第三章多級放大電路111

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)主講：物理與電子工程學院周功明第3章多級放大電路結(jié)束§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

第三章多級放大電路教學要求重點：是多級放大電路的禍合方式及其特點,多級放大電路的動態(tài)參數(shù)與組成它的各級電路的關(guān)系,差分放大電路工作原理和靜態(tài)工作點、差模放大倍數(shù)、共模放大倍數(shù)、共模抑制比、輸入電阻、輸出電阻的分析和估算,互補輸出級的工作原理。難點：是組成多級放大電路的各級電路的輸入電阻和輸出電阻對多級放大電路動態(tài)參數(shù)的影響,單端輸出差分放大電路靜態(tài)和動態(tài)的分析,為什么在直流信號作用時的輸出電壓需用交流等效電路來分析等問題。第3章多級放大電路結(jié)束耦合方式：直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合；光電耦合。耦合：即信號的傳送。第一級放大電路輸

入

輸

出第二級放大電路第

n級放大電路……

第

n-1

級放大電路功放級§3.1多級放大電路的耦合方式第3章多級放大電路結(jié)束多級放大電路對耦合電路要求：1.靜態(tài)：保證各級Q點設(shè)置合適2.動態(tài):傳送信號。

要求：波形不失真，減少壓降損失。

第3章多級放大電路結(jié)束3.1.1直接耦合一、直接耦合放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置圖3.1.1直接耦合放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置一.直接耦合優(yōu)點

各級放大器靜態(tài)工作點相互影響

輸出溫度漂移嚴重。缺點

低頻特性好，可放大緩慢變化的信號。

電路中無電容，便于集成化。前一級的輸出端直接連接到后一級的輸入端。缺陷：T1管的UCE1等于T2管的UBE2=0.7V，使T1管飽和失真。加入一個參數(shù)合適的電阻Re2，使得UCE1=UBE2+URe2>0.7V，使得T1管能工作在放大區(qū)。解決方法直接耦合放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置直接耦合放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置缺陷：加入Re2后，使第二級的電壓放大倍數(shù)大大下降，影響放大倍數(shù)可用二極管或穩(wěn)壓管替代電阻Re2兩者的動態(tài)電阻很小，對放大倍數(shù)的影響不大。加限流電阻R調(diào)節(jié)電流，使穩(wěn)壓管能工作在反向擊穿穩(wěn)壓狀態(tài)。直接耦合放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置由于直接耦合多級放大電路前級輸出電壓UCE等于后級輸入電壓UBE，隨著放大電路的級數(shù)增加電壓UBE也必需越來越大，這很難用加入電阻、二極管或穩(wěn)壓管來調(diào)節(jié)，但可以根據(jù)NPN型管和PNP型管的對偶特性，利用NPN型管和PNP型管交替使用的方法來解決。加限流電阻R調(diào)節(jié)電流，使穩(wěn)壓管能工作在反向擊穿穩(wěn)壓狀態(tài)。直接耦合放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置由于直接耦合多級放大電路前級輸出電壓UCE等于后級輸入電壓UBE，隨著放大電路的級數(shù)增加電壓UBE也必需越來越大，這很難用加入電阻、二極管或穩(wěn)壓管來調(diào)節(jié)，但可以根據(jù)NPN型管和PNP型管的對偶特性，利用NPN型管和PNP型管交替使用的方法來解決。VB1VC3VB3VC1VB1VB2VC2VB4VC4NPN型NPN型PNP型PNP型<

VC1>VC2>

VC4=VB2=VB4<

VC3=VB3優(yōu)點：

各級放大器靜態(tài)工作點獨立。

輸出溫度漂移比較小。缺點：

不適合放大緩慢變化的信號。

不便于作成集成電路。前一級的輸出端通過電容連接到后一級的輸入端。二.阻容耦合前一級的輸出端通過變壓器連接到后一級的輸入端或負載上。優(yōu)點

各級放大器靜態(tài)工作點獨立。

輸出溫度漂移比較小。缺點

不適合放大緩慢變化的信號。

笨重，不便于作成集成電路。容易實現(xiàn)阻抗變換。三.變壓器耦合第3章多級放大電路結(jié)束優(yōu)點：1.各級放大器的靜態(tài)工作點相互獨立，分別估算；2.電路的分析、設(shè)計和調(diào)試方便；3.可實現(xiàn)阻抗變換?？垢蓴_性能好，可實現(xiàn)遠距離控制四.光電耦合第3章多級放大電路結(jié)束2、光電耦合放大電路圖3.1.6光電耦合放大電路第3章多級放大電路結(jié)束圖3.2.1多級放大電路方框圖§3.2多級放大電路的動態(tài)分析1.靜態(tài)分析：確定各級靜態(tài)工作點2.動態(tài)分析：?

