ch3多级放大电路直接耦合2.pptVIP

3.3 直接耦合放大器,这种耦合方式可放大交流信号、缓慢变化信号、直流信号，且便于集成。 由于前后级之间的直流连通，使各级工作点互相影响，不能独立。因此，必须考虑各级间直流电压的配置问题,以使每一级都有合适的工作点。,3.3.1 直接耦合放大电路的零点漂移现象,一.零点漂移现象和产生原因,影响：前级工作点随温度的变化会被后级传递并逐级放大，使得输出端产生很大的漂移电压。显然级数越多，放大倍数越大，则零点漂移就越严重。因此，在直接耦合电路中，如何稳定前级工作点，克服其漂移，成为至关重要的问题。,零点漂移现象：直接耦合时，输入电压为零，但输出电压不为零，并缓慢地发生不规则变化的现象。,任何参数变化，如电源电压波动、元件老化、半导体元件参数随温度变化而产生的变化（主要原因，也称温漂），都将产生输出电压的漂移。,二.抑制温漂的方法,1.在电路中加入直流负反馈以稳定Q点。,稳定工作点原理 目标：温度变化时，使IC维持恒定。 温度变化时，b点电位基本不变，由此实现静态工作点的稳定。,2.采用温度补偿的办法，利用热敏元件补偿放大器的零漂。,(1-4),a利用二极管的反向特性进行温度补 （二极管反向电流的改变导致IB的改变）,静态工作点稳定电路,b利用二极管的正向特性进行温度补偿（二极管正向UD的改变导致UB的改变）,利用一个元件参数随温度的变化所引起的温漂来抵消另一个元件参数随温度的变化所引起的温漂，从而达到稳定工作点的目的，这就是温度补偿法的基本思想。,采用差分放大电路！,3.3.2 差分放大电路,差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路,一、电路的组成,带有Re负反馈电阻：可以稳定Q点，但仍存在零点漂移问题,带有温控的电压源：UCQ变化时，直流电源V始终与之保持相等。,输出电压中就只有动态信号uI作用的部分了,采用与图（a）所示电路参数完全相同，管子特性也相同的电路,差分放大电路的组成(c),电路以两只管子集电极电位差为输出，可克服温度漂移。,uo= UC1 - UC2 = 0,uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0,一定温度时，若ui1=ui2=0，则有,当温度变化时,差分放大电路的组成(c),共模信号：输入信号ui1和ui2大小相等，极性相同。,差模信号：输入信号ui1和ui2大小相等，极性相反。,又称差动放大电路：输入端信号有差别，输出电压才变动。,在参数完全对称的情况下,共模输出为零。,iB1=-iB2,iC1=-iC2,uC1=-uC2,uO=uC1-uC2=2uC1,缺点：Re1和Re2的存在会分掉一部分输出电压信号，使电路的电压放大能力变差，当它们数值较大时，甚至不能放大。,也可用公式理解(实质一样)，直流负反馈分 压式偏置电路动态参数,差分放大电路的改进图,将发射极电阻合二为一,典型差分放大电路,长尾式差分放大电路,加入负电源-VEE ，正负双电源供电，使信号变化幅度加大:,IB1、IB2由负电源-VEE提供；,简化电路，便于调节静态工作点；,电源和信号源共接一个零地位。,在差模信号作用下Re 中的电流变化为零，即Re 对差模信号无反馈作用），相当于被短路。,动态分析,1. 输入信号分类,(1)差模(differential mode)输入,ui1 = -ui2= ud,(2)共模( common mode) 输入,ui1 = ui2 = uc,差模电压 放大倍数:,共模电压 放大倍数:,电路参数理想对称情况下，Ac0,结论：任意输入的信号: ui1 , ui2 ，都可分解成共模信号和差模信号。,注意：ui1 = uc + ud /2 ；ui2 = uc - ud /2,例: ui1 = 20 mV=15+5 mV ui2 = 10 mV=15-5 mV,共模信号:,差模信号:,差模、共模信号 动画片,二、长尾式差分放大电路（双入双出型）,长尾式差分放大电路,1. 静态Q点分析（无负载情况）,IE1=IE2(VEEUBE)2Re ；,UCE1=UCE2VCC+VEE(RC+2Re)IE1,Uo=UCQ1-UCQ2=0；,IB1=IB2 =IE1/(1+ ),由于Rb较小(很多情况下Rb为信号源内阻)，其上的电压降可忽略不计。