第二章(2)-多级放大电路..ppt

第三章多级放大电路,一、多级放大电路的耦合方式二、多级放大电路的动态分析三、直接耦合放大电路,耦合,耦合方式：(1)直接耦合(2)阻容耦合(3)变压器耦合(4)光电耦合,3.1多级放大电路的耦合方式,为获得足够大的放大倍数,需将单级放大器串接,组成多级放大器,对耦合电路要求：,要求,动态:传送信号,减少压降损失,耦合电路：,静态：保证各级Q点设置,波形不失真,直接耦合放大电路,1.直接耦合,(1)没有电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互影响，不能分别估算。(2)前一级的输出电压是后一级的输入电压，后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(3)总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。(4)总输入电阻ri即为第一级的输入电阻ri1，总输出电阻即为最后一级的输出电阻。(5)受零点漂移温度漂移的影响大(6)很容易集成化,直接耦合放大电路的特点,2.阻容耦合,阻容耦合放大电路,(1)由于电容的隔直作用，受零点漂移温度漂移的影响小；各级放大器的静态工作点相互独立，可以分别估算。(2)前一级的输出电压是后一级的输入电压；后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(3)总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。(4)总输入电阻ri即为第一级的输入电阻ri1。总输出电阻即为最后一级的输出电阻。(5)很不容易集成化,由上述特点可知，射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能。,多级阻容耦合放大器的特点,3.变压器耦合,变压器耦合放大电路,光电耦合,3.2多级放大电路的动态分析,多级放大电路的电压放大倍数等于组成它的各级放大电路电压放大倍数之积。对于第一级到（N-1）级，每一级的放大倍数均应该是以后级输入电阻作为负载时的放大倍数。多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电阻。多级放大电路的输出电阻就是最后一级的输出电阻。,多级阻容耦合放大器,前一级的输出电压是后一级的输入电压,后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。,多级阻容耦合放大器的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算,第二级的输入电阻,ri=ri1=R11/R12/rbe1,多级阻容耦合放大器的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算,ri2=R21/R22/rbe2,ro=RC2,=Au1Au2,总电压放大倍数,Au为正，输入输出同相,总放大倍数等于各级放大倍数的乘积,注意：当共集放大电路作为输入级（第一级）时，它的输入电阻与其负载，及第二级的输入电阻有关；而当共集放大电路作为输出级时，他的输出电阻与信号源的内阻，即与倒数第二级的输出电阻有关。,设:1=2=50,rbe1=2.9k,rbe2=1.7k,典型电路,关键:考虑级间影响。,1.静态:Q点同单级。,2.动态性能:,方法:,ri2=RL1,性能分析,微变等效电路:,1.ri=R1/rbe1+（+1)RL1,其中:RL1=RE1/ri2=RE1/R2/R3/rbe1=RE1/RL1=RE1/ri2=27/1.71.7k,ri=1000/(2.9+511.7)82k,2.ro=RC2=10k,3.