電工電子11.07

1、模 擬 電 子 技 術(shù) 專題二專題二:基本放大電路基本放大電路多級放大電路多級放大電路放大電路的負(fù)反饋放大電路的負(fù)反饋模 擬 電 子 技 術(shù) 級間耦合問題級間耦合問題 多級放大電路的分析多級放大電路的分析主講內(nèi)容主講內(nèi)容 放大電路負(fù)反饋的分析放大電路負(fù)反饋的分析模 擬 電 子 技 術(shù) 為什么要多級放大？為什么要多級放大？上節(jié)課上節(jié)課我們主要研究了由一個晶體管組成基本放大電路，它們的電壓放大倍數(shù)一般只有幾十倍。但是在實際應(yīng)用中，往往需要放大非常微弱的信號，上述的放大倍數(shù)是遠遠不夠的。為了獲得更高的電壓放大倍數(shù)，可以把多個基本放大電路連接起來，組成“多級放大電路”。其中每一個基本放大電路叫做一“級

2、”，而級與級之間的連接方式則叫做“耦合方式”。 實際上，單級放大電路中也存在電路與信號源以及負(fù)載之間的耦合問題。引言引言模 擬 電 子 技 術(shù)極間耦合形式：極間耦合形式：直接直接耦合耦合A1A2電路簡單，能放大交、直流電路簡單，能放大交、直流信號，信號，“Q” 互相影響，零互相影響，零點點漂移嚴(yán)重。漂移嚴(yán)重。阻容阻容耦合耦合A1A2各級各級 “Q” 獨立，只放大交獨立，只放大交流流信號，信號頻率低時耦合電信號，信號頻率低時耦合電容容抗大。容容抗大。變壓變壓 器器耦合耦合A1A2用于選頻放大器、用于選頻放大器、功率放大器等。功率放大器等。模 擬 電 子 技 術(shù)1、阻容耦合、阻容耦合阻容耦合是通過

3、電容器將后級電路與前級相連接，其方阻容耦合是通過電容器將后級電路與前級相連接，其方框圖所示?？驁D所示。阻容耦合放大電路的方框圖模 擬 電 子 技 術(shù)單級阻容耦合放大電路兩極阻容耦合放大電路模 擬 電 子 技 術(shù)1）各級的直流工作點相互獨立。由于電容器隔直流而 通交流，所以它們的直流通路相互隔離、相互獨立的，這樣就給設(shè)計、調(diào)試和分析帶來很大方便。 2）在傳輸過程中，交流信號損失少。只要耦合電容選得 足夠大，則較低頻率的信號也能由前級幾乎不衰減地 加到后 級，實現(xiàn)逐級放大。優(yōu)點：優(yōu)點：3）電路的溫漂小。4）體積小，成本低。模 擬 電 子 技 術(shù)缺點：缺點：2）低頻特性差；1）無法集成；3）只能使信

4、號直接通過，而不能改變其參數(shù)。2、 變壓器耦合變壓器耦合變壓器可以通過磁路的耦合把一次側(cè)的交流信號傳送到二次側(cè)，因此可以作為耦合元件。變壓器耦合的兩級放大電路模 擬 電 子 技 術(shù)為什么要講變壓器耦合？為什么要講變壓器耦合？因為變壓器在傳送交流信號的因為變壓器在傳送交流信號的同時，可以實現(xiàn)電流、電壓以及阻抗變換。同時，可以實現(xiàn)電流、電壓以及阻抗變換。圖4-5 變壓器的等效電路工作原理：n1II, nUU2121L22222211LRnIUnnInUIUR模 擬 電 子 技 術(shù)優(yōu)點優(yōu)點：1）變壓器耦合多級放大電路前后級的靜態(tài)變壓器耦合多級放大電路前后級的靜態(tài)工作點是相互獨立、互不影響的。工作點是

