第三章多级放大电路

1、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、直接耦合放大电路第一级第一级第二级第二级第第n-1级级第第n级级输输入入输输出出耦合耦合耦合方式：耦合方式：(1)直接耦合直接耦合 (2)阻容耦合阻容耦合(3)变压器耦合变压器耦合 (4)光电耦合光电耦合3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式为获得足够大的放大倍数为获得足够大的放大倍数,需将单级放大器串需将单级放大器串接接,组成多级放大器组成多级放大器对耦合电路要求：对耦合电路要求：要求要求动态动态: 传送信号传送信号减少压降损失减少压降损失 耦合电路：耦合电路：静态：静态：保证保证各级各级q点点设置设置

2、波形不失真波形不失真直接耦合放大电路1. 直接耦合直接耦合(1) (1) 没有电容的隔直作用，各级放大器的静态工作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。点相互影响，不能分别估算。(2) (2) 前一级的输出电压是后一级的输入电压，后一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。级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(3) (3) 总电压放大倍数总电压放大倍数= =各级放大倍数的乘积。各级放大倍数的乘积。(4) (4) 总输入电阻总输入电阻 r ri i 即为第一级的输入电阻即为第一级的输入电阻r ri i1 1 ，总输出电阻即为最后一级

3、的输出电阻。总输出电阻即为最后一级的输出电阻。(5) (5) 受零点漂移温度漂移的影响大受零点漂移温度漂移的影响大(6) (6) 很容易集成化很容易集成化直接耦合放大电路的特点直接耦合放大电路的特点2. 阻容耦合阻容耦合阻容耦合放大电路(1) 由于电容的隔直作用，由于电容的隔直作用，受零点漂移温度漂移的受零点漂移温度漂移的影响小；影响小；各级放大器的静态工作点相互独立，各级放大器的静态工作点相互独立，可以分别估算。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。级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(3)

4、总电压放大倍数总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。各级放大倍数的乘积。(4) 总输入电阻总输入电阻 ri 即为第一级的输入电阻即为第一级的输入电阻ri1 。总输。总输出电阻即为最后一级的输出电阻。出电阻即为最后一级的输出电阻。 (5) 很不容易集成化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，从而改善放大电阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能。电路的性能。多级阻容耦合放大器的特点多级阻容耦合放大器的特点3. 变压器耦合

5、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。多级多级阻容耦合阻容耦合放大器放大器r11rc1c11c12r12ce1re1uir21+ecrc2c21c22r22ce2re2rluori=ri1rori2uo1ui2前一级的输出电压前一级的输出电压是后一级的输入电压是后一级的输入电压后一级的输入后一级的输入电阻是前一级的电阻是

6、前一级的交流负载电阻交流负载电阻。多级多级阻容耦合阻容耦合放大器的电压放大倍数、输入电阻、放大器的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算输出电阻的计算ri2rbe1rc1iu r11r12becic1ib1uo1第一级的微变等效电路第一级的微变等效电路第二级的第二级的输入电阻输入电阻belurra ri= ri 1 = r11/ r12/ rbe1=- 1rc1/ri2rbe1au1=uo1ui多级多级阻容耦合阻容耦合放大器的电压放大倍数、输入电阻、放大器的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算输出电阻的计算 ri 2 = r21/ r22/ rbe2=- 2rc2/rlrbe2au2=uou

7、i2 ro = rc2rbe2rc2rlou r22becic2ib2r21ui2第二级的微变等效电路第二级的微变等效电路au=uoui=uo1uiuoui2= au1au2总电压放大倍数总电压放大倍数= 1rc1/ri2rbe1 2rc2/rlrbe2rbe2rc2rlou r22becic2ib2r21rbe1rc2iu r11r12becic1ib1uo1ui2au为正，输入输出同相为正，输入输出同相总放大倍数等于各级总放大倍数等于各级放大倍数的乘积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

8、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。设设: 1= 2=50, rbe1 = 2.9k , rbe2 = 1.7 k 典型电路典型电路 oirra、求：前级前级后级后级+uccrs1m(+24v)r120k27kc2c3r3r2rlre282k43k10k8k10kc1rc2t1re1cet2suouiu关键关键: :考虑级间影响。考虑级间影响。1. 静态静态: q点同单级。点同单级。2. 动态性能动态性能:方法方法:ri2 = rl1ri221iouu+uccrs1m(+24v)r120k27kc2c3r3r2rlre282k43k10k8k10kc1rc2t1re1cet2

