模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)-童詩白-第三章

第三版童詩白第三版童詩白第三章多級放大電路3.1多級放大電路的耦合方式3.3直接耦合放大電路3.2多級放大電路的動態(tài)分析第三版童詩白第三版童詩白第三版童詩白本章重點和考點：1、掌握多級放大電路的耦合方式，為集成電路的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)2、掌握直接耦合放大電路中差分放大電路的組態(tài)及動態(tài)參數(shù)的計算3、了解多級放大電路中的互補(bǔ)輸出級

本章教學(xué)時數(shù)：4學(xué)時

第三版童詩白第三版童詩白第三版童詩白第三版童詩白本章討論的問題：1.單管放大電路為什么不能滿足多方面性能的要求？2.如何將多個單級放大電路連接成多級放大電路？各種連接方式有和特點？3.直接耦合放大電路的特殊問題是什么？如何解決？4.差分放大電路與其它基本放大電路有什么區(qū)別？為什么它能抑制零點漂移？5.直接耦合放大電路輸出級的特點是什么？如何根據(jù)要求組成多級放大電路？3.1多級放大電路的耦合方式將多個單級基本放大電路合理聯(lián)接，構(gòu)成多級放大電路組成多級放大電路的每一個基本電路稱為一級，級與級之間的連接稱為級間耦合。四種常見的耦合方式：

直接耦合阻容耦合變壓器耦合光電耦合3.1.1直接耦合圖3.1.1（a)兩個單管放大電路簡單的直接耦合特點：

(1)可以放大交流和緩慢變化及直流信號；

(2)便于集成化。

(3)各級靜態(tài)工作點互相影響；基極和集電極電位會隨著級數(shù)增加而上升；

(4)零點漂移（如何克服）。Rc1Rb1+VCC+T1+Rc2Rb2T2第三章多級放大電路一、直接耦合放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置改進(jìn)電路—(b)電路中接入Re2，保證第一級集電極有較高的靜態(tài)電位，但第二級放大倍數(shù)嚴(yán)重下降。

改進(jìn)電路—(c1)穩(wěn)壓管動態(tài)電阻很小，可以使第二級的放大倍數(shù)損失小。但集電極電壓變化范圍減小。DZRc1Rb1+VCC+T1+Rc2RT2(c)Rc1Rb1+VCC+T1+Rc2Re2T2(b)第三章多級放大電路改進(jìn)電路—(c2)+VCCRc1Rb1+T1+Rc2Rb2T2Dz改進(jìn)電路—(d)

可降低第二級的集電極電位，又不損失放大倍數(shù)。但穩(wěn)壓管噪聲較大。

NPN管和PNP管混合使用，可獲得合適的工作點。為經(jīng)常采用的方式。(c)Rc1Rb1+VCC+T1+Re2Rc2T2-(d)圖3.1.1直接耦合放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置第三章多級放大電路3.1.2阻容耦合圖3.1.2阻容耦合放大電路C1RC1Rb1+VCCC2RL++T1++Rc2Rb2C3T2+第一級第二級特點：靜態(tài)工作點相互獨立，在分立元件電路中廣泛使用。在集成電路中無法制造大容量電容，不便于集成化，盡量不用。第三章多級放大電路3.1.3變壓器耦合圖3.1.3變壓器耦合共射放大電路(a)電路(b)交流等效電路以前功率放大電路廣泛采用此耦合方式。目前基本不用。第三章多級放大電路變壓器耦合放大電路選擇恰當(dāng)?shù)淖儽?，可在?fù)載上得到盡可能大的輸出功率。變壓器耦合放大電路第二級VT2、VT3組成推挽式放大電路，信號正負(fù)半周VT2、VT3

