模电ppt课件第三章.ppt

1 第三章多级放大电路 教学时数 5学时重点与难点 1 多级放大电路的耦合方式 2 多级放大电路的动态分析 3 直接耦合放大电路 第三章多级放大电路 3 1多级放大电路的耦合方式 3 3直接耦合放大电路 3 2多级放大电路的动态分析 3 3 1多级放大电路的耦合方式 将多个单级基本放大电路合理联接 构成多级放大电路 组成多级放大电路的每一个基本电路称为一级 级与级之间的连接称为级间耦合 四种常见的耦合方式 直接耦合阻容耦合变压器耦合光电耦合 4 3 1 1直接耦合 图3 1 1 a 两个单管放大电路简单的直接耦合 特点 1 可以放大交流和缓慢变化及直流信号 2 便于集成化 3 各级静态工作点互相影响 基极和集电极电位会随着级数增加而上升 4 零点漂移 如何克服 5 一 直接耦合放大电路静态工作点的设置 改进电路 b 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 c1 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 6 改进电路 c2 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 NPN管和PNP管混合使用 可获得合适的工作点 为经常采用的方式 c 图3 1 1直接耦合放大电路静态工作点的设置 7 3 1 2阻容耦合 图3 1 2阻容耦合放大电路 第一级 第二级 特点 静态工作点相互独立 在分立元件电路中广泛使用 在集成电路中无法制造大容量电容 不便于集成化 尽量不用 8 3 1 3变压器耦合 图3 1 3变压器耦合共射放大电路 以前功率放大电路广泛采用此耦合方式 目前基本不用 9 变压器耦合放大电路 选择恰当的变比 可在负载上得到尽可能大的输出功率 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 10 3 1 4光电耦合 光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的 因而其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用 一 光电耦合 图3 1 5光电耦合器及其传输特性 发光元件 光敏元件 11 二 光电耦合放大电路 图3 1 6光电耦合放大电路 目前市场上已有集成光电耦合放大电路 具有较强的放大能力 12 3 2多级放大电路的动态分析 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 13 如图所示的两级电压放大电路 已知 1 2 50 T1和T2均为3DG8D 计算前 后级放大电路的静态值 UBE 0 6V 及电路的动态参数 例 1 14 两级放大电路的静态值可分别计算 RB1 C1 C2 RE1 RC2 C3 CE 24V T1 T2 1M 27k 82k 43k 7 5k 510 10k 解 15 第一级是射极输出器 16 第二级是分压式偏置电路 17 计算ri和r0 小信号等效电路 由等效电路可知 放大电路的输入电阻ri等于第一级的输入电阻ri1 第一级是射极输出器 它的输入电阻ri1与负载有关 而射极输出器的负载即是第二级输入电阻ri2 18 19 2 b I 2 c I rbe2 RC2 rbe1 RB1 1 b I 1 c I RE1 20 求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数 第一级放大电路为射极输出器 2 b I 2 c I rbe2 RC2 rbe1 RB1 1 b I 1 c I RE1 21 第二级放大电路为共发射极放大电路 总电压放大倍数 22 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 原因 放大器件的参数受温度影响而使Q点不稳定 也称温度漂移 图3 3 1零点漂移现象 放大电路级数愈多 放大倍数愈高 零点漂移问题愈严重 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 23 二 抑制温度漂移的方法 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 图利用热敏元件补偿零漂 R2 R1 VCC T2 Rc T1 uI uO iC1 Re R uB1 3 采用差分放大电路 24 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 利用射极电阻稳定Q点但仍存在零点漂移问题 T的UCQ变化时 直流电源V始终与之保持一致 25 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 图3 3 2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 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 差分放大电路也称为差动放大电路 动画avi 6 2 avi 26 差分放大电路的改进图 将发射极电阻合二为一 对差模信号Re相当于短路 典型差分放大电路 长尾式差分放大电路 便于调节静态工作点 电源和信号源能共地 27 二 长尾式差分放大电路 图3 3 3长尾式差分放大电路 1 静态分析 IE1 IE2 UEE UBE 2Re UCE1 UCE2 UCC UEE RC 2Re IE1 Uo 0 IB1 IB2 IE1 1 由于Rb较小 其上的电压降可忽略不计 动画avi 6 1 avi 28 2 对共模信号的抑制作用 