AET_03_多级放大电路.ppt

模拟电子技术,AnalogElectronicTechnology,朱家富,重庆文理学院电子电气工程学院,第三章多级放大电路,3.1多级放大电路的耦合方式3.2多级放大电路的动态分析3.3直接耦合放大电路,3-02,3.1多级放大电路耦合方式,3-03,多级放大器的框图,3-04,耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。,耦合：即信号在级与级之间的传送。,多级放大电路对耦合电路要求：,1.静态：保证各级Q点设置,2.动态:传送信号。,要求：波形不失真，减少压降损失。,3-05,一、直接耦合,特点：能够放大变化缓慢的信号，便于集成化，Q点相互影响，存在零点漂移现象。,3-06,UCEQ1UBEQ2加Re（Au2数值变小）改用二极管若要求UCEQ1较大，则改用稳压管。,3-07,稳压二极管的特性曲线,3-08,NPN型管和PNP型管混合使用,问题的提出：在用NPN型管组成N级共射放大电路，由于UCQiUBQi，所以UCQiUCQ(i-1)（i=1N），以致于后级集电极地位接近电源电压，Q点不合适。,UBQ1UCQ1（UBQ2）UCQ1UCQ2,3-09,二、阻容耦合,特点：不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。Q点相互独立。,3-10,三、变压器耦合,3-11,特点：可以实现级与级之间的阻抗匹配。,3.2多级放大电路的动态分析,一、电压放大倍数,3-12,二、输入电阻,三、输出电阻,3-13,例如：,3-14,3-15,由NPN型管组成的两级共射放大电路,共射放大电路,共射放大电路,饱和失真？截止失真？,首先确定在哪一级出现了失真，再判断是什么失真。,比较Uom1和Uim2，则可判断在输入信号逐渐增大时哪一级首先出现失真。,四、失真分析,3-16,五、多级放大电路的选用,按下列要求组成两级放大电路Ri12k，Au3000；Ri10M，Au300；Ri100200k，Au150；Ri10M，Au10，Ro100.,电路的组成形式：共射、共射；共源、共射；共集、共射；共源、共集。,3-17,设:1=2=50,rbe1=2.9k,rbe2=1.7k,典型电路分析举例,3-18,关键:考虑级间影响。,1.静态:Q点同单级。,2.动态性能:,方法:,ri2=RL1,3-19,考虑级间影响,1,3-20,微变等效电路:,3-21,1.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,3-22,3.中频电压放大倍数:,其中：,3-23,3-24,多级放大器的特点（阻容耦合为例）：,(1)由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。(2)前一级的输出电压是后一级的输入电压。(3)后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(4)总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。(5)总输入电阻ri即为第一级的输入电阻ri1。(6)总输出电阻即为最后一级的输出电阻。,3-25,射极输出器在多级耦合放大器中的作用：,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。,3-26,例1：放大电路由下面两个放大电路组成。已知EC=15V，R1=100k，R2=33k，RE1=2.5k，RC=5k，1=60，；RB=570k，RE2=5.6k，2=100，RS=20k，RL=5k,3-27,求直接采用放大电路一的放大倍数Au和Aus。若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数Au、ri和ro。若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，求放大倍数Aus。,3-28,ri=R1/R2/rbe=1.52k,(1)由于RS大，而ri小，致使放大倍数降低；(2)放大倍数与负载的大小有关。例：RL=5k时,Au=-93；RL=1k时,Au=-31。,求直接采用放大电路一的放大倍数Au和Aus。,rbe1=1.62k，rbe2=2.36k,3-29,2.若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数Au、ri和ro。,3-30,3-31,讨论：带负载能力。,（2）输出不接射极输出器时的带负载能力：,RL=5k时：Au=-93RL=1k时：Au=-31,即：当RL由5k变为1k时，放大倍数降低到原来的92.3%。,放大倍数降低到原来的30%,RL=5k时：Au1=-185，Au2=0.99，ri2=173k,RL=1k时：Au1=-174，Au2=0.97，ri2=76k,（1）输出接射极输出器时的带负载能力：,可见输出级接射极输出器后，可稳定放大倍数Au。,3-32,3.若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，求放大倍数Aus。,Au2=-93ri2=1.52k,Au1=0.98ri=101k,3-33,输入不接射极输出器时：,可见输入级接射极输出器后，由于从信号源取的信号增加，从而可提高整个放大电路的放大倍数Aus。