模擬電子技術(shù)_第三章

1、第三章 多級放大器模擬電子技術(shù)電 子 教 案沈陽工業(yè)大學(xué)電子技術(shù)教研室第三章 多級放大器目 錄 第三章 多級放大器 第一節(jié) 多級放大器的概念 第二節(jié) 差分放大器 第三節(jié) 互補輸出級第三章 多級放大器概述： 實用的放大電路多為多級放大電路，隨著集成電路的發(fā)展，直接耦合多級放大電路成為模擬電子電路中常用的放大電路。教學(xué)要求： 本章重點是多級放大電路的四種耦合方式和動態(tài)參數(shù)的分析方法，差分放大電路的工作原理，主是參數(shù)和四種接法，以及互補輸出級。第三章 多級放大器目錄目錄第三章 多級放大器1. 必要性：必要性： 單管放大器的性能單一，無法保證工程上對功能和性能上提出的各種要求，需要不同功能和性能的單級

2、放大器進行組合。第一節(jié) 多級放大器的概念2. 級間耦合原則級間耦合原則如何“連接”幾個單級放大電路，耦合方式即連接方式。保證各級工作點合適；保證信號傳輸暢通四種耦合方式：直接、阻容、變壓器、光電耦合一、多級放大器的必要性一、多級放大器的必要性目錄目錄第三章 多級放大器二、四種耦合方式特點二、四種耦合方式特點1. 直接耦合定義：各級之間，末級與負載之間，第一級與信號源之間，直接用導(dǎo)線連接，不需其它元件。第一節(jié) 多級放大器的概念Q1不合適，如何調(diào)整e2接電阻？二極管、穩(wěn)壓管，PNP(T2)目錄目錄第三章 多級放大器直接耦合電路性能： 低頻響應(yīng)好（因無電容） 易于集成化（最大優(yōu)點），集成電路最常用

3、兩級Q點之間互相影響 存在零點漂移（最大缺點）第一節(jié) 多級放大器的概念零點漂移 目錄目錄第三章 多級放大器零點：指放大器的ui=0時uo值（為零或定值）零漂：指零點隨外界條件變化，而發(fā)生的隨機緩慢變化“零漂”危害：零漂屬于假信號，它干擾正常放大， 嚴重時會損壞放大器“零漂”產(chǎn)生原因：溫度變化、電源波動、元器件老化等， 導(dǎo)至ICQ變化，uo變化抑制“零漂”措施：最好的措施是采用差分放大器第一節(jié) 多級放大器的概念關(guān)于零漂的幾個問題 目錄目錄第三章 多級放大器2. 阻容耦合阻容耦合第一節(jié) 多級放大器的概念電路性能： 各級工作點互相獨立、無零漂、能傳輸交流、 低頻響應(yīng)差、不易集成化 定義：兩級之間、末

4、級與負載之間、或第一級與信號源 之間，用電容器連接目錄目錄第三章 多級放大器3. 變壓器耦合變壓器耦合第一節(jié) 多級放大器的概念電路性能： 傳輸交流 有隔離作用（隔直流、無零漂、兩級工作點互相獨立） 有阻抗變換作用，體大價貴有電磁干擾。 低頻場合用的很少定義：兩級之間、末級與負載之間、 或第一級與信號源之間， 用變壓器連接目錄目錄第三章 多級放大器4. 光電耦合光電耦合第一節(jié) 多級放大器的概念電路性能： 抗干擾能力強，應(yīng)用較多。傳輸時線性不好定義：兩級之間用光電耦合器連接目錄目錄第三章 多級放大器三、多級放大電路的動態(tài)分析三、多級放大電路的動態(tài)分析第一節(jié) 多級放大器的概念1. 分析方法：分析方法

5、：劃多級為單級，從單級入手分析性能。 分析單級性能時要考慮級間影響。前級放大器等效為相鄰后級的 信號源（USRS）其中，US是后級開路時，前級的輸出電壓Uo，RS是前級放大器的輸出電阻Ro后級放大器的輸入電阻Ri，是相鄰前級的負載RL目錄目錄第三章 多級放大器2. 多級放大器的動態(tài)指標分析：多級放大器的動態(tài)指標分析：第一節(jié) 多級放大器的概念A(yù)u（總）（總）=Au1Au2AunRi（總）（總）=Ri1（第一級的）（第一級的）Ro（總）（總）=Ron（末級的）（末級的）注意：共集放大器作為第一級和最末級時，注意：共集放大器作為第一級和最末級時，Ri和和Ro的求法。的求法。目錄目錄第三章 多級放大器

