第3章多级放大电路

1、第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束 第三章第三章 多级放大电路多级放大电路模拟电子技术基础模拟电子技术基础第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束 3.1 3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 3.2 3.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路第三章第三章 多级放大电路多级放大电路第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束耦合方式：耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。光电耦合。耦合：耦合：即信号的传送。即信号的传送。第一级第一级放大电路放大电路输输 入入

2、输输 出出第二级第二级放大电路放大电路第第 n 级级放大电路放大电路 第第 n-1 级级放大电路放大电路功放级功放级 3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束多级放大电路对耦合电路要求：多级放大电路对耦合电路要求：1. 静态：保证各级静态：保证各级Q点设置点设置合适合适2. 动态动态: 传送信号。传送信号。要求：要求：波形不波形不失真，减少压失真，减少压降损失。降损失。 第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束3.1.1直接耦合直接耦合一、直接耦合放大电路静态工作点的设置一、直接耦合放大电路静态工作点的设置图3.1.1 直接耦合放大电

3、路静态工作点的设置第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束二、直接耦合方式的优缺点二、直接耦合方式的优缺点优点：优点：1.具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；2.易集成。易集成。缺点：缺点：1.各级的静态工作点相互影响，对电路的分析、设各级的静态工作点相互影响，对电路的分析、设计和调试带来很大困难；计和调试带来很大困难；2.具有零点漂移现象。具有零点漂移现象。第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束3.1.2阻容耦合阻容耦合图3.1.2 两级阻容耦合放大电路第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束优点：优点：1.由于电容的隔直作用

4、，各级放大器的静态工作点相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；互独立，分别估算；2.电路的分析、设计和调试方便；电路的分析、设计和调试方便；3.电容对交流信号几乎不衰减。电容对交流信号几乎不衰减。缺点：缺点：1.低频特性变差；低频特性变差；2.大电容不易集成。大电容不易集成。第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束3.1.3变压器耦合变压器耦合图3.1.3 变压器耦合共射放大电路第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束优点：优点：1. 各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算；各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算；2.电路的分析、设计和调试方便；电路的分析

5、、设计和调试方便；3.可实现阻抗变换。可实现阻抗变换。LLRNNR221)(第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束缺点：缺点：1.低频特性变差；低频特性变差；2.体积大、笨重且不易集成。体积大、笨重且不易集成。3.1.4光电耦合光电耦合图3.1.5 光电耦合器及其传输特性一、光电耦合器一、光电耦合器第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束二、光电耦合放大电路二、光电耦合放大电路图3.1.6 光电耦合放大电路第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束图3.2.1 多级放大电路方框图 3.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析1.静态分析：确定各级静态工作点静态分析：确定各级

6、静态工作点2.动态分析：动态分析：njujuAA11 iiRR onoRR 第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束设设: 1= 2=50, rbe1 = 2.9k , rbe2 = 1.7 k oirrA、求：前级前级后级后级+VCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiU举例：举例：第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束关键关键: :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+VCCRS1M(+2

7、4V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiU1oU2iU第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束考虑级间影响考虑级间影响2ri , ro : 概念同单级概念同单级1riro2112uussoiosousAAUUUUUUAri2+VCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiU1oU2iU第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束微变等效电路微变等效电路: :ri2+VCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE

8、282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiU1oU2iURE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束1. 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 = RC2= 10k RE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biO

9、Uir2iror第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束3. 中频电压放大倍数中频电压放大倍数:其中：其中： 11usiiusARrrA 968. 07 . 1519 . 27 . 151)1()1(111111 LbeLuRrRA 778. 0968. 02082821111 uSiiusARrrARE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束147711010502222.)/(rRAbeLuRE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror4

10、114778014721.AAAuusus第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束多级阻容耦合放大器的特点：多级阻容耦合放大器的特点：(1) 由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作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。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。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。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。(5) 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

11、。(6) 总输出电阻总输出电阻Ro即为最后一级的输出电阻即为最后一级的输出电阻Ron 。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。第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束例例1：放大电路由下面两个放大电路组成。已知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=57

