模擬電路基礎(chǔ)課件：第三章 多級放大電路

1、第三章 多級放大電路,第三章 多級放大電路,第三章 多級放大電路,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 差分放大電路,3.4 互補(bǔ)輸出級,3.5 直接耦合多級放大電路讀圖,3.1 多級放大電路的耦合方式,一、直接耦合,二、阻容耦合,三、變壓器耦合,一、直接耦合,既是第一級的集電極電阻，又是第二級的基極電阻,能夠放大變化緩慢的信號，便于集成化， Q點(diǎn)相互影響，存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。,當(dāng)輸入信號為零時，前級由溫度變化所引起的電流、電位的變化會逐級放大。,Q1合適嗎？,直接連接,求解Q點(diǎn)時應(yīng)按各回路列多元一次方程，然后解方程組。,如何設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)？,對哪些動態(tài)參

2、數(shù)產(chǎn)生影響？,用什么元件取代Re既可設(shè)置合適的Q點(diǎn)，又可使第二級放大倍數(shù)不至于下降太多？,若要UCEQ5V，則應(yīng)怎么辦？用多個二極管嗎？,二極管導(dǎo)通電壓UD？動態(tài)電阻rd特點(diǎn)？,Re,必要性？,穩(wěn)壓管 伏安特性,UCEQ1太小加Re（Au2數(shù)值）改用D若要UCEQ1大，則改用DZ。,NPN型管和PNP型管混合使用,在用NPN型管組成N級共射放大電路，由于UCQi UBQi，所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致于后級集電極電位接近電源電壓，Q點(diǎn)不合適。,UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1 UCQ2 UCQ1,UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1 UCQ2 UCQ1,二、阻容耦合,

3、Q點(diǎn)相互獨(dú)立。不能放大變化緩慢的信號，低頻特性差，不易集成化。,有零點(diǎn)漂移嗎？,利用電容連接信號源與放大電路、放大電路的前后級、放大電路與負(fù)載，為阻容耦合。,可能是實(shí)際的負(fù)載，也可能是下級放大電路,三、變壓器耦合,理想變壓器情況下，負(fù)載上獲得的功率等于原邊消耗的功率。,從變壓器原邊看到的等效電阻,討論：兩級直接耦合放大電路,選擇合適參數(shù)使電路正常工作,電位高低關(guān)系,從Multisim “參數(shù)掃描” 結(jié)果分析兩級放大電路Q點(diǎn)的相互影響。 R1取何值時T2工作在飽和區(qū)？,3.2 多級放大電路的動態(tài)分析,二、分析舉例,一、動態(tài)參數(shù)分析,一、動態(tài)參數(shù)分析,1.電壓放大倍數(shù),2. 輸入電阻,3. 輸出電

4、阻,對電壓放大電路的要求：Ri大， Ro小，Au的數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。,二、分析舉例,討論一 失真分析：由NPN型管組成的兩級共射放大電路,共射放大電路,共射放大電路,飽和失真？截止失真？,首先確定在哪一級出現(xiàn)了失真，再判斷是什么失真。,比較Uom1和Uim2，則可判斷在輸入信號逐漸增大時哪一級首先出現(xiàn)失真。,在前級均未出現(xiàn)失真的情況下，多級放大電路的最大不失真電壓等于輸出級的最大不失真電壓。,討論二：放大電路的選用,1. 按下列要求組成兩級放大電路： Ri12k，Au 的數(shù)值3000； Ri 10M，Au的數(shù)值300； Ri100200k，Au的數(shù)值150； Ri 10M ，Au的

