數(shù)電模電路-模電課件第三章

1第三章多級放大電路實(shí)際應(yīng)用中，對Ri、Au、Ro、f同時有要求時，簡單基本放大電路已經(jīng)不能滿足要求，常常需要將多個基本放大電路合理連接、構(gòu)成多級放大電路。內(nèi)容提要：3.1多級放大電路的耦合方式3.2多級放大電路的動態(tài)分析3.3直接耦合放大電路3.4Multisim應(yīng)用舉例23.1多級放大電路的耦合方式組成多級放大電路的每一個基本放大電路稱為一級，級與級之間的連接稱為級間耦合。多級放大電路中4種常見的耦合方式為：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合和光電耦合。3一、直接耦合——將前一級的輸出端直接接到后一級的輸入端。例：共射＋共射圖中第二級省去了基極電阻，Rc1既作為第一級的集電極電阻，又作為第二級的基極電阻。（a）UBEQT2＝0.7V＝UCEQ1——T1靠近飽和區(qū)，易飽和失真。

（b）T2射極加Re2抬高UCEQ1：直流時UCEQ1＝URE2＋UBEQT2，但交流時Re2使得Au2↓（b＇）T2射極加二極管抬高UCEQ1：直流時UCEQ1＝UD（0.7V）＋UBEQT2＝1.4V，交流時動態(tài)電阻duD/diD很小，Au2↓不大，或用2只二極管使得UCEQ1＝2.1V。4（c）T2射極加穩(wěn)壓管抬高UCEQ1：直流時UCEQ1＝UDZ＋UBEQT2，R的存在使得ID>IDmin,保證穩(wěn)壓管工作于穩(wěn)壓狀態(tài)，可根據(jù)所需UCEQ1值選用穩(wěn)壓管。交流時動態(tài)電阻duDZ/diDZ很小，Au2↓不大。（a）、（b）、（c）3電路中，均為NPN管構(gòu)成的共射放大電路，為了保證三極管處于放大狀態(tài)，必然由于級數(shù)的增加需不斷抬高Ｔ１的集電極電位、以至于接近電源電壓VCC，勢必使后級的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置不合適。工程實(shí)際中常采用NPN＋PNP混合使用的方法解決該問題。↓（d）NPN＋PNP混合使用5直接耦合放大電路特點(diǎn)：缺點(diǎn)：各級直流通路相連，Q點(diǎn)相互影響，設(shè)計、調(diào)試復(fù)雜，零點(diǎn)漂移現(xiàn)象；優(yōu)點(diǎn)：低頻特性良好，便于集成，價格便宜，技術(shù)進(jìn)步、應(yīng)用廣泛6二、阻容耦合——將前一級的輸出端通過電容接到后一級的輸入端。例：共射＋共集優(yōu)點(diǎn)：各級Q點(diǎn)相互獨(dú)立，分析、設(shè)計和調(diào)試簡單易行，只要ω、C足夠大，交流信號幾乎沒有衰減傳遞到后級；在分立元件電路中應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)：低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號，集成困難。由于集成電路應(yīng)用越來越廣泛，只有在特殊需要下，由分立元件組成的放大電路中才采用。7三、變壓器耦合——將第一級的輸出端通過變壓器接到后一級的輸入端或負(fù)載上?；咎攸c(diǎn)同阻容耦合；突出特點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換，在分立元件功率放大電路中廣泛應(yīng)用。8

實(shí)際系統(tǒng)中，如揚(yáng)聲器負(fù)載電阻往往很小，直接接到放大電路輸出端其電壓放大倍數(shù)變得很小，無法獲得大功率。采用變壓器耦合時，原、副邊功率相等：根據(jù)所需的電壓放大倍數(shù)，可以選擇適當(dāng)?shù)脑褦?shù)比，使負(fù)載電阻上獲得足夠大的電壓。匹配得當(dāng)時，負(fù)載可以獲得足夠大的功率。由于集成功率放大電路的發(fā)展，只有在需要輸出特大功率或?qū)崿F(xiàn)高頻功率放大時，才考慮分立元件構(gòu)成變壓器耦合放大電路。9四、光電耦合以光信號為媒介來實(shí)現(xiàn)電信號的耦合和傳遞，因抗干擾能力強(qiáng)而得到越來越廣泛的應(yīng)用。發(fā)光二極管＋光敏三極管P152～思考題P178～自測題一習(xí)題3.1103.2多級放大電路的動態(tài)分析一個n級放大電路：

