模电课件第三章多级放大电路.ppt

第三章多级放大电路 3 1多级放大电路的耦合方式 一 直接耦合1 静态工作点的设置 直接耦合 阻容耦合 变压器耦合 光电耦合 T2导通时VB2 0 7V 则UCEQ1 0 7V T1管的静态工作点接近饱和区 提高电位VB2 使T1远离饱和区 可在T2发射极接一电阻Re2 VB2 但这样会降低电压放大倍数 可用二极管代替Re2 VB2 1 4V 动态时二极管等效成一个小电阻 VB2 VB2 电阻R的作用是使稳压管工作在稳压的范围里 动态时稳压管等效成一个小电阻 或者可用稳压管代替Re2 NPN管的集电极电位总比基极高 经过几级放大后 输出电位不断升高 甚至越来越接近电源电压 电源电压Vcc是一定的 级数越多 后级静态工作点越难以设置 可使用NPN型和PNP型混合使用的方法解决这个问题 Uo Rc2 Re2 Vcc Uo UEB2 只要适当选取电阻Rc2和Re2 就能使Uo Uo 2 直接耦合电路的优 缺点 缺点 静态工作点相互影响 优点 1 可放大变化缓慢的信号 可放大直流信号 低频特性好 2 易于集成 因为不使用电容 缺点 1 不能放大变化缓慢的信号和直流信号 2 由于有电容 不易于集成 多用于分立元件电路 二 阻容耦合 优点 静态工作点不互相影响 三 变压器耦合 变压器耦合 缺点 不能放大直流信号 低频特性不好 体积大 重量大 优点 工作点不影响 可以实现阻抗匹配 电流传输比 光电耦合器将发光二极管与光电三极管相互绝缘地组合在一起 发光二极管为输入回路 将电能转换成光能 光电三极管为输出回路 将光能再转换成电能 在输出回路常采用复合管以提高电流放大能力 传输特性 CTR比 小 只有0 1到0 5 四 光电耦合1 光电耦合器 参数 图1电路中 当输入信号ui为低电平时 晶体管V1处于截止状态 光电耦合器B1中发光二极管的电流近似为零 输出端Q11 Q12间的电阻很大 相当于开关 断开 当ui为高电平时 v1导通 B1中发光二极管发光 Q11 Q12间的电阻变小 相当于开关 接通 对于开关电路 往往要求控制电路和开关电路之间要有很好的电隔离 这对于一般的电子开关来说是很难做到的 但采用光电耦合器就很容易实现了 光电耦合器的应用之一 组成开关电路 2 光电耦合放大电路 优点 输入与输出在电气上完全隔离 抗干扰能力强 3 2多级放大电路的动态分析 一 电压放大倍数 放大电路中前一级的输出电压是后一级的输入电压 注意 每级电压放大倍数的计算 它的负载电阻就是后一级的输入电阻 二 输入电阻 三 输出电阻 多级放大电路的输出电阻就是最后一级的输入电阻 多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电阻 注意 第一级是共集放大电路时 输入电阻与第二级的输入电阻有关 注意 最后一级是共集放大电路时 输出电阻与倒数第二级的输出电阻有关 例题1 1 静态分析 第一级 第二级 动态分析 例题2 试求图示电路的 例题3 试求图示电路的 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 1 什么是零点漂移 2 产生零点漂移的原因 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 3 克服零点漂移的方法 二 差动放大电路 1 引入直流负反馈 Re 2 温度补偿 p110图2 4 6利用二极管进行温度补偿电路 3 采用差动放大电路 1 抑制零漂的原理 Vc1 Vc2 uo Vc1 Vc2 0温度升高 Vc1 Vc2uo Vc1 Vc1 Vc2 Vc2 0 差动放大电路以增加一套相同电路的代价来换取对零漂的抑制 1 静态 对称 两个输入 2 动态 共模信号 ui1 ui2 差模信号 ui1 ui2 差模信号作用下Re中电流变化为零 Re对差模信号相当于短路 温度变化对电路的影响相当于共模信号作用于电路 抑制共模信号 放大差模信号 差动 任意输入信号 例 ui1 2sintV ui2 4V 则 uic sint 2V uid 2sint 4V 2 参数计算 2 共模放大倍数 Rb一般很小 可忽略 1 静态工作点 3 差模放大倍数 4 共模抑制比 KCMR越大 对差模信号的放大能力越强 对共模信号的抑制能力越强 3 差分电路的四种接法 1 双端输入双端输出 2 双端输入单端输出 静态分析 静态电流IBQ1 IBQ2 ICQ1 ICQ2 动态分析a 输入差模信号 思考 什么时候输入与输出同相 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 iERe 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 Re越大 KCMR越大 3 单端输入 