第11講31~32 多級放大電路的耦合方式

1、 第三章第三章 多級放大電路多級放大電路概述 當單級放大電路不能滿足多方面的性能要求當單級放大電路不能滿足多方面的性能要求（如（如Au104、Ri=2M、 Ro=100）時，應(yīng)考時，應(yīng)考慮采用多級放大電路。組成多級放大電路時首慮采用多級放大電路。組成多級放大電路時首先應(yīng)考慮如何先應(yīng)考慮如何“連接連接”幾個單級放大電路，耦幾個單級放大電路，耦合方式即連接方式。合方式即連接方式。 常見耦合方式有：直接耦合、阻容耦合、變常見耦合方式有：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合、光電耦合等。壓器耦合、光電耦合等。組成多級放大電路的每一個基本電路稱為一組成多級放大電路的每一個基本電路稱為一級，級與級之間的連接稱為

2、級，級與級之間的連接稱為級間耦合。級間耦合。3.1.1 直接耦合直接耦合將前一級的輸出端將前一級的輸出端直接直接連接到后一級的輸入端。連接到后一級的輸入端。直接耦合兩級放大電路直接耦合兩級放大電路Rc1Rb2+VCC+T1+ iUOUT2Rc2Rb1 RC1既作為第一級的集電級電阻又作為第二級的既作為第一級的集電級電阻又作為第二級的基極電阻。基極電阻。靜態(tài)：靜態(tài)：T2管正常工作管正常工作UBEQ2=0.7VT1管：管：UCEQ1=UBEQ2=0.7V，靠近飽和區(qū)，靠近飽和區(qū)在動態(tài)信號作用時容易產(chǎn)生飽和失真在動態(tài)信號作用時容易產(chǎn)生飽和失真存在兩個問題：存在兩個問題：1）第一級的靜態(tài)工作點接近飽和

3、區(qū)。）第一級的靜態(tài)工作點接近飽和區(qū)。2）由于采用同種類型的管子，級數(shù)不能太多。）由于采用同種類型的管子，級數(shù)不能太多。VC1=VB2VC2VB2即即 VC2VC1后極的集電極電位會逐極升高，以至于接近電源。后極的集電極電位會逐極升高，以至于接近電源。 能夠放大變化緩慢的信號，便于集成化，能夠放大變化緩慢的信號，便于集成化，Q點相點相互影響，互影響，存在零點漂移現(xiàn)象。存在零點漂移現(xiàn)象。輸入為零，輸出產(chǎn)生變輸入為零，輸出產(chǎn)生變化的現(xiàn)象稱為零點漂移?；默F(xiàn)象稱為零點漂移。Rc1Rb2+VCCT1+ iUOUT2Rc2Rb1Re2+_改進改進1：抬高抬高T2管的基極電位，管的基極電位，T2端增加發(fā)射極

4、電阻端增加發(fā)射極電阻Re2。結(jié)果：兩極均可得到合適的結(jié)果：兩極均可得到合適的Q點點 但電壓放大倍數(shù)大大下降，影響整個電路的放大能力。但電壓放大倍數(shù)大大下降，影響整個電路的放大能力。改進改進2：使用二極管或穩(wěn)壓二極管取代使用二極管或穩(wěn)壓二極管取代T2的發(fā)射極電阻的發(fā)射極電阻Re2結(jié)果：既可以設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，對放大電路結(jié)果：既可以設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，對放大電路 的放大能力影響也不大。的放大能力影響也不大。Rc1Rb2T1+ iUOUT2Rc2Rb1+_RDZ UCEQ1太小太小加加Re（Au2數(shù)值數(shù)值）改用改用D若要若要UCEQ1大大，則改用，則改用DZ。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管伏安特性伏安特性小功率

5、管多為小功率管多為5mA由最大功耗得出由最大功耗得出必要性？必要性？rzu /i，小功率管多為幾歐至二十幾歐。小功率管多為幾歐至二十幾歐。改進改進3：為了解決第二個問題，可以在電路中采用不同類為了解決第二個問題，可以在電路中采用不同類型的管子，即型的管子，即NPN和和PNP管配合使用管配合使用 。Rc1Rb2+VCCT1+ iUOUT2Re2Rb1Rc2+_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問題的提出：問題的提出： 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-1）（i=1N），以致于

