《直接耦合放大电路》PPT课件.ppt

3.3直接耦合放大电路 一、直接耦合放大电路的零点漂移现象 输入电压为零而输出电压不为零且缓慢变化的现 象。（主要由温度变化引起，又称为温度漂移。） 2、产生零点漂移的原因 T IB ICEO IC 1、什么是零点漂移？（温度漂移） 直接耦合 放大电路 + - uI=0mV uo + - uo t O （1）引入直流负反馈（Re）； （2）温度补偿（p105 图2.4.5 利用二极管进行温度补偿电路）； （3）采用差分放大电路（差动放大电路）。 3、克服零点漂移的方法 二、差分放大电路 1、电路的组成 + + + - - VCC uo uI VBB Rb Re Rc T + + + - - VCC uo uI VBB Rb Re Rc T V T1和T2两个晶体管的参数完全一样，则管子集电极 静态电位在温度变化时也时时相等，电路以两个管子集 电极电位差作为输出，可克服温度漂移。 + + + - VCC uo uI1 VBB Rb1 Re1 Rc1 T1 + + - - uI2 Rb2 Re2 Rc2 T2 VBB + + - VCC uo uI1 Rb1 Re Rc1 T1 + + - - uI2 Rb2 VEE Rc2 T2 - iE1iE2 抑制温度漂移的原理： （1）引入直流负反馈（Re）（由于发射极电阻降低电 压放大倍数，故将Re1和Re2合并）； （2）采用对称电路： 共模信号 差模信号 差模信号作用下Re中电 流变化为零，Re对差模信 号无负反馈作用，对差模 信号相当于短路。 2、长尾式差分放大电路 （1）电路 +VCC uo uI1 Rb1 Re Rc1 T1 +- uI2 Rb2 VEE Rc2 T2 - iE1 iE2 iC1iC2 iB2iB1 uC1uC2 （3）共模放大倍数（描述抑制温度漂移的能力） （2）静态分析 由于电路参数完全对称，温度变化时管子的电流变 化完全相同，温度漂移可等效成共模信号。 +VCC uo Rb1 Re Rc1 T1 +- Rb2 VEE Rc2 T2 - IEQ ICQICQ IBQIBQ IEQ IRE uC1uC2 (Rb一般很小,可忽略。) （4）对差模信号的放大作用 +VCC uod Rb1 Re Rc1 T1 +- Rb2 VEE Rc2 T2 - iE1 iC1iC2 iB1iB2 iE2 uC1uC2 + - + + - - uI1 RL uId uId 2 uId 2 uI2 uod + - Rc1 Rc2 RL 2 RL 2 Rb1 Rb2 uId iB1 iB2 rbe1 rbe2 （5）共模抑制比 （考察对差模的放大能力和对共模抑制的能力） 如将前面电路里的 uI的极性反接，传输 特性就是同向传输特 性。Uom的大小与使用 的电源电压有关。 （6）电压传输特性（输入输出特性） 线性关系 同向传输特性 反向传输特性 -Uom Uom uod uId O 3、差分电路的四种接法 （1）双端输入双端输出 应用举例： R1、R2、R3、R4组 成电桥，思考：什么时 候电压表读数为零？ +VCC Re Rc1 T1 VEE Rc2 T2 - V R1R3 R4R2 Rb1Rb2 （2）双端输入单端输出 静态分析 静态电流 IBQ1=IBQ2， ICQ1=ICQ2 +VCC uo uI Rb Re Rc T1 + - Rb VEE Rc T2 - + - RL VCC Rc RL T1 +V CC UCQ1 Rb Re T1 Rb VEE Rc T2 - UCQ2 + a、输入差模信号 （思考：什么时候输入与输出同相？） 动态分析 +VCC uo uI Rb Re Rc T1 + - Rb VEE Rc T2 - + - RL uod + + - - Rc Rc RL Rb Rb uId iB rbe rbe b、输入共模信号 输入共模信号时，Re电阻上的电流变化iRE=2 iE， 发射级电位的变化ue=2 iE Re ，所以对每一个晶体管 来说，可认为iE流过阻值为2Re的射级电阻。 +VCC uo uI Rb 2Re Rc T1 + - Rb VEE Rc T2 - + - RL 2Re uoc + + - - RcRL Rb 2Re uIc iB rbe +VCC uo uI Rb Re Rc T1 + - Rb VEE Rc T2 - + - RL Re越大，KCMR越大。 