第三章 多级放大电路

1、第三章 多级放大电路31 多级放大电路的级间耦合方式一、多级放大电路1多级放大电路实际的输入信号很微弱，如话筒输出信号在V或mV数量级，一般压力或温度传感器输出的电信号也在V或mV数量级。要想使信号放大到终端负载（如扬声器、显示器或执行机构等）所需要的信号幅度或功率，则需要若干单级放大电路对信号放大、再放大。如同4×100接力一样。将若干个单级放大电路连接起来，所组成的电路称为多级放大电路。通常称两级或两级以上的放大电路为多级放大电路。2级间耦合多级放大电路中级与级之间的信号传输称为耦合。二、级间耦合方式1阻容耦合（1）定义：前级与后极之间通过电容实现信号传输，称为阻容耦合。1、C2

2、为耦合电容)（3）特点： 级间静态工作点互不影响； 只能用来放大交流信号，其下限频率与耦合电容的容量有关。不能用来放大直流信号。2直接耦合（1）定义：前级的信号输出端直接或通过非电抗性元件接到下一级的信号输入端。（3）特点： 前后级静态工作点相互影响，故静态工作点需联合设置。e2既起直流电流负反馈（稳定T2的静态工作点），又起交流电流负反馈（改善T2这一级的交流性能）。 既可以放大交流信号，也可以放大直流信号（下限频率为零）。3变压器耦合（1）定义：前后级通过变压器实现信号传输。L为第二级放大电路）(3)特点：前后级静态工作点互不影响。只能放大交流信号，不能放大直流信号。能实现前级输出与后级输

3、入的阻抗匹配，从而使后级得到最大的输入功率。4光电耦合 （模拟电子中不用）(1) 用光电耦合器（光耦）作为级间耦合器件。(2)(3) 特点前后级间直流隔离。用于传输脉冲信号。（光耦可实现脉冲信号的传输，同时实现强弱电的隔离）32多级放大电路的电路分析一、多级放大电路性能指标公式1放大倍数（1）电压放大倍数 u=·····=u1·u2···un=uj电压增益： Gu=20lgu=20lgu1·u2···un 20(lgu1lgu2···u

4、n) 20lgu120lgu2···20lgun Gu1Gu2···Gun(2) 电流放大倍数 i=····=i1·i2···in电流增益 Gi=20logi=20logi1·i2···in=···=G i 1Gi2···Gin (3) 功率放大倍数Ap=····=Ap1·Ap2··

5、83;Apn功率增益Gp=10lgAp=10lg(Ap1·Ap2···Apn)=··· =Gp1Gp2···Gpn2.输入电阻 Ri=Ri13.输出电阻 Ro=Ron二、阻容耦合两级放大电路的电路分析1 原理电路：2 静态工作点的计算（各级独立计算，可由学生自己解决） UBQ1=···VIEQ1=···(mA)则IBQ1=···(mA) ICQ1=1IBQ1=···(mA) U

6、CEQ1=VCCICQ1R3UEQ1=···(V)IBQ2=···(mA)ICQ2=2IBQ2=···(mA)UCEQ2=VCCIEQ2R6=VCC(IBQ2ICQ2)R6=···(V)3.交流性能指标计算（1） 微变等效电路 图321 微变等效电路（1）电压放大倍数 u=·u1·u2而u1··· RL1R5/rbe2(12)RL , RLR6/RL u2=···uu1·u·&

7、#183;·(3)输入电阻 RiRi1R1/R2/rbe1···. rbe1rbb1(11) （4）输出电阻RoRo2 作一系列处理：RL开路，i短路. Ro2R6/3.3直接耦合放大电路一、直接耦合放大电路的零点漂移1 零点和零点漂移（1）零点：直接耦合放大电路在ui=0，且环境温度不变时，输出端对地的电位（电压）称为零点。零点是ui0时电路输出端某时刻输出信号电压的电位参考点。（2）零点漂移：直接耦合放大电路在ui=0情况下，当环境温度变化或电源电压波动时，输出端对零点所输出的电压叫零点漂移（零漂）。零点零点漂移 图331 零点漂移温度变化引起的零点

8、漂移叫温度漂移温漂。温漂是是零点漂移的主体。（3）产生零点漂移的原因（指温漂） 管子参数受温度影响；前级静态工作点的变化被后级放大。（4）零点漂移的危害 当ui为交流信号时，零点漂移造成静态工作点的移动，从而影响管子的动态范围，严重时会产生信号失真。 当ui为直流信号时，输出端的零点漂移信号与有用信号混合无法区分，严重时零点漂移信号淹没有用信号，电路失去放大信号的意义。（5）零点漂移的衡量公式的结果为折合到输入端的漂移电压,对应于温度每变化1度，或对应于时间的每天，或每月。mV/Cº(温漂，t代表温度变化)mV/天（零漂，t代表时间）mV/月（零漂，t代表时间2抑制零点漂移的措施（方

