武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院樂(lè)健2013.10電子技術(shù)基礎(chǔ)－模擬部分第四章組合放大電路

及其分析第2頁(yè)主要內(nèi)容4.1差分式放大電路4.2互補(bǔ)對(duì)稱放大電路第3頁(yè)4.1差分式放大電路4.1.1靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定問(wèn)題4.1.2差分式放大電路的組成及工作原理4.1.3差分式放大電路主要指標(biāo)的計(jì)算第4頁(yè)uiRC1R1T1增加R2

、RE2

:用于設(shè)置合適的Q點(diǎn)。問(wèn)題1:前后級(jí)Q點(diǎn)相互影響。+UCCuoRC2T2R2RE2直接耦合電路存在特殊問(wèn)題4.1.1靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定問(wèn)題第5頁(yè)問(wèn)題2:零點(diǎn)漂移。前一級(jí)的溫漂將作為后一級(jí)的輸入信號(hào)，使得當(dāng)

ui

等于零時(shí)，uo不等于零。uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2R2RE2uot0有時(shí)會(huì)將信號(hào)淹沒(méi)第6頁(yè)（1）溫度的變化。溫度的變化最終都將導(dǎo)致BJT的集電極電流IC的變化，從而使靜態(tài)工作點(diǎn)發(fā)生變化，使輸出產(chǎn)生漂移。因此，零漂有時(shí)也稱為溫漂。

如果將直接耦合放大電路的輸入端短路，其輸出端應(yīng)有一固定的直流電壓，即靜態(tài)輸出電壓。但實(shí)際上輸出電壓將隨著時(shí)間的推移，偏離初始值而緩慢地隨機(jī)波動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移，簡(jiǎn)稱零漂。零漂實(shí)際上就是靜態(tài)工作點(diǎn)的漂移。1、零點(diǎn)漂移的產(chǎn)生2、零漂產(chǎn)生的主要原因（2）電源電壓波動(dòng)。電源電壓的波動(dòng)，也將引起靜態(tài)工作點(diǎn)的波動(dòng)，而產(chǎn)生零點(diǎn)漂移。第7頁(yè)其中第三種方式以其簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，抑制零漂能力強(qiáng)等特點(diǎn)而廣泛采用。3、零點(diǎn)漂移對(duì)電路的影響（1）只有在直接耦合放大電路中，前級(jí)的零點(diǎn)漂移才能被逐級(jí)放大，并最終傳送出。（2）第一級(jí)的漂移影響最大，對(duì)放大電路的總漂移起著決定性作用。（3）當(dāng)漂移電壓的大小可以與有效信號(hào)電壓相比時(shí)，將“淹沒(méi)”有效信號(hào)。嚴(yán)重時(shí)甚至使后級(jí)放大電路進(jìn)入飽和或截止?fàn)顟B(tài)，而無(wú)法正常工作。4、抑制零點(diǎn)漂移一般措施（1）引入直流負(fù)反饋穩(wěn)定Q點(diǎn)或用非線性元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償；（2）采用調(diào)制解調(diào)方式。如“斬波穩(wěn)零放大器”；（3）采用差分式放大電路。第8頁(yè)1.用三端器件組成的差分式放大電路4.1.2差分式放大電路的組成及工作原理兩端電流均以流入為參考正向,兩端電壓均以輸入端為+，地為負(fù)。第9頁(yè)差模信號(hào)共模信號(hào)差模電壓增益共模電壓增益總輸出電壓其中——差模信號(hào)產(chǎn)生的輸出——共模信號(hào)產(chǎn)生的輸出反映抑制零漂能力的指標(biāo)共模抑制比2.有關(guān)概念第10頁(yè)根據(jù)有

共模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中相同的部分差模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中不同的部分

兩輸入端中的共模信號(hào)大小相等，相位相同；差模信號(hào)大小相等，相位相反。第11頁(yè)注意一：其中——差模信號(hào)產(chǎn)生的輸出,不是輸出中的差模分量。——共模信號(hào)產(chǎn)生的輸出,不是輸出中的共模分量。第12頁(yè)靜態(tài)3、工作原理第13頁(yè)動(dòng)態(tài)和大小相等，相位相反。僅輸入差模信號(hào)，和大小相等，信號(hào)被放大。相位相反。第14頁(yè)

溫度變化和電源電壓波動(dòng)，都將使集電極電流產(chǎn)生變化。且變化趨勢(shì)是相同的，

其效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端加入了共模信號(hào)。4、抑制零點(diǎn)漂移原理第15頁(yè)注意二：1.正確理解雙端輸入和單端輸入!實(shí)際不存在電氣連接上的單端輸入,信號(hào)都是從兩個(gè)BJT的基極輸入,從電氣連接上都是雙端的!單端輸入實(shí)際上輸入信號(hào)中包括了差模信號(hào)和共模信號(hào).是一種輸入包含混合信號(hào)的方式。2.單端輸出和雙端輸出的定義!雙端輸出:從兩個(gè)管子的集電極間輸出;以共射為例:單端輸出:從一個(gè)管子的集電極和地之間輸出;第16頁(yè)以雙倍的元器件換取抑制零漂的能力接入負(fù)載時(shí)<A>雙入、雙出（1）差模情況4.1.3差分式放大電路