电压放大倍数:,其中：,RB=570kRE=5.6kRL=1.52k=100EC=15V,用射极输出器作为输入级,构成两级放大器，可提高放大器的输入电阻,用射极输出器作为输入级时电压放大倍数的估算,用射极输出器作为输出级,构成两级放大器，可减小放大器的输出电阻,提高带负载的能力,ro1=RC1=5k,RL=5k时,Au=-93RL=1k时,Au=-31,设:gm=3mA/V=50rbe=1.7K,例题:,求:总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻,（1）估算各级静态工作点:（略）,（2）动态分析:,微变等效电路,首先计算第二级的输入电阻ri2=R3/R4/rbe=82/43/1.7=1.7k,第二步:计算各级电压放大倍数,第三步:计算输入电阻、输出电阻,ri=R1/R2=3/1=0.75M,ro=RC=10k,第四步:计算总电压放大倍数,Au=Au1Au2=(-4.4)(-147)=647,增加R2、RE2:用于设置合适的Q点。,问题1:前后级Q点相互影响。,直接耦合电路的特殊问题,3.3直接耦合放大电路,问题2:零点漂移。,前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当ui等于零时，uo不等于零。,有时会将信号淹没,直接耦合多级放大电路零点漂移现象1、零点漂移2、温度漂移3、抑制温度漂移的方法：在电路中引入直流负反馈采用温度补偿，利用热敏元件来抵消放大管的变化采用特性相同的管子，使其温漂相互抵消，如：差分放大电路,3.3.2差分放大电路,一、电路组成,当温度变化时，集电极电位变化，使输出电压变化，若采用直接耦合方式，这种变化会逐级放大，使电路无法正常工作。,采用（b）所示电路，采用电路参数完全相同，管子特性也完全相同的电路，那么两只管子的集电极静态电位在温度变化时也将时时相等，电路以两只管子集电极电位差作为输出，就克服了温度漂移。,共模信号：对于图（b）所示电路，当uI1与uI2所加信号为大小相等极性相同的输入信号时，称为共模信号。共模输入信号的分析：当电路输入共模信号时，由于电路参数对称，T1管和T2管所产生的电流变化相等。因此，集电极电位的变化也相等，即输出电压说明差分放大电路对共模信号具有很强的抑制作用，在电路参数完全对称的情况下，共模输出为零。,差模信号：当uI1与uI2所加信号为大小相等极性相反的输入信号时，称为差模信号。差模输入信号的分析：由于输入信号，电路参数对称，T1管和T2管所产生的电流变化相等而变化方向相反，即因此，集电极电位的变化相等变化方向相反，即。输出电压从而可以实现电压放大。注意：Re1和Re2的存在使电路的电压放大能力变差。,将发射极电阻Re1和Re2合二而一，成为一个电阻Re，如图（c）所示，则在差模信号作用下Re中的电流变化为零，即Re对差模信号无反馈作用（相当于短路），因此大大提高了对差模信号的放大能力。为了简化电路，便于调节Q点，也为了使电源与信号源能够“共地”，就产生了如图（d）所示的典型差分放大电路电。,二、长尾式差分放大电路,长尾式电路：如图所示为典型的差分放大电路，由于Re接负载电源-VEE，拖一个尾巴，故称为长尾式电路。电路参数理想对称：Rb1=Rb2=Rb，Rc1=Rc2=Rc；T1管与T2管的特性相同，1=2=，rbe1=rbe2=rbe；Re为公共的发射极电阻。,1.静态分析,2.对共模信号的抑制作用,利用发射极电阻Re对共模信号的抑制：利用Re对共模信号的负反馈作用，Re阻值愈大，负反馈作用愈强，集电极电位的变化愈小，差分放大电路对共模信号的抑制能力愈强。但Re取值不能过大，它受电源电压VEE的限制。共模放大倍数Ac：定义为式中为共模输入电压，是作用下的输出电压。,3.对差模信号的放大作用,任意输入的信号:ui1,ui2，都可分解成差模分量和共模分量。,注意：ui1=uC+ud；ui2=uC-ud,例:ui1=20mV,ui2=10mV,则：ud=5mV,uc=15mV,差模分量:,共模分量:,三、差分放大电路的四种接法,1.双端输入单端输出电路电路如图所示，为双端输入、单端输出差分放大电路。由于电路参数不对称，影响了静态工作点和动态参数。,交流分析：在差模信号作用时，负载电阻仅取得T1管集电极电位的变化量，所以与双端输出电路相比，其差模放大倍数的数值减小。如右下图所示为差模信号的等效电路。在差模信号作用时，由于T1管与T2管中电流大小相等方向相反，所以发射极相当于接地。