第6章级联放大电路

1、1/281.输入级输入级:高性能的差动放大电高性能的差动放大电路。运放有两个输入端，一个路。运放有两个输入端，一个称为称为同相输入端同相输入端，即输出与该即输出与该端输入信号相位相同，用符号端输入信号相位相同，用符号u 表示；另一个称为表示；另一个称为反相输反相输入端入端，即输出与该端输入信号即输出与该端输入信号相位相反，用符号相位相反，用符号u表示。表示。 4.恒流源偏置：恒流源偏置：可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。流，以稳定工作点。 3.低阻输出级：低阻输出级：由由pnp和和npn两种极性的三极管或复合管组两种极性的三极管或复合

2、管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅功率放大器。功率放大器。2.中间放大级：中间放大级：提供高的电压增益，以保证运放的运算精度提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。多为差动电路和带有源负载的高增益放大器。多为差动电路和带有源负载的高增益放大器。差放差放输入级输入级中间中间放大级放大级低阻低阻输出级输出级恒流源恒流源偏置偏置u-u+运放组成运放组成2/283/28问题：问题：1.为什么要采用多级级联放大？为什么要采用多级级联放大？2.常用的级联耦合方式有哪几种？特点如何？常用的级联耦合方式有哪几种？特点如何？3.级联电路的

3、动态特性主要取决于那一级？如何分析级联电路的动态特性主要取决于那一级？如何分析计算？计算？4/28级联问题的产生原因：级联问题的产生原因：电压增益指标不满足要求等。需要电压增益指标不满足要求等。需要多次（级）放大。多次（级）放大。uiuoec5/28阻容偶合阻容偶合变压器偶合变压器偶合直接耦合直接耦合光电耦合光电耦合耦合概念：耦合概念：多级放大电路的连接过程中，前一级输出与多级放大电路的连接过程中，前一级输出与下一级输入的连接方式称为耦合方式。下一级输入的连接方式称为耦合方式。放大电路的级间耦合应满足条件放大电路的级间耦合应满足条件: :（1 1）保证信号的传输；）保证信号的传输；（2 2）保

4、证各级的静态工作点正确。）保证各级的静态工作点正确。耦合方式耦合方式6/281. 阻容耦合阻容耦合uiuoec优点：优点：结构简单，各级放大电路工作点互不影响，放大效果好；。结构简单，各级放大电路工作点互不影响，放大效果好；。缺点：缺点：不能传送变化缓慢的信号或直流信号。不适宜集成化。不能传送变化缓慢的信号或直流信号。不适宜集成化。特点：特点：概念：级间采用电容耦合。概念：级间采用电容耦合。电容的作用：电容的作用：传送交流信号；阻隔直流。传送交流信号；阻隔直流。与下级输入电阻构成阻容耦与下级输入电阻构成阻容耦合。合。7/282. 变压器耦合变压器耦合概念：概念：两级间利用变压器来传送信号的耦合

5、方式称变压器耦合。两级间利用变压器来传送信号的耦合方式称变压器耦合。（1）变压器耦合可隔除直流，传递一定频率的交流信号，因）变压器耦合可隔除直流，传递一定频率的交流信号，因此各级的此各级的 q 互相独立。互相独立。（2 2）可以实现输出级与负可以实现输出级与负载的阻抗变换，以获得有效载的阻抗变换，以获得有效的功率传输。的功率传输。变压器耦合的特点：变压器耦合的特点：变压器耦合放大电路变压器耦合放大电路8/28变压器耦合阻抗变换的原理图变压器耦合阻抗变换的原理图n1 / n2 =u1 / u2; n2 / n1 =i1 / i2; 理想条件下，变压器原副边的匝数比为：理想条件下，变压器原副边的匝

6、数比为：结论：可通过调整匝比结论：可通过调整匝比 n 使原、副端阻抗匹配使原、副端阻抗匹配。rlu1 =u2 n1 / n2 i1 = i2 n1 / n2所以有所以有rl = u1 / i1 = (n1 / n2 ) 2 rl = n2 rl阻抗变换工作原理：阻抗变换工作原理：9/283. 直接耦合直接耦合直接耦合的特点直接耦合的特点优点：优点：具有良好的低频特性，具有良好的低频特性，可放大变化缓慢的信号，无可放大变化缓慢的信号，无耦合大电容，耦合大电容，便于集成便于集成。直接耦合放大电路直接耦合放大电路概念：概念：各级电路之间直接连接或采用对直流呈导通特性的电各级电路之间直接连接或采用对直

