多級放大電路

1、第三章 多級放大電路31 多級放大電路的級間耦合方式一、多級放大電路1多級放大電路實際的輸入信號很微弱，如話筒輸出信號在V或mV數(shù)量級，一般壓力或溫度傳感器輸出的電信號也在V或mV數(shù)量級。要想使信號放大到終端負載（如揚聲器、顯示器或執(zhí)行機構(gòu)等）所需要的信號幅度或功率，則需要若干單級放大電路對信號放大、再放大。如同4×100接力一樣。將若干個單級放大電路連接起來，所組成的電路稱為多級放大電路。通常稱兩級或兩級以上的放大電路為多級放大電路。2級間耦合多級放大電路中級與級之間的信號傳輸稱為耦合。二、級間耦合方式1阻容耦合（1）定義：前級與后極之間通過電容實現(xiàn)信號傳輸，稱為阻容耦合。（2）舉

2、例： 書P139圖3.1.2(C1、C2為耦合電容)（3）特點： 級間靜態(tài)工作點互不影響； 只能用來放大交流信號，其下限頻率與耦合電容的容量有關(guān)。不能用來放大直流信號。2直接耦合（1）定義：前級的信號輸出端直接或通過非電抗性元件接到下一級的信號輸入端。（2）舉例： 書P137圖3.1.1(b)、(c)、(d)（3）特點： 前后級靜態(tài)工作點相互影響，故靜態(tài)工作點需聯(lián)合設(shè)置。圖3.1.1(b)、(c)采用抬高后級射極電位法，使前級集電結(jié)較大反向電壓、后級發(fā)射結(jié)較小正向電壓。也可以在前級集電極與后級基極之間串接處于反向擊穿的穩(wěn)壓二極管。(d)圖后級采用異型管（PNP），以保證前、后級直流都滿足。Re

3、2既起直流電流負反饋（穩(wěn)定T2的靜態(tài)工作點），又起交流電流負反饋（改善T2這一級的交流性能）。 既可以放大交流信號，也可以放大直流信號（下限頻率為零）。3變壓器耦合（1）定義：前后級通過變壓器實現(xiàn)信號傳輸。（2）舉例： 書P140圖3.1.3 （該RL為第二級放大電路）(3)特點：前后級靜態(tài)工作點互不影響。只能放大交流信號，不能放大直流信號。能實現(xiàn)前級輸出與后級輸入的阻抗匹配，從而使后級得到最大的輸入功率。4光電耦合 （模擬電子中不用）(1) 用光電耦合器（光耦）作為級間耦合器件。(2) 舉例 P142圖3.1.6（介紹光耦工作原理）(3) 特點前后級間直流隔離。用于傳輸脈沖信號。（光耦可實現(xiàn)

4、脈沖信號的傳輸，同時實現(xiàn)強弱電的隔離）32多級放大電路的電路分析一、多級放大電路性能指標公式1放大倍數(shù)（1）電壓放大倍數(shù) u=·····=u1·u2···un=uj電壓增益： Gu=20lgu=20lgu1·u2···un 20(lgu1lgu2···un) 20lgu120lgu2···20lgun Gu1Gu2···Gun(2) 電流放大倍數(shù) i=··&

5、#183;·=i1·i2···in電流增益 Gi=20logi=20logi1·i2···in=···=G i 1Gi2···Gin (3) 功率放大倍數(shù)Ap=····=Ap1·Ap2···Apn功率增益Gp=10lgAp=10lg(Ap1·Ap2···Apn)=··· =Gp1Gp2·&

6、#183;·Gpn2.輸入電阻 Ri=Ri13.輸出電阻 Ro=Ron二、阻容耦合兩級放大電路的電路分析1 原理電路：2 靜態(tài)工作點的計算（各級獨立計算，可由學生自己解決） UBQ1=···VIEQ1=···(mA)則IBQ1=···(mA) ICQ1=1IBQ1=···(mA) UCEQ1=VCCICQ1R3UEQ1=···(V)IBQ2=···(mA)ICQ2=2IBQ2=··