前級的輸出阻抗是后級的信號源阻抗?

后級的輸入阻抗是前級的負載多級放大電路的特點：兩級之間的相互影響一.電壓放大倍數(shù)（以兩級為例）擴展到n級：注意：在算前級放大倍數(shù)時，要把后級的輸入阻抗作為前級的負載！3.2多級放大電路的分析設(shè)：1=2==100，UBE1=UBE2=0.7

V。例1：兩級放大電路如下圖示，求Q、Au、Ri、Ro解：（1）求靜態(tài)工作點設(shè)：1=2==100，UBE1=UBE2=0.7

V。（2）求電壓放大倍數(shù)先計算三極管的輸入電阻畫微變等效電路：電壓放大倍數(shù)：在算前級放大倍數(shù)時，要把后級的輸入電阻作為前級的負載！Ri2求輸入電阻Ri=Ri1=rbe1//Rb1//Rb2

=2.55k（4）求輸出電阻RO=RC2

=4.3k第3章多級放大電路結(jié)束設(shè):

1=2=50,rbe1=2.9k,rbe2=1.7k

前級后級+VCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1

CET2舉例2：第3章多級放大電路結(jié)束關(guān)鍵:考慮級間影響。1.靜態(tài):

Q點同單級。2.動態(tài)性能:方法:ri2=RL1

ri2

+VCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1

CET2第3章多級放大電路結(jié)束考慮級間影響2ri

,

ro

:概念同單級

1rirori2

+VCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1

CET2第3章多級放大電路結(jié)束微變等效電路:

ri2

+VCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1

CET2RE1

R2

R3

RC2

RLRSR1

第3章多級放大電路結(jié)束1.ri

=R1//[rbe1

+（

+1)RL1']

其中:RL1=RE1//ri2=RE1//R2//R3

//rbe1=RE1//RL1

=RE1//ri2=27//1.71.7k

ri

=1000//(2.9+51×1.7)82k

2.ro

=RC2=10k

RE1

R2

R3

RC2

RLRSR1第3章多級放大電路結(jié)束3.中頻電壓放大倍數(shù):其中：RE1

R2

R3

RC2

RLRSR1第3章多級放大電路結(jié)束RE1

R2

R3

RC2

RLRSR1第3章多級放大電路結(jié)束多級阻容耦合放大器的特點：(1)由于電容的隔直作用，各級放大器的靜態(tài)工作點相互獨立，分別估算。(2)前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓。(3)后一級的輸入電阻是前一級的交流負載電阻。(4)總電壓放大倍數(shù)=各級放大倍數(shù)的乘積。(5)總輸入電阻

Ri即為第一級的輸入電阻Ri1。(6)總輸出電阻Ro即為最后一級的輸出電阻Ron

。由上述特點可知，射極輸出器接在多級放大電路的首級可提高輸入電阻；接在末級可減小輸出電阻；接在中間級可起匹配作用，從而改善放大電路的性能。第3章多級放大電路結(jié)束例3：放大電路由下面兩個放大電路組成。已知EC=15V

，R1=100k，

R2=33k

，RE1=2.5k，RC=5k，1=60，；RB=570k，RE2=5.6k，

2

=100，RS=20k

，RL=5k

+VCC

R1

RC

C11

C12R2

CE

RE1

ui

riuo

T1放大電路一RB

+VCC

C21

C22

RE2

ui

uo

T2放大電路二第3章多級放大電路結(jié)束求直接采用放大電路一的放大倍數(shù)Au和Aus。若信號經(jīng)放大電路一放大后，再經(jīng)射極輸出器輸出，求放大倍數(shù)Au、ri和ro