9、法）P146（1）在电路中引入直流负反馈，适用于ui为交流信号的电路中。（2）在偏置电路中加入温度补偿元件。（3）放大电路采用差分放大电路。二、差分（动）放大电路1基本差分放大电路（书中没有）（1）原理电路电路特点： 电路对称 双端输入、双端输出，即输入、输出端均没有地线。图332 基本差分放大电路（2）工作原理分析 ui=0（静态）时 T1、T2分别在偏置电路作用下，处于放大状态。由于电路对称则UC1=UC2，则uo=UC1-UC2=0，无输出电压即零点电压为零。 静态工作点的计算自己解决。也可基极外电路用戴维南定理等效后再计算IBQ。（ui=0,可认为UA=UB=0,即A、B均接地。由于电

10、路对称只计算半边有关值即可。IBQ1=IBQ2=····(mA)则ICQ1=ICQ2=1IBQ1=···(mA) UCEQ1=UCEQ2=VCC-ICQ1Rc1=···(V) )ui0(即有信号输入时)图333 输入等效电路.输入信号 输入回路等效电路如图333所示。由于电路对称，则有ui1=uiui2=ui即ui1=ui2当两个输入信号大小相等，而相位相反时，称这两个信号为差模输入信号。则ui=2ui1=ui1ui1=ui1ui2差模输入信号记作uid，在图333中uid就是ui；当A、B分别

11、输入ui1和ui2时uidui1ui2。·输出信号由单管放大原理:uo1u1·ui1，uo2u2·ui2则uouo1uo2u1·ui1u2·ui2u1(ui1ui2)u1·uiu1·2ui12uo1可见，输出电压较单管放大时的输出电压增大一倍（因ui1与ui2相位相反，则当uo1增大时，uo2减小，二者变化量相等，故输出电压是单管放大时的2倍）。·差模电压放大倍数d du1 (RL=) 接入RL时d (RL中点为地电位) 可见放大倍数同于单管放大电路。差分电路多用半边电路的目的是抑制零点漂移。（4）电路对零点漂移的

12、抑制能力 电路的零点漂移电压 由前述直流分析可知，电路的零点电压为零。 当温度变化或电源电压波动时，由于电路对称，则iC1=iC2,uC1=uC2,则uo=uC1uC2=0可见电路的零点漂移电压也为零，即无零点漂移电压。 零点漂移可等效成共模输入信号 由于电路对称，则零点漂移信号使iC1=iC2,uC1=uC2。这种作用效果等效成两个输入端（A、B）对地输入极性相同、大小相等的信号 共模输入信号。上述电路在电路对称时，输出的零点漂移电压为零，零点漂移电压可用共模电压放大倍数表示，则零点漂移电压为零即为共模电压放大倍数为零，即 c0如果电路不对称，则uC1uC2，则Uoc=uC1uC2 0，则c

13、0。当采用图333的方式输入时，uic0；当A、B分别输入ui1和ui2时uic=。（5）共模抑制比 定义：KCMR=或KCMR=20log(dB) 电路对称时KCMR=，当然电路不对称时KCMR小于。（6）基本差分放大电路存在的问题 信号只能双端输入，而任一端不能是地，不能用来放大来自传感器的信号，因为传感器的输出信号一般一端为地。 信号只能双端输出，而任一端不能是地，故不能接真实负载。真实负载一般一端为地。这样，电路将无法接收实际的输入信号和无法将输出信号传输给实际的负载。2. 长尾式差分放大电路（射极耦合差分放大电路）（1）原理电路 分别画出单电源供电和双电源供电电路。单电源供电时，VE

14、E处接地，两管基极与VCC之间分别接入偏置电阻Rb1、Rb2。图334 长尾差分放大电路（2）双电源供电电路Q点的计算静态工作点就是ui=0，可将A、B均看成地电位。一般说来由于电路对称，只计算半边即可。 IBQ1R1UBEQ1IEQRe=VEE注意到 IEQ=IEQ1IEQ2=2IEQ1得 IBQ1R1UBEQ12（11）I BQ1Re=VEE所以 IBQ1=IBQ2=···(mA)则 ICQ1=ICQ2=1IBQ1=···(mA) UCEQ1=UCEQ2=UCQ1UEQ1 而 UCQ1=VCCICQ1Re=··

15、·(V) UEQ1=UBQ1UBEQ1=IBQ1R1UBEQ1=···(V)所以 UCEQ1=UCEQ2=···(V) （3） 交流性能指标的计算 Re 对差模信号的作用对输入的差模信号来说，ui1=ui2，故iE1=iE2（二者大小相等，流向相反），故流过Re的差模动态电流iE=iE1iE20，即Re对差模信号起短路的作用。 差模交流性能指标 （书中采用微变等效电路分析法，学生课后自学）·差模电压放大倍数由于Re对差模信号起短路的作用，则对差模信号来说电路同于基本差分电路，则 du1·共模抑制比电路对称

