3多级放大电路学习教案

1、会计学13多级放大电路多级放大电路第一页，编辑于星期五：十五点 十二分。成就是由一成就是由一点一滴积累点一滴积累起来的，唯起来的，唯有长期的积有长期的积累才能由点累才能由点滴汇成大海滴汇成大海。 华罗庚华罗庚 共射共射 共集共集 共基共基电流放大电流放大倍数倍数电压放大电压放大倍数倍数输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻频率响应频率响应相位相位用途用途（填（填 大、大、 中、中、 小小填宽、中、窄填宽、中、窄）第1页/共63页第二页，编辑于星期五：十五点 十二分。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

2、 差分放大电路差分放大电路3.4 3.4 互补输出级互补输出级3.5 3.5 直接耦合多级放大电路读图直接耦合多级放大电路读图第2页/共63页第三页，编辑于星期五：十五点 十二分。一、直接耦合一、直接耦合二、阻容耦合二、阻容耦合三、变压器耦合三、变压器耦合第3页/共63页第四页，编辑于星期五：十五点 十二分。既是第一级的集电极电阻，又既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻是第二级的基极电阻 能够放大变化缓慢的信能够放大变化缓慢的信号，便于集成化，号，便于集成化， Q点相互点相互影响，影响，存在零点漂移现象。存在零点漂移现象。 当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会当输

3、入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。逐级放大。第二级第二级第一级第一级Q1合适吗？合适吗？直接直接连接连接输入为零，输出输入为零，输出产生变化的现象产生变化的现象称为零点漂移称为零点漂移求解求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。第4页/共63页第五页，编辑于星期五：十五点 十二分。对哪些动态参数对哪些动态参数产生影响？产生影响？ 用什么元件取代用什么元件取代Re既可设置合适的既可设置合适的Q点，又可使第二级点，又可使第二级放大倍数不至于下降太多？放大倍数不至于下降太多？若要若要UCEQ5V，则应怎么办？用多个二

4、极管吗？，则应怎么办？用多个二极管吗？二极管导通电压二极管导通电压UD？动态电阻？动态电阻rd特点？特点？Re必要性？必要性？稳压管稳压管伏安特性伏安特性UCEQ1太小太小加加Re（Au2数值数值）改用改用D若要若要UCEQ1大，则用大，则用DZ。第5页/共63页第六页，编辑于星期五：十五点 十二分。 在用在用NPN型管组成型管组成N级共射放大电路，由于级共射放大电路，由于UCQi UBQi，所以，所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致于后级集电极电位接近电源），以致于后级集电极电位接近电源电压，电压，Q点不合适。点不合适。UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 U

5、CQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 第6页/共63页第七页，编辑于星期五：十五点 十二分。 Q点相互独立点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。，不能集成化。共射电路共射电路共集电路共集电路有零点漂移吗？有零点漂移吗？ 利用电容连接信号源利用电容连接信号源与放大电路、放大电路与放大电路、放大电路的前后级、放大电路与的前后级、放大电路与负载，为阻容耦合。负载，为阻容耦合。第7页/共63页第八页，编辑于星期五：十五点 十二分。 可能是实际的负载，也可可能是实际的负载，也可能是下级放大电路能是下级放大电路L2L2c21RIRI

6、PPl， 理想变压器情理想变压器情况下，负载上获况下，负载上获得的功率等于原得的功率等于原边消耗的功率。边消耗的功率。，实现了阻抗变换。L221L2c2L)(RNNRIIRl从变压器原边从变压器原边看到的等效电看到的等效电阻阻第8页/共63页第九页，编辑于星期五：十五点 十二分。 光电耦合器件由发光二极管和光电三极管（又光电耦合器件由发光二极管和光电三极管（又叫光敏三极管）构成。在光电耦合放大电路中，叫光敏三极管）构成。在光电耦合放大电路中，前级的负载就是发光二极管，前级输出电流的变前级的负载就是发光二极管，前级输出电流的变化影响发光二极管的发光强弱，通过光耦合，使化影响发光二极管的发光强弱，

