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

1、華成英 第三章 多級(jí)放大電路華成英 第三章 多級(jí)放大電路3.1 3.1 多級(jí)放大電路的耦合方式多級(jí)放大電路的耦合方式3.2 3.2 多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析多級(jí)放大電路的動(dòng)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(bǔ)輸出級(jí)互補(bǔ)輸出級(jí)3.5 3.5 直接耦合多級(jí)放大電路讀圖直接耦合多級(jí)放大電路讀圖華成英 3.1 多級(jí)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(jí)的集電極電阻，既是第一級(jí)的集電極電阻，又是第二級(jí)的基極電阻又是第二級(jí)的基極電阻 可以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)

2、漂移景象。 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。位的變化會(huì)逐級(jí)放大。第二級(jí)第二級(jí)第一級(jí)第一級(jí)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(chēng)為零點(diǎn)漂移稱(chēng)為零點(diǎn)漂移求解求解Q點(diǎn)時(shí)應(yīng)按各回路列多元一次方程，然后解方程組。點(diǎn)時(shí)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(diǎn)？對(duì)哪些動(dòng)態(tài)參對(duì)哪些動(dòng)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(diǎn)，又可使第點(diǎn)，又可使第二級(jí)放大倍數(shù)不至于下降太多？二級(jí)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(gè)二極，那么應(yīng)怎樣辦？用多個(gè)二極管嗎？管嗎？二極管導(dǎo)通電壓二極管導(dǎo)通電壓UD？動(dòng)態(tài)電阻？動(dòng)態(tài)電阻rd特點(diǎn)？特點(diǎn)？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(yùn)用型管混合運(yùn)用 在用在用NPN型管組成型管組成N級(jí)共射放大電路，由于級(jí)共射放大電路，由于UCQi UBQi，所以所以 UCQi UCQ(i-1i=1N，以致于后級(jí)集電極電，以致于后級(jí)集電極電位接近電源電壓，位接近電源電壓，Q點(diǎn)不適宜。點(diǎn)不

4、適宜。UCQ1 UBQ2 UBQ1UCQ2 UCQ1 UCQ1 UBQ2 UBQ1UCQ2 UCQ1 華成英 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，不能集成化。共射電路共射電路共集電路共集電路有零點(diǎn)漂移嗎？有零點(diǎn)漂移嗎？ 利用電容銜接信號(hào)利用電容銜接信號(hào)源與放大電路、放大源與放大電路、放大電路的前后級(jí)、放大電路的前后級(jí)、放大電路與負(fù)載，為阻容電路與負(fù)載，為阻容耦合。耦合。華成英 能夠是實(shí)踐的負(fù)載，也能夠是下級(jí)放大電路三、變壓器耦合L2L2c21RIRIPPl， 理想變壓器情況下，負(fù)載上獲得的功率等于原邊耗費(fèi)的功率。，實(shí)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(jí)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(jí)放大電路Q(chēng)點(diǎn)的相互影響。 R1取何值時(shí)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(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析二、分析舉例二、分析舉例一、動(dòng)態(tài)參數(shù)分析一、動(dòng)態(tài)參數(shù)分析華成英 一、動(dòng)態(tài)參數(shù)分析一、動(dòng)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(duì)電壓放大電路的要求：對(duì)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(jí)共射型管組成的兩級(jí)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(jí)出現(xiàn)了失真，再判別是什么失真。首先確定在哪一級(jí)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(hào)逐漸增，那么可判別在輸入信號(hào)逐漸增大時(shí)哪一級(jí)首先出現(xiàn)失真。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。大不失真電壓等于輸出級(jí)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(jí)放大電路：按以下要求組成兩級(jí)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(cè)得三個(gè)單管放大電路的輸入電阻、輸出電阻和空假設(shè)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)，那么如何求解它們銜接后的三級(jí)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(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)？路的電壓放大倍數(shù)？留意級(jí)聯(lián)時(shí)兩級(jí)留意級(jí)聯(lián)時(shí)兩級(jí)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(diǎn)漂移景象及其產(chǎn)生的緣由一、零點(diǎn)漂移景象及其產(chǎn)生的緣

