模拟电子技术基础3章多级放大电路.ppt

1、第三章多级放大电路,多级放大电路的耦合方式 多级放大电路的动态分析 差分放大电路的分析计算,引导阅读本章讨论的问题,3.1 多级放大电路的耦合方式,直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合,3.1.1直接耦合 将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端,优点：,各级放大器静态工作点相互影响。 输出温度漂移严重。,缺点：,电路中无电容，便于集成化。 可放大缓慢变化的信号。 即低频特性好。 广泛应用,一、直接耦合放大电路静态工作点的设置,容易引起饱合失真,引入Re消除了饱合失真， 但Re引起了电压放大倍数的降低。 引入二极管，即提升了电位又降低 了电阻，电压倍数升高。 可引入多个二极管。,同二极管一

2、样,引起集电极电位不断升高， 引入PNP代替NPN，降低 了集电极电位。,优点：,各级放大器静态工作点独立。,输出温度漂移比较小。,缺点：,不适合放大缓慢变化的信号。,不便于作成集成电路。,3.1.2阻容耦合 将前一级的输出端通过电容连接到后一级的输入端,3.1.3变压器耦合 将前一级的输出端通过变压器连接到后一级的输入端或负载上。,优点：,各级放大器静态工作点独立。 可实现阻抗变换。,缺点：,不适合放大缓慢变化的信号。,不便于作成集成电路。,集成功率放大电路产生之前，所有的功率放大 电路都采用变压器耦合的形式。,3.2 多级放大器的动态分析, 前级的输出电阻是后级的信号源内阻, 后级的输入电

3、阻是前级的负载,1. 两级之间的相互影响,2. 电压放大倍数（以两级为例）,扩展到n级：,3. 输入电阻,4. 输出电阻,Ri=Ri1（最前级） (一般情况下）,Ro=Ron（最后级） (一般情况下）,特例：共集电路,解：,解：,2,1,2,3.3.1直接耦合放大电路的零点漂移现象 一、零点漂移现象及其产生的原因 零点漂移现象：输入电压为零而输出电压不为零且缓慢变化的现象 产生的原因: 电源电压的波动、元件的老化、半导体元件参数随温度的变化。一级一级放大至输出，有时在输出端无法分出什么是有用信号和无用信号。 主要原因： 温度引起的，故零点漂移又名温度漂移（温漂）,3.3直接耦合放大电路,?,例

4、如,若输出有1 V的漂移电压 。,则等效输入有100 uV的漂移电压,假设,第一级是关键,等效 100 uV,漂移 1 V,二、抑制温度漂移的方法,引入直流负反馈（如Re) 温度补偿的方法。(二极管) 采用特性相同的管子，使它们的温漂相互抵消，“差分放大电路”,从某种意义上讲，零点漂移就是Q点的漂移。,3.3.2差分放大电路 是多级直接耦合放大电路的基本单元电路,一、电路的组成,引入对称的两套电路 输入信号: 共模信号大小相等，极性相同(4V) 电路对共模信号有很强的抑制作用 差模信号大小相等，极性相反(+1V,-1V) 电路对差模信号无抑制作用 举例:+5V,+3V 但Re的引入降低了电压放

5、大倍数,其中ui1=-ui2,所以，Re对差模信号相当于短路。,若ui1 ,ui2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 IRe不变 UE不变,电源、信号源“共地”,二、长尾式差分放大电路,即：1=2= UBE1=UBE2= UBE rbe1= rbe2= rbe RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb,忽略Ib，有：Ub1=Ub2=0V,1. 静态分析：,2.对共模信号的抑制作用:,Uo= UC1 - UC2 = 0,1。当ui1 = ui2 = 0 时，,UC1 = UC2,设T ic1 ,ic2 uc1 , uc2 uo= uc1 - uc2 = 0 温度漂移可等效成共模信号，减少

6、温度漂移的影响。,2。当ui1=ui2 =uicuid=0。 设ui1 ，ui2 uo1 ， uo2 。 因ui1 = ui2， uo1 = uo2 uo= 0 (理想化)。,共模放大倍数,差模电压放大倍数,3。对差模信号的放大作用,因为ui1 =- ui2,设ui1 ,ui2 uo1 ,uo2 。 电路对称uo1=uo2 uo= uo1 uo2=2 uo1,画出差模等效电路:,三.差分放大电路的四种接法,1. 双端输入、双端输出（双入双出） 2. 双端输入、单端输出（双入单出） 3. 单端输入、双端输出（单入双出） 4. 单端输入、单端输出（单入单出） 主要讨论的问题有： 差模电压放大倍数

7、共模电压放大倍数 输入电阻 输出电阻,1.双端输入双端输出,(1)差模电压放大倍数,（2）共模电压放大倍数,（3）输入电阻,（4）输出电阻,2. 双端输入单端输出,静态分析：,这种方式适用 于将差分信号转换 为单端输出的信号。,(1)差模电压放大倍数,（2）输入电阻,（3）输出电阻,动态分析：,（4）共模电压放大倍数,ui1=ui2 =uic,设ui1 ，ui2 ie1 ， ie1 。 iRe （=2 ie1 ）,求共模电压放大倍数：,画出共模等效电路,3. 单端输入双端输出,计算同双端输入双端输出：,4. 单端输入单端输出,计算同双入单出：,注意放大倍数的正负号： 设从T1的基极输入信号，如

