第三章-多級放大器

第三章多級放大器第三章多級放大器引言多級放大器往往要求能夠提供合適的輸入、輸出阻抗以及足夠的電壓電流增益，這可以通過將不同組態(tài)的放大器進行級聯(lián)（共射放大器及跟隨器）來實現(xiàn)。多級放大器中必須考慮的問題：輸入級和輸出級往往采用電壓跟隨器，目的在于使放大器具有較高的輸入電阻和較低的輸出電阻。級間耦合方式：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合、光電耦合。第三章多級放大器引言變壓器耦合和光電耦合可以實現(xiàn)前后級的地線隔離；而阻容耦合和變壓器耦合則會使得放大器的低頻相應變差。多級放大器的帶寬窄于單級放大器，放大器的級數(shù)越多，則帶寬越窄。直接耦合放大器有一個特殊問題，那就是前級靜態(tài)工作點的變動會被后級放大器放大，從而導致后級放大器靜態(tài)工作點的較大偏移，乃至使其無法正常工作，從而引出一種特殊放大器形式——差分放大器。第三章多級放大器3.2多級放大器的動態(tài)分析3.2多級放大器的動態(tài)分析輸入、輸出電阻多級放大器的輸入電阻就是第一級放大器的輸入電阻；多級放大器的輸出電阻就是末級放大器的輸出電阻。第三章多級放大器3.2多級放大器的動態(tài)分析電壓增益多級放大器的電壓增益等于單級放大器電壓增益之積。注意：后級放大器的輸入電阻就是前級放大器的負載電阻。計算時必須考慮下級放大器的輸入電阻。第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路3.3直接耦合放大電路直接耦合放大電路的特殊問題——零點漂移。零點——直接耦合放大電路中一般要求輸入電壓為零時輸出靜態(tài)電位也為零，這個輸出零電位稱為零點。零點漂移——即使在設計上使得直接耦合放大電路的輸出靜態(tài)電位為零，但是，由于溫度變化、電源電壓的變化以及器件參數(shù)的變化等等所引起的輸出靜態(tài)電位偏離零點的現(xiàn)象，稱為“零點漂移”。3.3.1基本概念第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路在多極直接耦合放大器中，前級放大器靜態(tài)工作點的漂移將會被后級放大器逐級放大，從而使得末級放大器嚴重偏離正常靜態(tài)，甚至不能正常工作。顯然，多級放大器的增益越高，則零點漂移現(xiàn)象越是嚴重；同時，越是前級放大器，則靜態(tài)工作點的漂移對末級放大器的影響越是嚴重，所以，工程上希望前級放大器能夠提供高增益，但是又要具有較小的靜態(tài)工作點的漂移。在影響零點漂移的因素中，溫度的影響為主要因素，所以零點漂移也稱為溫度漂移，簡稱“溫漂”。3.3直接耦合放大電路第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路3.3直接耦合放大電路差分放大器具有良好的抑制零點漂移的作用，但是有一個條件，那就是電路參數(shù)的對稱性，集成工藝則容易實現(xiàn)這一點。在高增益的多極直接耦合放大器中，第一級電路往往采用高增益的差分放大器，以保證整個多級放大器具有良好的抑制零點漂移特性，而中間級則起到緩沖和轉換的作用，輸出級則提供電流放大和較低的輸出電阻。差分放大器是運算放大器的基礎電路，而運算放大器則是現(xiàn)代線性模擬電路的重要器件。第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路3.3直接耦合放大電路3.3.2差分放大器

3.3.2差分放大器的形成1該電路的靜態(tài)工作點的穩(wěn)定完全是依靠電阻Re的負反饋調節(jié)作用實現(xiàn)的，但是發(fā)射級電阻Re的接入使得放大器的增益大大下降。

輸出靜態(tài)電位依然受溫度影響。

信號源和基極電源不共地。第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路3.3.2差分放大器

3.3.2差分放大器的形成2將輸入信號分成兩個互為反相的信號，則可以實現(xiàn)差動輸出。如果電路完全對稱，則差動輸出就可以克服溫漂。但是依然存在下述缺點發(fā)射級電阻Re的接入使得放大器的增益大大下降。

信號源和基極電源不共地。第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路3.3.2差分放大器

3.3.2差分放大器的形成3如果電路完全對稱，則發(fā)射級電阻Re上的差動電流為零，輸入信號將直接作用到管子的發(fā)射結，從而發(fā)射級電阻Re對放大器差動增益的影響消失。發(fā)射級電阻Re對溫漂的抑制作用依然有效（即負反饋調節(jié)作用依然存在），所以電路既保留了對溫漂的強烈的抑制作用，又保證了電路的高增益。但是依然存在下述缺點