5、相互獨立、互不影響的。因為變壓器不能傳送直流信號。2）變壓器耦合多級放大電路基本上沒有溫漂現(xiàn)象。變壓器耦合多級放大電路基本上沒有溫漂現(xiàn)象。3）變壓器在傳送交流信號的同時，可以實現(xiàn)電流、）變壓器在傳送交流信號的同時，可以實現(xiàn)電流、電壓以及阻抗變換。電壓以及阻抗變換。缺點：缺點： 1）高頻和低頻性能都很差；）高頻和低頻性能都很差；2）體積大，成本高，無法集成。）體積大，成本高，無法集成。模 擬 電 子 技 術(shù)3 直接耦合直接耦合直接耦合和兩級放大電路存在兩個問題：存在兩個問題：1）第一級的靜態(tài)工作點已接近飽和區(qū)。2）由于采用同種類型的管子，級數(shù)不能太多。（1）直接耦合的具體形式模 擬 電 子 技

6、術(shù)為了解決第一個問題：可以采用如下的辦法。為了解決第一個問題：可以采用如下的辦法。（a）RRB1C1uiuoTT12UCE1E2RRC2(a) 加入電阻加入電阻RE2模 擬 電 子 技 術(shù)RRB1C1R C2uiuoTT12RUz z+VDz zCC（b）在）在T2的發(fā)射極加入穩(wěn)壓管的發(fā)射極加入穩(wěn)壓管模 擬 電 子 技 術(shù)RRB1C1R E2uiuoTT12RC2VCC+為了解決第二個問題：可以在電路中采用不同類型為了解決第二個問題：可以在電路中采用不同類型的管子，即的管子，即NPN和和PNP管配合使用，如下圖所示管配合使用，如下圖所示。利用利用NPN型管和型管和PNP型管進行電平移動型管進行

7、電平移動模 擬 電 子 技 術(shù)（1）電路可以放大緩慢變化的信號和直流信號電路可以放大緩慢變化的信號和直流信號。由于級間是直接耦合，所以電路可以放大緩慢變化的信號和直流信號。（2）便于集成便于集成。由于電路中只有晶體管和電阻，沒有電容器和電感器，因此便于集成。缺點：缺點：優(yōu)點優(yōu)點：（1）各級的靜態(tài)工作點不獨立，相互影響。會給設(shè)計、計算和調(diào)試帶來不便。（2）引入了零點漂移問題。零點漂移對直接耦合放大電路的影響比較嚴(yán)重。（2）直接耦合放大電路的優(yōu)缺點）直接耦合放大電路的優(yōu)缺點模 擬 電 子 技 術(shù)（3）直接耦合放大電路中的零點漂移問題）直接耦合放大電路中的零點漂移問題1）何謂零點漂移？）何謂零點漂移

8、？2）產(chǎn)生零點漂移的原因）產(chǎn)生零點漂移的原因3）零點漂移的嚴(yán)重性及其抑制方法）零點漂移的嚴(yán)重性及其抑制方法電阻，管子參數(shù)的變化，電源電壓的波動。如果采用高精度電阻并經(jīng)經(jīng)過老化處理和采 用高穩(wěn)定度的電源，則晶晶體管參數(shù)隨溫度的變化將成為產(chǎn)生零點漂移的主要原因。體管參數(shù)隨溫度的變化將成為產(chǎn)生零點漂移的主要原因。如果零點漂移的大小足以和輸出的有用信號相比擬，就無法正確地將兩者加以區(qū)分。因此，為了使放大電路能正常工作，必須有效地抑制零點漂移。模 擬 電 子 技 術(shù)注意：為什么只對直接耦合多級放大電路注意：為什么只對直接耦合多級放大電路提出這一問題呢？原來溫度的變化和零點提出這一問題呢？原來溫度的變化和

9、零點漂移都是隨時間緩慢變化的，如果放大電漂移都是隨時間緩慢變化的，如果放大電路各級之間采用阻容耦合，這種緩慢變化路各級之間采用阻容耦合，這種緩慢變化的信號不會逐級傳遞和放大，問題不會很的信號不會逐級傳遞和放大，問題不會很嚴(yán)重。但是，對直接耦合多級放大電路來嚴(yán)重。但是，對直接耦合多級放大電路來說，輸入級的零點漂移會逐級放大，在輸說，輸入級的零點漂移會逐級放大，在輸出端造成嚴(yán)重的影響。特別時當(dāng)溫度變化出端造成嚴(yán)重的影響。特別時當(dāng)溫度變化較大，放大電路級數(shù)多時，造成的影響尤較大，放大電路級數(shù)多時，造成的影響尤為嚴(yán)重。為嚴(yán)重。模 擬 電 子 技 術(shù)抑制零點漂移的方法：抑制零點漂移的方法：1）采用恒溫措