16、时KCMR，电路不对称时KCMR小于·差模输入电阻 Rid2(R1rbe1)·差模输出电阻 Rod2Rc Re对共模信号的作用共模信号uic1=uic2，则有iE1=iE2，则iE=iE1+iE2=2iE1,那么Re上压降为2iE1Re或2iE2Re。可见Re对共模信号起2 Re电流负反馈的作用。从而使电路的共模电压放大倍数Ac很小。再考虑到两边电路元件参数对称，Ac会更小。 由于有Re的共模负反馈的作用，即使两边电路不对称，Ac也很小。正是这个原因，长尾电路会有四种接法（后面讲述）。 （4）差分电路的电压传输特性 无论是基本差分放大电路，还是长尾放大电路。由于d=u1，则

17、输入的差模电压uid=ui1ui2的数值，再一定的范围内由零逐渐增大时，输出电压uod的数值也会线性增大，但uod与uid相位相反。但当uid绝对值过大，使管子超过动态范围时，则uid再继续增大，uod不会再增大。因此，电路的电压传输特性如下图所示。 图337 电压传输特性（5）长尾式差分放大电路的四种接法由于长尾式电路中的Re对共模信号有强烈的负反馈作用，则在环境温度变化时，每个输出端对地电压基本不变，即每个输出端基本没有零点漂移电压。故此，电路除可以双端输出外也可以单端输出。另外，下面将会分析得知，由于Re对共模信号的抑制作用，信号的输入不但可以双端输入，也可以单端输入。长尾式电路的四种接

18、法如下。双端输入双端输出电路和性能前面已述。d=u1= （RL）Rid=2(R1rbe1)Rod=2Rcc0 (电路对称)KCMR=双端输入单端输出·由T1）设输出电压 uo极性为T1集电极为正，地为负。 此时T2集电极电阻RC2可用短路线代替。d=u1=Rid=2(R1rbe1)Rod=Rcc=c1=KCMR·由T2集电极对地输出（电路自己画出）设输出电压uo的极性为T2集电极为正，地为负。此时，T1集电极电阻Rc1可以用短路线代替。du1其它指标同上。单端输入双端输出输入既可以由A端输入，也可以由B端输入，而另一输入端接地。由A端输入的电路见书P155图(a).输入回路

19、等效电路： 图338 输入等效电路比较A、B两端对地的等效信号，上方的两个信号为共模信号，下方的两个为差模信号。由于Re对共模信号有强烈的负反馈，电路对它们几乎不放大，则它们可以去掉。起作用的仅剩差模信号。所以，单端输入时等效为双端输入。因此上述单端输入双端输出的电路的性能指标如下：du1=Rid=R1+rbe1Rod=2RcAc0KCMR 单端输入单端输出电路及性能指标自己解决。du1，Rid=R1+rbe1，Rod=Rc3改进型长尾差分放大电路（1）具有调零电位器的电路 原理电路 图339 改进型长尾电路RW的作用与调节W和分别对T1、T2起直流负反馈作用。从而实现uo零点的调节。（ui=

20、0时，uo=0） uo零点的调节有实用价值。因为电路对称在实际中很难做到，其主要原因是两个管子参数一致很难实现。·当电路两边参数完全对称时 RW滑动端应处在中间位置，从而使ui0时，uo0。则对T1、T2每管射极的直流电流负反馈电阻均为（2ReRW）.·当电路两边参数不对称时调节RW滑动端位置，使ui0时，uo0。若ui0时，uo>0uo>0，即UC1>UC2，也就是IC1<IC2。为了使uo0，则应增大IC1、减小IC2，故RW滑动端应左移（减小W，增大）。若ui0时，uo<0uo<0,即UC1<UC2，也就是IC1>IC2

21、。为了使uo=0，则应减小IC1、增大IC2，故RW滑动端应右移（增大W，减小）。Q点的计算（以RW滑动端在中间位置为例）ui0看成A、B端均接地。IBQ=···(mA)则ICQIBQ···(mA)UCEQUCQUEQ而UCQVCCICQRc，UEQUBQUBEQIBQRbUBEQ所以UCEQVCCICQRcIBQRbUBEQ···(V)若RW滑动端不在中间位置，则应分别计算IBQ1、IBQ2、ICQ1、ICQ2、UCEQ1、UCEQ2。交流性能指标 (RW滑动端在中间位置) 若RW滑动端不在中间位置，则分别写出、表达式，然后利用d计算du1Rid2Rbrbe(1+)Rod2Rc(2)具有恒流源的差分放大电路普通长尾差分放大电路中的Re越大，则Ac就越大，则KCMR就越大（Re大小对Ad无影响）。但Re过大时管子的动态范围会过小（在VCC、VEE一定时）。恒流源具有动态电阻大，而直流电阻小的特点。用恒流源代替电阻Re可使电路性能提高。处在放大状态的三极管具有