模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)--清華大學--華成英--3-多級放大電路ppt課件

1、華成英 第三章 多級放大電路華成英 第三章 多級放大電路3.1 3.1 多級放大電路的耦合方式多級放大電路的耦合方式3.2 3.2 多級放大電路的動態(tài)分析多級放大電路的動態(tài)分析3.3 3.3 差分放大電路差分放大電路3.4 3.4 互補輸出級互補輸出級3.5 3.5 直接耦合多級放大電路讀圖直接耦合多級放大電路讀圖華成英 3.1 多級放大電路的耦合方式一、直接耦合一、直接耦合二、阻容耦合二、阻容耦合三、變壓器耦合三、變壓器耦合華成英 一、直接耦合既是第一級的集電極電阻，既是第一級的集電極電阻，又是第二級的基極電阻又是第二級的基極電阻 可以放大變化緩慢的信號，便于集成化， Q點相互影響，存在零點

2、漂移景象。 當輸入信號為零時，前級由溫度變化所引起的電流、電當輸入信號為零時，前級由溫度變化所引起的電流、電位的變化會逐級放大。位的變化會逐級放大。第二級第二級第一級第一級Q1適宜嗎？適宜嗎？直接直接銜接銜接輸入為零，輸出輸入為零，輸出產(chǎn)生變化的景象產(chǎn)生變化的景象稱為零點漂移稱為零點漂移求解求解Q點時應(yīng)按各回路列多元一次方程，然后解方程組。點時應(yīng)按各回路列多元一次方程，然后解方程組。華成英 如何設(shè)置適宜的靜態(tài)任務(wù)點？對哪些動態(tài)參對哪些動態(tài)參數(shù)產(chǎn)生影響？數(shù)產(chǎn)生影響？ 用什么元件取代用什么元件取代Re既可設(shè)置適宜的既可設(shè)置適宜的Q點，又可使第點，又可使第二級放大倍數(shù)不至于下降太多？二級放大倍數(shù)不至

3、于下降太多？假設(shè)要假設(shè)要UCEQ5V，那么應(yīng)怎樣辦？用多個二極，那么應(yīng)怎樣辦？用多個二極管嗎？管嗎？二極管導通電壓二極管導通電壓UD？動態(tài)電阻？動態(tài)電阻rd特點？特點？Re必要性？必要性？穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管伏安特性伏安特性 UCEQ1太小太小加加ReAu2數(shù)值數(shù)值改用改用D假設(shè)要假設(shè)要UCEQ1大，那么改用大，那么改用DZ。華成英 NPN型管和型管和PNP型管混合運用型管混合運用 在用在用NPN型管組成型管組成N級共射放大電路，由于級共射放大電路，由于UCQi UBQi，所以所以 UCQi UCQ(i-1i=1N，以致于后級集電極電，以致于后級集電極電位接近電源電壓，位接近電源電壓，Q點不適宜。點不

4、適宜。UCQ1 UBQ2 UBQ1UCQ2 UCQ1 UCQ1 UBQ2 UBQ1UCQ2 UCQ1 華成英 二、阻容耦合 Q點相互獨立。不能放大變化緩慢的信號，低頻特性差，不能集成化。共射電路共射電路共集電路共集電路有零點漂移嗎？有零點漂移嗎？ 利用電容銜接信號利用電容銜接信號源與放大電路、放大源與放大電路、放大電路的前后級、放大電路的前后級、放大電路與負載，為阻容電路與負載，為阻容耦合。耦合。華成英 能夠是實踐的負載，也能夠是下級放大電路三、變壓器耦合L2L2c21RIRIPPl， 理想變壓器情況下，負載上獲得的功率等于原邊耗費的功率。，實現(xiàn)了阻抗變換。L221L2c2L)(RNNRIIR

