第三章多级放大电路(中科院《模拟电子技术》课件)

1、 第三章第三章 多级放大电路多级放大电路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 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式耦合方式：耦合方式：级与级之间的连接方式。级与级之间的连接方式。第一级第一级放大电路放大电路输输 入入 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单级单级多级，必然存在耦合多级，必然存在耦合耦合：耦合：即信号的传送。即信号的传送。功放级功放级对耦合电对耦合电路要求：路要求：静态：静态：保证保证各级各

2、级Q点点设置合理设置合理动态动态: 传输信号传输信号减少信号损失减少信号损失 波形不失真波形不失真如果电流传输，要使前级的信号电流有效地注入如果电流传输，要使前级的信号电流有效地注入后一级，应尽量减小传输中的分流作用。后一级，应尽量减小传输中的分流作用。如果电压传输，要使前级的信号电压有效地加到后如果电压传输，要使前级的信号电压有效地加到后级的输入端，应尽量减小传输中的分压作用。级的输入端，应尽量减小传输中的分压作用。耦合方式：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合方式：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合耦合、光电耦合3.1.1 直接耦合直接耦合改善：改善：增加增加RE2 以设置合适的以设置合适

3、的Q点。点。问题问题 : 前后级前后级Q点相互影响，导致点相互影响，导致.。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE2 但但RE2 的引入会使的引入会使进一步改善：进一步改善：考虑采用二极管和稳压管考虑采用二极管和稳压管两者对于直流信号和交流信号分别等效两者对于直流信号和交流信号分别等效为：为：电阻电阻R的作用：的作用：电路存在的问题：电路存在的问题：.采用采用NPN和和PNP管混合使用的方法解决上述问题：管混合使用的方法解决上述问题：小结：小结：直接耦合电路的缺点：直接耦合电路的缺点：Q点相互影响，不利于电路的分析、设计和调试点相互影响，不利于电路的分析、设计和调试有零点漂移现象有零

4、点漂移现象直接耦合电路的优点：直接耦合电路的优点：有良好的低频特性，可以放大直流及缓慢变化的信号有良好的低频特性，可以放大直流及缓慢变化的信号易于集成易于集成应用：应用：集成电路集成电路3.1.2 阻容耦合阻容耦合小结：小结：阻容耦合电路的缺点：阻容耦合电路的缺点：低频特性差，不能放大缓慢变化信号低频特性差，不能放大缓慢变化信号大电容制造困难，不易于集成大电容制造困难，不易于集成阻容耦合电路的优点：阻容耦合电路的优点： Q点相互独立，利于电路的分析、设计和调试点相互独立，利于电路的分析、设计和调试传输中交流信号损失小，增益高传输中交流信号损失小，增益高应用：应用：分立元件电路，交流放大分立元件

5、电路，交流放大3.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析将单级放大电路连接成多级放大电路后，要研究的将单级放大电路连接成多级放大电路后，要研究的主要问题主要问题: :级间的相互影响。级间的相互影响。21ioUURi2 = RL1unuuioioinoiouAAAUUUUUUUUA211221 iiRRonoRR 例题例题:Ri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiU1oU2iU微变等效电路微变等效电路: :Ri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282

6、k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiU1oU2iURE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror1. Ri = R1 / rbe1 +（ +1)RL1其中其中: : RL1 = RE1/RL1 = RE1/Ri2= RE1/ R2 / R3 / rbe2 2. Ro = RC2RE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror如何解决级间的影响？第二级的如何解决级间的影响？第二级的输入电阻看作第一级的负载输入电阻看作第一级的负载3. 电压放大倍数：电压放大倍数：其中：其

7、中： 11usiiusARrrA11111111LbeLuR)(rR)(A RE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror2222beLurRA 21uususAAARE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror解决级间影响的解决级间影响的另外一种办法？另外一种办法？将前级等效为一个具有内阻的信号源来考虑，将前级等效为一个具有内阻的信号源来考虑，通过前级的输出电阻通过前级的输出电阻R R0 0反映前级对后级的影响。反映前级对后级的影响。计算电压放大倍数时，先算出第一级空载时的计算电压放大倍数

8、时，先算出第一级空载时的放大倍数，在计算第二级时把第一级的输出电放大倍数，在计算第二级时把第一级的输出电阻作为第二级的信号源内阻阻作为第二级的信号源内阻R Ri i。需要注意的问题：需要注意的问题：（1 1）两种解决方法不能混淆采用。）两种解决方法不能混淆采用。（2 2）两种方法求出的每一级的电压放大倍数）两种方法求出的每一级的电压放大倍数不同，但总的电压放大倍数是相同的。不同，但总的电压放大倍数是相同的。作业作业 P167 3.2 a bP167 3.2 a b3.3.1 直接耦合电路的零点漂移现象直接耦合电路的零点漂移现象3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路与阻容耦合相比，直接耦合需要

9、解决此问题的必要性？与阻容耦合相比，直接耦合需要解决此问题的必要性？抑制温度漂移的方法：抑制温度漂移的方法：零点漂移零点漂移的主要原因是温度漂移的主要原因是温度漂移零点漂移零点漂移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。1.1.在电路中引入直流负反馈，例静态工作点稳定电路在电路中引入直流负反馈，例静态工作点稳定电路2.2.采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管 的变化的变化 P105P1053.3.采用特性相同的管子，使它们的温漂相互抵消，构采用特性相同的管子，使它们的温漂相互抵消，构

