第二章 直接耦合放大电路ppt课件

.,1,直接耦合：将前级的输出端直接接后级的输入端。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。,2.1差动放大电路,.,2,(2)零点漂移,零点漂移：指输入信号电压为零时，输出电压发生缓慢地、无规则地变化的现象。,直接耦合存在的两个问题：,(1)前后级静态工作点相互影响,.,3,零点漂移的危害：直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号电压还是漂移电压。,零点漂移的原因：是指放大电路在没有输入信号时，由于温度变化、电源电压波动、元器件老化等原因，使放大电路的工作点发生变化，这个变化量会被直接耦合放大电路逐级加以放大并传送到输出端，使输出电压偏离原来的起始点而上下漂动，主要是晶体三极管的参数受温度的影响，所以零点漂移也称为温度漂移，简称温漂。,.,4,电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。,差分放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。,差分放大原理电路,两个输入、两个输出,两管静态工作点相同,2.1.2长尾式差动放大电路,.,5,1.零点漂移的抑制,uo=VC1VC2=0,uo=(VC1+VC1)(VC2+VC2)=0,静态时，ui1=ui2=0,当温度升高时ICVC（两管变化量相等）,对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。,.,6,2.信号输入,两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为零，即对共模信号没有放大能力。,(1)共模信号ui1=ui2大小相等、极性相同,差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平。,共模信号需要抑制,.,7,2.信号输入,两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，,(2)差模信号ui1=ui2大小相等、极性相反,uo=(VC1VC1)(VC2+VC)=2VC1,即对差模信号有放大能力。,差模信号是有用信号,.,8,1.静态分析,在静态时，设IB1=IB2=IB，IC1=IC2=IC,上式中前两项较第三项小得多略去，则每管的集电极电流,发射极电位VE0,每管的基极电流,每管的集射极电压,2.1.3放大电路分析,单管直流通路,.,9,2.动态分析,单管差模信号通路,由于差模信号使两管的集电极电流一增一减，其变化量相等，通过RE的电流近于不变，RE上没有差模信号压降，故RE对差模信号不起作用，可得出下图所示的单管差模信号通路。,单管差模电压放大倍数,同理可得,.,10,双端输入双端输出差分电路的差模电压放大倍数为,当在两管的集电极之间接入负载电阻时,式中,两输入端之间的差模输入电阻为,两集电极之间的差模输出电阻为,.,11,例1:在前图所示的差分放大电路中,已知UCC=12V，EE=12V,=50,RC=10k,RE=10k,RB=20k，RP=100,并在输出端接负载电阻RL=20k,试求电路的静态值和差模电压放大倍数。,解:,式中,.,12,2.1.4差动放大电路的输入、输出形式当信号从一个输入端输入时称为单端输入；从两个输入端之间浮地输入时称为双端输入；当信号从一个输出端输出时称为单端输出；从两个输出端之间浮地输出时称为双端输出。因此，差动放大电路具有四种不同的工作状态：双端输入，双端输出；单端输入，双端输出；双端输入，单端输出；单端输入，单端输出。比较见表2-1-1,.,13,2.1.5恒流源式差动放大电路考虑采用恒流源来代替原来的Re，因为恒流源的内阻较大，可以得到较好的共模抑制效果，同时利用恒流源的恒流特性给三极管提供更稳定的静态偏置电流。恒流源式差动放大电路如下图所示。,.,14,恒流源式差动放大电路,.,15,接入恒流三极管后，抑制了共模信号的变化。有时，为简化起见，常常用一个简化的恒流源符号来表示恒流管VT3的具体电路，如下图所示。,.,16,恒流源式差动放大电路的简化表示法,.,17,2.2直接耦合功率放大电路,对功率放大电路的基本要求,功率放大电路的作用：是放大电路的输出级，去推动负载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转、电动机旋转等。,(1)在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。,(2)由于功率较大，要求提高效率。,.,18,晶体管的工作状态,甲类工作状态晶体管在输入信号的整个周期都导通,静态IC较大，波形好,管耗大效率低。,乙类工作状态晶体管只在输入信号的半个周期内导通，静态IC=0，波形严重失真,管耗小效率高。