5、數(shù)值10，Ro100。,共射、共射,2. 若測得三個單管放大電路的輸入電阻、輸出電阻和空載電壓放大倍數(shù)，則如何求解它們連接后的三級放大電路的電壓放大倍數(shù)？,注意級聯(lián)時兩級的相互影響！,共源、共射,共集、共射,共源、共集。,3.3 差分放大電路,一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因,二、長尾式差分放大電路的組成,三、長尾式差分放大電路的分析,四、差分放大電路的四種接法,五、具有恒流源的差分放大電路,六、差分放大電路的改進(jìn),一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因,1. 什么是零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：uI0，uO0的現(xiàn)象。,產(chǎn)生原因：溫度變化，直流電源波動，元器件老化。其中晶體管的特性對溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂

6、。,克服溫漂的方法：引入直流負(fù)反饋，溫度補(bǔ)償。 典型電路：差分放大電路,零點(diǎn)漂移,零輸入零輸出,理想對稱,二、長尾式差分放大電路的組成,共模信號：大小相等，極性相同。,差模信號：大小相等，極性相反.,典型電路,在理想對稱的情況下：,2. 零輸入零輸出；,1. 可克服零點(diǎn)漂移；,4. 放大差模信號。,3. 抑制共模信號；,三、長尾式差分放大電路的分析,Rb是必要的嗎？,1. Q點(diǎn)：,晶體管輸入回路方程：,通常，Rb較小，且IBQ很小，故,選合適的VEE和Re就可得合適的Q,2. 抑制共模信號,共模信號：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號，即,2. 抑制共模信號 ：Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔?Re的共模負(fù)反饋

7、作用：溫度變化所引起的變化等效為共模信號,對于每一邊電路，Re=?,如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 ,抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。,3. 放大差模信號,iE1= iE2，Re中電流不變，即Re 對差模信號無反饋?zhàn)饔谩?差模信號：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號，即,為什么？,差模信號作用時的動態(tài)分析,差模放大倍數(shù),4. 動態(tài)參數(shù)：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR,共模抑制比KCMR：綜合考察差分放大電路放大差模信號的能力和抑制共模信號的能力。,在實(shí)際應(yīng)用時，信號源需要有“ 接地”點(diǎn)，以避免干擾；或負(fù)載需要有“ 接地”點(diǎn)，以安全工作。,根據(jù)信號源和負(fù)載

8、的接地情況，差分放大電路有四種接法：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。,若uI1=10mV，uI2=5mV，則uId=？ uIc=？,uId=5mV ，uIc=7.5mV,討論一,四、差分放大電路的四種接法,由于輸入回路沒有變化，所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時一樣。但是UCEQ1 UCEQ2。,1. 雙端輸入單端輸出：Q點(diǎn)分析,1. 雙端輸入單端輸出：差模信號作用下的分析,1. 雙端輸入單端輸出：共模信號作用下的分析,1. 雙端輸入單端輸出：問題討論,（1）T2的Rc可以短路嗎？ （2）什么情況下Ad為“”？ （3）雙端輸出時的Ad是單端輸出時的2

9、倍嗎？,2. 單端輸入雙端輸出,輸入差模信號的同時總是伴隨著共模信號輸入：,在輸入信號作用下發(fā)射極的電位變化嗎？說明什么？,2. 單端輸入雙端輸出,問題討論： （1）UOQ產(chǎn)生的原因？ （2）如何減小共模輸出電壓？,測試:,靜態(tài)時的值,單端輸入單端輸出的情況請同學(xué)們自行分析！,3. 四種接法的比較：電路參數(shù)理想對稱條件下,輸入方式： Ri均為2(Rb+rbe)；雙端輸入時無共模信號輸入，單端輸入時有共模信號輸入。,輸出方式：Q點(diǎn)、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均與之有關(guān)。,五、差分放大電路的改進(jìn),由前分析可知：Re 越大，每一邊的漂移越小，共模負(fù)反饋越強(qiáng)，Ac越小，KCMR越大，差分放大電路的