12、0k ，RE2=5.6k ， 2 =100，RS=20k ，RL=5k +VCCR1RCC11C12R2CERE1uiriuoT1放大电路一放大电路一RB+VCCC21C22RE2uiuoT2放大电路二放大电路二第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束1. 求直接采用放大电路一的放大倍数求直接采用放大电路一的放大倍数Au和和Aus。2. 若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数放大倍数Au、ri和和ro 。3. 若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，求放大倍数求放大倍数

13、Au和和Aus 。+VCCR1RCC11C12R2CERE1uiriuoT1RB+VCCC21C22RE2uiuoT2第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束ri = R1/ R2/ rbe =1.52 k (1) 由于由于RS大，而大，而ri小，致使放大倍数降低；小，致使放大倍数降低；(2) 放大倍数与负载的大小有关。例：放大倍数与负载的大小有关。例： RL=5k 时时, Au= - 93；RL=1k 时时, Au= - 31 。662052152193.RrrAASiiuus1. 求直接采用放大电路一的放大倍数求直接采用放大电路一的放大倍数Au和和Aus。+VCCR1RCC1C2R2C

14、ERERLuiuousRSriT19311beLur RA第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束2. 若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数输出，求放大倍数Au 、ri和和ro 。 usRSRB+VCCC22RE2uoT2RLR1RCC11R2CERE1uiriT1rbe2=2.36 k rbe1=1.62 k ro1=RC=5 k k173122221EbeBiL R)(r/RrR第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束731001557036265111/./.r/Rr/RR/Rr/RroBbeESBbeEo1856211

15、735601111./r RAbeLu990112222. R)(r R)(ALbeLAAAuuuk5211211.r/R/Rrrbeii第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束讨论：讨论：带负载能力。带负载能力。2. 输出不接射极输出器时的带负载能力：输出不接射极输出器时的带负载能力：RL=5k 时：时： Au=-93RL=1k 时：时： Au=-31即当负载电阻由即当负载电阻由5k 变为变为1k 时，放大倍数降低到原来的时，放大倍数降低到原来的92.3%放大倍数降低到原来的放大倍数降低到原来的30%RL=5 k 时：时： Au1=-185，Au2=0.99，r

16、i2=173 k Au= Au1 Au2 =-183RL=1 k 时：时： Au1=-174 ，Au2=0.97，ri2=76 k Au= Au1 Au2 =-1691. 输出接射极输出器时的带负载能力：输出接射极输出器时的带负载能力：第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束3. 若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，求放大倍数输出，求放大倍数Aus 。Au2=-93 ri2=1.52 k Au1=0.98 ri=101 k +VCCR1RCC12R2CERE1riuoT1uiRBC21RE2T2usRS第第3 3章章 多级放大电路多级放

17、大电路结束76201011019809321.RrrAAASiiuuus662052152193.RrrAASiiuus输入不接射极输出器时：输入不接射极输出器时：可见，输入接射极输出器可提高整个放大电路可见，输入接射极输出器可提高整个放大电路的放大倍数的放大倍数Aus。第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束例题：例题：设设 gm=3mA/V， =50，rbe = 1.7k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级后级:晶体管晶体管共射极放大器共射极放大器求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。+VCCRS3M(+24V)R120k10

18、kC2C3R4R3RLRE282k43k10k8k10kC1RCT1RE1CE2T2CE1RD10kR21MSUiUoU第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束（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ir2iror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 R3R4RCRLRSR2R1RDrbegsUdIsUoUcIbIgdsiU第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束第二步：计算各级电压放大倍数第二步：计算各级电压放大倍数44711032

19、11.)./()r/R(g RgAiDmLmu147711010502.)/(rR/Rr RAbeLCbeLuR3R4RCRLRSR2R1RDrbegsUdIsUoUcIbIgdsiU第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束第三步：计算输入电阻、输出电阻第三步：计算输入电阻、输出电阻ri=R1/R2=3/1=0.75M ro=RC=10k R3R4RCRLRSR2R1RDrbegsUdIsUoUcIbIgdsiU第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束第四步：计算总电压放大倍数第四步：计算总电压放大倍数Au=Au1Au2 =(-4.4) (-147) =6476307502075064

