第21讲 多级放大电路

1、电工电子技术电工电子技术 谭甜源、张立宏谭甜源、张立宏 办公地点：办公地点：3 3教教33013301 手手 机：机：1592725685415927256854 E-Mail: E-Mail: QQ: QQ: 8238323582383235 QQ QQ群：群： 213738876213738876第六次作业参考答案回顾共射极放大电路共射极放大电路+UCCRCVRB直流通道直流通道RL交流通道交流通道uSRCVRBRSC1uS+UCCRCVRBRSRLC2RCuSRLRBRSiib bi ib br rbebei ic c微变等效电路微变等效电路原理电路原理电路RLuS+UCCRCVRBRS

2、C1C2Rb1CERE262001beEQrI（）回顾共射极放大电路的进一步改进共射极放大电路的进一步改进RLuS+UCCRCVRBRSC1C2Rb1CEREiBuBE25 C50CiCuCEQQ O固定偏置式固定偏置式缺点缺点：Q Q点稳定性差点稳定性差。TUBEIBICVEICVB 固定固定历届考题历届考题填空题填空题回顾回顾1.在在NPN三极管组成的基本放大电路中，如果电路的其它参数三极管组成的基本放大电路中，如果电路的其它参数不变，三极管的不变，三极管的增加，则增加，则IB ，IC ，UCE 。固定偏置式共射极放大电路固定偏置式共射极放大电路不变不变增大增大减小减小分压偏置式共射极放大

3、电路分压偏置式共射极放大电路减小减小不变不变不变不变回顾射极输出器射极输出器C1uS+UCCVRBRSRLC2RE原理电路原理电路+UCCRERBUCE IC IB UBE IE 直流通道直流通道交流通道交流通道uSVRBRSRLRERERLRBRSr rbebeiUbIeIbIOUSUiI微变等效电路微变等效电路262001beEQrI（）各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较4.54.5 多级放大电路多级放大电路 单级放大电路的电压放大倍数一般只达到几十倍，往往不单级放大电路的电压放大倍数一般只达到几十倍，往往不能满足实际应用的要求，而且，也很难同时兼顾各项性能指标。能满足实际应

4、用的要求，而且，也很难同时兼顾各项性能指标。为了获得足够高的放大倍数或考虑输入、输出电阻的特性要求，为了获得足够高的放大倍数或考虑输入、输出电阻的特性要求，实用放大电路通常由多个单级放大电路级联构成多级放大电路。实用放大电路通常由多个单级放大电路级联构成多级放大电路。两级阻容耦合放大电路两级阻容耦合放大电路C1uSV1RB11RSRE1C2+UCCRC2V2RB21RLC3RB22RE2CE2+u0uiu014.5.1 4.5.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式1.1.多级放大电路的组成框图多级放大电路的组成框图1 12 2 输入级输入级3 3（n-2n-2）中间级中间级（n-1

5、n-1） n n输出级输出级2.2.各级的特点及要求各级的特点及要求输入级：信号微弱，要求抗干扰能力强，限制零点漂移输入级：信号微弱，要求抗干扰能力强，限制零点漂移中间级：主要完成电压放大，放大倍数高、频率特性好中间级：主要完成电压放大，放大倍数高、频率特性好输出级：有一定的输出功率，要求功率放大，负载能力强。输出级：有一定的输出功率，要求功率放大，负载能力强。由由n n个单管放大电路级联组成的个单管放大电路级联组成的n n级放大系统级放大系统框图为框图为 根据各单级放大电路所处位置和要求的不同，多级放大根据各单级放大电路所处位置和要求的不同，多级放大器分为输入级、中间级和输出级三部分。器分为

6、输入级、中间级和输出级三部分。1 12 2n-1n-13 3n n3.3.级间耦合方式及特点级间耦合方式及特点（1 1）阻容耦合阻容耦合m+1mR RC C所谓耦合系指两单元电路间的信号连结所谓耦合系指两单元电路间的信号连结 优点：优点：各级静态工作点相互独立。各级静态工作点相互独立。缺点：缺点：不适于传输低不适于传输低频信号；难以集成。频信号；难以集成。（2 2）直接耦合）直接耦合 优点：优点：便于集成。便于集成。缺点：缺点：各级静态工作点相互牵连、零点各级静态工作点相互牵连、零点漂移问题突出。漂移问题突出。 无论采用哪一种耦合方式，都必须保证：各级放大电路无论采用哪一种耦合方式，都必须保证