7、83;(mA)UCEQ2=VCCIEQ2R6=VCC(IBQ2ICQ2)R6=···(V)3.交流性能指標計算（1） 微變等效電路 圖321 微變等效電路（1）電壓放大倍數(shù) u=·u1·u2而u1··· RL1R5/rbe2(12)RL , RLR6/RL u2=···uu1·u···(3)輸入電阻 RiRi1R1/R2/rbe1···. rbe1rbb1(11) （4）輸出電阻RoRo2 作一系列處理：RL開路，i

8、短路. Ro2R6/3.3直接耦合放大電路一、直接耦合放大電路的零點漂移1 零點和零點漂移（1）零點：直接耦合放大電路在ui=0，且環(huán)境溫度不變時，輸出端對地的電位（電壓）稱為零點。零點是ui0時電路輸出端某時刻輸出信號電壓的電位參考點。（2）零點漂移：直接耦合放大電路在ui=0情況下，當環(huán)境溫度變化或電源電壓波動時，輸出端對零點所輸出的電壓叫零點漂移（零漂）。零點零點漂移 圖331 零點漂移溫度變化引起的零點漂移叫溫度漂移溫漂。溫漂是是零點漂移的主體。（3）產(chǎn)生零點漂移的原因（指溫漂） 管子參數(shù)受溫度影響；前級靜態(tài)工作點的變化被后級放大。（4）零點漂移的危害 當ui為交流信號時，零點漂移造成

9、靜態(tài)工作點的移動，從而影響管子的動態(tài)范圍，嚴重時會產(chǎn)生信號失真。 當ui為直流信號時，輸出端的零點漂移信號與有用信號混合無法區(qū)分，嚴重時零點漂移信號淹沒有用信號，電路失去放大信號的意義。（5）零點漂移的衡量公式的結(jié)果為折合到輸入端的漂移電壓,對應(yīng)于溫度每變化1度，或?qū)?yīng)于時間的每天，或每月。mV/Cº(溫漂，t代表溫度變化)mV/天（零漂，t代表時間）mV/月（零漂，t代表時間2抑制零點漂移的措施（方法）P146（1）在電路中引入直流負反饋，適用于ui為交流信號的電路中。（2）在偏置電路中加入溫度補償元件。（3）放大電路采用差分放大電路。二、差分（動）放大電路1基本差分放大電路（書中

10、沒有）（1）原理電路電路特點： 電路對稱 雙端輸入、雙端輸出，即輸入、輸出端均沒有地線。圖332 基本差分放大電路（2）工作原理分析 ui=0（靜態(tài)）時 T1、T2分別在偏置電路作用下，處于放大狀態(tài)。由于電路對稱則UC1=UC2，則uo=UC1-UC2=0，無輸出電壓即零點電壓為零。 靜態(tài)工作點的計算自己解決。也可基極外電路用戴維南定理等效后再計算IBQ。（ui=0,可認為UA=UB=0,即A、B均接地。由于電路對稱只計算半邊有關(guān)值即可。IBQ1=IBQ2=····(mA)則ICQ1=ICQ2=1IBQ1=···(mA) U

11、CEQ1=UCEQ2=VCC-ICQ1Rc1=···(V) )ui0(即有信號輸入時)圖333 輸入等效電路.輸入信號 輸入回路等效電路如圖333所示。由于電路對稱，則有ui1=uiui2=ui即ui1=ui2當兩個輸入信號大小相等，而相位相反時，稱這兩個信號為差模輸入信號。則ui=2ui1=ui1ui1=ui1ui2差模輸入信號記作uid，在圖333中uid就是ui；當A、B分別輸入ui1和ui2時uidui1ui2。·輸出信號由單管放大原理:uo1u1·ui1，uo2u2·ui2則uouo1uo2u1·ui1u2

12、3;ui2u1(ui1ui2)u1·uiu1·2ui12uo1可見，輸出電壓較單管放大時的輸出電壓增大一倍（因ui1與ui2相位相反，則當uo1增大時，uo2減小，二者變化量相等，故輸出電壓是單管放大時的2倍）。·差模電壓放大倍數(shù)d du1 (RL=) 接入RL時d (RL中點為地電位) 可見放大倍數(shù)同于單管放大電路。差分電路多用半邊電路的目的是抑制零點漂移。（4）電路對零點漂移的抑制能力 電路的零點漂移電壓 由前述直流分析可知，電路的零點電壓為零。 當溫度變化或電源電壓波動時，由于電路對稱，則iC1=iC2,uC1=uC2,則uo=uC1uC2=0可見電路的零點