8、果从uo1 输出为负号；从uo2 输出为正号。,差分放大电路动态参数计算总结,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：,(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：,(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。,单端输出时， 双端输出时，,(4)输出电阻,(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：,解：,解:,3.1 判断图所示各两级放大电路中，T1和T

9、2管分别组成哪种基本 接法的放大电路。设图中所有电容对于交流信号均可视为短路。,（f）共基，共集,（a）共射，共基,（b）共射，共射,（c）共射，共射,（d）共集，共基,（e）共源，共集,3.2 设图所示各电路的静态工作点均合适，分别画出它们的交流等效电路， 并写出,、Ri和Ro的表达式。,解:,解:,解:,解:,3.4 电路如图所示， 晶体管的均为50， rbe均为1.2k， Q点合适。 求解,、Ri和Ro。,(a)解：,(b)解:,3.5 电路如图所示，晶体管的均为80，rbe均为1.5k， 场效应管的gm为3mA/V；Q点合适。求解,、Ri和Ro。,解：,解:,3.6 图所示电路参数理想

10、对称，12，rbe1rbe2rbe。 （1）写出RW的滑动端在中点时Ad的表达式；,（2）写出RW的滑动端在最右端时Ad的表达式， 比较两个结果有什么不同。,解：（1）RW的滑动端在中点时,。,比较结果可知，两种情况下的Ad完全相等； 但第二种情况下的,（2）RW的滑动端在最右端时,3.7 图所示电路参数理想对称，晶体管的均为50，,=100，UBEQ0.7。 试计算RW滑动端在中点时T1管和T2管的发射极静态电流IEQ， 以及动态参数Ad和Ri。,解：,3.9 电路如图所示，晶体管的=50，,（1）计算静态时T1管和T2管的集电极电流和集电极电位；,（2）用直流表测得uO=2V，uI=？若u

11、I=10mv，则uO=？,=100。,解:,uOuOUCQ11.23V,若uI=10mv，则,3.4电流源电路,晶体管和场效应管的作用： 1。晶体管和场效应管做为放大管。 2。晶体管和场效应管构成的电流源电路作为有源负载， 提高电压放大倍数。 3。集成运放的各级都应具有合适的静态工作点，即要有一定的偏置电流。 此电流是通过晶体管和场效应管构成的电流源电路提供的。,Ic电流是恒定的：,用普通的三极管接成电流负反馈电路， 即可构成一个基本的电流源电路。 射极偏置放大电路就具有这一功能。,IC,一、电流源电路：,V,应用： 带恒流源的差分放大电路,加大Re，可以提高共模抑制比。,等效很大的交流电阻,

12、恒流源的作用,根据单出共模抑制比公式：,恒流源：使共模放大倍数减小， 不影响差模放大倍数， 增加共模抑制比。,为此可用恒流源T3来代替Re 。,带恒流源的差分放大电路的计算：,动态：,恒流源等效电阻：,其它参数计算同前面的,静态工作点：,A,B,共模放大倍数减小，差模放大倍数不变。,恒流源电路的简化画法及电路调零措施,RW是调零电位器，作用使输入电压为零时，输出电压也为零。,RW是很大值时才能调零，则说明电路的对称性太差， 应重新选择电路元件。,镜像电流源,二、典型电流源电路,比例电流源,多路电流源,微电流源,1. 镜像电流源,基准电流,T1的负载变化时，只要Vcc和R不变，IC1将保持不变。

13、,因为：,IC0和IC1成镜像关系， IC1是输出电流,2时：,镜像电流源具有一定的温度补偿作用：,优点：电路简单，应用广泛,缺点：IC1较大使得IR增大，R上的功耗也会增大； IC1较小使得IR减小，则需要大的电阻R。,2. 比例电流源,IC1电流稳定,当2时，IC0=IE0=IR, IC1=IE1 则：,基准电流IR：,3.多路电流源,集成运放是一个多级放大电路，需要多路电流源来提供 合适的静态电流。利用一个基准电流去获得多个不同的 输出电流，以适应各级的需要。,4. 微电流源,微电流源的特点：,可以采用阻值较小的R，而获得较小的输出电流IC1。,1.加射极输出器的电流源,整理得：,三、改进型电流源电路,IR和IC1成镜像关系,2。威尔逊电流源,特点：IC2高度稳定,则即使在很小时，也可认为IC2近似等于IR。,1. 有源负载共射放大电路,四、以电流源为有源负载的放大电路,T1为放大管， T2、T3为镜像电流源,提高RC，提高共射放大电路的放大倍数， 但RC过高，电源必将提高，又不可能过高。,有源负载使电压放大倍数提高,静态时： IC1=IC