7、通过光耦合，使光电三极管输出电流也发生变化，经后级放大后光电三极管输出电流也发生变化，经后级放大后，就有放大信号输出，因为光电耦合是，就有放大信号输出，因为光电耦合是通过电通过电光光电的转换实现级间耦合的电的转换实现级间耦合的，所以前后级间处于，所以前后级间处于电隔离状态，可有效地抑制电干扰。在输出回路电隔离状态，可有效地抑制电干扰。在输出回路常采用复合管（也称达林顿管）形式以增大放大常采用复合管（也称达林顿管）形式以增大放大倍数。因其倍数。因其便于集成，应用越来越广泛。便于集成，应用越来越广泛。第9页/共63页第十页，编辑于星期五：十五点 十二分。光电耦合放大电路光电耦合放大电路光电耦合放大

8、电路光电耦合放大电路 两地分离，远距离传输，抗干扰两地分离，远距离传输，抗干扰第10页/共63页第十一页，编辑于星期五：十五点 十二分。选择合适参数使选择合适参数使电路正常工作电路正常工作电位高电位高低关系低关系第11页/共63页第十二页，编辑于星期五：十五点 十二分。uC1uC2T2工作在工作在放大区放大区 第12页/共63页第十三页，编辑于星期五：十五点 十二分。二、分析举例二、分析举例一、动态参数分析一、动态参数分析第13页/共63页第十四页，编辑于星期五：十五点 十二分。1. 1.电压放大倍数电压放大倍数 njujnuAUUUUUUUUA1ioi2o2io1io2. 2. 输入电阻输入

9、电阻i1iRR 3. 3. 输出电阻输出电阻nRRoo 对电压放大电路的要求：对电压放大电路的要求：Ri大，大， Ro小，小，Au的数值大，的数值大，最大不失真输出电压大。最大不失真输出电压大。第14页/共63页第十五页，编辑于星期五：十五点 十二分。)(1 (L622be5i2RRrRR21L62be2L6221bei231)( ) 1 ()( ) 1 ()( uuuuuAAARRrRRArRRAbe121irRRR1be2536orRRRR第15页/共63页第十六页，编辑于星期五：十五点 十二分。第16页/共63页第十七页，编辑于星期五：十五点 十二分。共射放共射放大电路大电路共射放共射放

10、大电路大电路iuou饱和失真？截止失真？饱和失真？截止失真？ 首先确定在哪一级出现了失真，再判断是什么失真。首先确定在哪一级出现了失真，再判断是什么失真。 比较比较Uom1和和Uim2，则可判断在输入信号逐渐增大时，则可判断在输入信号逐渐增大时哪一级首先出现失真。哪一级首先出现失真。 在前级均未出现失真的情况下，多级放大电路的最大不在前级均未出现失真的情况下，多级放大电路的最大不失真电压等于输出级的最大不失真电压。失真电压等于输出级的最大不失真电压。第17页/共63页第十八页，编辑于星期五：十五点 十二分。共射、共射；共源、共射；共射、共射；共源、共射；共集、共射；共源、共集。共集、共射；共源

11、、共集。2. 若测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空载电压放大若测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空载电压放大倍数，则如何求解它们连接后的三级放大电路的电压放大倍数？倍数，则如何求解它们连接后的三级放大电路的电压放大倍数？注意级联时两级的注意级联时两级的相互影响！相互影响！第18页/共63页第十九页，编辑于星期五：十五点 十二分。在探索的道在探索的道路上走过弯路上走过弯路，犯过错路，犯过错误并不是坏误并不是坏事，更不是事，更不是耻辱，要在耻辱，要在实践中勇于实践中勇于承认和改正承认和改正错误。错误。 爱因斯坦爱因斯坦 第19页/共63页第二十页，编辑于星期五：十五点 十二分。在

12、探索的道在探索的道路上走过弯路上走过弯路，犯过错路，犯过错误并不是坏误并不是坏事，更不是事，更不是耻辱，要在耻辱，要在实践中勇于实践中勇于承认和改正承认和改正错误。错误。 爱因斯坦爱因斯坦 （a）（b）第20页/共63页第二十一页，编辑于星期五：十五点 十二分。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二、长尾式差分放大电路的组成二、长尾式差分放大电路的组成三、长尾式差分放大电路的分析三、长尾式差分放大电路的分析四、差分放大电路的四种接法四、差分放大电路的四种接法五、具有恒流源的差分放大电路五、具有恒流源的差分放大电路六、差分放大电路的改进六、差分放大电路的改进第21页/共6