13、漂移電壓也為零，即無零點漂移電壓。 零點漂移可等效成共模輸入信號 由于電路對稱，則零點漂移信號使iC1=iC2,uC1=uC2。這種作用效果等效成兩個輸入端（A、B）對地輸入極性相同、大小相等的信號 共模輸入信號。上述電路在電路對稱時，輸出的零點漂移電壓為零，零點漂移電壓可用共模電壓放大倍數(shù)表示，則零點漂移電壓為零即為共模電壓放大倍數(shù)為零，即 c0如果電路不對稱，則uC1uC2，則Uoc=uC1uC2 0，則c0。當采用圖333的方式輸入時，uic0；當A、B分別輸入ui1和ui2時uic=。（5）共模抑制比 定義：KCMR=或KCMR=20log(dB) 電路對稱時KCMR=，當然電路不對稱

14、時KCMR小于。（6）基本差分放大電路存在的問題 信號只能雙端輸入，而任一端不能是地，不能用來放大來自傳感器的信號，因為傳感器的輸出信號一般一端為地。 信號只能雙端輸出，而任一端不能是地，故不能接真實負載。真實負載一般一端為地。這樣，電路將無法接收實際的輸入信號和無法將輸出信號傳輸給實際的負載。2. 長尾式差分放大電路（射極耦合差分放大電路）（1）原理電路 分別畫出單電源供電和雙電源供電電路。單電源供電時，VEE處接地，兩管基極與VCC之間分別接入偏置電阻Rb1、Rb2。圖334 長尾差分放大電路（2）雙電源供電電路Q點的計算靜態(tài)工作點就是ui=0，可將A、B均看成地電位。一般說來由于電路對稱

15、，只計算半邊即可。 IBQ1R1UBEQ1IEQRe=VEE注意到 IEQ=IEQ1IEQ2=2IEQ1得 IBQ1R1UBEQ12（11）I BQ1Re=VEE所以 IBQ1=IBQ2=···(mA)則 ICQ1=ICQ2=1IBQ1=···(mA) UCEQ1=UCEQ2=UCQ1UEQ1 而 UCQ1=VCCICQ1Re=···(V) UEQ1=UBQ1UBEQ1=IBQ1R1UBEQ1=···(V)所以 UCEQ1=UCEQ2=···(V

16、) （3） 交流性能指標的計算 Re 對差模信號的作用對輸入的差模信號來說，ui1=ui2，故iE1=iE2（二者大小相等，流向相反），故流過Re的差模動態(tài)電流iE=iE1iE20，即Re對差模信號起短路的作用。 差模交流性能指標 （書中采用微變等效電路分析法，學生課后自學）·差模電壓放大倍數(shù)由于Re對差模信號起短路的作用，則對差模信號來說電路同于基本差分電路，則 du1·共模抑制比電路對稱時KCMR，電路不對稱時KCMR小于·差模輸入電阻 Rid2(R1rbe1)·差模輸出電阻 Rod2Rc Re對共模信號的作用共模信號uic1=uic2，則有iE1=

17、iE2，則iE=iE1+iE2=2iE1,那么Re上壓降為2iE1Re或2iE2Re?？梢奟e對共模信號起2 Re電流負反饋的作用。從而使電路的共模電壓放大倍數(shù)Ac很小。再考慮到兩邊電路元件參數(shù)對稱，Ac會更小。 由于有Re的共模負反饋的作用，即使兩邊電路不對稱，Ac也很小。正是這個原因，長尾電路會有四種接法（后面講述）。 （4）差分電路的電壓傳輸特性 無論是基本差分放大電路，還是長尾放大電路。由于d=u1，則輸入的差模電壓uid=ui1ui2的數(shù)值，再一定的范圍內(nèi)由零逐漸增大時，輸出電壓uod的數(shù)值也會線性增大，但uod與uid相位相反。但當uid絕對值過大，使管子超過動態(tài)范圍時，則uid再