7、：各级放大电路都有合适的静态工作点；前一级的输出信号能够顺利传输到都有合适的静态工作点；前一级的输出信号能够顺利传输到后一级的输入端。后一级的输入端。4.5.4 4.5.4 多级放大电路分析多级放大电路分析1.1.多级放大电路的静态分析多级放大电路的静态分析 对于阻容耦合多级放大电路，由于电容的隔直作用，对于阻容耦合多级放大电路，由于电容的隔直作用，各级电路的静态工作点各自独立，互不影响，因此可以分各级电路的静态工作点各自独立，互不影响，因此可以分别计算各自的静态工作点，方法同单级放大电路一样。别计算各自的静态工作点，方法同单级放大电路一样。 直接耦合多级放大电路，由于前、后级之间存在直流通直

8、接耦合多级放大电路，由于前、后级之间存在直流通路，因此不能各级独立的计算静态工作点。路，因此不能各级独立的计算静态工作点。 在分析具体电在分析具体电路时，为了简化计算过程，常常首先找出最容易确定的环路时，为了简化计算过程，常常首先找出最容易确定的环节，然后再计算其它各处的静态电压和电流。有时候，只节，然后再计算其它各处的静态电压和电流。有时候，只能通过联立方程来求解。能通过联立方程来求解。2.2.多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析（1 1）电压放大倍数）电压放大倍数 1231nuuuuunukkAA A AAA 值得注意的是，计算多级放大电路的每一级电压放大倍值得注意的是，计算多级放

9、大电路的每一级电压放大倍数时，必须考虑前、后级之间的影响，数时，必须考虑前、后级之间的影响，比较简单的方法是将比较简单的方法是将后一级的输入电阻作为前一级的负载电阻来处理。后一级的输入电阻作为前一级的负载电阻来处理。 在多级放大电路中，由于各级之间是级联关系，上一级在多级放大电路中，由于各级之间是级联关系，上一级的输出，就是下一级的输入，所以总的电压放大倍数为各级的输出，就是下一级的输入，所以总的电压放大倍数为各级电压放大倍数的乘积，即电压放大倍数的乘积，即ri1RS+_US.Ui.A1RLro1+U o1._ri2ro2+_Io .Ii.U o2.Uo.A2riro（2 2）输入电阻和输出电

10、阻）输入电阻和输出电阻1）输入电阻）输入电阻 一般说来，多级放大电路的输入电阻就是输入级（第一一般说来，多级放大电路的输入电阻就是输入级（第一级）的输入电阻。级）的输入电阻。2）输出电阻）输出电阻 由于总的放大倍数等于各级放大倍数的乘积，所以在选择由于总的放大倍数等于各级放大倍数的乘积，所以在选择输入级、输出级电路形式和参数时，就可以使之主要服从于输入级、输出级电路形式和参数时，就可以使之主要服从于输入、输出电阻的要求，而由中间级来满足放大倍数的要求。输入、输出电阻的要求，而由中间级来满足放大倍数的要求。 多级放大电路的输出电阻就是输出级（末级）的输出电阻。多级放大电路的输出电阻就是输出级（末

11、级）的输出电阻。 在具体计算输入、输出电阻时，仍可利用已有的公式。不在具体计算输入、输出电阻时，仍可利用已有的公式。不过，有时它们不仅和本级参数有关，也与中间级的参数有关。过，有时它们不仅和本级参数有关，也与中间级的参数有关。例如。输入级为射极输出器时，它的输入电阻还与下级的输例如。输入级为射极输出器时，它的输入电阻还与下级的输入电阻有关，这一点需要特别注意。入电阻有关，这一点需要特别注意。 如图所示的两级电压放大电路，已知如图所示的两级电压放大电路，已知1= 2 =50。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+oUiUB1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43