5、l從變壓器原從變壓器原邊看到的等邊看到的等效電阻效電阻華成英 討論：兩級直接耦合放大電路選擇適宜參數(shù)使選擇適宜參數(shù)使電路正常任務(wù)電路正常任務(wù)電位高電位高低關(guān)系低關(guān)系華成英 從Multisim “參數(shù)掃描 結(jié)果分析兩級放大電路Q點的相互影響。 R1取何值時T2任務(wù)在飽和區(qū)？uC1uC2T2任務(wù)在任務(wù)在放大區(qū)放大區(qū) 華成英 3.2 3.2 多級放大電路的動態(tài)分析多級放大電路的動態(tài)分析二、分析舉例二、分析舉例一、動態(tài)參數(shù)分析一、動態(tài)參數(shù)分析華成英 一、動態(tài)參數(shù)分析一、動態(tài)參數(shù)分析1. 1.電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) njujnuAUUUUUUUUA1ioi2o2io1io2. 2. 輸入電阻輸入電阻i

6、1iRR 3. 3. 輸出電阻輸出電阻nRRoo 對電壓放大電路的要求：對電壓放大電路的要求：Ri大，大， Ro小，小，Au的數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。的數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。華成英 )(1 (L622be5i2RRrRR21L62be2L6221bei231)( ) 1 ()( ) 1 ()( uuuuuAAARRrRRArRRAbe121irRRR1be2536orRRRR二、分析舉例二、分析舉例華成英 討論一討論一 失真分析：由失真分析：由NPN型管組成的兩級共射型管組成的兩級共射放大電路放大電路共射放共射放大電路大電路共射放共射放大電路大電路iuou飽和失真？截止失真？飽和

7、失真？截止失真？ 首先確定在哪一級出現(xiàn)了失真，再判別是什么失真。首先確定在哪一級出現(xiàn)了失真，再判別是什么失真。 比較比較Uom1和和Uim2，那么可判別在輸入信號逐漸增，那么可判別在輸入信號逐漸增大時哪一級首先出現(xiàn)失真。大時哪一級首先出現(xiàn)失真。 在前級均未出現(xiàn)失真的情況下，多級放大電路的最在前級均未出現(xiàn)失真的情況下，多級放大電路的最大不失真電壓等于輸出級的最大不失真電壓。大不失真電壓等于輸出級的最大不失真電壓。華成英 討論二：放大電路的選用討論二：放大電路的選用1. 按以下要求組成兩級放大電路：按以下要求組成兩級放大電路： Ri12k，Au 的數(shù)值的數(shù)值3000； Ri 10M，Au的數(shù)值的數(shù)

8、值300； Ri100200k，Au的數(shù)值的數(shù)值150； Ri 10M ，Au的數(shù)值的數(shù)值10，Ro100。共射、共射；共源、共射；共射、共射；共源、共射；共集、共射；共源、共集。共集、共射；共源、共集。2. 假設(shè)測得三個單管放大電路的輸入電阻、輸出電阻和空假設(shè)測得三個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)，那么如何求解它們銜接后的三級放大電載電壓放大倍數(shù)，那么如何求解它們銜接后的三級放大電路的電壓放大倍數(shù)？路的電壓放大倍數(shù)？留意級聯(lián)時兩級留意級聯(lián)時兩級的相互影響！的相互影響！華成英 3.3 3.3 差分放大電路差分放大電路一、零點漂移景象及其產(chǎn)生的緣由一、零點漂移景象及其產(chǎn)生的緣

9、由二、長尾式差分放大電路的組成二、長尾式差分放大電路的組成三、長尾式差分放大電路的分析三、長尾式差分放大電路的分析四、差分放大電路的四種接法四、差分放大電路的四種接法五、具有恒流源的差分放大電路五、具有恒流源的差分放大電路六、差分放大電路的改良六、差分放大電路的改良華成英 一、零點漂移景象及其產(chǎn)生的緣由一、零點漂移景象及其產(chǎn)生的緣由1. 1. 什么是零點漂移景象：什么是零點漂移景象：uIuI0 0，uO0uO0的景象。的景象。產(chǎn)生緣由：溫度變化，直流電源動搖，元器件老化。其中晶產(chǎn)生緣由：溫度變化，直流電源動搖，元器件老化。其中晶體管的特性對溫度敏感是主要緣由，故也稱零漂為溫漂。體管的特性對溫度