9、由二、長(zhǎng)尾式差分放大電路的組成二、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(diǎn)漂移景象及其產(chǎn)生的緣由一、零點(diǎn)漂移景象及其產(chǎn)生的緣由1. 1. 什么是零點(diǎn)漂移景象：什么是零點(diǎn)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(dòng)搖，元器件老化。其中晶產(chǎn)生緣由：溫度變化，直流電源動(dòng)搖，元器件老化。其中晶體管的特性對(duì)溫度敏感是主要緣由，故也稱(chēng)零漂為溫漂。體管的特性對(duì)溫度

10、敏感是主要緣由，故也稱(chēng)零漂為溫漂。抑制溫漂的方法：引入直流負(fù)反響，溫度補(bǔ)償。抑制溫漂的方法：引入直流負(fù)反響，溫度補(bǔ)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(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移零輸入零輸入零輸出零輸出理想對(duì)稱(chēng)理想對(duì)稱(chēng)二、長(zhǎng)尾式差分放大電路的組成二、長(zhǎng)尾式差分放大電路的組成信號(hào)特點(diǎn)？信號(hào)特點(diǎn)？能否放大？能否放大？共模信號(hào)：大小相等，極性一樣。共模信號(hào)：大小相等，極性一樣。差模信號(hào)：大小相等，極性相反差模信號(hào)：大小相等，極性相反.信號(hào)特點(diǎn)？能否放大？信號(hào)特點(diǎn)？能否放大？華成英 典型電路典型電路02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUI

11、IIIIIIII在理想對(duì)稱(chēng)的情況下：在理想對(duì)稱(chēng)的情況下：1. 抑制零點(diǎn)漂移；抑制零點(diǎn)漂移；2. 零輸入零輸出；零輸入零輸出；3. 抑制共模信號(hào)；抑制共模信號(hào)；4. 放大差模信號(hào)。放大差模信號(hào)。RRRRt+VCCuI華成英 三、長(zhǎng)尾式差分放大電路的分析三、長(zhǎng)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(diǎn)：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(hào)抑制共模信號(hào) 0 )()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0 cIcOccAuuA，參參數(shù)數(shù)理理想想對(duì)對(duì)稱(chēng)稱(chēng)時(shí)時(shí)共共模模放放大大倍倍數(shù)數(shù)C21CC21CB21Buuiiii共模信號(hào)：數(shù)值相等、極性一樣的共模信號(hào)：數(shù)值相等、極性一樣的輸入信號(hào)，即輸入信號(hào)，即IcI2I1uuu華成英 2. 2. 抑制共模信號(hào)抑制共模信號(hào) ：ReRe的共模負(fù)反響的共模負(fù)反響作用作用0 cIcOccAuuA參數(shù)理想對(duì)稱(chēng)時(shí)參數(shù)理想對(duì)稱(chēng)時(shí)共模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)Re的共模負(fù)反響作用：溫度變化

13、所引起的變化等效為共模信號(hào)的共模負(fù)反響作用：溫度變化所引起的變化等效為共模信號(hào)對(duì)于每一邊電對(duì)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(hào)放大差模信號(hào)C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiiiiE1= iE2，Re中電流不變，即中電流不變，即Re 對(duì)差模信號(hào)無(wú)反響作用。對(duì)差模信號(hào)無(wú)反響作用。2/IdI2I1uuu差模信號(hào)：數(shù)值相等，極性相反差模信號(hào)：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號(hào)，即的輸入信號(hào)，即2Idu2Idu華成英 )(2beb

14、BIdrRiu為什么？為什么？差模信號(hào)作用時(shí)的動(dòng)態(tài)分析差模信號(hào)作用時(shí)的動(dòng)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(dòng)態(tài)參數(shù)：動(dòng)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(hào)的才干和抑制共模信號(hào)的才干。信號(hào)的才干和抑制共模信號(hào)的才干。下下，在在參參數(shù)數(shù)理理想想對(duì)對(duì)稱(chēng)稱(chēng)的的情情況況CMRcdCMRKAAK 在實(shí)踐運(yùn)用時(shí)，信號(hào)源需求有“ 接地點(diǎn)，以防止干擾；或負(fù)載需求有“