其電壓放大倍數(shù)為：

其中因此當(dāng)共集放大電路作為輸入級時，電路的輸入電阻與第二級的輸入電阻有關(guān)；當(dāng)共集放大電路作為輸出級時，電路的輸出電阻與倒數(shù)第二級有關(guān)。當(dāng)多級放大電路輸出波形產(chǎn)生失真時，應(yīng)首先確定是在哪一級先出現(xiàn)失真，再判斷產(chǎn)生了什么失真。11例3.2.1兩級阻容耦合放大電路分析1、Q點(diǎn)：阻容耦合，每一級Q點(diǎn)獨(dú)立分析122、動態(tài)分析P154～思考題習(xí)題3.2、3.3作業(yè)3.4、3.5133.3直接耦合放大電路工業(yè)控制中的很多物理量均為模擬量，如溫度、流量、壓力、液面、長度等。它們通過各種不同傳感器轉(zhuǎn)化成的電量也均為變化緩慢的非周期性信號，而且比較微弱，這類信號采用直接耦合放大電路將其放大最為方便。14一、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)生的原因零點(diǎn)漂移——放大電路輸入電壓（ui）為零而輸出電壓（uo）不為零且緩慢變化的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：任何電路參數(shù)的變化，如電源電壓的波動、元件的老化、半導(dǎo)體元件參數(shù)隨溫度變化等。采用高質(zhì)量的穩(wěn)壓電源和使用經(jīng)過老化實(shí)驗(yàn)的元件就可以大大減少如電源電壓的波動、元件的老化等原因產(chǎn)生的漂移。所以由溫度變化所引起的半導(dǎo)體器件參數(shù)的變化是產(chǎn)生零點(diǎn)漂移現(xiàn)象的主要原因，因而也稱零點(diǎn)漂移為溫度漂移，簡稱溫漂。溫漂在阻容耦合放大電路中會被耦合電容所阻斷，但在直接耦合放大電路中卻會逐級傳遞、放大，以致與在輸出端不能區(qū)別有用信號與漂移電壓，電路不能正常工作。152、抑制溫漂的方法某種意義上，零點(diǎn)漂移就是Q點(diǎn)的漂移，穩(wěn)定Q點(diǎn)的措施也是抑制溫漂的方法。①直流負(fù)反饋②溫度補(bǔ)償③差分放大電路（屬于溫度補(bǔ)償）16二、差分放大電路或稱為差動放大電路，是構(gòu)成多級直接耦合放大電路的基本單元電路。當(dāng)uI1、uI2有差別、差動時，才有輸出。uI1、uI2兩信號的關(guān)系可分為：共模信號：大小相等、極性相同差模信號：大小相等、極性相反比較信號：大小、極性任意任意兩比較信號都能分為共模信號和差模信號：例：uI1＝10V，uI2＝6VuIc＝8V，uId＝2V171、電路組成差分放大電路是由典型的工作點(diǎn)穩(wěn)定電路演變而來的：（a）利用射極電阻穩(wěn)定Q點(diǎn)（b）引入受溫度控制的直流電壓源V（c）采用對稱電路取代V兩只完全相同的管子；兩半完全對稱的電路（共射基本放大電路）；基極輸入、集電極輸出。因?yàn)閷ΨQ，兩半電路零漂相等，uO無零漂。共模輸入時，uO＝0，差模輸入時uO＝2Au·uId，但是射極電阻Re使得電壓放大倍數(shù)Au↓18（d）將對稱電路的射極電阻合二為一共模輸入時，uO＝0，差模輸入時Re上的電流正負(fù)抵消、無壓降，解決了射極電阻Re使得電壓放大倍數(shù)Au↓的問題（e）引入負(fù)直流電壓源－VEE——長尾式差分放大電路信號源與電源“共地”對差分放大電路的分析多在理想情況（參數(shù)理想對稱）下進(jìn)行。

