模電課件第三章多級(jí)放大電路

第三章多級(jí)放大電路3—1多級(jí)放大電路的耦合方式

3—2多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析3—3直接耦合放大電路本章要求

（2）各種耦合方式的優(yōu)缺點(diǎn)，能夠正確估算多級(jí)放大電路的Au、Ri和R0

。（3）

雙端輸入差動(dòng)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)和動(dòng)態(tài)參數(shù)Au、Ri、R0的計(jì)算。了解：共模抑制比的意義及計(jì)算方法掌握（1）零點(diǎn)漂移與溫度漂移，共模信號(hào)與共模放大倍數(shù)，差模信號(hào)與差模放大倍數(shù)，共模抑制比的概念。（4）掌握互補(bǔ)輸出級(jí)的正確接法和輸入輸出關(guān)系3—1多級(jí)放大電路的耦合方式例：實(shí)際電子電路Ri＞2MΩ，Au＞2000，R0＜100Ω等。耦合方式：多級(jí)放大電路級(jí)與級(jí)之間的連接方式（阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合、光電耦合）。

多級(jí)放大電路的連接，產(chǎn)生了單元電路間的級(jí)聯(lián)問題，即耦合問題。放大電路的級(jí)間耦合必須要保證信號(hào)的傳輸，且保證各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)正確。

根據(jù)輸入信號(hào)的性質(zhì)，決定級(jí)間耦合電路的形式。電抗性元件耦合，只能傳輸交流信號(hào)，漂移信號(hào)和低頻信號(hào)不能通過。直接耦合電路可傳輸?shù)皖l甚至直流信號(hào)，因而緩慢變化的漂移信號(hào)也可以通過直接耦合放大電路。使T1退出飽和3.1.1直接耦合——將前一級(jí)的輸出端直接連接到后一級(jí)的輸入端的連接方式圖3.1.1(a)直接耦合Rb2Rc1+VccuiT1+-+-uoRb1Rc2T21.直接耦合放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置使T1飽和在T2的射極加ReReD或圖3.1.2(c)第二級(jí)電路發(fā)射極加穩(wěn)壓管Rb2Rc1+VccuiT1+-+-uoRb1Rc2T2RiRiEiDZDZ→UCEQ1↑Rc2作用?2.特點(diǎn)：（1）各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)彼此影響（2）能放大緩慢變化信號(hào)，宜集（3）存在零點(diǎn)漂移及電平轉(zhuǎn)移成化輸入短路時(shí)，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生（溫度變化）

圖3.1.2兩級(jí)阻容耦合放大電路R1R3+VccuiT1+-C1+C2R2R4C3++-uoRLC4T2+R5R63.1.2阻容耦合將放大電路的前級(jí)輸出端通過電容接到后級(jí)輸入端的連接方式直流通路R1R3T1R2R4+Vcc+VccT2R5R6+特點(diǎn)（1）各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)彼此獨(dú)立（2）不能放大緩慢變化信號(hào)，低頻特性差（3）不宜集成化RＬN(yùn)1N2RＬ’3.1.3變壓器耦合——將放大電路的前級(jí)輸出端通過變壓器接入后級(jí)輸入端或

圖3.1.3(a)變壓器耦合共射放大電路Rb2+VccuiT+-C1+Rb1ReCe+RLN1N2

圖3.1.3(b)交流等效電路RLN1N2Rb2+-Rb1rbe特點(diǎn)（1）各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)彼此獨(dú)立（2）不能放大緩慢變化信號(hào)，低頻特性差（3）不易集成化（4）可實(shí)現(xiàn)阻抗變換負(fù)載上的連接方式。3.1.4光電耦合——以光信號(hào)為媒介來實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的耦合和傳遞，從而

一、光電耦合器uCEiC0圖3.1.5(b)光電耦合器傳輸特性ID1ID2ID3ID4ID增大DT1T2iDiCce+-uD圖3.1.4(a)光電耦合器內(nèi)部組成DT1T2ce圖3.1.6光電耦合放大電路

RsV+Vccus+_Rc+-uo二、光電耦合放大電路注意：信號(hào)源部分和輸出提高抗干擾能力?；芈凡糠謶?yīng)采用獨(dú)立電源，并且應(yīng)分別接不同的“地”，即使是遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸，也可避免受到各種電干擾。3—2多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析Rs+-A1+-A2+-+An-+-RL圖3.2.1多級(jí)放大電路方框圖即——對(duì)于第一級(jí)到第(n-1)級(jí)，每一級(jí)的放大倍數(shù)均應(yīng)該是以后級(jí)輸入電阻作為負(fù)載時(shí)的放大倍數(shù)。輸入電阻Ri=Ri1輸出電阻Ro=Ron(第一級(jí)輸入電阻)(最后一級(jí)輸出電阻)ui