10、成成“差分放大电路差分放大电路”基本结构基本结构特点：结构对称，对称的含义是两个三极管特点：结构对称，对称的含义是两个三极管T1、T2的特性一致，电路参数对应相等。的特性一致，电路参数对应相等。3.3.2 差分放大电路差分放大电路ui1ui2uo+UCCRCR1T1RBRCR1T2RB抑制零漂的原理抑制零漂的原理: :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：uo+UCCRCR1T1RBRCR1T2RBui2ui1（1）电路不可能完全对称，所以接入发射极电阻，）电路

11、不可能完全对称，所以接入发射极电阻，稳定稳定Q点。点。P147（2）Re越大，越大，Q点越稳定，零漂越小，但点越稳定，零漂越小，但Re越大，越大，其两端压降增大，管子的动态范围将随着减小，其两端压降增大，管子的动态范围将随着减小，所以引入直流负电压源所以引入直流负电压源-UEE，构成双电源长尾式差，构成双电源长尾式差动放大电路动放大电路(分析的重点分析的重点)。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE基本电路需要改进：基本电路需要改进：一、结构一、结构为了使左右平衡，可为了使左右平衡，可设置调零电位器设置调零电位器: 双电源长尾式差放电路双电源长尾式差放电路uoui1+UCC

12、RCT1RBRCT2RBui2REUEEuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEEQ点的计算点的计算直流通路直流通路IC1= IC2= IC= IB UC1= UC2= UCCICRC UE1= UE2 =IBRBUBE UCE1= UCE2 = UC1UE1IBIC1IC2IBIEEBBEEEBRRUUI)1 (2二、二、 静态分析静态分析 三、三、 动态分析动态分析输入信号分类输入信号分类(1)(1)差模输入差模输入ui1 = -ui2= ud(2)(2)共模输入共模输入ui1 = ui2 = uC共模抑制比的定义共模抑制比的定义: :KCMR =KCMR (dB) =(分

13、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(3) 任意输入的信号任意输入的信号: ui1 , ui2注意：注意：ui1 = uC + ud ；ui2 = uC - ud首先将信号分解：首先将信号分解：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(一一) 差模输入差模输入均压器均压器diiuuu211diiuuu212RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUC

14、CRE 对差模信号作用对差模信号作用 ui1 ui2ib1 , ic1ib2 , ic2ic1 = - ic2iRE = ie1+ ie2 = 0uRE = 0uoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUEEib2ib1ic2ic1iRERE对差模信号对差模信号不起不起作用作用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放大倍数放大倍数111iodduuA单边差模放大倍数单边差模放大倍数:11111)(beBCbeBbCbdrRRrRiR

15、iA21ddAAuod1RBB1EC1RC ib1ui1rbe1ib121221121ddiididiododdAAuuAuAuuuA即即:总的差动电压放大倍数为总的差动电压放大倍数为差模电压放大倍数差模电压放大倍数:iodduuA 这说明什么问题？这说明什么问题？说明：差动放大电路可以抑制温度漂移是以损失一个说明：差动放大电路可以抑制温度漂移是以损失一个管子的放大能力为代价的！管子的放大能力为代价的！(二二) 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 +UCCuocRCT1RBRCT2RBREUEEuC u

16、oc2 uoc1ic1 ic2iREuRE共模信号通路共模信号通路:uocRCT1RBRCT2RB2REuC1 uoc2 uoc1ic1 ic2uC22RE完全对称完全对称Ac1=Ac2AC 0111ccocUAU222ccocUAU021ocococUUU差分放大电路特点：差分放大电路特点：放大放大差模信号，差模信号，抑制抑制共模信号共模信号KCMR 外界的干扰信号对两个电路有完全相外界的干扰信号对两个电路有完全相同的影响，可以把干扰信号等效为共同的影响，可以把干扰信号等效为共模输入信号。模输入信号。 差放电路的四种接法差放电路的四种接法输入端输入端 接法接法双端双端单端单端输出端输出端 接

17、法接法双端双端单端单端四种组合四种组合前面所讲的是双端输入双端输出电路前面所讲的是双端输入双端输出电路双端输入单端输出电路双端输入单端输出电路单端输入双端输出电路单端输入双端输出电路单端输入单端输出电路单端输入单端输出电路RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC恒流源式差放电路恒流源式差放电路电路结构电路结构:IC3R2T3R1R3-UEE为什么要改为什么要改进原有的差进原有的差动放大电路？动放大电路？1.发射极电阻发射极电阻Re的阻值越大，它的直流负反馈的阻值越大，它的直流负反馈作用越强，抑制温漂的效果越明显；作用越强，抑制温漂的效果越明显；2.实际的电阻值都是有限的，而且阻值大不易实际的电阻值都是有限的，而且阻值大不易集成，所以考虑采用恒流源电路，理想的恒流集成，所以考虑采用恒流源电路，理想的恒流源内阻为无穷大。源内阻为无穷大。3.恒流源电路的判断（特点）：基极输入接地，恒流源电路的判断（特点）：基极输入接地，即只有静态的直流量，没有动态输入信号，所即只有静态的直流量，没有动态输入信