13、3页第二十二页，编辑于星期五：十五点 十二分。1. 1. 什么是零点漂移现象什么是零点漂移现象：uI0，uO0的现象。的现象。产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。 典型电路典型电路：差分放大电路：差分放大电路第22页/共63页第二十三页，编辑于星期五：十五点 十二分。零点漂移零点漂移零输入零输入零输出零输出理想对称理想对称信号特点？信号特点？能否

14、放大？能否放大？共模信号：大小相等，极性相同。共模信号：大小相等，极性相同。差模信号：大小相等，极性相反差模信号：大小相等，极性相反.信号特点？能否放大信号特点？能否放大？第23页/共63页第二十四页，编辑于星期五：十五点 十二分。02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIII在理想对称的情况下：在理想对称的情况下：1. 克服零点漂移；克服零点漂移；2. 零输入零输出；零输入零输出；3. 抑制共模信号；抑制共模信号；4. 放大差模信号。放大差模信号。RRRRt+VCCuI第24页/共63页第二十五页，编辑于星期五：十五点 十二分。

15、eBEQEEEQ2RUVI1EQBQII02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIIIRb是必要的吗？是必要的吗？1. Q点：eEQBEQBQEE2RIURIVb晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：通常，通常，Rb较小，且较小，且IBQ很小，故很小，故BEQcCQCCCEQURIVU选合适的选合适的VEE和和Re就可就可得合适的得合适的Q第25页/共63页第二十六页，编辑于星期五：十五点 十二分。0 )()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0 cIcOccAuuA，参数理想对称时，参数理想对称时共模放大倍数共模放大

16、倍数C21CC21CB21Buuiiii共模信号：数值相等、极性相同共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即的输入信号，即IcI2I1uuu第26页/共63页第二十七页，编辑于星期五：十五点 十二分。EEU 1iuouCCU1V2iu2VCRCR2ou1ou1CU2CUER0uo 两个输入信号大小相等、两个输入信号大小相等、极性相同，即极性相同，即ui1=ui2 ， 这这时时uo=uc1-uc2=0 。差动放大。差动放大电路对共模信号的抑制能力电路对共模信号的抑制能力很强。很强。 温度变化对差动放大温度变化对差动放大电路来说相当于一对共模信电路来说相当于一对共模信号。所以差动放大电路对其号。

17、所以差动放大电路对其零点漂移的抑制就是对共模零点漂移的抑制就是对共模信号抑制的一种特例。信号抑制的一种特例。i2i1uu 0UUuC2C1o 第27页/共63页第二十八页，编辑于星期五：十五点 十二分。0 cIcOccAuuA参数理想对称时参数理想对称时共模放大倍数共模放大倍数Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号对于每一边电对于每一边电路，路，Re=?如如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。第28页/共63页第二十九页

18、，编辑于星期五：十五点 十二分。C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiiiiE1= iE2，Re中电流不变，即中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。对差模信号无反馈作用。2/IdI2I1uuu差模信号：数值相等，极性相反差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即的输入信号，即2Idu2Idu第29页/共63页第三十页，编辑于星期五：十五点 十二分。两个输入信号大小相等、极性相反两个输入信号大小相等、极性相反,即即ui1=- - ui2 ，称差模输入，称差模输入.如如ui1为正为正、ui2为负为负所以，差动放大电路输入差模信号时的输出电压是两管各自输出所以，差动放大电路输入差模信号时

19、的输出电压是两管各自输出电压变化量的电压变化量的两倍两倍EEU 1iuouCCU1V2iu2VCRCR2ou1ou1CU2CUER 2CI 2CU 1CI 1CU 2C1CoUUu v422uo V2U2C V2U1C 第30页/共63页第三十一页，编辑于星期五：十五点 十二分。 )(2bebBIdrRiu为什么？为什么？bebLcd)2( rRRRA差模放大倍数差模放大倍数IdOdduuA)2(2LcCOdRRiu 2 )(2cobebiRRrRR，第31页/共63页第三十二页，编辑于星期五：十五点 十二分。比较输入比较输入V1V2uoui1ui2RERCRCC1C2E+UCC-UCCuo1