10、性能越好。 但為使靜態(tài)電流不變，Re 越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。 需在低電源條件下，設(shè)置合適的IEQ，并得到得到（等效）趨于無窮大的Re。,解決方法：采用電流源取代Re！,1、具有恒流源差分放大電路的組成,等效電阻為無窮大,近似為 恒流,1) RW取值應(yīng)大些？還是小些？ 2) RW對動態(tài)參數(shù)的影響？ 3) 若RW滑動端在中點(diǎn)，寫出Ad、Ri的表達(dá)式。,2、 加調(diào)零電位器 RW（改善對稱性）,六、 場效應(yīng)管差分放大電路,1、uI=10mV，則uId=? uIc=? 2、若Ad=102、KCMR103用直流表測uO ，uO=?,uId=10mV ，uIc=5mV,uO= Ad u

11、Id+ Ac uIc+UCQ1,=?,=?,=?,討論二 單端輸入單端輸出,例3.3.1 電路如側(cè)。已知,（1）Re的取值應(yīng)為多少？T1和T2管的UCEQ為多少？,（2）試求Au、Ri和Ro ;,（3）若將電路改成單端輸出（如圖3.3.7），用直流表測得輸出電壓uo=3V，試問輸入電壓約為多少？設(shè)共模電壓可忽略。,解： （1）,例3.3.1 電路如側(cè)。已知,（1）Re的取值應(yīng)為多少？T1和T2管的UCEQ為多少？,（2）試求Au、Ri和Ro ;,（3）若將電路改成單端輸出（如圖3.3.7），用直流表測得輸出電壓uo=3V，試問輸入電壓約為多少？設(shè)共模電壓可忽略。,解： （2）據(jù)(3.3.7)、

12、 (3.3.8)、 (3.3.9)可得,交流等效,例3.3.1 電路如側(cè)。已知,（3）若將電路改成單端輸出（如 圖3.3.7），用直流表測得輸出電壓 uo=3V，試問輸入電壓約為多少？設(shè)共模電壓可忽略。,據(jù)(3.3.12)、 (3.3.13)、 (3.3.14)可得,解： （3）因直流表測得的輸出電壓包涵靜態(tài)和動態(tài)兩部分！,再據(jù)(3.3.16) 可得,忽略共模影響有：,3.4 互補(bǔ)輸出級,二、基本電路,三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級,四、準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級,一、對輸出級的要求,互補(bǔ)輸出級是直接耦合的功率放大電路。 對輸出級的要求：帶負(fù)載能力強(qiáng)；直流功耗小；負(fù)載電阻上無直流功耗； 最大不失真輸出電壓最大

13、。,一、對輸出級的要求,不符合要求！,二、基本電路,靜態(tài)時T1、T2均截止，UB= UE=0,1. 特征：T1、T2特性理想對稱。,2. 靜態(tài)分析,T1的輸入特性,動態(tài)時T1、T2交替工作，對稱情況計算增益可僅考慮一個放大管！,3. 動態(tài)分析,ui正半周，電流通路為 +VCCT1RL地， uo = ui,兩只管子交替工作，兩路電源交替供電，雙向跟隨。,ui負(fù)半周，電流通路為 地 RL T2 -VCC， uo = ui,4. 交越失真,消除失真的方法： 設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。,信號在零附近兩只管子均截止,開啟電壓, 靜態(tài)時T1、T2處于臨界導(dǎo)通狀態(tài)，有信號時至少有一只導(dǎo)通； 偏置電路對動態(tài)性能影響要小。,三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級,四、準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級,為保持輸出管的良好對稱性，輸出管應(yīng)為同類型晶體管。,3.5 直接耦合多級放大電路讀圖,一、放大電路的讀圖方法,二、例題,一、放大電路的讀圖方法,1. 化整為零：按信號流通順序?qū)級放大電路分為N個基本放大電路。 2. 識別電路：分析每級電路屬于哪種基本電路，有何特點(diǎn)。 3. 統(tǒng)觀總體：分析整個電路的性能特點(diǎn)。 4. 定量估算：必要時需估算主要動態(tài)參數(shù)。,二、例題,第一級：雙端輸