9、suouiu1ou2iu性能分析性能分析微变等效电路微变等效电路: :ri2+uccrs1m(+24v)r120k27kc2c3r3r2rlre282k43k10k8k10kc1rc2t1re1cet2suouiu1ou2iure1r2r3rc2rlrsr1suiu1ber2ber1bi1bi2bi2biouir2iror1. ri = r1 / rbe1 +（ +1)rl1其中其中: : rl1 = re1/ ri2 = re1/ r2 / r3 / rbe1=re1/rl1 = re1/ri2= 27 / 1.7 1.7k ri =1000/(2.9+511.7) 82k 2. ro =

10、rc2= 10k re1r2r3rc2rlrsr1suiu1ber2ber1bi1bi2bi2biouir2iror3. 电压放大倍数电压放大倍数:其中：其中： 968. 07 . 1519 . 27 . 151) 1() 1(111111lbelurrrare1r2r3rc2rlrsr1suiu1ber2ber1bi1bi2bi2biouir2iror147711010502222.)/(rrabelure1r2r3rc2rlrsr1suiu1ber2ber1bi1bi2bi2biouir2iror296.142968.014721uususaaarb=570k re=5.6k rl=1.5

11、2k =100ec=15vrb+ecc1c2rerluiuori=101 k au=0.98rbe=2.36 k 用射极输出器作为输入级用射极输出器作为输入级,构成两级放大器，可提高构成两级放大器，可提高放大器的输入电阻放大器的输入电阻 1rr/rsbeero=5.6/2.361+100=23 rs=0uirbc1rer11+ecrc1c11c12r12ce1re1rlui2uousrsri2=1.52 k au2=-93ri=101 k au1=0.98aus=au1 au2riri+rs=(-93)(0.98)101+20101=-76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

12、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用射极输出器作为输出级,构成两级放大器，可减小构成两级放大器，可减小放大器的输出电阻放大器的输出电阻,提高带负载的能力提高带负载的能力r11+ecrc1c11c12r12ce1re1rluiuoro1= rc1 =5k rl=5k 时时, au=-93rl=1k 时时, au=-31belurra rb+ecc1c2rerlui2uo5k 5.6 k 570 k =100ri2=173 k au2=0.99rbe=2.36 k 设设: gm=3ma/v =50rbe = 1.7k例题例题: 前级前级:场效应管场效应管共源极放大器共源极放大器后

13、级后级:晶体管晶体管共射极放大器共射极放大器求求:总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻+uccrs3m(+24v)r120kui10kc2c3r4r3rlre282k43k10k8kuo10kc1rct1re1ce2t2usce1rd10kr21m（1）估算各级静态工作点）估算各级静态工作点: （略）（略）（2）动态分析）动态分析: 微变等效电路微变等效电路ir2irorr3r4rcrlrsr2su iu ou r1rdibidrbeicugs首先计算第二级的输入电阻首先计算第二级的输入电阻 ri2= r3/ r4/ rbe=82/43/1.7=1.7 k ir

14、2irorr3r4rcrlrsr2su iu ou r1rdibidrbeicugs第二步第二步:计算各级电压放大倍数计算各级电压放大倍数au1=- gmrl1=-gm (rd /ri2)=-3(10/1.7)=-4.4belurra 2=- rc2/rlrbe=-50(10/10)/1.7=-147ir2irorr3r4rcrlrsr2su iu ou r1rdibidrbeicugs第三步第三步:计算输入电阻、输出电阻计算输入电阻、输出电阻ri=r1/r2=3/1=0.75m ro=rc=10k ir2irorr3r4rcrlrsr2su iu ou r1rdibidrbeicugs第四步

15、第四步:计算总电压放大倍数计算总电压放大倍数au=au1au2 =(-4.4) (-147) =647rirs+riaus= au =647 750/(20+750)=630uirc1r1t1增加增加r2 、re2 : 用于设置合适的用于设置合适的q点。点。问题问题 1 :前后级前后级q点相互影响。点相互影响。+uccuorc2t2r2re2直接耦合电路的特殊问题直接耦合电路的特殊问题3.3 直接耦合放大电路问题问题 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，使得前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当当 ui 等于零时，等于零时， uo不等于零。不等于零。uirc1r1

16、t1+uccuorc2t2r2re2uot0有时会将有时会将信号淹没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

17、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

18、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=rbe

19、2=rbe；re为公共的发射极电阻。1.静态分析静态分析2.对共模信号的抑制作用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。 occicuauicuocuicu3.对差模信号的放大作用对差模信号的放大作用任意输入的信号任意输入的信号: ui1 , ui2 ，都可分解成差模分，都可分解成差模分量和共模分量。量和共模分量。注意：注意：ui1 = uc

20、 + ud ；ui2 = uc - ud例例: ui1 = 20 mv , ui2 = 10 mv则：则：ud = 5mv , uc = 15mv 差模分量差模分量:221iiduuu共模分量共模分量:221iicuuu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

21、。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

22、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，

23、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。例例3.3.1 电路如图（a）所示，已知rb

24、=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