。若信號經(jīng)射極輸出器后，再經(jīng)放大后放大電路一輸出，求放大倍數(shù)Au和Aus

。+VCC

R1

RC

C11

C12R2

CE

RE1

ui

riuo

T1RB

+VCC

C21

C22

RE2

ui

uo

T2第3章多級放大電路結(jié)束ri=

R1//R2//rbe

=1.52k

(1)由于RS大，而ri小，致使放大倍數(shù)降低；(2)放大倍數(shù)與負載的大小有關(guān)。例：

RL=5k時,Au=-93；RL=1k時,Au=-31。求直接采用放大電路一的放大倍數(shù)Au和Aus。+VCC

R1

RC

C1

C2R2

CE

RE

RL

ui

uo

us

RS

riT1第3章多級放大電路結(jié)束2.若信號經(jīng)放大電路一放大后，再經(jīng)射極輸出器輸出，求放大倍數(shù)Au、ri和ro

。

us

RS

RB

+VCC

C22

RE2

uo

T2RL

R1

RC

C11

R2

CE

RE1

ui

riT1rbe2=2.36k

rbe1=1.62k

ro1=RC=5k

第3章多級放大電路結(jié)束第3章多級放大電路結(jié)束討論：帶負載能力。2.輸出不接射極輸出器時的帶負載能力：RL=5k時：

Au=-93RL=1k時：

Au=-31即當負載電阻由5k變?yōu)?k時，放大倍數(shù)降低到原來的92.3%放大倍數(shù)降低到原來的30%RL=5k時：

Au1=-185，Au2=0.99，ri2=173k

Au=Au1Au2=-183RL=1k時：

Au1=-174，Au2=0.97，ri2=76k

Au=Au1Au2=-1691.輸出接射極輸出器時的帶負載能力：第3章多級放大電路結(jié)束3.若信號經(jīng)射極輸出器后，再經(jīng)放大后放大電路一輸出，求放大倍數(shù)Aus。

Au2=-93ri2=1.52k

Au1=0.98ri=101k

+VCC

R1

RC

C12R2

CE

RE1

riuo

T1ui

RB

C21

RE2

T2us

RS

第3章多級放大電路結(jié)束輸入不接射極輸出器時：

可見，輸入接射極輸出器可提高整個放大電路的放大倍數(shù)Aus。第3章多級放大電路結(jié)束例題4：設(shè)gm=3mA/V，=50，rbe=1.7k

前級:場效應管共源極放大器

后級:晶體管共射極放大器求：總電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。+VCCRS3M(+24V)R120k10kC2C3R4R3RLRE282k43k10k8k10kC1RCT1RE1

CE2T2CE1RD

10kR21M第3章多級放大電路結(jié)束（1）估算各級靜態(tài)工作點:（略）（2）動態(tài)分析:

微變等效電路

首先計算第二級的輸入電阻：

ri2=

R3//R4//rbe=82//43//1.7=1.7k

R3R4RCRLRSR2R1RDrbe

gds第3章多級放大電路結(jié)束第二步：計算各級電壓放大倍數(shù)R3R4RCRLRSR2R1RDrbe

gds第3章多級放大電路結(jié)束第三步：計算輸入電阻、輸出電阻ri=R1//R2=3//1=0.75M

ro=RC=10k

R3R4RCRLRSR2R1RDrbe

gds第3章多級放大電路結(jié)束第四步：計算總電壓放大倍數(shù)Au=Au1Au2=(-4.4)(-147)=647R3R4RCRLRSR2R1RDrbe

gds第3章多級放大電路結(jié)束阻容耦合電路的頻率特性：fA耦合電容造成三極管結(jié)電容造成采用直接耦合的方式可降低放大電路的下限截止頻率，擴大通頻帶。下面將要介紹的差動放大器即采用直接耦合方式。第3章多級放大電路結(jié)束ui

RC1

R1

T1

+VCC

uo

RC2

T2

R2

RE2

§3.3直接耦合放大電路3.3.1直接耦合放大電路的零點漂移現(xiàn)象一、零點漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因1.直接耦合的問題：零漂現(xiàn)象2.產(chǎn)生零漂的原因：零漂的衡量方法：由溫度變化引起的。當溫度變化使第一級放大器的靜態(tài)工作點發(fā)生微小變化時，這種變化量會被后面的電路逐級放大，最終在輸出端產(chǎn)生較大的電壓漂移。因而零點漂移也叫溫漂。輸入ui=0時，，輸出有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。將輸出漂移電壓按電壓放大倍數(shù)折算到輸入端計算。3.3差分放大電路例如若輸出有1V的漂移電壓則等效輸入有100μV的漂移電壓假設(shè)第一級是關(guān)鍵3.減小零漂的措施用非線性元件進行溫度補償采用差分放大電路等效100uV漂移1V引入直流負反饋，穩(wěn)定靜態(tài)工作點第3章多級放大電路結(jié)束一、電路的組成及抑制零漂的原理特點：結(jié)構(gòu)對稱。ui1

ui2

uo

RC

R1

T1

Rb

RC

R1

T2

Rb

3.3.2差分放大電路+VCC

差分放大電路一.結(jié)構(gòu):對稱性結(jié)構(gòu)即：1=2=

UBE1=UBE2=UBE

rbe1=rbe2=rbe

RC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb第3章多級放大電路結(jié)束uo=uC1-uC2