15、 接地點(diǎn)，以平安任務(wù)。 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。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(méi)有變由于輸入回路沒(méi)有變化，所以化，所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時(shí)一樣。與雙端輸出時(shí)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(diǎn)分析點(diǎn)分析華成英 1. 1. 雙端輸入單端輸出：差模信號(hào)作用下的分雙端輸入單端輸出：差模信號(hào)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(hào)作用下的分析雙端輸入單端輸出：共模信號(hào)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：?jiǎn)栴}討論雙端輸入單端輸出：?jiǎn)栴}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(shí)的雙端輸出時(shí)的Ad是單端輸出時(shí)的是單端輸出時(shí)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(hào)的同時(shí)總是伴隨著共模信號(hào)輸入：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)射極在輸入信號(hào)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(wèn)題討論：?jiǎn)栴}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(cè)試測(cè)試:差模輸出差模輸出共模輸出共模輸出靜態(tài)時(shí)的值靜態(tài)時(shí)的值華成英 3. 3. 四種接法的比較：電路參數(shù)理想對(duì)稱(chēng)條件四種接法的比較：電路

18、參數(shù)理想對(duì)稱(chēng)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(shí)無(wú)共模信號(hào)輸；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。入，單端輸入時(shí)有共模信號(hào)輸入。輸出方式：輸出方式：Q點(diǎn)、點(diǎn)、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(fù)反響越強(qiáng)，單端輸出時(shí)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(wú)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(wú)窮大為無(wú)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(duì)動(dòng)態(tài)參數(shù)的影響？對(duì)動(dòng)態(tài)參數(shù)的影響？3) 假設(shè)假設(shè)RW滑動(dòng)端在中點(diǎn)，寫(xiě)出滑動(dòng)端在中點(diǎn)，寫(xiě)出Ad、Ri的表達(dá)式。的表達(dá)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(chǎng)效應(yīng)管差分放大電路場(chǎng)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(hào)放的輸入，那么其共模信號(hào)約為多少？如何設(shè)置約為多少？如何設(shè)置Q點(diǎn)時(shí)點(diǎn)時(shí)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(cè)用直流表測(cè)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(bǔ)輸出級(jí)互補(bǔ)輸出級(jí)二、根本電路二、根本電路三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí)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)四、準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)一、對(duì)輸出級(jí)的要求一、對(duì)輸出級(jí)的要求華成英 互補(bǔ)輸出級(jí)是直接耦合的功率放大電路?；パa(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)載才干強(qiáng)；直流功耗??；對(duì)輸出級(jí)的要求：帶負(fù)載才干強(qiáng)；直流功耗??；負(fù)載電阻上無(wú)直流功耗；負(fù)載電阻上無(wú)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(duì)輸出級(jí)的要求一、對(duì)輸出級(jí)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(shí)輸出為零輸入為零時(shí)輸出為零 雙電源供電時(shí)雙電源供電時(shí)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(shí)靜態(tài)時(shí)T1、T2均截止，均截止，UB= UE=01. 1. 特征：特征：T1T1、T2T2特性理想對(duì)稱(chēng)。特性理想對(duì)稱(chēng)。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(dòng)態(tài)分

23、析動(dòng)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(fù)半周，電流通路為負(fù)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(diǎn)。設(shè)置適宜的靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)。信號(hào)在零附近兩信號(hào)在零附近兩雖然子均截止雖然子均截止開(kāi)啟開(kāi)啟電壓電壓 靜態(tài)時(shí)靜態(tài)時(shí)T1、T2處于臨界導(dǎo)通形狀，處于臨界導(dǎo)通形狀，有信號(hào)時(shí)至少有一只導(dǎo)通；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。偏置電路對(duì)動(dòng)態(tài)性能影