共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化 所以 共模增益 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 29 3 对差模信号的放大作用 图3 3 5差分放大电路加差模信号 a 分析时注意二个 虚地 E点电位在差模信号作用下不变 相当于接 地 负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变 相当于接 地 30 差模信号作用下的等效电路 图3 3 5差分放大电路加差模信号 b 动态参数 Rid 2 Rb rbe Rod 2RC 共模抑制比 31 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 如改变uI的极性 可得另一条图中虚线所示的曲线 它与实线完全对称 32 三 差分放大电路的四种接法 双入 双出 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 指一端接地 单端 的情况 还具有共模抑制能力吗 如何进一步改进呢 33 静态工作点 IE1 IE2 UEE UBE 2RE UCE1 Uo UEE REIE 1 双端输入单端输出电路 图3 3 7双端输入单端输出差分放大电路 IB1 IB2 IE1 1 注意 由于输出回路的不对称性 UCEQ1 UCEQ2 34 图3 3 9图3 3 7所示电路对差模信号的等效电路 动态分析 Rid 2 Rb rbe Rod RC 问题 如输出信号取自T2管的集电极 动态分析结果如何 35 共模电压增益 如输入共模信号 uoc ICR L uic IB rbe 1 2Re 图3 3 10共模信号作用下的双入单出电路 增大Re是改善共模抑制比的基本措施 36 静态分析 2 单端输入 双端输出 与双入双出的一样 IE1 IE2 VEE VBE 2RE VCE1 VCE2 VCC VEE RC 2RE IE Vo 0 IB1 IB2 IE1 1 图3 3 11单端输入 双端输出电路a 37 动态分析 运用叠加定理 与双入双出的一样 图3 3 11单端输入 双端输出等效电路 b 38 静态分析 与双入单出的一样 IE VEE VBE 2RE VCE1 Vo VEE REIE Vo VCCRL RC RL ICRLRC RC RL 3 单端输入 单端输出 图3 3 12单端输入单端输出电路 动态分析 与双入单出的一样 略 IB1 IB2 IE1 1 39 双端输出时 单端输出时 2 共模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关 只与输出方式有关 双端输出时 单端输出时 4 差动放大器动态参数计算总结 1 差模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关 只与输出方式有关 40 3 差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入 差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍 4 输出电阻 41 5 共模抑制比 共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标 或 双端输出时KCMR可认为等于无穷大 单端输出时共模抑制比 42 四 改进型差分放大电路 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 T3 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 13具有恒流源的差分放大电路 43 2 静态分析 当忽略T3的基极电流时 Rb1上的电压为 于是得到 图3 3 13具有恒流源的差分放大电路 44 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 45 具有电流源的差分放大电路 简化画法 46 图3 3 14恒流源电路的简化画法及电路调零措施 带调节电位器RW的恒流源电路的简化画法 调节电位器RW的滑动端位置可使电路在uI1 uI2 0时 uO 0 47 FET差分式放大电路 电路图 单入单出 分析方法相同但输入电阻很大 JEFT1012欧姆MOSFET1015欧姆 图3 3 15FET差分式放大电路 FET差分式放大电路常用于集成电路的输入级 48 3 3 3直接耦合互补输出级 一 基本电路 在输入信号的正半周 T1导通 iC1流过负载 负半周 T2导通 iC2流过负载 在信号的整个周期都有电流流过负载 负载上iL和uO基本上是正弦波 存在的问题 交越失真 交越失真 图3 3 16 基本要求 输出电阻低 最大不失真输出电压尽可能大 静态时 输入输出电压均为零 49 二 消除交越失真的互补输出级 消除交越失真思路 电路 50 消除交越失真的其它电路 图3 3 17消除交越失真的互补输出级 b UBE倍增电路 51 消除交越失真的实际电路 为了增大T1和T2的电流放大倍数 以减小前级驱动电流 常采用复合管结构 如图3 3 18为采用复合管的准互补输出级 OCL电路 52 3 3 4直接耦合多级放大电路 直接耦合多级放大电路的构成 输入级 差分放大电路或FET差分放大电路 从而减小温漂 增大共模抑制比 中间级 共射放大电路 从而获得高电压放大倍数 输出级 采用复合管的准互补输出级电路 从而使输出电阻小 带负载能力增强 而且最大不失真输出电压幅值接近电源电压 53 直接耦合多级放大电路分析 三级放大电路 第一级是以T1和T2为放大管 双端输入 单端输出的差分放大电路 第二级是以T3和T4管组成的复合管为放大管的共射放大电路