20、uo21、比较输入比较输入：任意的两个信号：任意的两个信号ui1 、 ui2 分别加在两个输入端；分别加在两个输入端；2、信号分解信号分解uiC = ( ui1 + ui2 ) / 2uiD = ( ui1 - ui2 ) / 2ui1 = uiC + uiD ui2 = uiC - uiD3、双端输出电压双端输出电压uo共模信号作用时共模信号作用时：uoC = 0差模信号作用时差模信号作用时： uoD = uo1D - uo1D = (AD uiD + AD uiD) = 2 AD uiD = AD(ui1 - ui2)4、差动放大器的放大特点：差动放大器的放大特点：放大差模成分，抑制共模成

21、分放大差模成分，抑制共模成分共模抑制比：共模抑制比：KCMR= | AD / AC | 第32页/共63页第三十三页，编辑于星期五：十五点 十二分。ui1 = uC + ud /2 ；ui2 = uC - ud /2例例: ui1 = 20 mV , ui2 = 10 mV则：则：ud = 10mV , uc = 15mV 差模分量差模分量: :21iiduuu共模分量共模分量: :221iicuuuui1 = 15mV + 5mV ；ui2 = 15mV - 5mV第33页/共63页第三十四页，编辑于星期五：十五点 十二分。第34页/共63页第三十五页，编辑于星期五：十五点 十二分。下，下，

22、在参数理想对称的情况在参数理想对称的情况CMRcdCMRKAAK 在实际应用时，信号源需要有在实际应用时，信号源需要有“ 接地接地”点，以避免干点，以避免干扰；或负载需要有扰；或负载需要有“ 接地接地”点，以安全工作。点，以安全工作。 根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。端输出、单端输入单端输出。第35页/共63页第三十六页，编辑于星期五：十五点 十二分。cCQCCCQ2LcCQCCLcLCQ1 )(RIVUR

23、RIVRRRU 由于输入回路没有变化由于输入回路没有变化，所以，所以IEQ、IBQ、ICQ与双与双端输出时一样。但是端输出时一样。但是UCEQ1 UCEQ2。1. 1. 双端输入单端输出双端输入单端输出：Q点分析点分析第36页/共63页第三十七页，编辑于星期五：十五点 十二分。bebLcd)( 21rRRRAcobebi)(2RRrRR，第37页/共63页第三十八页，编辑于星期五：十五点 十二分。bebLcd)( 21rRRRAebebLcc)1 (2)( RrRRRA)(2)1 (2bebebebCMRrRRrRK第38页/共63页第三十九页，编辑于星期五：十五点 十二分。在探索的道在探索的

24、道路上走过弯路上走过弯路，犯过错路，犯过错误并不是坏误并不是坏事，更不是事，更不是耻辱，要在耻辱，要在实践中勇于实践中勇于承认和改正承认和改正错误。错误。 爱爱因斯坦因斯坦 KCMRR (dB) =(分贝分贝)cdAAlg20第39页/共63页第四十页，编辑于星期五：十五点 十二分。在探索的道在探索的道路上走过弯路上走过弯路，犯过错路，犯过错误并不是坏误并不是坏事，更不是事，更不是耻辱，要在耻辱，要在实践中勇于实践中勇于承认和改正承认和改正错误。错误。 爱因斯坦爱因斯坦 第40页/共63页第四十一页，编辑于星期五：十五点 十二分。bebLcd)( 21rRRRA（1）T2的的Rc可以短路吗？可

25、以短路吗？（2）什么情况下）什么情况下Ad为为“”？（3）双端输出时的）双端输出时的Ad是单端输出时的是单端输出时的2倍吗？倍吗？)(2)1 (2bebebebCMRrRRrRKcobebi)(2RRrRR，第41页/共63页第四十二页，编辑于星期五：十五点 十二分。共模输入电压共模输入电压差模输入电压差模输入电压 输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入： 在输入信号作用下发射极在输入信号作用下发射极的电位变化吗？说明什么？的电位变化吗？说明什么？2/IIcIIduuuu，第42页/共63页第四十三页，编辑于星期五：十五点 十二分。问题讨论：问题讨论

26、：（1）UOQ产生的原因？产生的原因？（2）如何减小共模输出）如何减小共模输出电压？电压？OQIcIdO2UuAuAu测试测试:差模输出差模输出共模输出共模输出静态时的值静态时的值第43页/共63页第四十四页，编辑于星期五：十五点 十二分。输入方式：输入方式： Ri均为均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入，单；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。端输入时有共模信号输入。输出方式：输出方式：Q点、点、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均与之有关。均与之有关。coCMRcbebLcd2 0 )2(RRKArRRRA双端输出：cobebebebCMRebebLccbebLcd