7、流呈导通特性的电阻、二极管等元件相接。阻、二极管等元件相接。10/284. 光电耦合光电耦合概念：概念：两级间利用光电耦合器来传送信号的耦合方式称两级间利用光电耦合器来传送信号的耦合方式称光电耦合光电耦合。iie1rliod2rluod1e2+-ui工作原理：工作原理：采用发光二极管和光敏二极管构成；采用发光二极管和光敏二极管构成；输入电压输入电压ui使使d1发光；光发光；光使使d2产生电流，输出产生电流，输出uo。工作过程：工作过程：电电光光电电特点：特点：抗干扰性强。（干扰信号不能产生持续的电流、单向传输、输入抗干扰性强。（干扰信号不能产生持续的电流、单向传输、输入输出不共地解决地线干扰）

8、输出不共地解决地线干扰）光电耦合电路光电耦合电路11/28 多级放大电路放大倍数的计算多级放大电路放大倍数的计算 n1=iin321aaaaaa其中：其中：ai是第是第i级放大电路的放大倍数。级放大电路的放大倍数。(1)输入电阻法输入电阻法求分立元件多级放大电路电压增益有两种方法求分立元件多级放大电路电压增益有两种方法(2)(2)开路电压法开路电压法12/28(1)输入电阻法：输入电阻法：在求单级放大电路的放大倍数时必须将后在求单级放大电路的放大倍数时必须将后一级的输入电阻作为前一级的负载考虑，即将第二级的输入一级的输入电阻作为前一级的负载考虑，即将第二级的输入电阻与第一级集电极负载电阻并联。

9、电阻与第一级集电极负载电阻并联。13/2821iouuuaauuao1oio1uuauuauu 21，oo1oiusssio1i1si1uuuuuauuuurarr其中：考虑信号源内阻时考虑信号源内阻时级联放大器电压增益级联放大器电压增益au14/28(2)(2)开路电压法开路电压法: : 将后一级与前一级开路，计算前一级的开路将后一级与前一级开路，计算前一级的开路电压增益和输出电阻，并将其作为信号源内阻加以考虑，共电压增益和输出电阻，并将其作为信号源内阻加以考虑，共同作用到后一级的输入端。同作用到后一级的输入端。(即将前一级输出电阻看成后一级即将前一级输出电阻看成后一级的信号源内阻的信号源内

10、阻)15/28us2u1o1oio1iouaauuuuuua o1ous2io1u1uua;uua ui1si1sousarrruua 总的电压放大倍数为总的电压放大倍数为考虑信号源内阻时考虑信号源内阻时其中：其中：16/28例题：两级放大电路参数如例题：两级放大电路参数如图所示。图所示。hfe1= hfe2 =hfe=100; ube1=ube2=0.7=0.7v。要求：分别用输入电阻法要求：分别用输入电阻法和开路电压法计算总电压和开路电压法计算总电压增益。增益。已知三极管的参数为已知三极管的参数为: :多级放大电路中频特性分析举例多级放大电路中频特性分析举例多级放大电路的中频特性指标多级放

11、大电路的中频特性指标：与单级相同，有电压增益、输与单级相同，有电压增益、输入电阻、输出电阻。入电阻、输出电阻。17/28uceq1=ecicq1rc1ie1re1 ec icq1(rc1+re1)=4.7vieq1=(ub1 ube1)/ re1ub1= ec rb2 / (rb1+rb2)ibq= icq1 / =9.3 aicq1 ieq1 = 0.93ma解：方法一：用输入电阻法解：方法一：用输入电阻法求电压增益求电压增益（1 1）求静态工作点）求静态工作点v26. 71 . 593. 012c1cq1cb2c1 rieuu18/28ma04. 19 . 3/04. 49 . 3/ )9

12、6. 712(/ )(e2e2cq2eq2 rueiicvc2cq247. 43 . 404. 1riu2c e2b2eb27.260.77.96vuuu ve2c2ceq245. 396. 747. 4uuu 19/28三极管的输入电阻三极管的输入电阻: :k8 . 204. 126101300ma)(mv)(26)1 (=k1 . 393. 026101300ma)(mv)(26)1 (=e2bbie2e1bbie1ihrhihrhfefe（2）求电压增益）求电压增益20/28第一级电压增益：第一级电压增益：ie2i2ie1i2c1u1=hr;.)./.(h)r/r(hafe 式中3581