6、后級），以致于后級集電極電位接近電源電壓，集電極電位接近電源電壓，Q點不合適。點不合適。UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 直接耦合的特點：直接耦合的特點：優(yōu)點：優(yōu)點：1）便于集成化）便于集成化2）低頻特性好，能放大低頻甚至直流信號）低頻特性好，能放大低頻甚至直流信號缺點：缺點：1）存在直流靜態(tài)工作點配置問題。）存在直流靜態(tài)工作點配置問題。各級靜態(tài)工作點相互影響，難設(shè)計和調(diào)試。2）存在著嚴重的零點漂移問題。）存在著嚴重的零點漂移問題。Rc1Rb2+VCCT1+ iUOUT2Rc2Rb1+_已知：已知：Rb1=20k，Rb2=150k，Rc1=3k，Rc2=2k，VCC=12

7、V，1=2=50，UBEQ1=UBEQ2=0.7V前級的集電極電位恒等于后級的基極電位前級的集電極電位恒等于后級的基極電位VC1=VB2=0.7VmAbRBEQUbRBEQUCCVBI046. 0121mABICI3.211BSIBI2晶體管處于飽和狀態(tài)，失去放大作用。晶體管處于飽和狀態(tài)，失去放大作用。解：解：mAKICRVCCVBICC5 . 13 . 237 . 0121211解：增加穩(wěn)壓管解：增加穩(wěn)壓管DZ，穩(wěn)定電壓為，穩(wěn)定電壓為4V前級的集電極電位前級的集電極電位VC1=DZ+VB2=4.7VRc1Rb2+VCCT1+ iUOUT2Rc2Rb1+_RDZIBQ1=0.046mA，ICQ

8、1=2.3mA不變，不變，mAKICRVCCVBICC17. 03 . 237 . 4121211vCRCQICCVOU75. 722處于放大狀態(tài)。處于放大狀態(tài)。3.1.2 阻容耦合阻容耦合放大電路的前級輸出端放大電路的前級輸出端通過電容通過電容接到后級輸入端。接到后級輸入端。典型的典型的Q點穩(wěn)定電路點穩(wěn)定電路兩級阻容耦合放大電路兩級阻容耦合放大電路C2C1 C2 C4的作用的作用?+_uiR1R3+_c1R2R4+c3+Vcc+_uoT1ui+_uo+Vcc+R5R6RLc4+共集放大電路共集放大電路T2 由于電容隔直流由于電容隔直流 ，所以它們的直流通路各不相，所以它們的直流通路各不相通，

9、靜態(tài)工作點相互獨立。通，靜態(tài)工作點相互獨立。1）靜態(tài)工作點）靜態(tài)工作點一、優(yōu)點：一、優(yōu)點：二、缺點：二、缺點：2）低頻特性差）低頻特性差 對低頻信號呈現(xiàn)較大容抗，信號的一部分甚至全對低頻信號呈現(xiàn)較大容抗，信號的一部分甚至全部衰減在耦合電容上，信號無法向后級傳遞。部衰減在耦合電容上，信號無法向后級傳遞。1）有大容量的電容，不便于集成。）有大容量的電容，不便于集成。3.1.3 變壓器耦合變壓器耦合 放大電路的前級輸出端放大電路的前級輸出端通過變壓器通過變壓器接到后級輸入接到后級輸入端或負載上。端或負載上。 變壓器利用電磁感應(yīng)原理在原副線圈之間傳遞交流變壓器利用電磁感應(yīng)原理在原副線圈之間傳遞交流電能