主要指標(biāo)的計(jì)算第17頁(yè)注意：1.單個(gè)管子的電壓增益與前面章節(jié)一致差模輸入時(shí)雙端輸出的電壓增益與單管電壓增益不是同一概念，本質(zhì)上不同，形式上有聯(lián)系！2.理解ve＝0和帶負(fù)載時(shí)電阻中點(diǎn)交流電位為0。3.記憶雙端輸出時(shí)交流通路（無(wú)/有負(fù)載）和單邊交流等效電路（無(wú)/有負(fù)載）。4.記憶雙端輸出時(shí)差模增益（無(wú)/有負(fù)載）第18頁(yè)<B>雙入、單出接入負(fù)載時(shí)第19頁(yè)注意：1.單個(gè)管子的電壓增益與前面章節(jié)一致差模輸入時(shí)單端輸出的電壓增益與單管電壓增益不是同一概念，本質(zhì)上不同，形式上有聯(lián)系！2.記憶單端輸出時(shí)差模增益（無(wú)/有負(fù)載）（兩個(gè)管子不

同）第20頁(yè)

共模信號(hào)的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。所以共模增益（2）共模情況<A>雙端輸出第21頁(yè)抑制零漂能力增強(qiáng)<B>單端輸出第22頁(yè)注意：1.要理解ve≠0和電阻ro等效拆分原理2.記憶雙端輸出時(shí)共模增益（有無(wú)負(fù)載無(wú)關(guān)系，都為0）3.記憶單端輸出時(shí)單邊交流等效電路4.記憶單端輸出時(shí)共模增益（無(wú)/有負(fù)載）（兩個(gè)管子相

同）第23頁(yè)等效于雙端輸入

指標(biāo)計(jì)算與雙端輸入相同。（3）單端輸入注意八：1.無(wú)論何種組合輸入方式，雙端輸出/單端輸出的差模/共模電壓增益都基本是相同的.公式不變.第24頁(yè)雙端輸出，理想情況單端輸出越大,抑制零漂能力越強(qiáng)單端輸出時(shí)的總輸出電壓（4）頻率響應(yīng)高頻響應(yīng)與共射電路相同，低頻可放大直流信號(hào)。（3）共模抑制比第25頁(yè)解：(4)當(dāng)輸出接一個(gè)12k負(fù)載時(shí)的差模電壓增益.求:(1)靜態(tài)例:第26頁(yè)(2)電壓增益第27頁(yè)(3)差分電路的共模增益共模輸入電壓不計(jì)共模輸出電壓時(shí)第28頁(yè)(4)第29頁(yè)差模輸入電阻：共模輸入電阻：雙端輸出電阻：?jiǎn)味溯敵鲭娮瑁旱?0頁(yè)主要內(nèi)容4.1差分式放大電路4.2互補(bǔ)對(duì)稱放大電路第31頁(yè)4.2互補(bǔ)對(duì)稱放大電路4.2.1提高放大電路輸出效率的主要途徑4.2.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱放大電路的組成及工作原理4.2.3乙類互補(bǔ)對(duì)稱放大電路主要指標(biāo)的計(jì)算4.2.4甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱放大電路第32頁(yè)1.功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對(duì)象(1)功率放大電路的主要特點(diǎn)

功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。因此，要求同時(shí)輸出較大的電壓和電流。管子工作在接近極限狀態(tài)。

(2)要解決的問(wèn)題

提高效率

減小失真

管子的保護(hù)

一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。4.2.1提高放大電路輸出效率的主要途徑第33頁(yè)靜態(tài)功耗PV

VCCICQ2UCEQICQ

靜態(tài)管耗PT

UCEQICQ

最大交流輸出功率Po

UoIoUomIom/2UCEQICQ/2效率Po/PV25%，很低

2.功率放大電路提高效率的主要途徑第34頁(yè)

降低靜態(tài)功耗，即減小靜態(tài)電流。四種工作狀態(tài)

根據(jù)正弦信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)三極管的導(dǎo)通情況劃分乙類：導(dǎo)通角等于180°甲類：一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通甲乙類：導(dǎo)通角大于180°丙類：導(dǎo)通角小于180°第35頁(yè)4.2.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱放大電路的組成及工作原理

由一對(duì)NPN、PNP特性相同的互補(bǔ)三極管組成，采用正、負(fù)雙電源供電。這種電路也稱為OCL互補(bǔ)功率放大電路。1.電路組成2.工作原理

兩個(gè)三極管在信號(hào)正、負(fù)半周輪流導(dǎo)通，使負(fù)載得到一個(gè)完整的波形。第36頁(yè)4.2.3乙類互補(bǔ)對(duì)稱放大電路主要指標(biāo)的計(jì)算圖解分析第37頁(yè)1.最大不失真輸出功率Pomax實(shí)際輸出功率忽略VCES時(shí)第38頁(yè)單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)的管耗2.管耗PT兩管管耗第39頁(yè)3.電源供給的功率PV當(dāng)4.效率當(dāng)?shù)?0頁(yè)1）最大管耗和最大輸出功率的關(guān)系因?yàn)楫?dāng)≈0.6VCC時(shí)具有最大管耗≈0.2Pom

