1、第3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,一、耦合方式,二、多級放大電路的動態(tài)分析,一、耦合方式,當(dāng)單級放大電路不能滿足多方面的性能要求(如Au104、Ri=2M、Ro=100)時(shí)，應(yīng)考慮采用多級放大電路。組成多級放大電路時(shí)首先應(yīng)考慮如何“連接”幾個(gè)單級放大電路，耦合方式即連接方式。,常見耦合方式有：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合、光電耦合等。,1. 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(shí)，前級由溫度變化所引起的電流、電位的變化會逐級放大。,輸入為零

2、，輸出產(chǎn)生變化的現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移,第二級,第一級,如何設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)？,Q1合適嗎？,對哪些動態(tài)參數(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)不至于下降太大？,若要UCEQ15V，則應(yīng)怎么辦？用多個(gè)二極管嗎？,二極管導(dǎo)通電壓UD？動態(tài)電阻rd？,Re,如何設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)？,UCEQ1太小加Re（Au2數(shù)值）改用D若要UCEQ1大，則改用DZ。,穩(wěn)壓管 伏安特性,小功率管多為5mA,由最大功耗得出,必要性？,rzu /i，小功率管多為幾歐至二十幾歐。,NPN型管和PNP型管混合使用,問題的提出： 在用NPN型管組成N級共射放大電路，由于UCQiUBQi，所

3、以 UCQiUCQ(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,Re,直接耦合方式的缺點(diǎn)： Q點(diǎn)相互影響，不利于電路的分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試 有零點(diǎn)漂移現(xiàn)象,直接耦合方式的優(yōu)點(diǎn)： 有良好的低頻特性，可以放大直流及緩慢變化的信號, 易于集成,應(yīng)用：集成電路,2.阻容耦合,Q點(diǎn)相互獨(dú)立。不能放大變化緩慢的信號，低頻特性差，不能集成化。,共射電路,共集電路,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。,阻容耦合方式的缺點(diǎn)： 低頻特性差，不能放大緩慢變化信號 大電容制造困難，

4、不易于集成,阻容耦合方式的優(yōu)點(diǎn)： Q點(diǎn)相互獨(dú)立，利于電路的分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試,應(yīng)用：分立元件電路，交流放大,二、多級放大電路的動態(tài)分析,Ri2=RL1,Ri1=Ri,Ro2=Ro,將單級放大電路連接成多級放大電路后，要研究的主要問題:級間的相互影響。,1.電壓放大倍數(shù),2. 輸入電阻,3. 輸出電阻,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。,作業(yè)：3.2a, b,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

5、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。,抑制溫度漂移的方法：,有時(shí)會將信號淹沒,1.在電路中引入直流負(fù)反饋，例如靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路 2.采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ脽崦粼淼窒糯蠊艿淖兓?3.采用特性相同的管子，使它們的溫漂相互抵消，構(gòu)成“差分放大電路”,二、長尾式差分放大電路的組成,零輸入零輸出,若V與UC的變化一樣，則輸出電壓就沒有漂移,零點(diǎn)漂移,參數(shù)理想對稱：Rb1= Rb2 , Rc1= Rc2 , Re1= Re2; T1、T2在任何溫度下特性均

6、相同。,典型電路,在理想對稱的情況下： 1. 克服零點(diǎn)漂移； 2. 零輸入零輸出。,三、長尾式差分放大電路的分析 1. Q點(diǎn)：令uI1= uI2=0,1. Q點(diǎn),晶體管輸入回路方程：,通常，Rb較小，且IBQ很小，故,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,Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔?Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔?(溫度變化所引起的變化等效為共模信號),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中電流變化為零，即Re 對差模信號無反饋?zhàn)饔?，對差模信號相?dāng)于短路。不影響差模放大倍數(shù)。,差模信號：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號，即,差模信號作用時(shí)的動

7、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(shí)，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。,四、差分放大電路的四種接法(其它三種),1. 雙端輸入單端輸出：Q點(diǎn)分析,差模信號作用下的分析,共模信號作用下的分析,動態(tài)參數(shù)：,2. 單端輸入雙端輸出,電路參數(shù)理想對稱時(shí)，Ac=0，Q點(diǎn)及動態(tài)性能同雙入雙出電路,輸入差模信號的

8、同時(shí)總是伴隨著共模信號輸入,3.單端輸入單端輸出,Q點(diǎn)及動態(tài)性能同雙入單出電路,4. 四種接法的比較：電路參數(shù)理想對稱條件下,Ri均為2(Rb+rbe),Q點(diǎn)、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均與輸出方式有關(guān)。,輸入信號分類,(1)差模(differential mode)輸入,ui1 = ui2= uid /2,(2)共模( common mode)輸入,ui1 = ui2 = uic,差模電壓 放大倍數(shù):,共模電壓 放大倍數(shù):,(3) 任意輸入的信號: ui1 , ui2,注意：ui1 = uc + ud /2 ；ui2 = uc - ud /2,首先將信號分解：,例: ui1= 20mV

9、, ui2= 10mV,則：ud /2= 5mV , uc= 15mV,差模分量:,共模分量:,ui1 = uc + ud /2=15+5=20mV ； ui2 = uc - ud /2=15-5 =10mV,五、具有恒流源的差分放大電路 為什么要采用電流源？,Re越大，共模負(fù)反饋越強(qiáng)，單端輸出時(shí)的Ac越小，KCMR越大，差分放大電路的性能越好。 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，得到趨于無窮大的Re。,解決方法：采用電流源,五、具有恒流源的差分放大電路,近似為 恒流,五、具有恒流源的差分放大電路,等效電阻為無窮大,近似為 恒流,六、差分放

10、大電路的改進(jìn) 加調(diào)零電位器RW,作業(yè)：3.6,3.4 互補(bǔ)輸出級,二、互補(bǔ)輸出極基本電路,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,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)；最大不失真輸出電壓大。,例： 擴(kuò)音系統(tǒng),功率放大電路的作用： 用作放大電路的輸出級，以驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。,二、互補(bǔ)輸出級基本電路,靜態(tài)時(shí)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,理想化特性,3. 動態(tài)分析,ui正半周，電流通路為 +VCCT1RL地

11、， 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,三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級,如果信號為零時(shí)兩只管子處于臨界導(dǎo)通或微導(dǎo)通狀態(tài)，那么當(dāng)有信號輸入時(shí)兩只管子中至少有一只導(dǎo)通，因而消除了交越失真。 二極管導(dǎo)通時(shí)，對直流電源的作用可近似等效為一個(gè)0.60.8V的直流電池，對交流信號的作用可等效為一個(gè)數(shù)值很小的動態(tài)電阻。,三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級,四、準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級,1. 放大電路的讀圖方法,(1) 化整為零：按信號流通順序?qū)?N 級放大電路分為 N 個(gè)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(gè)電路的性能特點(diǎn)。 (4) 定量估算：必要時(shí)需估算主要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)。,直接耦合多級放大電路,2. 例題,第一級：雙端輸入單端輸出的差放,第二級：以復(fù)合管為放大管的共射放大電路,第三級：準(zhǔn)