10、的，直流電產(chǎn)生的是恒磁場，也就不能在原、副電能的，直流電產(chǎn)生的是恒磁場，也就不能在原、副線圈中傳遞，所以變壓器也能起到隔直流的作用。線圈中傳遞，所以變壓器也能起到隔直流的作用。1.通交流隔直流通交流隔直流2.變壓器能改變電壓和阻抗變壓器能改變電壓和阻抗理想變壓器模型理想變壓器模型變比變比n=N1/N221nuu211ini RniUninnUiUR222221211電壓放大倍數(shù)：電壓放大倍數(shù)：)2)21(LRNNLRberLRuA 根據(jù)所需要的電壓放大倍數(shù)，選擇合適的匝根據(jù)所需要的電壓放大倍數(shù)，選擇合適的匝數(shù)比，使負載電阻上獲得足夠大的電壓。數(shù)比，使負載電阻上獲得足夠大的電壓。理想變壓器情況下

11、，負載上獲得的功率等理想變壓器情況下，負載上獲得的功率等于原邊消耗的功率。于原邊消耗的功率。變壓器耦合的特點：變壓器耦合的特點：優(yōu)點：優(yōu)點：1）靜態(tài)工作點相互獨立）靜態(tài)工作點相互獨立2）可以實現(xiàn)阻抗變換）可以實現(xiàn)阻抗變換缺點：缺點：2）高、低頻率特性都很差）高、低頻率特性都很差1）笨重，不便于集成）笨重，不便于集成 由于信號的傳送是靠電磁感應(yīng)進行，對于直流或由于信號的傳送是靠電磁感應(yīng)進行，對于直流或變化緩慢的傳感器信號無法順利傳輸過去；對于較高變化緩慢的傳感器信號無法順利傳輸過去；對于較高的信號頻率，由于變壓器的漏感和分布電容的影響，的信號頻率，由于變壓器的漏感和分布電容的影響，會使放大的高頻

12、特性產(chǎn)生畸變。會使放大的高頻特性產(chǎn)生畸變。用做功率放大器和選頻放大器。用做功率放大器和選頻放大器。三種耦合方式的應(yīng)用：三種耦合方式的應(yīng)用：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:A1A2A1A2A1A2一般用于放大直流信號或緩慢變化的信號。一般用于放大直流信號或緩慢變化的信號。集成電路中都采用直接耦合放大電路。集成電路中都采用直接耦合放大電路。用于交流信號的放大。用于交流信號的放大。用于功率放大及調(diào)諧放大。用于功率放大及調(diào)諧放大。3.2 多級放大電路的動態(tài)分析多級放大電路的動態(tài)分析一、電壓放大倍數(shù)一、電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積

13、?？傠妷悍糯蟊稊?shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積。其中，其中， n 為多級放大電路的級數(shù)。為多級放大電路的級數(shù)。Au1第一級第一級Au2第二級第二級Aun末末 級級uiuo1RLRSuousuo2ui2uiniiunAuAuAnuuuuuuuuiuouuA21ion.i3o32i2oi1o二、二、 輸入電阻和輸出電阻輸入電阻和輸出電阻 通常，多級放大電路的輸入電阻是第一級放大通常，多級放大電路的輸入電阻是第一級放大電路的輸入電阻；輸出電阻就是最后一級放大電路電路的輸入電阻；輸出電阻就是最后一級放大電路的輸出電阻。的輸出電阻。 具體計算時，有時它們不僅僅決定于本級參數(shù)，具體計算時，有時它們不僅僅決定于

14、本級參數(shù)，也與后級或前級的參數(shù)有關(guān)。也與后級或前級的參數(shù)有關(guān)。 考慮級與級之間的相互影響，計算各級電壓放大考慮級與級之間的相互影響，計算各級電壓放大倍數(shù)時，應(yīng)把后級的輸入電阻作為前級的負載處理！倍數(shù)時，應(yīng)把后級的輸入電阻作為前級的負載處理！nRRooi1iRR 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)的數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。值大，最大不失真輸出電壓大。設(shè)計多級放大電路設(shè)計多級放大電路一、確定耦合方式一、確定耦合方式直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合二、確定每一級的基本放大電路類型二、確定每一級的基本放大電路類型多級放大電路