選管依據(jù)之一5.功率BJT的選擇第41頁(yè)功率與輸出幅度的關(guān)系第42頁(yè)4.2.4甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱放大電路1、乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路存在的問(wèn)題第43頁(yè)第44頁(yè)1.靜態(tài)偏置可克服交越失真2.動(dòng)態(tài)工作情況二極管等效為恒壓模型設(shè)T3已有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)交流相當(dāng)于短路第45頁(yè)VBE4可認(rèn)為是定值R1、R2不變時(shí)，VCE4也是定值，可看作是一個(gè)直流電源。第46頁(yè)靜態(tài)時(shí)，偏置電路使VK＝VC≈VCC/2（電容C充電達(dá)到穩(wěn)態(tài)）。當(dāng)有信號(hào)vi時(shí)負(fù)半周T1導(dǎo)通，有電流通過(guò)負(fù)載RL，同時(shí)向C充電正半周T2導(dǎo)通，則已充電的電容C通過(guò)負(fù)載RL放電。計(jì)算Po、PT、PV和PTm的公式必須加以修正，以VCC/2代替原來(lái)公式中的VCC。

2.甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路第47頁(yè)重點(diǎn)與總結(jié)

差模、共模信號(hào)的概念，計(jì)算方法；不同輸入、輸出方式下差分電路的分析、參數(shù)求解；乙類,甲乙類功放的電路結(jié)構(gòu)及分析輸出功率/管耗/電源功率/效率的計(jì)算第48頁(yè)作業(yè)對(duì)本章講課的意見(jiàn)。習(xí)題：4.1.24.1.54.2.44.2.11謝謝！第49頁(yè)例：電路如圖所示。（1）說(shuō)明電路是幾級(jí)放大電路，各級(jí)分別是哪種形式的放大電路（共射、共集、差放……）；（2）分別說(shuō)明各級(jí)采用了哪些措施來(lái)改善其性能指標(biāo)（如增大放大倍數(shù)、輸入電阻……）。

第50頁(yè)解：（1）三級(jí)放大。第一級(jí)為共集-共基雙端輸入單端輸出差分放大電路，第二級(jí)是共射放大電路，第三級(jí)是互補(bǔ)輸出級(jí)。（2）第一級(jí)采用共集-共基形式，增大輸入電阻，改善高頻特性；利用有源負(fù)載（T5、T6）增大差模放大倍數(shù)，使單端輸出電路的差模放大倍數(shù)近似等于雙端輸出電路的差模放大倍數(shù)，同時(shí)減小共模放大倍數(shù)。

第二級(jí)為共射放大電路，以T7、T8構(gòu)成的復(fù)合管為放大管、以恒流源作集電極負(fù)載，增大放大倍數(shù)。

第三級(jí)為互補(bǔ)輸出級(jí)，加了偏置電路，利用D1、D2的導(dǎo)通壓降使T9和T10在靜態(tài)時(shí)處于臨界導(dǎo)通狀態(tài)，從而消除交越失真。第51頁(yè)例：電路如圖所示，T管的低頻跨導(dǎo)為gm，T1和T2管d-s間的動(dòng)態(tài)電阻分別為rds1和rds2。試求解電壓放大倍數(shù)Au=△uO/△uI的表達(dá)式解：由于T2和T3所組成的鏡像電流源是以T1為放大管的共射放大電路的有源負(fù)載，T1、T2管d-s間動(dòng)態(tài)電阻分別為rds1、rds2，所以電壓放大倍數(shù)Au的表達(dá)式為：第52頁(yè)例：電路如圖所示，具有理想的對(duì)稱性。設(shè)各管β均相同。求解電路電流放大倍數(shù)Ai的近似表達(dá)式。

由于用T5和T6所構(gòu)成的鏡像電流源作為有源負(fù)載，將左半部分放大管的電流變化量轉(zhuǎn)換到右邊，故輸出電流變化量及電路電流放大倍數(shù)分別為

第53頁(yè)例：電路如圖所示，已知T1和T2的飽和管壓降│UCES│＝2V，直流功耗可忽略不計(jì)。

（1）R3、R4和T3的作用是什么？（2）負(fù)載上可能獲得的最大輸出功率Pom和電路的轉(zhuǎn)換效率η各為多少？（3）設(shè)最大輸入電壓的有效值為1V。為了使電路的最大不失真輸出電壓的峰值達(dá)到16V，電阻R6至少應(yīng)取多少千歐？第54頁(yè)R1＝1kΩ，故R5至少應(yīng)取10.3kΩ。第55頁(yè)例：電路如圖所示。在出現(xiàn)下列故障時(shí)，分別產(chǎn)生什么現(xiàn)象。（1）R1開(kāi)路；（2）R2開(kāi)路；（3）R1短路；（4）D1短路。

解：（1）僅有負(fù)半周；（2）僅有正半周；（3）uO＝VCC－UBE1

（4）稍有交越失真。第56