10、施，使晶體管工作溫度穩(wěn)定。需要恒溫室或槽，因此設(shè)備復(fù)雜，成本高。2）采用溫度補償法。就是在電路中用熱敏元件或二極管（或晶體管的發(fā)射結(jié)）來與工作管的溫度特性互相補償。最有效的方法是設(shè)計特殊形式的放大電路，用特性相同的兩個管子來提供輸出，使它們的零點漂移相互抵消。這就是“差動放大電路”的設(shè)計思想。3）采用直流負(fù)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點。4）各級之間采用阻容耦合。模 擬 電 子 技 術(shù)3、三種耦合方式放大電路的應(yīng)用場合、三種耦合方式放大電路的應(yīng)用場合阻容耦合放大電路：用于交流信號的放大。阻容耦合放大電路：用于交流信號的放大。變壓器耦合放大電路：用于功率放大及調(diào)諧放大。變壓器耦合放大電路：用于功率放大及調(diào)諧

11、放大。直接耦合放大電路：一般用于放大直流信號或緩慢直接耦合放大電路：一般用于放大直流信號或緩慢變化的信號。變化的信號。集成電路中的放大電路都采用直接耦合方式。為了抑制集成電路中的放大電路都采用直接耦合方式。為了抑制零漂，它的輸入級采用特殊形式的差動放大電路。零漂，它的輸入級采用特殊形式的差動放大電路。模 擬 電 子 技 術(shù)在電子電路中，在電子電路中，將輸出量將輸出量（輸出電壓或輸出（輸出電壓或輸出電流）的一部分或全部通過一定的電路形式電流）的一部分或全部通過一定的電路形式作作用到輸入回路用到輸入回路，用來，用來影響其輸入量影響其輸入量（放大電路（放大電路的輸入電壓或輸入電流）的措施稱為反饋。的

12、輸入電壓或輸入電流）的措施稱為反饋。反饋的目的：反饋的目的：通過輸出對輸入的影響來改善系通過輸出對輸入的影響來改善系統(tǒng)的運行狀況及控制效果。統(tǒng)的運行狀況及控制效果。1 .反饋的基本概念反饋的基本概念模 擬 電 子 技 術(shù)2. 反饋電路框圖反饋電路框圖放大器放大器輸出輸出輸入輸入取取+ 加強輸入信號加強輸入信號 正反饋正反饋 用于振蕩器用于振蕩器取取 - 削弱輸入信號削弱輸入信號 負(fù)反饋負(fù)反饋 用于放大器用于放大器開環(huán)開環(huán)閉環(huán)閉環(huán)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)疊加疊加反饋反饋信號信號凈輸入凈輸入模 擬 電 子 技 術(shù)3. 有無反饋的判斷有無反饋的判斷方法：找反饋通路方法：找反饋通路無反饋無反饋有反饋有反饋模

13、擬 電 子 技 術(shù)4. 正負(fù)反饋的判斷正負(fù)反饋的判斷方法：方法：瞬時極性法瞬時極性法+增強增強-正反饋正反饋削弱削弱-負(fù)反饋負(fù)反饋+-R1 R2uOuIA-iFiP-+R1 R2uOuIA+iNiF負(fù)反饋負(fù)反饋正反饋正反饋ii 先假定輸入信號的瞬對地極性先假定輸入信號的瞬對地極性 判斷判斷輸出信號的瞬間電位輸出信號的瞬間電位 推出反饋信號的瞬時極性推出反饋信號的瞬時極性 看反饋信號對輸入信號的影響看反饋信號對輸入信號的影響模 擬 電 子 技 術(shù)集成運放反饋電路集成運放反饋電路-+R1R2uOuIA+uD= uP - uNuFuD+-uNuP分立元件反饋電路分立元件反饋電路輸入級放大管的凈輸入電