双端输出 如果电路参数理想对称 则Ac 0 单端输入 若输入信号为 4 单端输入 单端输出 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 分析与双端输入 单端输出相同 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 注意 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 C1输出 4 具有恒流源的长尾式差动放大电路 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 若忽略UBE3的影响 则IC3基本上是恒定电流 恒流源的内阻为无穷大 相当于T1管和T2管的发射极接了一个阻值为无穷大的电阻 使电路的Ac 0 KCMR 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无法做到绝对对称 所以在前面电路中加一小电阻的电位器Rw在两个管子的发射极之间 例题1 已知Rb 1K Rc 10K RL 5 1K VCC 12V VEE 6V 晶体管的 100 rbe 2K 1 若T1管和T2管的发射极静态电流均为0 5mA 则Re的取值为多少 T1管和T2管的管压降等于多少 2 计算Au Ri和Ro的数值 3 若将电路改成单端输出 用直流表测得输出电压u0 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 3 直流表测得的输出电压中既含有直流 静态 量又含有变化量 信号作用的结果 例题2 电路如图所示 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 差模输入电压 uId 差模放大倍数Ad和动态电压 uO分别为 由于恒流源差动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 例题3 电路如图所示 所有晶体管均为硅管 均为60 rbb 100 静态时 UBEQ 0 7V 试求 1 静态时T1管和T2管的发射极电流 2 若静态时uO 0 则应如何调节Rc2的值才能使uO 0V 3 若静态uO 0V 则Rc2 电压放大倍数为多少 解 1 T3管的集电极电流IC3 UZ UBEQ3 Re3 0 3mA静态时T1管和T2管的发射极电流IE1 IE2 0 15mA 2 若静态时uO 0 则应减小Rc2 u0 IC4 IE4 IB4 IB4 IC2 IRC2 IRC2 RC2 当uI 0时uO 0 T4管的集电极电流IC4 VEE Rc4 0 6mA Rc2的电流及其阻值分别为 电压放大倍数求解过程如下 恒流源电路 只有差模放大倍数 即Au1 Aud1 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 射极输出器输出电阻小 带负载能力强 可以做输出极吗 答 不适合 因为最大不失真输出电压小 改进办法 提出 互补输出电路 由一对互补三极管组成 T1管为NPN管 T2管为PNP管 它们参数相同 特性对称 这个电路也称为OCL 输出无电容 互补输出电路 一 基本电路 两个三极管基极接在一起 发射极接在一起 输入信号从基极加入 输出接在发射极 静态工作点 T1管 互补输出级电路怎么工作 输入正弦波 ui 0时 T1管导通 T2管截止 u0 ui 画电流走向 ui 0时 T2管导通 T1管截止 u0 ui 画电流走向 电流实际向上 值为负 电压为负 交越失真 输入信号很小时 达不到三极管的开启电压 三极管不导通 因此在正负半周过零处会出现一些非线性失真 称为交越失真 克服交越失真 在输入信号未输入之前 人为地给发射结一个静态偏置 使得一旦加入输入信号 三极管就能导通 2 消除交越失真的互补输出级 动态时 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 即使输入电压小于死区电压 也能保证至少有一个管子导通 实现双向跟随 静态时 即在ui 0时 电流从Vcc R1 D1 D2 R2 D1 D2导通 压降为1 4V 使T1和T2都处于临界导通状态 有电流 但由于T1和T2对称 u0 0 在电路中增加R1 D1 D2 R2支路 输入加在D1 D2中间 如果T1 T2都是复合管 称为准互补电路 还有一种克服交越失真的办法 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 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 带负载能力强 而且最大不失真电压幅值可接近电源电压 例题 1