - iF iP - + R1 R2 uO uI A + + iN iF 負反饋負反饋 正反饋正反饋 ii 先假定輸入信號的瞬對地極性先假定輸入信號的瞬對地極性 判斷判斷輸出信號的瞬間電位輸出信號的瞬間電位 推出反饋信號的瞬時極性推出反饋信號的瞬時極性 看反饋信號對輸入信號的影響看反饋信號對輸入信號的影響 模 擬 電 子 技 術 集成運放反饋電路集成運放反饋電路 - + R1 R2 uO uI A + + uD= uP - uN uF uD + - uN uP 分立元件反饋電路分立元件反饋電路 輸入級放大管

15、的凈輸入電壓輸入級放大管的凈輸入電壓uBE 凈輸入電流凈輸入電流iB 凈輸入電壓凈輸入電壓uD 或或 凈輸入電流凈輸入電流iP ( (或或 iN ) ) 模 擬 電 子 技 術 uI VCC + - uO + - + (+) 1 Rc 1 Re 1 R 2 Rc 2 Re Rf (+) (-) (-) T 模 擬 電 子 技 術 輸出端輸出端 uo io 輸入端輸入端 與與ui相比較相比較 與與ii相比較相比較 電壓反饋電壓反饋 電流反饋電流反饋 串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋 并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋 電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋 電流串聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋 電壓并聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋 電流并聯(lián)負反饋電流并聯(lián)

16、負反饋 四種組態(tài)四種組態(tài) 負反饋放大電路:負反饋放大電路:引入引入交流負反饋交流負反饋的放大電路。的放大電路。 模 擬 電 子 技 術 + + + - uF 負反饋負反饋 uD iN i2 i1 iP 短短 路路 法法 令令uo=0,觀察是否仍存在反饋信號,觀察是否仍存在反饋信號: q 反饋信號不存在反饋信號不存在-電壓反饋;電壓反饋; q 反饋信號仍存在反饋信號仍存在-電流反饋。電流反饋。 電壓反饋電壓反饋 R2 模 擬 電 子 技 術 串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋判斷方法串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋判斷方法 反饋信號與輸入信號加在同一輸入端,則為并聯(lián)反饋反饋信號與輸入信號加在同一輸入端,則為并聯(lián)反饋 反饋信號

17、與輸入信號加在不同輸入端則為串聯(lián)反饋反饋信號與輸入信號加在不同輸入端則為串聯(lián)反饋 串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋 模 擬 電 子 技 術 5.1電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋 + - uF iN i2 i1 iP F u FID uuu 串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋 IO u R R u)1 ( 1 2 虛短虛短 O u RR R 21 1 虛斷虛斷虛斷虛斷 模 擬 電 子 技 術 5.1電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋 + - uF iN i2 i1 iP F u FID uuu 串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋 IO u R R u)1 ( 1 2 虛短虛短 O u RR R 21 1 虛斷虛斷虛斷虛斷 模 擬 電 子

18、技 術 求和求和 + - uF + + 負反饋負反饋uD iO iO 判斷正負反饋判斷正負反饋 1 Riu OF 電流反饋電流反饋取樣取樣 FID uuu 串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋 IO u R i 1 1 5.2電流串聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋 模 擬 電 子 技 術 求和求和 負反饋負反饋iD 判斷反饋極性判斷反饋極性 iO + - - iF 電壓反饋電壓反饋 取樣取樣 FID iii iI iD R u i O F 并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋 Riu IO 5.3電壓并聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋 模 擬 電 子 技 術 FID iii OF i RR R i 21 2 - - 電流反饋電流反饋 iF + iI i

19、D i2 并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋 負反饋負反饋iD IO i R R i)1 ( 2 1 5.4電流并聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋 iO 模 擬 電 子 技 術 + C1 RB1 RC1 RB21 RB22 RC2 RE2 RE1 CE C3 C2 +VCC uo ui + T1 T2 Rf + - - + - uf - - + ube 電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋 例例1:判斷:判斷Rf是否負反饋,若是,判斷反饋的組態(tài)。是否負反饋,若是,判斷反饋的組態(tài)。 交流負反饋交流負反饋 模 擬 電 子 技 術 i ib if 電壓反饋電壓反饋 并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋 電壓并聯(lián)負反饋,交直流反饋電壓并聯(lián)負反饋,交直流反饋

20、 例例2:判斷:判斷Rf是否負反饋,若是,判斷反饋的組是否負反饋,若是,判斷反饋的組 態(tài)。態(tài)。 - - +VCC RC C2 C1 Rf ui uo + 模 擬 電 子 技 術 電流反饋電流反饋 并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋 i iB iF 例例3:判斷:判斷Rf是否負反饋,若是,判斷反饋的組態(tài)。是否負反饋,若是,判斷反饋的組態(tài)。 uC1 uB2 uo ui uF RE2 Rf RE1 RC1RC2 +VCC iE2 + - - - - - - 交直流負反饋交直流負反饋 模 擬 電 子 技 術 6.1 對放大倍數(shù)的影響對放大倍數(shù)的影響 FA A Af 1 |AA f 則11FA 負反饋負反饋 A A FAA A d 1 1 d f f 負反饋使放大倍數(shù)下降為原來的負反饋使放大倍數(shù)下降為原來的 。FA 11 負反饋使電路放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高負反饋使電路放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高 倍。倍。FA 1 模

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