输出电压输入电压差模放大倍数电路的输入电阻电路的输出电阻是双端输出电路输出电阻的一半。如果输入差模信号极性不变，而输出信号取自T2管的集电极，则输出与输入同相。,2.单端输入、双端输出电路,如下图（a）所示为单端输入、双端输出电路。电路对于差模信号是通过发射极相连的方式将T1管的发射极电流传递到T2管的发射极的，故称这种电路为射极耦合电路。如图（b）所示将输入信号进行等效变换，可看出，两输入端分别输入了差模信号和共模信号。,3.单端输入、单端输出电路,如图所示为单端输入、单端输出电路，该电路对静态工作点、差模增益、共模增益、输入与输出电阻的分析与单端输出电路相同。对输入信号的作用分析与单端输入电路相同。,四、改进型差分放大电路,在差分放大电路中，增大发射极电阻Re的阻值，可提高共模抑制比。但集成电路中不易制作大阻值电阻；采用大电阻Re要采用高的稳压电源，不合适。如设晶体管发射极静态电流为0.5mA，则Re中电流为1mA。当Re为10k时，电源VEE的值为10.7V。在同样的静态工作电流下，若Re100k，VEE的值约为100V。为了既能采用较低的电源电压，又能采用很大的等效电阻Re，可采用恒流源电路来取代Re。晶体管工作在放大区时，其集电极电流几乎仅决定于基极电流而与管压降无关，当基极电流是一个不变的直流电流时，集电极电流就是一个恒定电流。因此，利用工作点稳定电路来取代Re，就得如图所示电路。,恒流源电路在不高的电源电压下既为差分放大电路设置了合适的静态工作电流，又大大增强了共模负反馈作用，使电路具有更强的抑制共模信号的能力。如图所示恒流源电路可用一恒流源取代。在实际电路中，常用一阻值很小的电位器加在两只管子发射极之间，见下图中的Rw。调零电位器Rw：调节电位器的滑动端位置便可使电路在uI1uI20时，uO0，Rw称为调零电位器。,为了获得高输入电阻的差分放大电路，可用场效应管取代晶体管，如下图所示。这种电路特别适于做直接耦合多级放大电路的输入级。通常情况下可以认为其输入电阻为无穷大。其应用和晶体管差分放大电路相同。,例3.3.1电路如图（a）所示，已知Rb=1k，Rc=10k，RL=5.1k，VCC=12V，VEE=6V，晶体管的=100，rbe=2k。求：（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？（2）计算Au、Ri和Ro的数值；（3）若将电路改成单端输出，如图所示，用直流表测得输出电压uo3V，试问输入电压uI约为多少？设IEQ=0.5mA，且共模输出电压可忽略不计。,3.3.3直接耦合互补输出级,对于电压放大电路的输出级一般有两个基本要求：一是输出电阻低，二是最大不失真输出电压尽可能大。共集放大电路满足前一要求，但它带上负载后静态工作点会产生变化，且输出不失真电压也将减少。为了满足后一要求，并且做到输入电压为零时输出电压为零，便产生了双向跟随的互补输出级。一、基本电路如图所示为互补输出级的基本电路。要求它们的参数相同，特性对称。静态时，输入电压为零，输出电压也为零。设输入正弦波，当ui0时，T1管导通，T2管截止，T1管以射极输出形式将正半周信号传递到负载。此时正电源VCC供电，电流方向如图所示。,设输入正弦波，当ui0时，T1管截止，T2管导通，T2管以射极输出形式将负半周信号传递到负载。此时正电源VCC供电，电流方向如图所示。这样，T1管与T2管以互补的方式交替工作，正、负电源交替供电，电路实现了双向跟随，负载电阻上得到近似正弦波。在输入电压足够大时，输出电压的最大幅值可达，为饱和管压降。,电路存在问题：只有当输入电压ui大于晶体管的开启电压时Uon，输出电压才能跟随输入电压ui的变化。因此，当输入电压为正弦波时，输出电压在ui过零附近产生失真，波形如图所示，这种失真为交越失真。消除交越失真的方法：在静态时T1管与T2管均处于临界导通或微导通状态，则当输入信号作用时，就能保证至少有一只管子导通，实现了双向跟随。,二、消除交越失真的互补输出级,如图所示，如果晶体管与二极管采用同一种材料，就可使T1管和T2管均处于微导通状态。由于二极管的动态电阻很小