輪流導(dǎo)電。第三章多級放大電路3.1.4光電耦合光電耦合是以光信號為媒介來實現(xiàn)電信號的耦合和傳遞的，因而其抗干擾能力強(qiáng)而得到越來越廣泛的應(yīng)用。一、光電耦合圖3.1.5光電耦合器及其傳輸特性發(fā)光元件光敏元件第三章多級放大電路二、光電耦合放大電路圖3.1.6光電耦合放大電路目前市場上已有集成光電耦合放大電路，具有較強(qiáng)的放大能力。第三章多級放大電路3.2多級放大電路的動態(tài)分析一、電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積，即其中，n

為多級放大電路的級數(shù)。二、輸入電阻和輸出電阻通常，多級放大電路的輸入電阻就是輸入級的輸入電阻；輸出電阻就是輸出級的輸出電阻。具體計算時，有時它們不僅僅決定于本級參數(shù)，也與后級或前級的參數(shù)有關(guān)。第三章多級放大電路如圖所示的兩級電壓放大電路，已知β1=β2=50,T1和T2均為3DG8D。計算前、后級放大電路的靜態(tài)值(UBE=0.6V)及電路的動態(tài)參數(shù)。

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui.例:1第三章多級放大電路

兩級放大電路的靜態(tài)值可分別計算。

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui.解:第三章多級放大電路第一級是射極輸出器:第三章多級放大電路第二級是分壓式偏置電路第三章多級放大電路計算

r

i和r

0小信號等效電路2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.由等效電路可知，放大電路的輸入電阻

ri等于第一級的輸入電阻ri1。第一級是射極輸出器，它的輸入電阻ri1與負(fù)載有關(guān)，而射極輸出器的負(fù)載即是第二級輸入電阻

ri2。第三章多級放大電路2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui。oU.o1U.第三章多級放大電路2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui。oU.o1U.第三章多級放大電路求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)第一級放大電路為射極輸出器2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.第三章多級放大電路第二級放大電路為共發(fā)射極放大電路總電壓放大倍數(shù)2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.第三章多級放大電路一、零點漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因直接耦合時，輸入電壓為零，但輸出電壓離開零點，并緩慢地發(fā)生不規(guī)則變化的現(xiàn)象。原因：放大器件的參數(shù)受溫度影響而使Q點不穩(wěn)定。也稱溫度漂移。圖3.3.1零點漂移現(xiàn)象uOtOuItO放大電路級數(shù)愈多，放大倍數(shù)愈高，零點漂移問題愈嚴(yán)重。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)象第三章多級放大電路二、抑制溫度漂移的方法：(1)引入直流負(fù)反饋以穩(wěn)定Q