27、 )(2)1 (2 )1 (2)( )(2)(RRrRRrRKRrRRRArRRRA单端输出：第44页/共63页第四十五页，编辑于星期五：十五点 十二分。 Re 越大，每一边的漂移越小，共模负反馈越强，单越大，每一边的漂移越小，共模负反馈越强，单端输出时的端输出时的Ac越小，越小，KCMR越大，差分放大电路的越大，差分放大电路的性能越好。性能越好。 但为使静态电流不变，但为使静态电流不变，Re 越大，越大，VEE越越大，以至大，以至于于Re太大就太大就不合理了。不合理了。 需在低电源条件下，需在低电源条件下，设置合适的设置合适的IEQ，并得到，并得到得得到趋于无穷大的到趋于无穷大的Re。解决方

28、法：采用电流源取代解决方法：采用电流源取代Re！第45页/共63页第四十六页，编辑于星期五：十五点 十二分。3BEQEE2123EB32RUVRRRIII，等效电阻等效电阻为无穷大为无穷大近似为近似为恒流恒流第46页/共63页第四十七页，编辑于星期五：十五点 十二分。1) RW取值应大些？还是小些？取值应大些？还是小些？2) RW对动态参数的影响？对动态参数的影响？3) 若若RW滑动端在中点，写出滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。的表达式。2)1 (WbebcdRrRRAWbebi)1 ()(2RrRR1. 1. 加调零电位器加调零电位器 RW第47页/共63页第四十八页，编辑于星期五：十

29、五点 十二分。doidmd2 RRRRgA，第48页/共63页第四十九页，编辑于星期五：十五点 十二分。若若uI1=10mV，uI2=5mV，则，则uId=？ uIc=？uId=5mV ，uIc=7.5mVRRRRt+VCCuI 若将电桥的输出作为差放若将电桥的输出作为差放的输入，则其共模信号约为的输入，则其共模信号约为多少？如何设置多少？如何设置Q点时如何考点时如何考虑？虑？第49页/共63页第五十页，编辑于星期五：十五点 十二分。1、uI=10mV，则，则uId=? uIc=? 2、若、若Ad=102、KCMR103用用直流表测直流表测uO ，uO=?uId=10mV ，uIc=5mVuO

30、= Ad uId+ Ac uIc+UCQ1=?=?=?第50页/共63页第五十一页，编辑于星期五：十五点 十二分。二、基本电路二、基本电路三、消除交越失真的互补输出级三、消除交越失真的互补输出级四、准互补输出级四、准互补输出级一、对输出级的要求一、对输出级的要求第51页/共63页第五十二页，编辑于星期五：十五点 十二分。 互补输出级是直接耦合的功率放大电路。互补输出级是直接耦合的功率放大电路。 对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；负对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；负载电阻上无直流功耗；载电阻上无直流功耗；最大不失真输出电压最大。最大不失真输出电压最大。射极输出形式射极输出形式静

31、态工作电流小静态工作电流小输入为零时输出为零输入为零时输出为零 双电源供电时双电源供电时Uom的峰的峰值接近电源电压。值接近电源电压。 单电源供电单电源供电Uom的峰值的峰值接近二分之一电源电压接近二分之一电源电压。不符合不符合要求！要求！第52页/共63页第五十三页，编辑于星期五：十五点 十二分。静态时静态时T1、T2均截止，均截止，UB= UE=01. 1. 特征特征：T1、T2特性理想对称。特性理想对称。2. 2. 静态分析静态分析T1的输入特性的输入特性理想化特性理想化特性第53页/共63页第五十四页，编辑于星期五：十五点 十二分。ui正半周，电流通路为正半周，电流通路为 +VCCT1RL地，地， uo = ui 两只管子交替工作，两路电源交替供电两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。，双向跟随。ui负半周，电流通路为负半周，电流通路为 地地 RL T2 -VCC， uo = ui第54页/共63页第五十五页，编辑于星期五：十五点 十二分。消除失真的方法：消除失真的方法：设置合适的静态工作点。设置合适的静态工作点。信号在零附近两信号在零附近两只管子均截止只管子