6、3. 多級放大器的分析示例：多級放大器的分析示例：第一節(jié) 多級放大器的概念21L62be2L6221bei231)( ) 1 ()( ) 1 ()( uuuuuAAARRrRRArRRAbe121irRRR1be2536orRRRR第一級共射、第二級共集目錄目錄第三章 多級放大器概述：差分放大電路是抑制零漂、抗干擾的重要措施；是模擬集成電路輸入級的基本單元電路，應(yīng)用較多。第二節(jié) 差分放大器一、長尾式差分放大電路的分析一、長尾式差分放大電路的分析1.電路的組成結(jié)構(gòu)特點：正、負雙電源供電電路結(jié)構(gòu)對稱有兩個輸入端，兩個輸出端信號輸入方式 單端輸入、雙端輸入信號輸出方式 雙端輸出、單端輸出目錄目錄第三

7、章 多級放大器2. 靜態(tài)（直流）分析直流雙電源保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；各極相應(yīng)直流電壓、電流相等。eEQBEQbBQEE2RIURIV通常，Rb較小，且IBQ很小，故BEQcCQCCCEQURIVUeBEQEEEQ2RUVI1EQBQII晶體管輸入回路方程：第二節(jié) 差分放大器目錄目錄第三章 多級放大器3. 差放存在兩種輸入信號 共模輸入信號uIc：數(shù)值相等、相位相同 差模輸入信號uId：數(shù)值相等、相位相反在本電路中若uI1=uI2，稱加入共模輸入信號uIc若uI1=-uI2，稱加入差模輸入信號 記作uId1=uI1 uId2=uI2=-uId1若uI1和uI2不等則一定分解出uIc和uId

8、兩個分量， 即，uId=uI1-uI2 稱差模輸入電壓 uId1=(1/2)uId uId2=-(1/2)uId uIc=uIc1=uIc2=(1/2)(uI1+uI2)第二節(jié) 差分放大器目錄目錄第三章 多級放大器4. 對共模信號的抑制能力共模信號作用下的工作狀態(tài)共模信號作用下的工作狀態(tài)各極電壓、電流變化量數(shù)值相等相位相同， 負載中無電流（因Uoc=Uoc1-Uoc2 =0） 對共模信號呈開路對每一支管的發(fā)射極而言相當(dāng)于接入2Re差放對共模信號的抑制作用差放對共模信號的抑制作用電路對稱相減輸出，使共模輸出相抵消 Re對共模信號起強烈抑制作用。 數(shù)值越大抑制能力越強。 (ReAc即uoc)單端輸

9、出時抑制共模第二節(jié) 差分放大器目錄目錄第三章 多級放大器5. 對差模信號的放大作用加差模信號時工作狀態(tài) 由于兩基極所加輸入電壓數(shù)值相等，相位相反。對差模信號：RL中點、e點是虛地點計算動態(tài)參數(shù)：Ad、Rid、Rod、Ac、KCMR+RbRc+rbeIb.Ib.2RLuId1uOd1第二節(jié) 差分放大器目錄目錄第三章 多級放大器5. 對差模信號的放大作用計算動態(tài)參數(shù)：Ad、Rid、Rod、Ac、KCMR+RbRc+rbeIb.Ib.2RLuId1uOd1 2 )(2cobebiRRrRR，單）(A2 bebLcIdOddurR)RR(uuAAc=0共模抑制比KCMR： 反映差分放大電路放大差模信號

10、、抑制共模信號的能力。 第二節(jié) 差分放大器在參數(shù)理想對稱的情況 KCMR= cAAKdCMR目錄目錄第三章 多級放大器二、差分放大電路的四種接法二、差分放大電路的四種接法在實際應(yīng)用時，信號源需要有“接地”點，以避免干擾；或負載需要有“接地”點，以安全工作。第二節(jié) 差分放大器6. 差動放大器的輸出信號差動放大器正常工作時，差模信號與共模信號共存 （瞬時值）UO=AudUId+AucUIC +UCQ雙入 ：信號分別從b1和b2輸入單入 ：僅從一個基極與地之間輸入雙出：從C1與C2之間輸出, 單出：僅從C1或C2與與地之間輸出四種連接方式：雙入雙出 雙入單出單入雙出 單入單出目錄目錄第三章 多級放大

11、器1. 雙端輸入單端輸出：第二節(jié) 差分放大器靜態(tài)分析：由于輸入回路沒有變化， 所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時一樣， 但是UCEQ1UCEQ2eBEQEEEQ2RUVI1EQBQIIcCQCCCQ2LcCQCCLcLCQ1 )(RIVURRIVRRRU目錄目錄第三章 多級放大器差模信號作用下的分析1. 雙端輸入單端輸出：bebLcd)( 21rRRRARo=RcRi=2(Rb+rbe)從T1管輸出，Ad為“負”；從T2管輸出，Ad為“正”第二節(jié) 差分放大器目錄目錄第三章 多級放大器共模信號作用下的分析1. 雙端輸入單端輸出：第二節(jié) 差分放大器ebebLcc)1 (2)( RrRRRAbe