點；(2)利用熱敏元件補(bǔ)償放大器的零漂；圖利用熱敏元件補(bǔ)償零漂R2R1+VCC+T2+RcT1uIuOiC1ReRuB1(3)采用差分放大電路。第三章多級放大電路3.3.2差分放大電路差分放大電路是構(gòu)成多級直接耦合放大電路的基本單元電路一、電路的組成圖3.3.2差分放大電路的組成(a)TRe利用射極電阻穩(wěn)定Q點但仍存在零點漂移問題圖3.3.2差分放大電路的組成(b)TReuOVT的UCQ變化時，直流電源V始終與之保持一致。第三章多級放大電路Rb2Rb1+uI2-+uI1-VBBVBB采用與圖（a）所示電路參數(shù)完全相同，管子特性也相同的電路圖3.3.2差分放大電路的組成(c)電路以兩只管子集電極電位差為輸出，可克服溫度漂移。共模信號輸入信號uI1和uI2大小相等，極性相同。差模信號輸入信號uI1和uI2大小相等，極性相反。差分放大電路也稱為差動放大電路動畫avi\6-2.avi第三章多級放大電路差分放大電路的改進(jìn)圖將發(fā)射極電阻合二為一、對差模信號Re相當(dāng)于短路。ReRb1Rb2+uI1-VBB-uI2+圖3.3.2差分放大電路的組成(d)典型差分放大電路圖3.3.2差分放大電路的組成(e)ReRb1Rb2+uI1--VEE-uI2+長尾式差分放大電路便于調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點，電源和信號源能共地第三章多級放大電路二、長尾式差分放大電路圖3.3.3長尾式差分放大電路ReRb1Rb2-VEEuI1uI2RC2RC11.靜態(tài)分析IE1=IE2=(UEE―UBE)∕2Re；UCE1=UCE2≈UCC+UEE―(RC+2Re)IE1Uo=0；IB1=IB2=IE1/(1+β)由于Rb較小，其上的電壓降可忽略不計。（動畫avi\6-1.avi）第三章多級放大電路2.對共模信號的抑制作用共模信號的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。所以共模增益電路參數(shù)的理想對稱性，溫度變化時管子的電流變化完全相同，故可以將溫度漂移等效成共模信號，差分放大電路對共模信號有很強(qiáng)的抑制作用。射極電阻Re對共模信號的負(fù)反饋作用，抑制了每只晶體管集電極電流的變化，從而抑制集電極的電位的變化?！鳌鲌D3.3.4差分放大電路輸入共模信號ReRb1Rb2-VEE+uI1-+uI1-第三章多級放大電路3.對差模信號的放大作用圖3.3.5差分放大電路加差模信號（a)分析時注意二個“虛地”ReRb1Rb2-VEEuI1uI2RC2RC1+uId--++-+uod-EE點電位在差模信號作用下不變，相當(dāng)于接“地”。負(fù)載電阻的中點電位在差模信號作用下不變，相當(dāng)于接“地”。第三章多級放大電路+-+Rb1Rb2-差模信號作用下的等效電路圖3.3.5差分放大電路加差模信號（b)動態(tài)參數(shù)Rid=2(Rb+rbe;)Rod=2RC共模抑制比雙端輸出，理想情況第三章多級放大電路4.電壓傳輸特性放大電路的輸出電壓和輸入電壓之間的關(guān)系曲線。uo＝f(uI)如改變uI的極性，可得另一條圖中虛線所示的曲線，它與實線完全對稱。uIuo第三章多級放大電路三、差分放大電路的四種接法<A>雙入、雙出<B>雙入、單出<C>單入、雙出<D>單入、單出基于不同的應(yīng)用場合，有雙、單端輸入和雙、單端輸出的情況。所謂“單端”指一端接地?！皢味恕钡那闆r，還具有共模抑制能力嗎？如何進(jìn)一步改進(jìn)呢？第三章多級放大電路靜態(tài)工作點IE1=IE2=(UEE―UBE)∕2REUCE1=Uo+UEE―REIE1.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-+uI-Rb2Rb1IB1=IB2=IE1/(1+β)注意：由于輸出回路的不對稱性，UCEQ1≠UCEQ2。第三章多級放大電路+-+Rb1Rb2-RL+-圖3.3.9圖3.3.7所示電路對差模信號的等效電路動態(tài)分析Rid=2(Rb+rbe;)Rod=RC問題：如輸出信號取自T2管的集電極，動態(tài)分析結(jié)果如何？第三章多級放大電路共模電壓增益如輸入共模信號：uoc=―ICR'L;uic=―IB[rbe+(1+β)2Re];圖3.3.10共模信號作用下的雙入單出電路增大Re是改善共模抑制比的基本措施第三章多級放大電路靜態(tài)分析2.單端輸入、雙端輸出與雙入雙出的一樣IE1=IE2=(VEE―VBE)∕2RE；VCE1=VCE2≈VCC+VEE―(RC+2RE)IEVo=0uIIB1=IB2=IE1/(1+β)圖3.3.11單端輸入、雙端輸出電路a第三章多級放大電路動態(tài)分析運用疊加定理：與雙入雙出的一樣共模輸入信號差模輸入信號圖3.3.11單端輸入、雙端輸出等效電路(b)第三章多級放大電路靜態(tài)分析與雙入單出的一樣IE=(VEE―VBE)∕2RE；VCE1=Vo+VEE―REIEVo=VCCRL∕(RC+RL)―ICRLRC∕(RC+RL)3.單端輸入、單端輸出圖3.3.12單端輸入單端輸出電路動態(tài)分析：與雙入單出的一樣。（略）IB1=IB2=IE1/(1+β)uI第三章多級放大電路