圖3.1.2兩級(jí)阻容耦合放大電路R1R3+VccT1+-C1+C2R2R4C3++-uoRLC4T2+R5R6解：（1）求解Q點(diǎn)+VccT2R5R6直流通路R1R3T1R2R4+Vcc+

[例3.2.1]

已知圖3.1.2所示電路中，R1=15k，

R2=R3=5k，R4=2.3k，R5=100k，R6=RL=5k；VCC=12V；晶體管的均為150，rbe1=4k

rbe2=2.2k，UBEQ1=UBEQ2=0.7V。試估算電路的

Q點(diǎn)、、Ri和Ro。

（2）求解、Ri和Ro。Ri2第一級(jí)的電壓放大倍數(shù)第二級(jí)的電壓放大倍數(shù)整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)R2+-R3+-R1交流等效電路+-R5RLR6becrbe2RiR2+-R3+-R1+-R5RLR6becrbe2交流等效電路輸入電阻輸出電阻R0×3.3.1直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象3.3.2差分放大電路3.3.3直接耦合互補(bǔ)輸出級(jí)3.3.4直接耦合多級(jí)放大電路3—3

直接耦合放大電路3.3.1直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象1.零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因=0圖3.3.1零點(diǎn)漂移現(xiàn)象零點(diǎn)漂移（零漂）

（1）零點(diǎn)漂移輸入電壓等于零時(shí)，輸出電壓偏離某一值且緩慢變化的現(xiàn)象→零點(diǎn)漂移直接耦合放大電路+-uo+-mV（a）測(cè)試電路uIuo0t（b）輸出電壓的漂移（2）產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因主要原因：環(huán)境溫度溫度漂移（溫漂）2.抑制溫度漂移的方法（1）在電路中引入直流負(fù)反饋（2）采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǎɡ脽崦粼淼窒糯蠊艿淖兓?）采用“差分放大電路”RbRc+VccuiT+-+-uoC1+ＤuiRb2Rc+VccT+-+-uoC1++C2Rb1ReCeRLＤ→IC↑→UE↑→UD↓→UB↓T(℃)↑→UBE↓→IC↓IC↑→ID↑→IB↓→IC↓T(℃)↑例如若第一級(jí)漂了100uV，則輸出漂移1V。若第二級(jí)也漂了100uV，則輸出漂移10mV。假設(shè)漂了100uV漂移10mV+100uV漂移1V+10mV漂移1V+10mV3.衡量零漂的方法多級(jí)放大電路中，第一級(jí)漂移最嚴(yán)重，減小零點(diǎn)漂移，應(yīng)減小第一級(jí)零漂3.3.2差分放大電路→放大兩個(gè)輸入信號(hào)之差+uoiC1iC2Rb1Rc1uI1T1Re-Rb2Rc2+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiB1iB2uC1uC21.信號(hào)的輸入方式T1

、T2為對(duì)管，β1=β2=β(1)共模信號(hào)(2)

差模信號(hào)(3)比較輸入+uoiC1iC2Rb1Rc1uI1T1Re-Rb2Rc2+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiB1iB2uC1uC2(1)共模信號(hào)兩管集電極電位呈等量同向變化，所以輸出電壓為零，即對(duì)共模信號(hào)沒有放大能力。uI1=uI2大小相等、極性相同兩管集電極電位一減一增，呈等量異向變化，(2)

差模信號(hào)uo=(VC1－VC1

)－(VC2+

VC１)=－2VC1即對(duì)差模信號(hào)有放大能力。ui1=–ui2大小相等、極性相反(3)比較輸入

uI1、uI2大小和極性是任意的。例1:

uI1=10mV,uI2=6mVuI2=8mV－2mV例2:

uI1=20mV,uI2=16mV可分解成:

uI1=18mV+2mVuI2=18mV－2mV可分解成:

uI1=8mV+2mV共模信號(hào)差模信號(hào)放大器只放大兩個(gè)輸入信號(hào)的差值信號(hào)—差動(dòng)放大電路。任意輸入的信號(hào):ui1,ui2，都可分解成差模分量和共模分量。在差模和共模輸入并存的條件下，2.長尾式差分放大電路（1）靜態(tài)分析由于所以直流通路Rb1Rc1T1+uoRe-Rb2Rc2+VCCT2IEQ1IEQ2IBQ1IBQ2ICQ1ICQ2-VEE-VEE通常Rb很小，很多情況為信號(hào)源內(nèi)阻+uo-T2-VEEIBQ1Rb1Rc1T1ReRb2Rc2+VCCIEQ1IEQ2IBQ2ICQ1ICQ2-VEE=0（2）對(duì)共模信號(hào)的作用圖3.3.4差分放大電路輸入共模信號(hào)Rb1Rc1T1+uocRe-Rb2Rc2+VCCT2iE1iE2-VEEiB1iB2iC1iC2uI1uI2+-uIcEuC1uC2對(duì)共模信號(hào)（無放大作用）起抑制作用特性，較好的抑制了零點(diǎn)漂移利用T1管T2和管具有相同的溫度圖3.3.4差分放大電路輸入共模信號(hào)Rb1Rc1T1+uocRe-Rb2Rc2+VCCT2iE1iE2-VEEiB1iB2iC1iC2uI1uI2+-uIcEuC1uC2射極電阻Re對(duì)共模信號(hào)的負(fù)反饋?zhàn)饔霉材７糯蟊稊?shù)AcuIc——共模輸入電壓uIc↑→iB1↑→iC1↑(iE1)↑uIc↑→iB2↑→iC2↑(iE2)↑→uE↑→uBE2↓→iB2↓

在圖所示差分放大電路中iC2↓iC1↓uOc——uIc作用下的輸出電壓理想對(duì)稱的情況下Ac=0。實(shí)際上

Ac≠0溫度漂移可等效為輸入端的一對(duì)共模信號(hào)，

Ac越小，抑制零漂作用愈強(qiáng)。→uE↑→

uBE1↓→iB1↓

(3)對(duì)差模信號(hào)的放大作用圖3.3.5

差分放大電路加差模信號(hào)Rb1Rc1T1+uOd-Rb2Rc2+VCCT2iE1iE2Re-VEEiB1iB2iC1iC2uI1uI2+-EuC1uC2+-+-RLrbe1Rb2Rc22iB2uId+-Rb1Rc1rbe2+-uOd1iB1iB2iB1流過Re的電流增量Re對(duì)交流信號(hào)視為短路RL中間位置相當(dāng)于交流地差模放大倍數(shù)Ad輸入電阻輸出電阻（4）共模抑制比在電路參數(shù)理想對(duì)稱的情況下，KCMR=。（5）電壓傳輸特性線性關(guān)系uOduId0圖3.3.6差分放大電路的電壓傳輸特性——放大電路輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系曲線稱為電壓越大，抑制溫漂能力越強(qiáng)傳輸特性，即uO=f(uI)3.差分放大電路的四種接法（1）雙端輸入雙端輸出電路RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RL輸入電阻輸出電阻電壓放大倍數(shù)（2）雙端輸入單端輸出電路RbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RLa.靜態(tài)工作點(diǎn)分析RbT1RbT2Re-VEEuI1uI2Rc'Rc2+VCCUCQ1UCQ2+V'CCIBQ1IBQ2ICQ1ICQ2由戴維南定理得輸入回路參數(shù)對(duì)稱輸出回路不對(duì)稱所以雙端輸入、單端輸出差分放大電路RbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RLrbeRbRc-iBuId+-RbRcrbe+-uOdiB-iBiBRL輸入電阻輸出電阻電壓放大倍數(shù)b.動(dòng)態(tài)性能分析負(fù)載電阻接至T2的C極輸出信號(hào)極性將怎樣？差模電壓放大倍數(shù)

雙端輸入、單端輸出差分放大電路RbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RLrbeRbRc-iBuId+-RbRcrbe+-uOdiB-iBiBRL注意：如果輸入差模信號(hào)極性不變，輸出信號(hào)若取自T1管的集電極，則輸出與輸入反相，的集電極，則輸出與輸入同相。輸出信號(hào)若取自T2管RbT1+-RbT22Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RLuIc2ReuORbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RLuIcuO共模電壓放大倍數(shù)+-Rb+-Rc共模信號(hào)作用下的等效電路RL2ReiBuIcuOciB（3）單端輸入、雙端輸出電路輸入差模信號(hào)RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RLuOuI靜態(tài)分析同雙端輸入、雙端輸出電路輸入差模信號(hào)的等效變換RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RLuO+-++--動(dòng)態(tài)分析單端輸入電路與雙端輸入電路的區(qū)別在于：輸入電阻輸出電阻伴隨著共模信號(hào)輸入。在差模信號(hào)輸入的同時(shí)，差分放大電路RbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-Rc+VCCuC1uC2RL（４）單端輸入、單端輸出電路