,甲乙类工作状态晶体管导通的时间大于半个周期，静态IC0，一般功放常采用。,.,19,2.2.1互补对称放大电路,互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器(OutputTransformerless)电路，简称OTL电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容(OutputCapacitorless)电路，简称OCL电路。OTL电路采用单电源供电，OCL电路采用双电源供电。,.,20,2.2.1.1乙类双电源互补对称电路,乙类互补对称电路存在的问题,.,21,2.2.1.2甲乙类双电源互补对称电路,1.静态偏置,可克服交越失真,2.动态工作情况,二极管等效为恒压模型,设T3已有合适的静态工作点,交流相当于短路,.,22,甲乙类双电源互补对称电路,VBE4可认为是定值,R1、R2不变时，VCE4也是定值，可看作是一个直流电源。,.,23,甲乙类单电源互补对称电路,静态时，偏置电路使VKVCVCC/2（电容C充电达到稳态）。,当有信号vi时负半周T1导通，有电流通过负载RL，同时向C充电,正半周T2导通，则已充电的电容C通过负载RL放电。,只要满足RLCT信，电容C就可充当原来的VCC。,计算Po、PT、PV和PTm的公式必须加以修正，以VCC/2代替原来公式中的VCC。,.,24,在输出功率较大时常采用复合管,复合管的构成,ic1=1ib1,ic2=2ib2=2(1+1)ib1,ic=ic1+ic2=1+2(1+1)ib112ib1,方式1,ib2=ie1=(1+1)ib1,ib=ib1,.,25,复合管的电流放大系数12,复合管的类型与复合管中第一只管子的类型相同,方式2,.,26,2.3集成运算放大电路,集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。,集成电路是把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上,组成一个不可分的整体。,集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低。,.,27,各类型号集成芯片,2.3.1集成运算放大器的特点,1.元器件参数的一致性和对称性好；2.电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流源代替，电位器需外接；3.电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感和变压器均需外接；4.二极管多用三极管的发射结代替。,.,28,2.3.2电路的简单说明,运算放大器方框图,输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差分放大器。,中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。,偏置电路:由镜像恒流源等电路组成,输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。,.,29,集成运放741的电路原理图,同相输入,同相输入,输出,.,30,集成运算放大器的管脚和符号,反相输入端,同相输入端,信号传输方向,输出端,实际运放开环电压放大倍数,(a),(b),(a)符号;,(b)引脚,.,31,2.3.3主要参数,1.最大输出电压UOPP能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。,2.开环差模电压增益Auo运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。Auo愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。,6.共模输入电压范围UICM运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。,愈小愈好,3.输入失调电压UIO4.输入失调电流IIO5.输入偏置电流IIB,.,32,2.4.1负反馈与正反馈,反馈：将放大电路输出端的信号(电压或电流)的一部分或全部通过某种电路引回到输入端。,2.4放大电路中的反馈,通过RE将输出电流反馈到输入,通过RE将输出电压反馈到输入,.,33,(b)带反馈,(a)不带反馈,电子电路方框图,+,净输入信号,反馈信号,输出信号,净输入信号：,F,反馈电路,比较环节,输入信号,基本放大电路,若三者同相，则Xd=Xi-Xf,即XdXi，即反馈信号起了增强净输入信号的作用则为正反馈。,.,34,2.4.2负反馈与正反馈的判别方法,利用瞬时极性法判别负反馈与正反馈的步骤：,4.