12、k 7.5k 510 10k 解解: : (1) 两级放大电路的静态值可分别计算。两级放大电路的静态值可分别计算。A8 . 9mA2750)(110000.624) (1E1B1BECCB1 RRUUImA 49. 0mA 0098. 050)(1)1 (B1E1 II V77. 10V2749. 024E1E1CCCE RIUU RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+oUiUB1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k V26. 843V438224B2B2B1CCB2 RRRUVmA 96. 0mA5 . 751. 06 . 026

13、. 8E2E2BE2B2C2 RRUUIRB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+oUiUB1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k 解解: :A 2 . 19mA5096. 02C2B2 IIV71. 6)V5 . 751. 010(96. 024)(E2E2C2C2CCCE2 RRRIUURB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+oUiUB1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k 解解: :2bI2cIrbe2RC2oUrbe1iURB1B1R 2BR 1bI2bI1bI1cIR

14、E11oU+_+_+_E1R 由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻 ri 等等于第一级的输入电阻于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器，它第一级是射极输出器，它的输入电阻的输入电阻ri1与负载有关，而射极输出器的负载即与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻是第二级输入电阻 ri2。2ir1iirr RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+oUiUB1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k 2bI2cIrbe2RC2oUrbe1iURB1B1R 2BR 1bI2bI1bI1cIRE1

15、1oU+_+_+_E1R(2) 计算计算 r i和和 r 0 k58. 196. 0265120026)1(200Ebe2 Ir 2B1B2be2E1/(1)14 k irRRrR k 22. 9k14271427/i2E1L1 rRR2ir k 349 02650)(120026) (1200rE11be1 .I k 320)1 (/L1be1B1i1i RrRrr 2oorr k10C2o2o Rrr2bI2cIrbe2RC2oUrbe1iURB1B1R 2BR 1bI2bI1bI1cIRE11oU+_+_+_2ER (3)(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数求各级电压的放大倍数及总

16、电压放大倍数 994 022 950)(1322 9)501 ()1 ()1 (L111beL111u.RrRA 2bI2cIrbe2RC2oUrbe1iURB1B1R 2BR 1bI2bI1bI1cIRE11oU+_+_+_2ER (3)(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数2bI2cIrbe2RC2oUrbe1iURB1B1R 2BR 1bI2bI1bI1cIRE11oU+_+_+_2ER 1851. 050)(179. 11050)1 (2E2be22C2 RrRAu 总电压放大倍数总电压放大倍数9 . 1718)(994. 021 uuuAAA已

17、知：已知：UZ=4V， UBE=0.7V， RB1=240k ，RC1=3.9k ，RC2=500 ， 1=45， 2=40。试计算各级的试计算各级的静态工作点静态工作点UC1= UZ + UBE2 = 4 + 0.6 V = 4.6 V11240.1mA240CCBBUIRuZ+24VuoRC2T2uiRC1RB1T1+RDZ111244.74.95mA3.9CCCRCCUUIR已知：已知：UZ=4V， UBE=0.7V， RB1=240k ，RC1=3.9k ，RC2=500 ， 1=45， 2=40。试计算各级的试计算各级的静态工作点静态工作点IC1= 1 IB1 = 4 50.1 =

18、4.5mA22240 0.45mA18mACBIIuZ+24VuoRC2V2uiRC1RB1V1+RDZ2114.95 4.50.45mABRCBIII22224 18 0.515OCCCCCUVUIRV22215 411CECEUVVVtuo0mAuoui=0直接耦合直接耦合放大电路放大电路一、零点漂移一、零点漂移现象现象 ui=0时，理论上时，理论上uo应为常数，但实际上应为常数，但实际上uo不不为常数，而为常数，而是缓慢无规则地变化着，这种现象称是缓慢无规则地变化着，这种现象称零点漂移零点漂移。二、零点漂移的二、零点漂移的危害危害轻微时，难以区分轻微时，难以区分信号信号和和燥声燥声，使执