10、敏感是主要緣由，故也稱零漂為溫漂。抑制溫漂的方法：引入直流負反響，溫度補償。抑制溫漂的方法：引入直流負反響，溫度補償。 典型電路：差分放大電路典型電路：差分放大電路華成英 零點漂移零點漂移零輸入零輸入零輸出零輸出理想對稱理想對稱二、長尾式差分放大電路的組成二、長尾式差分放大電路的組成信號特點？信號特點？能否放大？能否放大？共模信號：大小相等，極性一樣。共模信號：大小相等，極性一樣。差模信號：大小相等，極性相反差模信號：大小相等，極性相反.信號特點？能否放大？信號特點？能否放大？華成英 典型電路典型電路02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUI

11、IIIIIIII在理想對稱的情況下：在理想對稱的情況下：1. 抑制零點漂移；抑制零點漂移；2. 零輸入零輸出；零輸入零輸出；3. 抑制共模信號；抑制共模信號；4. 放大差模信號。放大差模信號。RRRRt+VCCuI華成英 三、長尾式差分放大電路的分析三、長尾式差分放大電路的分析 eBEQEEEQ2RUVI1EQBQII02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIIIRb是必要的嗎？是必要的嗎？1. Q點：eEQBEQBQEE2RIURIVb晶體管輸入回路方程：晶體管輸入回路方程：通常，通常，Rb較小，且較小，且IBQ很小，很小，故故

12、BEQcCQCCCEQURIVU選適宜的選適宜的VEE和和Re就可得適宜的就可得適宜的Q華成英 2. 2. 抑制共模信號抑制共模信號 0 )()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0 cIcOccAuuA，參參數(shù)數(shù)理理想想對對稱稱時時共共模模放放大大倍倍數(shù)數(shù)C21CC21CB21Buuiiii共模信號：數(shù)值相等、極性一樣的共模信號：數(shù)值相等、極性一樣的輸入信號，即輸入信號，即IcI2I1uuu華成英 2. 2. 抑制共模信號抑制共模信號 ：ReRe的共模負反響的共模負反響作用作用0 cIcOccAuuA參數(shù)理想對稱時參數(shù)理想對稱時共模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)Re的共模負反響作用：溫度變化

13、所引起的變化等效為共模信號的共模負反響作用：溫度變化所引起的變化等效為共模信號對于每一邊電對于每一邊電路，路，Re=?如如 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。抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。華成英 3. 3. 放大差模信號放大差模信號C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiiiiE1= iE2，Re中電流不變，即中電流不變，即Re 對差模信號無反響作用。對差模信號無反響作用。2/IdI2I1uuu差模信號：數(shù)值相等，極性相反差模信號：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號，即的輸入信號，即2Idu2Idu華成英 )(2beb

14、BIdrRiu為什么？為什么？差模信號作用時的動態(tài)分析差模信號作用時的動態(tài)分析bebLcd)2( rRRRA差模放大倍數(shù)差模放大倍數(shù)IdOdduuA)2(2LcCOdRRiu 2 )(2cobebiRRrRR，華成英 4. 4. 動態(tài)參數(shù)：動態(tài)參數(shù)：AdAd、RiRi、 RoRo、 AcAc、KCMRKCMR 共模抑制比共模抑制比KCMR：綜合調(diào)查差分放大電路放大差模：綜合調(diào)查差分放大電路放大差模信號的才干和抑制共模信號的才干。信號的才干和抑制共模信號的才干。下下，在在參參數(shù)數(shù)理理想想對對稱稱的的情情況況CMRcdCMRKAAK 在實踐運用時，信號源需求有“ 接地點，以防止干擾；或負載需求有“