18、繼續(xù)增大，uod不會再增大。因此，電路的電壓傳輸特性如下圖所示。 圖337 電壓傳輸特性（5）長尾式差分放大電路的四種接法由于長尾式電路中的Re對共模信號有強烈的負反饋作用，則在環(huán)境溫度變化時，每個輸出端對地電壓基本不變，即每個輸出端基本沒有零點漂移電壓。故此，電路除可以雙端輸出外也可以單端輸出。另外，下面將會分析得知，由于Re對共模信號的抑制作用，信號的輸入不但可以雙端輸入，也可以單端輸入。長尾式電路的四種接法如下。雙端輸入雙端輸出電路和性能前面已述。d=u1= （RL）Rid=2(R1rbe1)Rod=2Rcc0 (電路對稱)KCMR=雙端輸入單端輸出·由T1）設(shè)輸出電壓 uo極

19、性為T1集電極為正，地為負。 此時T2集電極電阻RC2可用短路線代替。d=u1=Rid=2(R1rbe1)Rod=Rcc=c1=KCMR·由T2集電極對地輸出（電路自己畫出）設(shè)輸出電壓uo的極性為T2集電極為正，地為負。此時，T1集電極電阻Rc1可以用短路線代替。du1其它指標同上。單端輸入雙端輸出輸入既可以由A端輸入，也可以由B端輸入，而另一輸入端接地。由A端輸入的電路見書P155圖(a).輸入回路等效電路： 圖338 輸入等效電路比較A、B兩端對地的等效信號，上方的兩個信號為共模信號，下方的兩個為差模信號。由于Re對共模信號有強烈的負反饋，電路對它們幾乎不放大，則它們可以去掉。起

20、作用的僅剩差模信號。所以，單端輸入時等效為雙端輸入。因此上述單端輸入雙端輸出的電路的性能指標如下：du1=Rid=R1+rbe1Rod=2RcAc0KCMR 單端輸入單端輸出具體電路有四種不同情況，書P155圖3.3.12僅是其中一種電路。電路及性能指標自己解決。du1，Rid=R1+rbe1，Rod=Rc3改進型長尾差分放大電路（1）具有調(diào)零電位器的電路 原理電路 圖339 改進型長尾電路RW的作用與調(diào)節(jié)W和分別對T1、T2起直流負反饋作用。從而實現(xiàn)uo零點的調(diào)節(jié)。（ui=0時，uo=0） uo零點的調(diào)節(jié)有實用價值。因為電路對稱在實際中很難做到，其主要原因是兩個管子參數(shù)一致很難實現(xiàn)。

21、3;當電路兩邊參數(shù)完全對稱時 RW滑動端應(yīng)處在中間位置，從而使ui0時，uo0。則對T1、T2每管射極的直流電流負反饋電阻均為（2ReRW）.·當電路兩邊參數(shù)不對稱時調(diào)節(jié)RW滑動端位置，使ui0時，uo0。若ui0時，uo>0uo>0，即UC1>UC2，也就是IC1<IC2。為了使uo0，則應(yīng)增大IC1、減小IC2，故RW滑動端應(yīng)左移（減小W，增大）。若ui0時，uo<0uo<0,即UC1<UC2，也就是IC1>IC2。為了使uo=0，則應(yīng)減小IC1、增大IC2，故RW滑動端應(yīng)右移（增大W，減?。?。Q點的計算（以RW滑動端在中間位置為例

22、）ui0看成A、B端均接地。IBQ=···(mA)則ICQIBQ···(mA)UCEQUCQUEQ而UCQVCCICQRc，UEQUBQUBEQIBQRbUBEQ所以UCEQVCCICQRcIBQRbUBEQ···(V)若RW滑動端不在中間位置，則應(yīng)分別計算IBQ1、IBQ2、ICQ1、ICQ2、UCEQ1、UCEQ2。交流性能指標 (RW滑動端在中間位置) 若RW滑動端不在中間位置，則分別寫出、表達式，然后利用d計算du1Rid2Rbrbe(1+)Rod2Rc(2)具有恒流源的差分放大電路普通長尾差分放大電路中的Re越大，則Ac就越大，則KCMR就越大（Re大小對Ad無影響）。但Re過大時管子的動態(tài)范圍會過?。ㄔ赩CC、VEE一定時）。恒流源具有動態(tài)電阻大，而直流電阻小的特點。用恒流源代替電