20、7iSiuusrRrAAR3R4RCRLRSR2R1RDrbegsUdIsUoUcIbIgdsiU第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束阻容耦合电路的频率特性：阻容耦合电路的频率特性：fA耦合电耦合电容造成容造成三极管结三极管结电容造成电容造成采用直接耦合的方式可降低放大电路的下限截止采用直接耦合的方式可降低放大电路的下限截止频率，扩大通频带。下面将要介绍的差动放大器频率，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。即采用直接耦合方式。第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束uiRC1R1T1 +VCCuoRC2T2R2RE2 3.3直接耦合放大电路直接耦合放大电路3.3

21、.1 直接耦合放大电路的零点漂移现象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一、零点漂移现象及其产生的原因第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束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。问题问题 2 :零点漂移零点漂移。uot0有时会将有时会将信号淹没信号淹没 当当 ui 等于零时，等于零时， uo不等于零。不等于零。二、抑制温度漂移的方法二、抑制温度漂移的方法1.在电路中引入直流负反馈在电路中引入直流负反馈2.采用温度补偿的方法采用温度补偿的方法3.采用差分放大电路采用差分放大电路第第3 3章章

22、多级放大电路多级放大电路结束一、电路的组成及抑制零漂的原理一、电路的组成及抑制零漂的原理特点：特点：结构对称。结构对称。ui1ui2uoRCR1T1RbRCR1T2Rb3.3.2差分放大电路差分放大电路+VCC第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束uo= uC1 - uC2 = 0uo= (uC1 + uC1 ) - (uC2 + uC2 ) = 0当当 ui1 = ui2 =0 时：时：当温度变化时：当温度变化时：+VCCuoui1RCR1T1RbRCR1T2Rbui2第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束2. 对共模信号的抑制作用对共模信号的抑制作用 输入信号分类输入信号分类(

23、1)差模差模(differential mode)输入输入ui1 = -ui2= ud(2)共模共模( common mode) 输入输入ui1 = ui2 = uC共模抑制比共模抑制比（Common - Mode Rejection Ratio)的定义的定义:KCMRR =KCMRR (dB) =(分贝分贝)差模电压差模电压放大倍数放大倍数: :doddUUA共模电压共模电压放大倍数放大倍数: coccUUAcdAAcdAAlog20第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束结论：结论：任意输入的信号任意输入的信号: ui1 , ui2 ，都可分解成，都可分解成差模分量和共模分量。差模分量

24、和共模分量。注意：注意：ui1 = uC + 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第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束为了使左右平衡，为了使左右平衡，可设置调零电位器可设置调零电位器: uoui1+VCCRCT1RbRCT2Rbui2REVEE二、长尾式差分放大电路二、长尾式差分放大电路第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束1. 静态分析静态分析 温度温度TICIE = 2ICVEVBEIBIC（1） R

25、E的作用的作用 设设ui1 = ui2 = 0自动稳定自动稳定RE 具有强负反馈作用具有强负反馈作用uoui1+VCCRCT1RbRCT2Rbui2REVEE 抑制温度抑制温度漂移，稳定静漂移，稳定静态工作点。态工作点。第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束uoui1+VCCRCT1RbRCT2Rbui2REVEE（2） Q点的计算点的计算直流通路直流通路IC1= IC2= IC= IB UC1= UC2= VCCICRC UE1= UE2 =IBQRbUBE UCE1= UCE2 = UC1UE1IBIC1IC2IBIEEbBEEEBQRRUVI)1(2 第第3 3章章 多级放大电路多

26、级放大电路结束共模输入共模输入RE对共模信号起作用，并且对共模信号起作用，并且iRE=2ie1。uC ic1 、 ic2 iRE 、 uRE +VCCuocRCT1RbRCT2RbREVEEuC uoc2 uoc1ic1 ic2iREuRE第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束共模信号通路共模信号通路:uocRCT1RbRCT2Rb2REuC1 uoc2 uoc1ic1 ic2uC22RE第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束T1单边微变等效电路单边微变等效电路EbebccoccRrRRUUA)1 (21112cARCRb2REic1uc1uoc1ib1 ibie1rbe第第3 3