,或,有负载呢？,参照后面双入单出情况，分析差异,对称性决定Q点不变！ 流经负载电流为0，等于负载断路，即空载。,2.对共模信号的抑制作用,一方面：共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。,所以,电路参数的理想对称性，温度变化时管子的电流变化完全相同，故可以将温度漂移等效成共模信号，差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用。,另一方面：Re对共模信号(动态情况)的负反馈作用，抑制了每只晶体管集电极电流变化，从而抑制集电极电位变化。原理上类似静态情况温度变化时的Q点稳定,Re阻值愈大负反馈作用愈强，集电极电流变化愈小，集电极电位变化也愈小。若Re 为无穷大，则可形成恒流源。,3.对差模信号的放大作用,差分放大电路加差模信号（a),分析时注意三个“虚地” 针对差模信号,1、E点电位在差模信号作用下相当于接“地”。,2、负载电阻RL的中点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。,3、输入信号uid以“地”为中点一分为二：uid/2“地”、“地” -uid/2,RE对差模信号不起作用,虚地1、虚地2、虚地3在描述上实质是一致的，虚地3代表了差模信号，而只有差模信号才能导致虚地1、虚地2的出现。,RE的作用 动画片,差模信号作用下的等效电路（有负载） 上下(实质左右)对称的共射放大电路,差分放大电路加差模信号（b),动态参数,Rid=2(Rb +rbe),Rod=2Rc根据定义求解时虚地消失,共模抑制比,其值越大则电路性能越好，理想情况,电压放大能力相当于单管放大能力，以牺牲一只管子的放大倍数为代价换取低温漂的效果。,无负载又如何？,4. 电压传输特性,放大电路的输出电压和输入电压之间的关系曲线。,uo f( uI ),实线为差模信号的电压传输特性曲线，中间一段线性关系，斜率即差模放大倍数。改变uI极性，对应虚线，与实线完全对称。,当输入电压幅值过大时，输出电压就会产生失真,若再加大uId，则uOd将趋于不变，其数值取决于电源电压VCC。,电路参数理想对称，晶体管的均为100，rbb=100，UBEQ0.7V。试求Rw的滑动端在中点时T1管和T2管的发射极静态电流IEQ以及动态参数Ad和Ri。,解：Rw滑动端在中点时T1管和T2管的发射极静态电流IEQ分析如下：,动态参数Ad和Ri分析如下：,三、 差分放大电路的四种接法, 双入、双出前面的长尾式差分放大电路, 双入、单出, 单入、双出, 单入、单出,基于不同的应用场合，有双、单端输入和双、单端输出的情况。,所谓“单端输入”指一端接地。,静态工作点,IE1=IE2=(VEEUBE)2RE,UCEQ1=UCQ1+VEE2REIE,1. 双端输入单端输出电路,IB1=IB2 =IE1/(1+ ),注：输出回路不对称， UCQ1UCQ2, UCEQ1UCEQ2。,戴维南：UCQ1=VCC/-ICRC/=VCCRL(RC+RL)-ICRLRC(RC+RL),UCEQ2=UCQ2+VEE2REIE,UCQ2=VCCICRC,UCEQ还可怎么写？,UCEQ=UCQ-UEQ=UCQ+UBEQ,无负载又如何？,电路对差模信号的等效电路,动态分析（差模信号）,Rid=2(Rb +rbe),Rod=RC,问：如输出信号取自T2管的集电极，动态分析结果如何？,无负载又如何？,uoc=icRL;,uic=ibrbe+Rb+(1+)2Re,增大Re是改善共模抑制比的基本措施,共模信号下的电压放大倍数,无负载如何？,Re为无穷大又如何？Ac为零！,静态分析：,2. 单端输入、双端输出,动态分析：与双入双出情况相同,IE1=IE2(VEEUBE)2RE,UCE1=UCE2VCC+VEE(RC+2RE)IE,Uo=0,IB1=IB2 =IE1/(1+ ),单端输入等效于： 输入相同大小的双端差模信号和一半大小的双端共模信号,静态分析,IE=(VEEUBE)2RE,3. 单端输入、单端输出,动态分析与双入单出情况相同,IB1=IB2 =IE1/(1+ ),单端输入等效于：输入相同大小的双端差