14、壓輸入級放大管的凈輸入電壓uBE凈輸入電流凈輸入電流iB凈輸入電壓凈輸入電壓uD 或或凈輸入電流凈輸入電流iP ( (或或 iN ) )模 擬 電 子 技 術(shù) uIVCC + -uO + - +(+)1 Rc1 Re1 R 2 Rc2 Re Rf(+)(-)(-)T模 擬 電 子 技 術(shù)輸出端輸出端uoio輸入端輸入端與與ui相比較相比較與與ii相比較相比較電壓反饋電壓反饋電流反饋電流反饋串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋四種組態(tài)四種組態(tài)負(fù)反饋放大電路：負(fù)反饋放大電路：引入引入交流負(fù)反

15、饋交流負(fù)反饋的放大電路。的放大電路。模 擬 電 子 技 術(shù)+-uF負(fù)反饋負(fù)反饋uD iNi2i1iP短短路路法法令令uo=0，觀察是否仍存在反饋信號，觀察是否仍存在反饋信號:q 反饋信號不存在反饋信號不存在-電壓反饋；電壓反饋；q 反饋信號仍存在反饋信號仍存在-電流反饋。電流反饋。電壓反饋電壓反饋R2模 擬 電 子 技 術(shù)串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋判斷方法串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋判斷方法反饋信號與輸入信號加在同一輸入端，則為并聯(lián)反饋反饋信號與輸入信號加在同一輸入端，則為并聯(lián)反饋反饋信號與輸入信號加在不同輸入端則為串聯(lián)反饋反饋信號與輸入信號加在不同輸入端則為串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋模 擬 電

16、子 技 術(shù)5.1電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋+-uFiNi2i1iPFuFIDuuu串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋IOuRRu)1 (12虛短虛短OuRRR211虛斷虛斷虛斷虛斷模 擬 電 子 技 術(shù)5.1電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋+-uFiNi2i1iPFuFIDuuu串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋IOuRRu)1 (12虛短虛短OuRRR211虛斷虛斷虛斷虛斷模 擬 電 子 技 術(shù)求和求和+-uF+負(fù)反饋負(fù)反饋uD iOiO判斷正負(fù)反饋判斷正負(fù)反饋1RiuOF電流反饋電流反饋取樣取樣 FIDuuu串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋IOuRi115.2電流串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋模 擬 電 子 技 術(shù)求和求和負(fù)反饋負(fù)反饋iD 判斷反饋

17、極性判斷反饋極性iO+- -iF電壓反饋電壓反饋取樣取樣FIDiiiiIiDRuiOF并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋RiuIO5.3電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋模 擬 電 子 技 術(shù)FIDiiiOFiRRRi212- -電流反饋電流反饋iF+iIiDi2并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋負(fù)反饋負(fù)反饋iD IOiRRi)1 (215.4電流并聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋iO模 擬 電 子 技 術(shù)+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+VCCuoui+T1T2Rf+- -+-uf- -+ube電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋例例1：判斷：判斷Rf是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。

18、交流負(fù)反饋交流負(fù)反饋模 擬 電 子 技 術(shù)iibif電壓反饋電壓反饋并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋，交直流反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋，交直流反饋例例2：判斷：判斷Rf是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的組是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。態(tài)。- -+VCCRCC2C1Rfuiuo+模 擬 電 子 技 術(shù)電流反饋電流反饋并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋iiBiF例例3：判斷：判斷Rf是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。uC1uB2uouiuFRE2RfRE1RC1RC2+VCCiE2+- - - -交直流負(fù)反饋交直流負(fù)反饋模 擬 電 子 技 術(shù)6.1 對放大倍數(shù)的影響對放大倍數(shù)的影響FAAAf1|AAf則11FA負(fù)反饋負(fù)反饋AAFAAAd11dff負(fù)反饋使放大倍數(shù)下降為原來的負(fù)反饋使放大倍數(shù)下降為原來的 。FA11負(fù)反饋使電路放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高