19、行机构使执行机构误动作误动作严重时，阻塞信号通道严重时，阻塞信号通道使自控系统使自控系统完全瘫痪完全瘫痪三、产生零点漂移的三、产生零点漂移的原因原因 引起零点漂移的原因很多，如电源电压的波动、元器件的引起零点漂移的原因很多，如电源电压的波动、元器件的老化、半导体元件参数老化、半导体元件参数随温度的变化随温度的变化，都将产生，都将产生uo的漂移。的漂移。 采用高质量的稳压电源和使用经过老化实验的元器件可以采用高质量的稳压电源和使用经过老化实验的元器件可以大大减小由此而产生的漂移。大大减小由此而产生的漂移。 由由温度变化温度变化引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移引起的半导体器件参数的变化是产

20、生零点漂移的的主要原因主要原因，因而零点漂移也称，因而零点漂移也称温度漂移温度漂移，简称，简称温漂温漂。四、抑制零点漂移的四、抑制零点漂移的方法方法抑制放大电路第一级的漂移是至关重要的问题抑制放大电路第一级的漂移是至关重要的问题采用差分式放大电路采用差分式放大电路 用非线性元件进行温度补偿用非线性元件进行温度补偿在在电路中引入直流负反馈，稳定静态工作点电路中引入直流负反馈，稳定静态工作点4.5.2 4.5.2 多级放大电路的输入级多级放大电路的输入级差分电路差分电路1.1.差分放大电路及其特点差分放大电路及其特点（1 1）电路图）电路图 1）两个输入端和两个输出端。）两个输入端和两个输出端。（

21、2 2）特点及要求）特点及要求 2）由两个元件参数完全对称）由两个元件参数完全对称的共射极放大电路组成。的共射极放大电路组成。 输入级的位置决定了它的特殊性，即要求有输入级的位置决定了它的特殊性，即要求有较高的输入阻抗、较强的抗干扰能力，具有抑制较高的输入阻抗、较强的抗干扰能力，具有抑制零点漂移的功能等。要满足这些特殊要求，一般零点漂移的功能等。要满足这些特殊要求，一般在电路结构上采取措施，常采用差分结构，即差在电路结构上采取措施，常采用差分结构，即差分放大电路。这种电路结构在模拟集成电路中应分放大电路。这种电路结构在模拟集成电路中应用最为广泛。用最为广泛。 RC+UCCRCVVu01u02u

22、0ui1ui2RERBRBRC+UCCVu02ui22RE+UCCRCVu01ui12RERBRB（3 3）输入输出方式）输入输出方式双端输入双端输入双端输出双端输出（ui输入、输入、uo输出）输出）双端输入双端输入单端输出（单端输出（ui输入、输入、uo1或或uo2输出）输出）单端输入单端输入双端输出（双端输出（b点点接地接地ui输入输入、uo输出）输出）单端输入单端输入单端输出（单端输出（b点点接地接地ui输入、输入、uo1或或uo2输出）输出）T1T2+VCCRCRCuouo1uo2RBRBRPRE VEEuiui1ui2ab（4 4）输入信号的特点）输入信号的特点 ui1 和和ui2

23、大小相等极性相同，大小相等极性相同，此称为此称为共模信号共模信号，记作，记作uci1 =uci2 ui1 和和ui2 大小相等极大小相等极性相反，此称为性相反，此称为差模信差模信号号，记作，记作 udi1 =udi2T1T2+VCCRCRCuouo1uo2RBRBRPRE VEEuiui1ui2ab比较输入信号（非共、差模信号，比较输入信号（非共、差模信号，ui1 ui2 ）可分解为）可分解为一一对共模对共模和和一对差模一对差模的叠加，即的叠加，即差模信号：差模信号：)(21=i2i1icuuu 共模信号：共模信号：idi1i21=()2uuui1icidi2icid=uuuuuuT1T2+V

24、CCRCRCuouo1uo2RBRBRPRE VEEuiui1ui2ab+比较信号比较信号= 可见，两输入端分别得到幅值为输入信号可见，两输入端分别得到幅值为输入信号1/2的差分信号，的差分信号，即：即：12iiiuuu由电路分析可得由电路分析可得uiri2ri1ui1ui2 在两个输入端之间加上输入信号在两个输入端之间加上输入信号ui,RC+UCCRCV1V2u01u02u0ui1ui2RERBRBui 由于电路对称，则由于电路对称，则ri1=ri2。于是可得输入信于是可得输入信号分配的等效电路为号分配的等效电路为差分信号的输入和分配差分信号的输入和分配122 iiiuuui)i)双端输入双