27、章章 多级放大电路多级放大电路结束KCMRR AC 0问题：问题：负载影响共模放大倍数吗？负载影响共模放大倍数吗？111ccocUAU222ccocUAU021ocococUUU不影响！不影响！第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束差模输入差模输入采用均压器采用均压器平衡输入平衡输入diiuuu 211diiuuu 212RRuoui+VCCRCT1RbRCT2RbREVEE2. 对差模信号的放大作用对差模信号的放大作用第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束RE 对差模信号作用对差模信号作用 ui1 ui2ib1 , ic1ib2 , ic2ic1 = - ic2iRE = ie1

28、+ ie2 = 0uRE = 0RRuoui+VCCRCT1RbRCT2RbREVEEib2ib1ic2ic1iRERE对差模信号对差模信号不起不起作用作用第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束差模信号通路差模信号通路T1单边微变单边微变等效电路等效电路uod1RbB1EC1RC ib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RbRCT2Rbib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束双边微变双边微变等效电路等效电路图3.3.5 差分放大电路加差模信号第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束(1) 放大倍数放大倍数111iodduuA

29、 单边差模放大倍数单边差模放大倍数:11111)(bebCbebbCbdrRRrRiRiA 21ddAA uod1RbB1EC1RC ib1ui1rbe1ib1第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束21221121ddididididododdAAuuAuAuuuA 若差动电路带负载若差动电路带负载RL (接在接在 C1 与与 C2 之间之间), 对于差对于差动信号而言，动信号而言，RL中点电位为中点电位为 0, 所以放大倍数：所以放大倍数：121)2/(bebLCdddrRRRAAA 即：总的差动电即：总的差动电压放大倍数为：压放大倍数为：差模电压放大倍数差模电压放大倍数:iodduu

30、A RRuodui1RCT1RbRCT2Rbib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束ro = 2RC ri ri ro)/( 21bbeiRrRr输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：(2) 输入输出电阻输入输出电阻RRuoui1+VCCRCT1RbRCT2Rbib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束输入端输入端 接法接法双端双端单端单端输出端输出端 接法接法双端双端单端单端三、差分放大电路的四种接法三、差分放大电路的四种接法双端输入双端输入双端输出双端输出双端输入双端输入单端输出单端输出

31、单端输入单端输入双端输出双端输出单端输入单端输入单端输出单端输出第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束双端输入双端输出：双端输入双端输出： Ad = Ad1121)2/(bebLCdddrRRRAAA第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束1.双端输入双端输入单端输出电路单端输出电路图3.3.7 双端输入、单端输出差分放大电路第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束图3.3.9 对差模信号的等效电路1)2/(21bebLCdrRRRAro = RC)/( 21bbeiRrRr第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束2.单端输入单端输入双端输出电路双端输出电路图3.3.11 单

32、端输入、双端输出电路1112uAuAuAudcdo结论：结论：单端输入双端输出电路单端输入双端输出电路与与双端输入双端输出电双端输入双端输出电路路的静态工作点以及动态参数的分析完全相同。的静态工作点以及动态参数的分析完全相同。第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束3.单端输入单端输入单端输出电路单端输出电路图3.3.12 单端输入、单端输出电路第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束结论：结论：1.四种接法的电路，输入电阻均为四种接法的电路，输入电阻均为)/( 21bbeiRrRr2.差模增益差模增益Ad、共模增益、共模增益Ac、输出电阻、输出电阻Ro与输出方式与输出方式有关。有关。3.单端输入信号可分解为一对差模信号单端输入信号可分解为一对差模信号uId和一对共模和一对共模信号信号uId /2。第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束四、改进型差分放大电路四、改进型差分放大电路mAIE5 . 0mAIE12kRe10VVEE7 .10kRe100VVEE7 .100第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路结束RRuou