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：4.差動放大器動態(tài)參數(shù)計算總結(jié)(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)：第三章多級放大電路

(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。

(4)輸出電阻

單端輸出時雙端輸出時第三章多級放大電路(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(biāo)?；?/p>

雙端輸出時KCMR可認(rèn)為等于無窮大，

單端輸出時共模抑制比：第三章多級放大電路四、改進(jìn)型差分放大電路用三極管代替“長尾式”電路的長尾電阻，即構(gòu)成恒流源式差分放大電路RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEET31.電路組成T3：恒流管作用：能使iC1、iC2基本上不隨溫度的變化而變化，從而抑制共模信號的變化。圖3.3.13具有恒流源的差分放大電路第三章多級放大電路2.靜態(tài)分析當(dāng)忽略T3

的基極電流時，Rb1上的電壓為RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEET3于是得到圖3.3.13具有恒流源的差分放大電路第三章多級放大電路3.動態(tài)分析由于恒流三極管相當(dāng)于一個阻值很大的長尾電阻，它的作用也是引入一個共模負(fù)反饋，對差模電壓放大倍數(shù)沒有影響，所以與長尾式交流通路相同。差模電壓放大倍數(shù)為差模輸入電阻為差模輸出電阻為RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2第三章多級放大電路具有電流源的差分放大電路簡化畫法ui1T1+VCCT2RCuoui2RCVEEIui1T1+VCCT2RCuoui2RCVEER2R3IC3T3T4IREFIC4R1第三章多級放大電路復(fù)習(xí)1.差分放大電路的類別基本差分放大電路長尾差分放大電路恒流源式差分放大電路2.差分放大電路的接法+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1~~++uId+uoR1R2+VCCRc+VT1VT2Rc~~++uId+uoRR-VEEReRcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT3RcVT1VT2Rc+uoRRuIuI2+VCCVEEIR+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。FET差分放大電路T2Rg1vidT1RdRdVDD-VEERg2Vo2iD2iD2I0第三章多級放大電路RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2RWVEE+VCCI圖3.3.14恒流源電路的簡化畫法及電路調(diào)零措施帶調(diào)節(jié)電位器RW的恒流源電路的簡化畫法調(diào)節(jié)電位器RW的滑動端位置可使電路在uI1=uI2=0時，uO=0。第三章多級放大電路

FET差分式放大電路電路圖（單入單出）分析方法相同但輸入電阻很大，JEFT1012歐姆

MOSFET1015歐姆圖3.3.15FET差分式放大電路FET差分式放大電路常用于集成電路的輸入級T2Rg1vidT1RdRdVDD-VEERg2Vo2iD2iD2I0第三章多級放大電路3.3.3直接耦合互補(bǔ)輸出級一、基本電路在輸入信號的正半周，T1

導(dǎo)通，iC1

流過負(fù)載；負(fù)半周，T2導(dǎo)通，iC2

流過負(fù)載。在信號的整個周期都有電流流過負(fù)載，負(fù)載上iL

和uO

基本上是正弦波。存在的問題：交越失真交越失真圖3.3.16基本要求：輸出電阻低，最大不失真輸出電壓盡可能大。VCC靜態(tài)時，輸入輸出電壓均為零。第三章多級放大電路二、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級給T1、T2提供靜態(tài)電壓tiC0ICQ1ICQ2消除交越失真思路：電路：RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uoVCCV5R2R1ui圖3.3.17消除交越失真的互補(bǔ)輸出級第三章多級放大電路消除交越失真的其它電路T1T2T3T4T1T2RtB1B2T1T2T3R4R3圖3.3.17消除交越失真的互補(bǔ)輸出級（b）UBE倍增電路第三章多級放大電路消除交越失真的實際電路為了增大T1和T2的電流放大倍數(shù)，以減小前級驅(qū)動電流，常采用復(fù)合管結(jié)