,3-34,六、阻容耦合电路的频率特性,耦合电容造成,三极管结电容造成,采用直接耦合的方式可放大缓慢变化的信号，扩大通频带。下面将要介绍的差动放大器即采用直接耦合方式。,阻容耦合电路缺点：不能放大直流信号。,3-35,3.3直接耦合放大电路,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。,3.3.1直接耦合电路的特殊问题,3-36,问题2:零点漂移。,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,3-37,产生原因：温度变化，直流电源波动，器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。,克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。典型电路：差分放大电路,3-38,一、结构,特点：结构完全对称，参数完全相同。,3.3.2差动放大器,ui1,ui2,、基本型差动放大器,3-39,二、抑制零漂的原理,uo=UC1-UC2=0,uo=(UC1+uC1)-(UC2+uC2)=0,当ui1=ui2=0时：,当温度变化时：,+UCC,3-40,三、共模电压放大倍数AC,+UCC,共模输入信号：ui1=ui2=uC（大小相等，极性相同）,理想情况：ui1=ui2uC1=uC2uo=0,共模电压放大倍数：,（很小，1),设uC1=UC1+uC1，uC2=UC2+uC2。因ui1=-ui2，uC1=-uC2uo=uC1-uC2=uC1-uC2=2uC1,差模电压放大倍数：,+UCC,3-42,五、共模抑制比(CMRR)的定义,例:Ad=-200Ac=0.1KCMRR=20lg(-200)/0.1=66dB,CMRRCommonModeRejectionRatio,KCMRR=,KCMRR(dB)=,(分贝),3-43,一、结构,为了使左右平衡，可设置调零电位器:,、双电源长尾式差放,特点：加入射极电阻RE；加入负电源-UEE，采用正负双电源供电。,3-44,双电源的作用：,（1）使信号变化幅度加大。（2）IB1、IB2由负电源-UEE提供。,3-45,二、静态分析,温度T,IC,IE=2IC,UE,UBE,IB,IC,1.RE的作用,设ui1=ui2=0,RE具有强负反馈作用,抑制温度漂移，稳定静态工作点。,3-46,IC1=IC2=IC=IB,UC1=UC2=UCCICRC,UE1=UE2=IBRBUBE,UCE1=UCE2=UC1UE1,3-47,三、动态分析,1.输入信号分类,(1)差模(differentialmode)输入,ui1=-ui2=ud,(2)共模(commonmode)输入,ui1=ui2=uC,差模电压放大倍数:,共模电压放大倍数:,3-48,结论：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:,3-49,(一)差模输入,均压器,3-50,RE对差模信号作用,ui1,ui2,ib1,ic1,ib2,ic2,ic1=-ic2,iRE=ie1+ie2=0,uRE=0,RE对差模信号不起作用,3-51,差模信号通路,T1单边微变等效电路,3-52,1.放大倍数,单边差模放大倍数:,3-53,若差动电路带负载RL(接在C1与C2之间),对于差动信号而言，RL中点电位为0,所以放大倍数：,即：总的差动电压放大倍数为：,差模电压放大倍数:,3-54,ro=2RC,ro,输入电阻：,输出电阻：,2.输入输出电阻,思考题：电路去掉RB能正常工作吗？RB的作用是什么？,3-55,(二)共模输入,RE对共模信号有抑制作用（原理静态分析，即由于RE的负反馈作用，使IE基本不变）。,uC,ic1、ic2,iRE、uRE,3-56,共模信号通路:,3-57,T1单边微变等效电路,3-58,AC0,问题：负载影响共模放大倍数吗？,不影响！,3-59,、恒流源式差放电路,电路结构:,3-60,rce31M,恒流源,T3:放大区,静态分析：主要分析T3管。,VB3VE3IE3IC3,3-61,电路改进：加入温度补偿三极管T4（BC短接，相当于二极管）,温度,IE3,温度,UBE4,UB3,IE3,结论：T4稳定IE3。,IE3,UBE4,Q变化,3-62,1.恒流源相当于阻值很大的电阻。,2.恒流源不影响差模放大倍数。,3.恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。,恒流源的作用,3-63,、差放电路的几种接法,双端输入-双端输出：,Ad=Ad1,双端输入-单端输出：,3-64,对Ad而言，双端输入与单端输入效果是一样的。,ud=0.5ui,uc=0,ud=0.5ui,uc=0.5ui,3-65,单端输出：,3-66,对于单端输入而言：,3.3.3互补输出级,一、互补电路,静态特征：T1、T2特性理想对称，静态时T1、T2均截止，UB=UE=0,对输出级的要求：带负载能力强；最大不失真输出电压最大，即其峰值接近电源电压。,3-67,动态特征：,ui正半周，电流通路为+VCCT1RL地，uo=uiui负半周，电流通路为地RLT2-VCC，uo=ui,两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。,3-68,交越失真,消除失真的方法：设置合适的静态工作点。,3-69,二、消除交越失真的互补输