第三章 多级放大电路.ppt

3 1多级放大电路的耦合方式 第三章多级放大电路 3 2多级放大电路的动态分析 3 3直接耦合放大电路 3 1多级放大电路的耦合方式 3 只有不同功能和性能的单级放大器组合运用 才能满足要求 多级放大器必要性 1 单管放大器的性能单一 2 无法保证工程上对功能和性能上提出的各种要求 级间耦合原则 耦合原则 保证各级工作点合适保证信号传输畅通 多放是由多个单放连接 称耦合 而成 四种耦合方式 阻容耦合 直接耦合 变压器耦合 3 1 1直接耦合 图3 1 1两个单管放大电路简单的直接耦合 光电耦合 易于集成化 最大优点 两级工作点之间互相影响存在零点漂移 最大缺点 一 直接耦合 电路见教材P137 1 定义 各级之间 末级与负载之间 第一级与信号源之间 直接用导线连接 不需其它元件 2 电路性能 低频响应好 因无电容 3 直接耦合在集成电路中应用最多 二 直接耦合放大静态工作点的设置 改进电路 a 电路中接入Re2 保证第一级集电极有较高的静态电位 但第二级放大倍数严重下降 改进电路 b 稳压管动态电阻很小 可以使第二级的放大倍数损失小 但集电极电压变化范围减小 改进电路 c VCC 改进电路 d 可降低第二级的集电极电位 又不损失放大倍数 但稳压管噪声较大 可获得合适的工作点 为经常采用的方式 c 图3 1 2直接耦合方式实例 3 1 2阻容耦合 图3 1 3阻容耦合放大电路 第一级 第二级 缺点 低频特性差 不能放大缓慢变化的信号 不便于集成化 优点 各级工作点互不影响 结构简单 调试方便 3 1 3变压器耦合 选择恰当的变比 可在负载上得到尽可能大的输出功率 图3 1 4变压器耦合放大电路 第二级VT2 VT3组成推挽式放大电路 信号正负半周VT2 VT3轮流导电 优点 1 能实现阻抗变换 2 静态工作点互相独立 缺点 1 变压器笨重 2 无法集成化 3 直流和缓慢变化信号不能通过变压器 三种耦合方式的比较 3 1 4光电耦合 一 光电耦合器 图3 1 5光电耦合器及其传输特性 两级之间用光电耦合器连接 二 光电耦合放大电路 抗干扰能力强 目前传输时线性不够好 应用较多 图3 1 6光电耦合放大电路 3 2多级放大电路的动态分析 二 分析单级性能时要考虑级间影响 1 把前级放大器等效为相邻后级的信号源 2 后级的输入电阻Ri 是相邻前级的负载RL 图3 2 1多级放大电路方框图 一 划多级为单级 从单级入手分析性能 一 电压放大倍数 总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积 即 其中 n为多级放大电路的级数 二 输入电阻和输出电阻 通常 多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻 输出电阻就是输出级的输出电阻 具体计算时 有时它们不仅仅决定于本级参数 也与后级或前级的参数有关 例 图示电路中 Rb1 240k Rc1 3 9k Rc2 500 UZ 4V 1 45 2 40 VCC 24V 设稳压管的rz 50 试估算总的电压放大倍数 以及输入 输出电阻Ri和Ro 解 估算Au1时 应将第二级Ri2作为第一级的负载电阻 所以 3 3直接耦合放大电路 3 3 1直接耦合放大电路的零点漂移现象 一 零点漂移现象及其产生的原因 直接耦合时 输入电压为零 但输出电压离开零点 并缓慢地发生不规则变化的现象 图3 3 1零点漂移现象 二 零漂 危害零漂属于假信号 它干扰正常放大 严重时会损坏放大器 放大电路级数愈多 放大倍数愈高 零点漂移问题愈严重 原因 放大器件的参数受温度影响而使Q点不稳定 三 抑制零点漂移的措施 1 引入直流负反馈以稳定Q点 2 利用热敏元件补偿放大器的零漂 3 采用差分放大电路 例 图示两级直接耦合放大电路中 已知 Rb1 240k Rc1 3 9k Rc2 500 稳压管VDz的工作电压UZ 4V 三极管VT1的 1 45 VT2的 2 40 VCC 24V 试计算各级静态工作点 图3 3 3例题的电路 解 设UBEQ1 UBEQ2 0 7V 则UCQ1 UBEQ2 Uz 4 7V 如ICQ1由于温度的升高而增加1 计算静态输出电压的变化 ICQ1 1IBQ1 4 5mA IBQ2 IRc1 ICQ1 4 95 4 5 mA 0 45mA ICQ2 2IBQ2 40 