12、bebebCMR)1 (2rRRrRKbebLcd)( 21rRRRA目錄目錄第三章 多級放大器2.單端輸入雙端輸出：第二節(jié) 差分放大器輸入差模信號的同時，總是伴隨著共模信號輸入3. 四種連接方式下的交流性能uId=uI uIc=uI/2輸入電阻輸入電阻Rid：四種連接方式完全相同，四種連接方式完全相同，僅取決于輸入回路參數(shù)僅取決于輸入回路參數(shù) Rid均為均為2（Rb+rbe）Ad、Ac、KCMR、Ro、Q點均與輸點均與輸出方式有關(guān)出方式有關(guān) 雙出雙出 ：Aud=Au(單單)、Ro=2Rc 單出：單出：Aud=(1/2)Au(單單)、Ro=Rc目錄目錄第三章 多級放大器三、提高差放性能的幾點措

13、施三、提高差放性能的幾點措施1. 提高共模抑制比KCMR 以恒流源取代BJT差放中的射極電阻Re2.調(diào)整電路的對稱性RW調(diào)整電路的對稱性，取值小好2)1 (WbebcdRrRRAWbebi)1 ()(2RrRR第二節(jié) 差分放大器目錄目錄第三章 多級放大器3. 提高差分電路的輸入阻抗Rid第二節(jié) 差分放大器采用場效應(yīng)管組成差分放大器；晶體管采用共集接法組成差動放大器4. 改善頻響 晶體管采用共基或共集接法組成差動放大器5. 集成化三、提高差放性能的幾點措施三、提高差放性能的幾點措施目錄目錄第三章 多級放大器四、具有恒流源的差分放大電路四、具有恒流源的差分放大電路第二節(jié) 差分放大器1. 恒流源差放

14、原因 ReKCMR，但使工作點UCEQ變化。 為使Q點穩(wěn)定VEE不實用。 2. 以恒流源取代Re 對提高KCMR有效恒流源特性：對直流可只有幾伏直流壓降 對交流等效成幾十K以上大電阻目錄目錄第三章 多級放大器3. 恒流源差分電路（示例）第二節(jié) 差分放大器T3組成恒流源電路： UR2恒定IE3恒定IC3近似恒流3BEQEE2123EB32RUVRRRIIIIC3IE3 IE1=IE2=IC32該電路的靜態(tài)分析從恒流源開始目錄目錄第三章 多級放大器一、多級電壓放大器對輸出級的要求一、多級電壓放大器對輸出級的要求1. 輸出電阻Ro低，提高帶載能力-共集電路2. 最大不失真輸出電壓Uom盡可能大-正負

15、雙電源供電3. 直流功耗小，負載電阻上無直流功耗 -靜態(tài)工作電流小，零輸入零輸出第三節(jié) 互補輸出級二、基本電路二、基本電路1. 組成特點 T1、T2管為性能相同的互補管正負雙電源供電對每只管而言構(gòu)成射極輸出器直接耦合。輸出端無耦合電容，稱OCL功放目錄目錄第三章 多級放大器2. 靜態(tài)分析 靜態(tài)時基極沒有直流偏壓， T1、T2均截止，無靜態(tài)。UB=UE=03. 動態(tài)分析兩只管子交替工作，兩路電源交替供電，雙向跟隨。在負載上合成一個完整正弦波。第三節(jié) 互補輸出級4. 交越失真（缺點）定義：在ui過零附近，uo不按正弦規(guī)律變化或幾乎為零 原因：無靜態(tài)工作點，所以當(dāng)|ui|Uon時晶體管截止，uo0消除的措施：設(shè)置合適的靜態(tài)工作點（較小）目錄目錄第三章 多級放大器 D2D1B1B2UUU靜態(tài)：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第三節(jié) 互補輸出級 雙電源使D1和D2始終處于導(dǎo)通狀態(tài) D1和D2的交流電阻rd很小， 可近似認為ui直接作用于基極 ib2b1uuu動態(tài)：1. 利用二極管目錄目錄第三章 多級放大器2. 設(shè)置偏壓其它方法 第三節(jié) 互補輸出級三、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倍增電路故稱之為，則若BEBE44321B2UURRRUIIBB目錄目錄第三章 多級放大器四、采用復(fù)合管的準互補級輸