13、382151006 .1538 . 23 . 4100h)r/r(hafe ie2lc2u2=8955)6 .153(3 .58aaa u2u1u2ir总电压增益：总电压增益：第二级电压增益：第二级电压增益：21/28如求如求a aus，需计算第一级的输入电阻，需计算第一级的输入电阻ri1 。ri1 =hie1 / rb1 / rb2 =3.1/51/20 =3.1/14.4=2.55k 643689555521552 .arrruuuuuuaui1si1o1oio1sius+=1ir22/28 第一级的开路电压增益第一级的开路电压增益51641315100.hrhafe ie1c1u1=c1

14、o1rr 3548234100821582.hrhrrrafe ie2c2i2o1i2us2=方法二：方法二： 用开路电压法求电压增益用开路电压法求电压增益8932)5 .164(3 .54u2u1u aaa 第一级输出电阻第一级输出电阻 第二级电压增益第二级电压增益 总电压增益总电压增益o1ri2r23/28零点漂移现象零点漂移现象: : 在直接耦合的放大电路中，输入为零，而输在直接耦合的放大电路中，输入为零，而输出电压却缓慢变化的现象，称为出电压却缓慢变化的现象，称为零点漂移现象零点漂移现象。零点漂移产生的原因：零点漂移产生的原因：温度温度变换所引起的半导体器件参数的变换所引起的半导体器件

15、参数的变化是产生零点漂移现象的主要变化是产生零点漂移现象的主要原因，因此零点漂移也称为原因，因此零点漂移也称为温度温度漂移漂移，简称简称温漂温漂。直接耦合放大电路直接耦合放大电路抑制零点漂移的方法：抑制零点漂移的方法：（1 1）引入直流负反馈）引入直流负反馈（2 2）温度补偿）温度补偿（3 3）采用差分放大电路）采用差分放大电路24/28本章主要内容如下本章主要内容如下: :一、级联目标一、级联目标提高放大电路增益。提高放大电路增益。二、耦合方式二、耦合方式阻容耦合：电容与后级输入电阻一起形成阻容耦合，各级之阻容耦合：电容与后级输入电阻一起形成阻容耦合，各级之间直流工作点独立。不易集成。间直流

16、工作点独立。不易集成。变压器耦合：功率传输效率高，能传递直流和变化缓慢的信变压器耦合：功率传输效率高，能传递直流和变化缓慢的信号。不易集成。号。不易集成。直接耦合：能传输交流、直流信号，易集成。直接耦合：能传输交流、直流信号，易集成。二极管光电耦合：电二极管光电耦合：电- -光光- -电，不易集成。电，不易集成。级联放大电路小结级联放大电路小结25/28三、级联放大电路的分析方法三、级联放大电路的分析方法1.1.交流分析目标：交流分析目标：整个电路电压增益、输入电阻和输出电阻。整个电路电压增益、输入电阻和输出电阻。2.2.总电压增益：总电压增益：各级放大电路增益之积。各级放大电路增益之积。3.

17、3.输入电阻：输入电阻：第一级放大电路输入电阻。第一级放大电路输入电阻。4.4.输出电阻：输出电阻：最后一级输出电阻。最后一级输出电阻。5.5.增益分析方法：增益分析方法：输入电阻法、开路电压法。输入电阻法、开路电压法。级联放大电路小结（续）级联放大电路小结（续）26/28四、放大电路的分析方法四、放大电路的分析方法1.1.静态分析静态分析：就是求解静态工作点就是求解静态工作点q，在输入信号为零时在输入信号为零时，晶体管晶体管（和场效应管和场效应管）各电极间的电流与电压就是各电极间的电流与电压就是q点。可点。可用用解析解析法或图解法求解。法或图解法求解。2.2.动态分析动态分析：就是求解各动态

18、参数和分析输出波形。通常就是求解各动态参数和分析输出波形。通常, ,利利用用h参数等效电路计算参数等效电路计算小小信号作用时的信号作用时的au、ri和和ro，利用图利用图解法分析解法分析uom和失真情况。和失真情况。放大电路的分析应遵循放大电路的分析应遵循“先静态、后动态先静态、后动态” 的原则的原则：只有静态工作点合适只有静态工作点合适, ,动态分析才有意义动态分析才有意义；q点点不但影响电路不但影响电路输出是否失真输出是否失真，而且与动态参数密切相关。而且与动态参数密切相关。 晶体管放大电路小结（续）晶体管放大电路小结（续）27/28五五、晶体管晶体管放大电路放大电路晶体管基本放大电路有共射、共集、共基三种接法。晶体管基本放大电路有共射、共集、共基三种接法。1.1.共射放大电路共射放大电路：即有电流放大作用又有电压放大作用即有电流放大作用又有电压放大作用，输输入电阻居三种电路之中入电阻居三种电路之中，输出电阻较大输出电阻较大，适用