15、 接地點，以平安任務(wù)。 根據(jù)信號源和負載的接地情況，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。華成英 四、差分放大電路的四種接法四、差分放大電路的四種接法cCQCCCQ2LcCQCCLcLCQ1 )(RIVURRIVRRRU 由于輸入回路沒有變由于輸入回路沒有變化，所以化，所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時一樣。與雙端輸出時一樣。但是但是UCEQ1 UCEQ2。1. 1. 雙端輸入單端輸出：雙端輸入單端輸出：Q Q點分析點分析華成英 1. 1. 雙端輸入單端輸出：差模信號作用下的分雙端輸入單端輸出：差模信號作用下的分析析bebLcd)(

16、 21rRRRAcobebi)(2RRrRR，華成英 1. 1. 雙端輸入單端輸出：共模信號作用下的分析雙端輸入單端輸出：共模信號作用下的分析bebLcd)( 21rRRRAebebLcc)1 (2)( RrRRRAbebebebCMR)1 (2rRRrRK華成英 1. 1. 雙端輸入單端輸出：問題討論雙端輸入單端輸出：問題討論bebLcd)( 21rRRRA1T2的的Rc可以短路嗎？可以短路嗎？2什么情況下什么情況下Ad為為“？3雙端輸出時的雙端輸出時的Ad是單端輸出時的是單端輸出時的2倍嗎？倍嗎？bebebebCMR)1 (2rRRrRKcobebi)(2RRrRR，華成英 2. 2. 單

17、端輸入雙端輸出單端輸入雙端輸出共模輸入電壓共模輸入電壓差模輸入電壓差模輸入電壓 輸入差模信號的同時總是伴隨著共模信號輸入：輸入差模信號的同時總是伴隨著共模信號輸入： 在輸入信號作用下發(fā)射極在輸入信號作用下發(fā)射極的電位變化嗎？闡明什么？的電位變化嗎？闡明什么？2/IIcIIduuuu，華成英 2. 2. 單端輸入雙端輸出單端輸入雙端輸出問題討論：問題討論：1UOQ產(chǎn)生的緣由？產(chǎn)生的緣由？2如何減小共模輸出如何減小共模輸出電壓？電壓？OQIcIdO2UuAuAu測試測試:差模輸出差模輸出共模輸出共模輸出靜態(tài)時的值靜態(tài)時的值華成英 3. 3. 四種接法的比較：電路參數(shù)理想對稱條件四種接法的比較：電路

18、參數(shù)理想對稱條件下下輸入方式：輸入方式： Ri均為均為2(Rb+rbe)；雙端輸入時無共模信號輸；雙端輸入時無共模信號輸入，單端輸入時有共模信號輸入。入，單端輸入時有共模信號輸入。輸出方式：輸出方式：Q點、點、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均與之有關(guān)。均與之有關(guān)。coCMRcbebLcd2 0 )2(RRKArRRRA雙端輸出：cobebebebCMRebebLccbebLcd )(2)1 (2 )1 (2)( )(2)(RRrRRrRKRrRRRArRRRA單端輸出：華成英 五、具有恒流源的差分放大電路五、具有恒流源的差分放大電路 Re 越大，每一邊的漂移越小，共模負反響越強，單端輸出時的A

19、c越小，KCMR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，以致于Re太大就不合理了。 需在低電源條件下，設(shè)置適宜的IEQ，并得到得到趨于無窮大的Re。處理方法：采用電流源取代處理方法：采用電流源取代Re！華成英 具有恒流源差分放大電路的組成具有恒流源差分放大電路的組成3BEQEE2123EB32RUVRRRIII，等效電阻等效電阻為無窮大為無窮大近似為近似為恒流恒流華成英 1) RW取值應(yīng)大些？還是小些？取值應(yīng)大些？還是小些？2) RW對動態(tài)參數(shù)的影響？對動態(tài)參數(shù)的影響？3) 假設(shè)假設(shè)RW滑動端在中點，寫出滑動端在中點，寫出Ad、Ri的表達式。的表達式。2)1