192、長尾式差分放大電路①Q(mào)點(diǎn)20②共模信號輸入時Δuc1＝Δuc2→uO＝0，共模放大倍數(shù)Ac≈0——共模抑制③差模信號輸入時uO＝2Au·uId，差模放大倍數(shù)Ad≠0④共模抑制比：理想情況Ac→0，因此KCMR→∞213、長尾式差分放大電路的四種接法輸入：單端/雙端；輸出：單端/雙端①雙端輸入雙端輸出雙端輸入信號ui分解到兩個輸入端：共模成分為ui/2；差模成分為±ui/2㈠Q點(diǎn)分析同前述㈡共模放大倍數(shù)Ac≈022㈢差模輸入：電壓放大倍數(shù)只相當(dāng)于單管，犧牲一只管子的放大倍數(shù)換取低零漂。注意：分析時uid＝uid/2―（―uid/2），實(shí)際代數(shù)據(jù)時uid應(yīng)代（ui1－ui2）；若uid取uid/2、則Ad擴(kuò)大一倍，實(shí)際代數(shù)據(jù)時uid應(yīng)代（ui1－ui2）/2。兩種取值分析都可以，關(guān)鍵是能夠根據(jù)輸入正確求得輸出電壓值。uO＝uOd㈣共模抑制比23②雙端輸入單端輸出㈠Q點(diǎn)，直流等效通路中：24㈡共模輸入：雙端輸入信號ui分解到兩個輸入端的共模成分為ui/2，差模成分為±ui/2。只考慮T1管電路：

此時由于兩半電路的輸入大小相等、極性相同，由此產(chǎn)生的Re上的電流、電壓也應(yīng)大小相等、極性相同。因此Re上的對地電壓應(yīng)等效為射極電流流經(jīng)2Re產(chǎn)生的電壓。25㈢差模輸入：電壓放大倍數(shù)為雙端輸出時的一半輸入電阻不變輸出電阻為雙端輸出時的一半同理注意：分析時uid＝uid/2―（―uid/2），實(shí)際代數(shù)據(jù)時uid應(yīng)代（ui1－ui2）；若uid取uid/2、則Ad擴(kuò)大一倍，實(shí)際代數(shù)據(jù)時uid應(yīng)代（ui1－ui2）/2。兩種取值分析都可以，關(guān)鍵是能夠根據(jù)輸入正確求得輸出電壓值。uO＝uOd＋uOc＝uid·Ad＋uic·Ac或＝uid/2·2Ad＋uic·Ac㈣共模抑制比可以看出：Re越大則電路性能越好26③單端輸入、雙端輸出ui1＝ui，ui2＝0：

分解到兩個輸入端的共模成分為ui/2，差模成分為±ui/2——與雙端輸入時相同。其實(shí)無論哪種輸入形式，都可以按照公式分解為雙端共模、差模的形式。單端輸入、雙端輸出電路的Q點(diǎn)與動態(tài)分析與雙端輸入、雙端輸出電路完全相同。

uO＝uOd27④單端輸入、單端輸出Q點(diǎn)與動態(tài)分析與雙端輸入、單端輸出電路完全相同。uO＝uOd＋uOc＝uid·Ad＋uic·Ac或＝uid/2·2Ad＋uic·Ac注意：Ri、Ro僅僅針對差模輸入時才分析28差分放大電路分析總結(jié)：①Ri=2(Rb+rbe)②Ad、Ac、Ro與輸出方式有關(guān)：單端輸出：uO＝uOd＋uOc＝uid·Ad＋uic·Ac或＝uid/2·2Ad＋uic·Ac29雙端輸出：uO＝uOd③uid＝ui1－ui2，若uid＝（ui1－ui2）/2、則Ad擴(kuò)大一倍；uic＝（ui1＋ui2）/2。304、改進(jìn)型差分放大電路①具有恒流源的差分放大電路②恒流源電路的簡化畫法及電路調(diào)零措施31③、場效應(yīng)管差分放大電路例：3.3.132三、直接耦合互補(bǔ)輸出級（OCL）331、基本電路T1—NPN，T2－PNP，參數(shù)相同、特性對稱①Q(mào)時：ui＝0，T1、T2都截截止，uo＝0。②ui為交流正弦波時：ui>0，T1導(dǎo)通、T2截止，T1射極輸出器（共集）將正半周信號傳給負(fù)載RL（無電壓放大），此時VCC供電；ui<0，T2導(dǎo)通、T1截止，T2射極輸出器（共集）將負(fù)半周信號傳給負(fù)載RL（無電壓放大），此時－VCC供電。輸入電壓幅值足夠大時，輸出電壓最大幅值可達(dá)±（VCC－│UCES│），UCES為飽和管壓降。（b）圖中可見，此電路存在交越失真，消除方法為：合理設(shè)置Q點(diǎn)，使Q時T1、T2管已經(jīng)處于微導(dǎo)通狀態(tài)。342、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級①利用二極管消除交越失真Q時：UB1、B2＝UD1＋UD2動態(tài)時：二極管動態(tài)電阻很小ub1≈ub2≈ui②UBE倍增電路合理選擇R3、R4,可以得到任意UBE倍數(shù)的電壓；也可得到