電路的直流通路

RbT1RbT2Re-VEEuI1uI2Rc'Rc2+VCCUCQ1UCQ2+V'CCIBQ1IBQ2ICQ1ICQ2靜態(tài)分析：同雙端輸入、單端輸出電路動(dòng)態(tài)分析：可視為存在一對(duì)共模輸入及差模輸入的雙輸入、單輸出電路四種接法的動(dòng)態(tài)參數(shù)特點(diǎn)歸納如下：?jiǎn)味溯敵鰰r(shí)，雙端輸出時(shí)，（3）單端輸入時(shí)，若輸入信號(hào)為uI，其差模輸入電壓uId=uI；而與此同時(shí)，（1）輸入電阻均為2(Rb+rbe)。（2）Ad、Ac、Ro與輸出方式有關(guān)，共模輸入電壓，輸出電壓表達(dá)式為4.改進(jìn)型差分放大電路

RbRcuI1T1+uoRe-RbRc+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiE單端輸出時(shí)同時(shí)在集成電路中制做大電阻受限R3-VEET3IE3R2R1IB3I1I2恒流源IC3I長尾式差分放大電路存在的問題

恒流源電路的簡(jiǎn)化畫法及電路調(diào)零措施uI1RbRcT1+uo-RbRc+VCCuI2T2iE1iE2I-VEERw靜態(tài)時(shí)較好的抑制了零漂場(chǎng)效應(yīng)管差分放大電路uI1RbRcT1+uo-RbRc+VCCuI2T2iD1iD2I-VEE調(diào)零電阻(阻值很小的電位器)[例3.3.1]電路如圖所示，已知Rb=1k，

Rc=10k，RL=5.1k，VCC=12V，VEE=6V；晶體管的=100，rbe=2k，UBEQ=0.7V;T1管和T2管的發(fā)射極靜態(tài)電流均為0.5mA。（1）Re的取值應(yīng)為多少？T1管和T2管的管壓降UCEQ等于多少？（2）計(jì)算、Ri和Ro的數(shù)值。（3）若將電路改成單端輸出，用直流表測(cè)得輸出電壓uO=3V，試問輸入電壓uI約為多少？設(shè)IEQ=0.5mA，且共模輸出電壓可忽略不計(jì)。RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RL解：（1）（2）電壓放大倍數(shù)輸入電阻輸出電阻RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RL

因?yàn)橛弥绷鞅頊y(cè)得的輸出電壓中既含有直流（靜態(tài)）量又含有變化（信（3）RL=5.1k

10k1k=100，rbe=2k

號(hào)作用的結(jié)果）量，所以首先應(yīng)計(jì)算出靜態(tài)時(shí)管子的集電極電位，然后用所測(cè)電壓減去靜態(tài)電位就可得到動(dòng)態(tài)電壓。利用戴維南定理可知RbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RLRbT1RbT2Re-VEEuI1uI2Rc'Rc2+VCCUCQ1UCQ2+V'CCIBQ1IBQ2ICQ1ICQ2RL=5.1k

10k1k=100，rbe=2k

3.3.3直接耦合互補(bǔ)輸出級(jí)對(duì)電壓放大電路的輸出級(jí)一般有兩個(gè)基本要求：1.基本電路uI0tuO0t交越失真uIT1T2uO+--VCC+VCCRLT1、T2特性參數(shù)相同(設(shè)開啟電壓Uon=0)（1）靜態(tài)時(shí)：uI=0,（2）動(dòng)態(tài)時(shí)：uI＞0,uI＜0,uI0tuO0t而實(shí)際上，T1、T2開啟電壓uon≠0T1、T2均截止T1、T2截止，u0=0T1導(dǎo)通、T2截止，u0=uI一是輸出電阻低，二是最大不失真輸出盡可能大。T1截止、T2導(dǎo)通，u0=uI2.消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí)(a)利用二極管消除交越失真T1T2uIuO+--VCC+VCCR1R2D2D1RLb1b2靜態(tài)時(shí)，VCC(-VCC)使從而T1、T2微導(dǎo)通

動(dòng)態(tài)時(shí)，D1、D2的動(dòng)態(tài)電阻很小，b1、b2點(diǎn)交流電位近似相等當(dāng)uI＞0,T1從微導(dǎo)通→導(dǎo)通,T2從微導(dǎo)通→截止;u0=uI當(dāng)uI＜0,T2從微導(dǎo)通→導(dǎo)通,T1從微導(dǎo)通→截止;u0