20、 (WbebcdRrRRAWbebi)1 ()(2RrRR六、差分放大電路的改良六、差分放大電路的改良1. 1. 加調(diào)零電位器加調(diào)零電位器 RWRW華成英 doidmd2 RRRRgA，2. 2. 場效應(yīng)管差分放大電路場效應(yīng)管差分放大電路華成英 假設(shè)假設(shè)uI1=10mV，uI2=5mV，那么那么uId=？ uIc=？uId=5mV ，uIc=7.5mV討論一討論一RRRRt+VCCuI 假設(shè)將電橋的輸出作為差假設(shè)將電橋的輸出作為差放的輸入，那么其共模信號放的輸入，那么其共模信號約為多少？如何設(shè)置約為多少？如何設(shè)置Q點時點時如何思索？如何思索？華成英 1、uI=10mV，那么，那么uId=? u

21、Ic=? 2、假設(shè)、假設(shè)Ad=102、KCMR103用直流表測用直流表測uO ，uO=?uId=10mV ，uIc=5mVuO= Ad uId+ Ac uIc+UCQ1=?=?=?討論二討論二華成英 3.4 3.4 互補輸出級互補輸出級二、根本電路二、根本電路三、消除交越失真的互補輸出級三、消除交越失真的互補輸出級四、準互補輸出級四、準互補輸出級一、對輸出級的要求一、對輸出級的要求華成英 互補輸出級是直接耦合的功率放大電路?；パa輸出級是直接耦合的功率放大電路。 對輸出級的要求：帶負載才干強；直流功耗?。粚敵黾壍囊螅簬ж撦d才干強；直流功耗小；負載電阻上無直流功耗；負載電阻上無直流功耗；最大不

22、失真輸出電壓最大。最大不失真輸出電壓最大。一、對輸出級的要求一、對輸出級的要求射極輸出方式射極輸出方式靜態(tài)任務(wù)電流小靜態(tài)任務(wù)電流小輸入為零時輸出為零輸入為零時輸出為零 雙電源供電時雙電源供電時Uom的峰的峰值接近電源電壓。值接近電源電壓。 單電源供電單電源供電Uom的峰值的峰值接近二分之一電源電壓。接近二分之一電源電壓。不符合不符合要求！要求！華成英 二、根本電路二、根本電路靜態(tài)時靜態(tài)時T1、T2均截止，均截止，UB= UE=01. 1. 特征：特征：T1T1、T2T2特性理想對稱。特性理想對稱。2. 2. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析T1的輸入特性的輸入特性理想化特性理想化特性華成英 3. 3. 動態(tài)分

23、析動態(tài)分析ui正半周，電流通路為正半周，電流通路為 +VCCT1RL地，地， uo = ui 兩雖然子交替任務(wù)，兩路電源交替供電，兩雖然子交替任務(wù)，兩路電源交替供電，雙向跟隨。雙向跟隨。ui負半周，電流通路為負半周，電流通路為 地地 RL T2 -VCC， uo = ui華成英 4. 4. 交越失真交越失真消除失真的方法：消除失真的方法：設(shè)置適宜的靜態(tài)任務(wù)點。設(shè)置適宜的靜態(tài)任務(wù)點。信號在零附近兩信號在零附近兩雖然子均截止雖然子均截止開啟開啟電壓電壓 靜態(tài)時靜態(tài)時T1、T2處于臨界導通形狀，處于臨界導通形狀，有信號時至少有一只導通；有信號時至少有一只導通； 偏置電路對動態(tài)性能影響要小。偏置電路對動態(tài)性能影