=0uo=(uC1+uC1

)-(uC2+uC2)=0當

ui1

=

ui2=0

時：當溫度變化時：+VCC

uo

ui1

RC

R1

T1

Rb

RC

R1

T2

Rb

ui2

第3章多級放大電路結(jié)束2.對共模信號的抑制作用

輸入信號分類(1)差模(differentialmode)輸入ui1=-ui2=ud

(2)共模(commonmode)

輸入ui1

=ui2=uC

共模抑制比（Common-ModeRejectionRatio)的定義:KCMRR=KCMRR

(dB)=(分貝)差模電壓放大倍數(shù):共模電壓放大倍數(shù):第3章多級放大電路結(jié)束結(jié)論：任意輸入的信號:ui1,

ui2，都可分解成差模分量和共模分量。注意：ui1

=uC

+

ud

；ui2=uC-

ud

例:ui1=20mV,ui2=10mV則：ud=5mV,uc=15mV差模分量:共模分量:(1)差動放大電路一般有兩個輸入端：雙端輸入——從兩輸入端同時加信號。單端輸入——僅從一個輸入端對地加信號。

(2)差動放大電路可以有兩個輸出端。雙端輸出——從C1和C2輸出。單端輸出——從C1或C2

對地輸出。3.幾個基本概念2/4/2023第3章多級放大電路結(jié)束為了使左右平衡，可設(shè)置調(diào)零電位器:uo

ui1

+VCC

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

ui2

RE–VEE二、長尾式差分放大電路第3章多級放大電路結(jié)束1.靜態(tài)分析

溫度T

IC

IE

=2IC

VE

VBE

IB

IC

（1）RE的作用

設(shè)ui1

=ui2

=0自動穩(wěn)定RE具有強負反饋作用uo

ui1

+VCC

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

ui2

RE–VEE——抑制溫度漂移，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。第3章多級放大電路結(jié)束uo

ui1

+VCC

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

ui2

RE–VEE（2）Q點的計算直流通路IC1=IC2=IC=IB

UC1=UC2=VCC－IC×RC

UE1=UE2

=－IBQ×Rb－UBE

UCE1=UCE2

=UC1－UE1

IB

IC1

IC2

IB

IE

第3章多級放大電路結(jié)束共模輸入RE對共模信號起作用，并且iRE=2ie1。uC

ic1、

ic2

iRE

、

uRE

+VCC

uoc

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

RE–VEEuC

uoc2

uoc1

ic1ic2

iRE

uRE

第3章多級放大電路結(jié)束共模信號通路:

uoc

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

2REuC1

uoc2

uoc1

ic1ic2

uC2

2RE第3章多級放大電路結(jié)束T1單邊微變等效電路RC

Rb

2RE

ic1

uc1

uoc1

ib1

ib

ie1

rbe第3章多級放大電路結(jié)束KCMRR

AC

0

問題：負載影響共模放大倍數(shù)嗎？不影響！第3章多級放大電路結(jié)束差模輸入采用均壓器平衡輸入RRuo

ui

+VCC

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

RE–VEE2.對差模信號的放大作用第3章多級放大電路結(jié)束RE對差模信號作用

ui1

ui2

ib1

,ic1

ib2

,ic2

ic1

=-ic2

iRE

=ie1+

ie2

=0

uRE

=0

RRuo

ui

+VCC

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

RE–VEEib2

ib1

ic2

ic1

iRE

RE對差模信號不起作用第3章多級放大電路結(jié)束差模信號通路

T1單邊微變等效電路uod1

Rb

B1

E

C1

RC

ib1

ui1

rbe1

ib1

RRuo

ui1

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

ib2

ib1

ic2

ic1

ui2

uod1

uod2

E第3章多級放大電路結(jié)束雙邊微變等效電路圖3.3.5差分放大電路加差模信號第3章多級放大電路結(jié)束(1)放大倍數(shù)