uoc + + - - RcRL Rb 2Re uIc iB rbe （3）单端输入、双端输出 在差模信号输入时，如果电路参数不对称，则共模 放大倍数Ac不为零，输出端不仅有差模输出电压，而且 还有共模输出电压。 +VCC uo Rb Re Rc T1 + - Rb VEE Rc T2 - + - RL uI-+ - uI 2 +VCC uo Rb Re Rc T1 + - Rb VEE Rc T2 - + - RL uI 2 + + - uI 2 uI 2 如果电路参数理想对称，则Ac=0，KCMR为无穷大。 单端输入、双端输出电路与双端输入、双端输出电 路的区别：单端输入、双端输出电路在差模信号输入的 同时，伴随着共模信号输入。 单端输入、双端输出电路与双端输入、双端输出电 路的静态工作点和动态参数的分析完全相同。 （4）单端输入、单端输出（分析与双端输入、单端输出相同） +VCC uo uI Rb Re Rc T1 + - Rb VEE T2 - + - RL +VCC uo Rb Re Rc T1 + - Rb VEE T2 - RL - + - uI 2 + - uI 2 + + - uI 2 uI 2 -+ - uI 2 +VCC uo Rb Re Rc T1 + - Rb VEE Rc T2 - + - RL uI 2 + + - uI 2 uI 2 四种接法的动态参数归纳： 输入电阻 双端输出单端输出 单端输入，若输入信号为uI，则 （5）任意输入情况下的合成输出信号 +VCC uo uI1 Rb Re Rc T1 +- uI2 Rb VEE Rc T2 - 4、具有恒流源的长尾式差分放大电路 Re越大，KCMR越大，抑制温漂的作用越强，但为 了保持原来的静态工作点，电源电压就要增加，且集 成电路中，制作大电阻也不容易，故靠增大Re的阻值 来提高KCMR是不现实的。用晶体管电路来代替Re： +VCC uo uI1 Rb R3 Rc T1 +- uI2 Rb VEE Rc T2 - R2 R1 I1 iE1 iE2 IB3 I2IE3 IC3 T3 uCE iC UCEQ ICQIBQ Q UCES 直流电阻比较小 输出曲线越平坦，交流电阻越大 交流电阻 所以虚线中的电路可以保 证在不增加电源电压的情况 下，保证原来的静态工作点 ，同时增加KCMR 。 +VCC uo uI1 Rb R3 Rc T1 +- uI2 Rb VEE Rc T2 - R2 R1 I1 iE1 iE2 IB3 I2IE3 IC3 T3 若忽略UBE3的影响，则IC3基本上是恒定电流。 5、零点可调的差分放大电路 调零：输入端短路，输 出也为零，但T1和T2无法 作到绝对对称，所以在前 面电路中加一小电阻的电 位器在两个管子的发射极 之间。 +VCC uo uI1 Rb RW Rc T1 +- uI2 Rb VEE Rc T2 - iE1iE2 I 6、由场效应管组成的差分放大电路 场效应管组成的 差分放大电路可以获 得较大的输入电阻， 也有四种接法，分析 方法与晶体管组成的 差分放大电路相同。 RgRg RdRd -VSS I T1T2 iS1iS2 uI1uI2 +VDD +- uo 例题1： 已知Rb=1K，Rc=10 K，RL=5.1 K，VCC=12V ，VEE=6V，晶体管的=100，rbe= 2K。 （1）为使T1管和T2管的发射极静态电流均为0.5mA，Re 的取值应为多少？T1管和T2管的管压降等于多少？ +VCC uod Rb1 Re Rc1 T1 +- Rb2 VEE Rc2 T2 - iE1 iC1 iC2 iB1iB2 iE2 uC1uC2 + - uI1 RL uId uI2 解: (1) uE （3）若将电路改成单端输出，用直流表测得输出电压 uo=3V，试问输入电压uI约为多少？设IEQ=0.5mA，且 共模输出电压忽略不计。 （2）计算Au、Ri和Ro的数值； +VCC uod Rb1 Re Rc1 T1 +- Rb2 VEE Rc2 T2 - iE1 iC1 iC2 iB1iB2 iE2 uC1uC2 + - uI1 RL uId uI2 +VCC uod Rb1 Re Rc1 T1 +- Rb2 VEE Rc2 T2 - iE1 iC1 iC2 iB1iB2 iE2 uC1uC2 + - uI1 RL uId uI2 （3）若将电路改成单端输出，用直流表测得输出电压 uo=3V，试问输入电压uI约为多少？设IEQ=0.5mA，且共 模输出电压忽略不计。 例题2: 电路如图P3.8所示，T1管和T2管的均为40，rbe 均为3k。试问：若输入直流信号uI1=20mv，uI2=10mv， 则电路的共模输入电压uIC=？差模输入电压uId=？输出动 态电压uO=? 解：电路的共模输入电压uIC为： 由于电路的共模放大倍数为零，故uO仅由差模输 入电压和差模放大倍数决定。 +VCC uo I Rc T1 + - VEE T2 - uI1uI2 +- 10k 差模放大倍数Ad为: 差模输入电压uId为： 动态电压uo分别为: 例题3: （1）静态时T1管和T2管的发射极电流。 （2）若静态时uO0，则应如何调节Rc2的值才能使uO 0V？若静态uO 0V，则Rc2 ？电压放大倍数为多 少？ 电路如图所示，所有晶体管均为硅管，均为60， rbb =100，静态时UBEQ0.7V。试求： +VCC uo T1+ - VEE Rc2 T2 - uI T3 R Re3 Re4 T4 10 k 2 k500 DZ + - 3.7V Rc4 10 k + - (+12V) (-6V) 解：（1）T3管的集电极电流 （2）若静态时uO0，则应减小 Rc2。 静态时T1管和T2管的发射极电流IE1IE20.15mA +VCC uo T1+ - VEE Rc2 T2 - uI T3 R Re3 Re4 T4 10 k 2 k500 DZ + - 3.7V Rc4 10 k + - (+12V) (-6V) uoIC4（ IE4 ）IB4 IB4= IC2 IRC2 IRC2RC2 当uI0时uO0，T4管的集电极电流IC4VEE / Rc4 0.6mA。Rc2的电流及其阻值分别为： +VCC uo T1+ - VEE Rc2 T2 - uI T3 R Re3 Re4 T4 10 k 2 k500 DZ + - 3.7V Rc4 10 k + - (+12V) (-6V) 电压放大倍数求解过程如下： +VCC uo T1+ - VEE Rc2 T2 - uI T3 R Re3 Re4 T4 10 k 2 k500 DZ + - 3.7V Rc4 10 k + - (+12V) (-6V) 三、直接耦合互补输出级（ OCL ） 电压放大电路的输出级基本要求: （1）输出电阻低； （2）最大不失真输出电压尽可能大。 电路为共集放大电路，输出电 阻小，但此电路静态时，输出电压 不为零，且带上负载后工作点会改 变。 1、基本电路 T ReRL ui Rb +VCC T ReRL ui +VCC -VEE 静态时，输出电压为零，且带 上负载静态工作点不变，但此电路 的输出不对称，当ui0,最大输出幅 度为（VCC-UCES），当ui 0时， ui 0时， 交越失真 ui t O uo t O 2、消除交越失真的互补输出级 加入静态偏置，即在ui =0 时， T1和T2都处于临界导通状 态。二极管动态电阻很小，可 认为 T1和T2的基极动态电位近 似相等，且均为ui 。在输入信 号作用下，能保证至少有一个 管子导通，实现双向跟随。 T1 RL ui +VCC -VCC T2 + uo - R1 D1 R2 D2 b1 b2 R3 R4 b1 b2 T I I1 IB I2 集成电路中，一般采用倍增电路。 合理选择R3和R4的参数，可以 得到UBE任意倍数的直流电压。 3、准互补输出电路 R3 R4 R1 R2 T5 ui uo + - RL T1 T2 T3 T4 +VCC -VCC 要寻找特性完全对称 的NPN型和PNP型管比 较困难，所以采用复合 管，从输出端看T2和T4 均采用同种类型的管子 ，比较容易作到特性相 同，且复合管增大了电 流放大系数。 四、直接耦合多级放大电路 直接耦合多级放大电路常用差分电路做为输入 级，这样可以减小电路的温漂，增大共模抑制比， 输出级一般多采用OCL电路，这样可以输出电阻小 ，带负载