0 45 mA 18mA UO UCQ2 VCC ICQ2RC2 24 18 0 5 V 15V UCEQ2 UCQ2 UEQ2 15 4 V 11V 当ICQ1增加1 时 即 ICQ1 4 5 1 01 mA 4 545mA IBQ2 4 95 4 545 mA 0 405mA ICQ2 40 0 405 mA 16 2mA UO UCQ2 24 16 2 0 5 V 15 9V 比原来升高了0 9V 约升高6 3 3 2差分放大输入级 输入级大都采用差分放大电路的形式 电路形式 基本形式 长尾式 恒流源式 一 基本形式差分放大电路 1 电路组成 假设电路完全对称 当uId 0 时 UCQ1 UCQ2 UO 0 图3 3 4差分放大电路的基本形式 2 电压放大倍数 VT1和VT2基极输入电压大小相等 极性相反 称为差模输入电压 uId 在差模信号作用下 差模电压放大倍数为 与单管一致 3 共模抑制比 差模输入电压uId 共模输入电压uIc uIc大小相等 极性相同 共模电压放大倍数 Ac愈小愈好 而Ad愈大愈好 图3 3 5共模输入电压 共模抑制比KCMR 1 KCMR描述差分放大电路对零点漂移的抑制能力 KCMR愈大 抑制零漂能力愈强 2 理想情况下 电路参数完全对称 Ac 0 KCMR 3 基本形式差放电路每个三极管的集电极对地电压 其零漂与单管放大电路相同 丝毫没有改善 二 长尾式差分放大电路 可减小每个管子输出端的温漂 1 电路组成 Re称为 长尾电阻 且引入共模负反馈 Re愈大 共模负反馈愈强 Ac愈小 每个管子的零漂愈小 但对差模信号无负反馈 图3 3 6长尾式差分放大电路 为什么 2 静态分析 当uId 0时 由于电路结构对称 故 IBQ1 IBQ2 IBQ ICQ1 ICQ2 ICQ UBEQ1 UBEQ2 UBEQ UCQ1 UCQ2 UCQ 1 2 IBQR UBEQ 2IEQRe VEE 则 ICQ IBQ 对地 图3 3 7长尾式差分放大电路 3 动态分析 则 同理 图3 3 8长尾式差分放大电路的交流通路 图3 3 9接有调零电位器的长尾差分电路 输出电压为 差模电压放大倍数为 差模输入电阻为 差模输出电阻为 三 恒流源式差分放大电路 用三极管代替 长尾式 电路的长尾电阻 即构成恒流源式差分放大电路 1 电路组成 VT3 恒流管 作用 能使iC1 iC2基本上不随温度的变化而变化 从而抑制共模信号的变化 图3 3 10恒流源式差分放大电路 2 静态分析 当忽略VT3的基极电流时 Rb1上的电压为 于是得到 图4 3 10恒流源式差分放大电路 3 动态分析 由于恒流三极管相当于一个阻值很大的长尾电阻 它的作用也是引入一个共模负反馈 对差模电压放大倍数没有影响 所以与长尾式交流通路相同 差模电压放大倍数为 差模输入电阻为 差模输出电阻为 四 差分放大电路的电压传输特性 1 定义 差分放大电路输出电压与输入电压之间的关系曲线 2 特性曲线性质 五 差分放大电路的输入 输出接法 有四种不同的接法 差分输入 双端输出 差分输入 单端输出 单端输入 双端输出 单端输入 单端输出 1 差分输入 双端输出 图4 3 11 a 差分输入 双端输出 2 差分输入 单端输出 uO约为双端输出的一半 即 若由VT2集电极输出 uO为 正 图3 3 11 b 差分输入 单端输出 3 单端输入 双端输出 单端输入 则 当共模负反馈足够强时 三极管仍然基本工作在差分状态 所以 图3 3 11 c 单端输入 双端输出 4 单端输入 单端输出 若改从VT2集电极输出 则 这种接法比一般的单管放大电路具有较强的抑制零漂的能力 图3 3 11 d 单端输入 单端输出 差分放大电路四种接法的性能比较 Ad Rid Ro 差分放大电路四种接法的性能比较 特性 1 Ad与单管放大电路基本相同 2 在理想情况下 KCMR 3 适用于差分输入 双端输出 输入信号及负载的两端均不接地的情况 1 Ad约为双端输出时的一半 2 由于引入共模负反馈 仍有较高的KCMR 3 适用于将双端输入转换为单端输出 1 Ad与单管放大电路基本相同 2 在理想情况下 KCMR 3 适用于将单端输入转换为双端输出 1 Ad约为双端输出时的一半 2 比单管放大电路具有较强的抑制零漂的能力 3 适用于输入 输出均要求接地的情况 4 选择不同管子输出 可使输出电压与输入电压反相或同相 结论 1 双端输