單邊差模放大倍數(shù):

uod1

Rb

B1

E

C1

RC

ib1

ui1

rbe1

ib1

第3章多級放大電路若差動電路帶負載RL(接在

C1與

C2之間),對于差動信號而言，RL中點電位為0,所以放大倍數(shù)：即：總的差動電壓放大倍數(shù)為：差模電壓放大倍數(shù):

RRuod

ui1

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

ib2

ib1

ic2

ic1

ui2

uod1

uod2

E第3章多級放大電路結(jié)束ro=2RC

ri

ri

ro

輸入電阻：輸出電阻：(2)輸入輸出電阻

RRuo

ui1

+VCC

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

ib2

ib1

ic2

ic1

ui2

uod1

uod2

E第3章多級放大電路結(jié)束輸入端

接法雙端

單端

輸出端

接法雙端

單端三、差分放大電路的四種接法雙端輸入——雙端輸出雙端輸入——單端輸出單端輸入——雙端輸出單端輸入——單端輸出第3章多級放大電路結(jié)束1、雙端輸入雙端輸出：Ad

=Ad1

第3章多級放大電路結(jié)束2.雙端輸入——單端輸出電路圖3.3.7雙端輸入、單端輸出差分放大電路第3章多級放大電路結(jié)束圖3.3.9對差模信號的等效電路ro=RC

第3章多級放大電路結(jié)束3.單端輸入——雙端輸出電路圖3.3.11單端輸入、雙端輸出電路結(jié)論：單端輸入雙端輸出電路與雙端輸入雙端輸出電路的靜態(tài)工作點以及動態(tài)參數(shù)的分析完全相同。第3章多級放大電路結(jié)束4.單端輸入——單端輸出電路圖3.3.12單端輸入、單端輸出電路(1)差模電壓放大倍數(shù)與單端輸入還是雙端輸入無關(guān)，只與輸出方式有關(guān)：

差動放大器動態(tài)參數(shù)計算總結(jié)雙端輸出時：單端輸出時：

(2)共模電壓放大倍數(shù)

與單端輸入還是雙端輸入無關(guān)，只與輸出方式有關(guān)：雙端輸出時：單端輸出時：

(3)差模輸入電阻不論是單端輸入還是雙端輸入，差模輸入電阻Rid是基本放大電路的兩倍。單端輸出時，雙端輸出時，

(4)差模輸出電阻(5)共模抑制比

共模抑制比KCMR是差分放大器的一個重要指標?；螂p端輸出時KCMR可認為等于無窮大，單端輸出時共模抑制比：第3章多級放大電路結(jié)束結(jié)論：1.四種接法的電路，輸入電阻均為2.差模增益Ad、共模增益Ac、輸出電阻Ro與輸出方式有關(guān)。3.單端輸入信號可分解為一對差模信號uId和一對共模信號uId/2。第3章多級放大電路結(jié)束四、改進型差分放大電路第3章多級放大電路結(jié)束RRuo

ui1

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

ib2

ib1

ic2

ic1

ui2

E+VCC

電路結(jié)構(gòu):IC3

R2

T3

R1

R3

-VEE

第3章多級放大電路結(jié)束

rce3

1M

恒流源

T3:放大區(qū)uCE

IB3

iC

UCE3

IC3

Q

UCE3

靜態(tài)分析：主要分析T3管。VB3VE3

IE3

IC3第3章多級放大電路結(jié)束結(jié)論：恒流源電路在不高的電源電壓下既為差分放大電路設(shè)置了合適的靜態(tài)工作電流，又大大增強了共模負反饋作用，使電路具有更強的抑制共模信號的能力。第3章多級放大電路結(jié)束圖3.3.14恒流源電路的簡化畫法及電路調(diào)零措施第3章多級放大電路結(jié)束圖3.3.15場效應管差分放大電路第3章多級放大電路結(jié)束1.恒流源相當于阻值很大的電阻。2.恒流源不影響差模放大倍數(shù)。3.恒流源影響共模放大倍數(shù)，使共模放大倍數(shù)減小，從而增加共模抑制比，理想的恒流源相當于阻值為無窮的電阻，所以共模抑制比是無窮大。恒流源的作用第3章多級放大電路結(jié)束3.3.3直接耦合互補輸出級一、基本電路圖3.3.16互補輸出級的基本電路及其交越失真第3章多級放大電路結(jié)束二、消除交越失真的互補輸出級圖3.3.17消交越失真的互補輸出級第3章多級放大電路結(jié)束第3章多級放大電路結(jié)束圖3.3.18采用復合管的準互補級輸出第3章多級放大電路結(jié)束3