15、輸出電阻大?。河奢敵黾墰Q定多級放大電路輸出電阻大小：由輸出級決定多級放大電路輸入電阻大?。河奢斎爰墰Q定多級放大電路輸入電阻大?。河奢斎爰墰Q定多級放大電路放大能力：由各級電路決定多級放大電路放大能力：由各級電路決定多級放大電路低頻特性：電路的耦合方式及耦多級放大電路低頻特性：電路的耦合方式及耦合電容的大小合電容的大小注意：考慮前后幾級的相互影響注意：考慮前后幾級的相互影響基本基本接法接法電壓放電壓放大倍數(shù)大倍數(shù)輸入電阻輸入電阻輸出電阻輸出電阻共射共射100幾百幾百幾幾K幾百幾百幾幾K共基共基100最小可達十幾歐最小可達十幾歐幾百幾百幾幾K共集共集1幾十幾十K100K以上以上最小可達十幾最小可達十

16、幾共源共源幾幾幾十幾十1M以上，可達無窮以上，可達無窮幾百幾百幾幾K共漏共漏3000,則第一級應(yīng)采用則第一級應(yīng)采用 ，第二級應(yīng)采用，第二級應(yīng)采用 共射、共射；共射、共射；（2）要求輸入電阻大于）要求輸入電阻大于10M，電壓放大倍數(shù)，電壓放大倍數(shù)300,則第一級應(yīng)采用則第一級應(yīng)采用 ，第二級應(yīng)采用，第二級應(yīng)采用 共源、共射；共源、共射； （3）要求輸入電阻）要求輸入電阻100K200K，電壓放大倍數(shù)，電壓放大倍數(shù)100,則第一級應(yīng)采用則第一級應(yīng)采用 ，第二級應(yīng)采用，第二級應(yīng)采用 共集、共射；共集、共射； （4）要求輸入電阻）要求輸入電阻10，輸入電阻，輸入電阻10M,輸出電阻輸出電阻Rb1/Rb

17、2VCCVRRRBQU31215552121mAmARBEQUBQUEQI13 . 27 . 0341uAmAEQIBQI7 .615011111VRREQICCVCEQU7 . 4)43(1uARRBEQUCCVBQI1351511007 . 0126)21 (522mAuABQIEQI213)1501 (2212VREQICCVCEQU25212622第二級為共集放大電路，第二級為共集放大電路，（2）求解）求解Au、Ri、Ro先畫出交流等效電路圖先畫出交流等效電路圖klRRberRiR88/6)21(/52klRRberRiR88/6)21(/521771)2/3(11beriRRuA+_

18、ui_uo+VccR1R3+_c1c2+R2R4R5RL=Ri2c3+對于信號源或前級放大電路來說，放大電路相當于對于信號源或前級放大電路來說，放大電路相當于負載，負載，994. 0)/6)(21 (2)/6)(21 (2lRRberlRRuA第二級為共集放大電路，電壓放大倍數(shù)接近第二級為共集放大電路，電壓放大倍數(shù)接近1176994. 017721uAuAuA多級放大電路的輸入電阻為第一級的輸入電阻，多級放大電路的輸入電阻為第一級的輸入電阻，kberRRiR94.11/2/1多級放大電路的輸出電阻為第二級的輸出電阻，多級放大電路的輸出電阻為第二級的輸出電阻，歐姆482132215/32/6Rb

19、erRRberRoR注意：注意：共集放大電路共集放大電路作為多級放大電路的作為多級放大電路的輸入級輸入級和和輸出級輸出級，其，其輸入電阻輸入電阻不僅和自身參數(shù)有關(guān)，受到負不僅和自身參數(shù)有關(guān)，受到負載電阻影響。其載電阻影響。其輸出電阻輸出電阻和信號源內(nèi)阻有關(guān)。和信號源內(nèi)阻有關(guān)。討論討論 失真分析：由失真分析：由NPN型管組成的兩級共射放大電路型管組成的兩級共射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？飽和失真？截止失真？ 首先確定在哪一級出現(xiàn)了失真，再判斷是什么失真。首先確定在哪一級出現(xiàn)了失真，再判斷是什么失真。 比較比較Uom1和和Uim2，則可判斷在輸入信號逐漸增大時，則可判斷在輸入信號逐漸增大時哪一級首先出現(xiàn)失真。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