信號源和基極電源不共地。第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路3.3.2差分放大器

3.3.2差分放大器的形成4負電源的引入使得輸入信號和電源得以共地。負電源的引入還使得兩個管子的集電極靜態(tài)電位可以設置為零電位，對于直接耦合放大器來說，這一點很有必要。這種差分放大電路稱為“長尾式”差分放大電路。對于基極直流偏置而言，基極電阻Rb1和Rb2完全不必要，而且基極電阻會降低放大器增益。所以實際電路中，基極電阻往往是信號源的內阻，而不是偏置所需電阻。實際電路往往是第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路3.3.2差分放大器

3.3.3差分放大器的靜態(tài)分析第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路3.3.2差分放大器

3.3.4差分放大器的動態(tài)分析共模信號——無論是溫度還是電源電壓等對靜態(tài)工作點的影響，對兩管的影響是完全相同的，將這種影響等效為極性相同的輸入信號對放大器輸出電壓的影響，這種信號稱為共模信號。共模增益——共模輸出電壓Δuoc與共模輸入電壓Δuic之比稱為共模增益Ac。如果電路完全對稱，則共模增益為零。第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路3.3.2差分放大器

3.3.4差分放大器的動態(tài)分析差模信號——將輸入的有用信號分為兩個互為反相的信號作用到管子的基極回路，這種信號稱為差模信號。差模增益——差模輸出電壓Δuod與差模輸入電壓Δuid之比稱為差模增益Ad。第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路3.3.2差分放大器

3.3.4差分放大器的動態(tài)分析共模抑制比CMRR（KCMR）——差模增益Ad與共模增益Ac之比稱為共模抑制比如果電路完全對稱，則共模抑制比為無窮大。第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路3.3.2差分放大器

3.3.4差分放大器的動態(tài)分析差模增益的求解——輸入電阻——輸出電阻——第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路3.3.2差分放大器

3.3.5差分放大器的四種接法1.雙端輸入—雙端輸出（平衡輸入—平衡輸出）第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路3.3.2差分放大器

3.3.5差分放大器的四種接法2.雙端輸入—單端輸出（平衡輸入—非平衡輸出）第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路3.3.2差分放大器

3.3.5差分放大器的四種接法3.單端輸入—雙端輸出（非平衡輸入—平衡輸出）第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路3.3.2差分放大器

3.3.5差分放大器的四種接法4.單端輸入—單端輸出（非平衡輸入—平衡輸出）第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路3.3.2差分放大器

3.3.5差分放大器的四種接法各種輸入方式的特點：雙端輸入（平衡輸入） ●具有良好的抗共模干擾的能力（要求輸出端也是平衡輸出）。 ●要求信號源兩端都是“熱端”。單端輸入（非平衡輸入） ●單端輸入總存在著一定的共模輸入。共模輸入的幅度為差模輸入幅度的一半。

●單端輸入與雙端輸入的差模輸入電阻相同。第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路線性電路滿足疊加原理第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路差模輸入電壓：Uid=Ui第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路共模輸入電壓：Uic

=Ui/2第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路各種輸入方式的特點：雙端輸出（平衡輸出）

●雙端輸出具有良好的共模抑制能力。

●雙端輸出兩個端子都是“熱端”。4.單端輸出（非平衡輸出）

●單端輸出共模抑制能力大大下降，但是依然具有一定的共模抑制能力。

●單端輸出的差模增益比共模輸出降低一半。3.3.2差分放大器

3.3.5差分放大器的四種接法第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路3.3.2差分放大器

3.3.6恒流源偏置的差分放大器由于：發(fā)射極電阻Re的大小對于抑制工作點的漂移具有很大影響，但是如果Re太大則將導致靜態(tài)管子的靜態(tài)集電極電流過小，從而導致放大器的輸出電流太小。恒流源則既可以設置合適的電流，同時又具有相當大的動態(tài)電阻，從而使得差分放大器具有很低的共模增益，即相當高的共模抑制比。同樣，恒流源不僅可以用來取代差分放大器的發(fā)射極電阻Re，同樣，也可以用來取代放大器的集電極電阻Rc，以使得放大器獲得合適的靜態(tài)工作點的同時，能夠獲得相當高的增益。第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路第三章多級放大器3.3直接耦合放大電路3.3.3互補輸出級由于：對于