若反馈信号与输入信号加在同一输入端(或同一电极)上，,两者极性相反时，净输入电压减小,为负反馈；反之，极性相同为正反馈。,3.若反馈信号与输入信号加在不同输入端(或两个电极)上，,两者极性相同时，净输入电压减小,为负反馈；反之，极性相反为正反馈。,1.设接“地”参考点的电位为零。,.,35,设输入电压ui为正，,差值电压ud=uiuf,各电压的实际方向如图,uf减小了净输入电压(差值电压)负反馈,例1：,例2：,设输入电压ui为正，,差值电压ud=ui+uf,各电压的实际方向如图,uf增大了净输入电压正反馈,在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。,在放大电路中，出现正反馈将使放大器产生自激振荡，使放大器不能正常工作。,.,36,2.4.3负反馈的分类,(1)根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。,如果反馈信号取自输出电压，叫电压反馈。如果反馈信号取自输出电流，叫电流反馈。,(2)根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。,反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入信号以电压形式作比较，称为串联反馈。,反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信号以电流形式作比较，称为并联反馈。,.,37,1.串联电压负反馈,设输入电压ui为正，,差值电压ud=uiuf,uf削弱了净输入电压(差值电压)负反馈,反馈电压,取自输出电压电压反馈,反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式比较串联反馈,(b)方框图,(a)电路,各电压的实际方向如图,.,38,2.并联电压负反馈,设输入电压ui为正，,差值电流id=i1if,各电流的实际方向如图,if削弱了净输入电流(差值电流)负反馈,反馈电流,取自输出电压电压反馈,反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式比较并联反馈,(b)方框图,(a)电路,.,39,3.串联电流负反馈,设输入电压ui为正，,差值电压ud=uiuf,各电压的实际方向如图,uf削弱了净输入电压(差值电压)负反馈,反馈电压,取自输出电流电流反馈,反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式比较串联反馈,uf=Rio,特点:输出电流io与负载电阻RL无关同相输入恒流源电路或电压电流变换电路。,(a)电路,(b)方框图,.,40,4.并联电流负反馈,设输入电压ui为正，,差值电流id=i1if,各电流的实际方向如图,if削弱了净输入电流(差值电流)负反馈,反馈电流,取自输出电流电流反馈,反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式比较并联反馈,(a)电路,(b)方框图,.,41,4.并联电流负反馈,特点：输出电流io与负载电阻RL无关反相输入恒流源电路,.,42,运算放大器电路反馈类型的判别方法：,1.反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈；从负载电阻RL的靠近“地”端引出的，是电流反馈；2.输入信号和反馈信号分别加在两个输入端(同相和反相)上的，是串联反馈；加在同一个输入端(同相或反相)上的，是并联反馈；3.对串联反馈，输入信号和反馈信号的极性相同时，是负反馈；极性相反时，是正反馈；4.对并联反馈，净输入电流等于输入电流和反馈电流之差时，是负反馈；否则是正反馈。,.,43,2.4.4负反馈对放大电路工作性能的影响,反馈放大电路的基本方程,反馈系数,净输入信号,开环放大倍数,闭环放大倍数,.,44,1.降低放大倍数,负反馈使放大倍数下降。,则有：,|1+AF|称为反馈深度，其值愈大，负反馈作用愈强，Af也就愈小。,射极输出器、不带旁路电容的共射放大电路的电压放大倍数较低就是因为电路中引入了负反馈。,.,45,2.提高放大倍数的稳定性,引入负反馈使放大倍数的稳定性提高。,放大倍数下降至1/(1+|AF|)倍,其稳定性提高1+|AF|倍。,若|AF|1，称为深度负反馈，此时：,在深度负反馈的情况下，闭环放大倍数仅与反馈电路的参数有关。,.,46,例：|A|=300，|F|=0.01。,.,47,3.改善波形失真,负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，因此只能减小失真，而不能完全消除失真。,加入负反馈,无负反馈,F,uf,略小,略大,接近正弦波,略大,略小,.,48,4.展宽通频带,引入负反馈使电路的通频带宽度增加,无负反馈,有负反馈,负反馈展宽通频带,.,49,5.对放大电路输