25、端输入iiii）单端输入单端输入 信号从某一个端子输入，信号从某一个端子输入，另外一个端子接地，即：另外一个端子接地，即：RC+UCCRCV1V2u01ui1ui2RERBRBui 显然这是比较信号输入，显然这是比较信号输入，根据前面的分析可知，它可以根据前面的分析可知，它可以分解为一对差模信号输入和共分解为一对差模信号输入和共模信号输入的叠加，即：模信号输入的叠加，即：干扰、零点漂移等效干扰、零点漂移等效为共模信号为共模信号。120iiiuuu122 2ididCiidCCuuuuuuuuuueEERe)(7 . 0=RVVI 2.2. 静态分析静态分析(1) 静态工作点的计算：静态工作点的

26、计算：0=i2i1 uu 忽略忽略Ib，有：有：Ub1=Ub2=0VReCC2C121=IIII CE2CE1= UU)7 . 0(CCCC RIV CB2B1III 0=C2C1O UUU+_+_+VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeV- 0.7vVEE的作用的作用：用于补偿：用于补偿RE上的压降，以获得合适的工作点。上的压降，以获得合适的工作点。(2) 抑制零漂的原理抑制零漂的原理:Uo= UC1 - UC2 = 0当当ui1 = ui2 = 0且两管对称时且两管对称时当温度变化时：当温度变化时：UC1 = UC2设设T ic1 ,ic2 uc1 , uc2 uo= uc

27、1 - uc2 = 0+_+_+VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeV当两管完全对称时当两管完全对称时,会抑制零漂。会抑制零漂。 即：即：差动放大电路差动放大电路在双端输出时可以靠电路的在双端输出时可以靠电路的对称实现对称实现零点漂移的抑制。零点漂移的抑制。 iC1 iC2 温度温度 iC1 iE1 iC2 iE2 对于单端输出方式，抑制零对于单端输出方式，抑制零漂主要靠漂主要靠R RE E的负反馈作用。这一的负反馈作用。这一过程类似于分压式射极偏置电路过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过程。的温度稳定过程。 vE （vB1、vB2不变）不变） vBE1和和 vBE2 i

28、B1和和 iB1 RE抑制零点漂移原理抑制零点漂移原理RERC+UCCRCV1V2u01ui1ui2RBRBuiUEEIS RE越大负反馈作用越强，抑制效果越好，实用中常用越大负反馈作用越强，抑制效果越好，实用中常用晶体管恒流源晶体管恒流源代替代替RE 。ui1i1=-=-ui2i2 = =uidid(3) 电路的动态分析电路的动态分析若若ui1 ,ui2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 IRe不变不变 UE不变不变 uicic=0=0+_-RRT+RbTCC1REEueb2VRccV+i2uui1oidu2idu2-IReEo2u+uo1LRuid-uid-+-2+REidb2TuTi1

29、idb1RRucc+i22uRu-uEu+o1ouo2uid-uid 所以，所以，Re对差模信对差模信号相当于短路。号相当于短路。 负载负载RL对差模信号对差模信号相当于中点接地。相当于中点接地。a)求差模电压放大倍数求差模电压放大倍数：双端输入双端输出双端输入双端输出 因为因为ui1 =- ui2设设ui1 ,ui2 uo1 ,uo2 。电路对称电路对称uo1=uo2 uo= uo1 uo2=2 uo1 差模电压放大倍数差模电压放大倍数: -+-2+REidb2TuTi1idb1RRucc+i22uRu-uEu+o1ouo2微变等效电路微变等效电路2i1iOduuuuA 1iO122uu 1

30、iO1uu 故可用故可用半边半边来考虑来考虑uid-uidtictic 以上分析表明，以上分析表明，差分放大电路的差模电压放大倍数等于单差分放大电路的差模电压放大倍数等于单管共射极放大电路的电压放大倍数管共射极放大电路的电压放大倍数。a)求差模电压放大倍数求差模电压放大倍数：a)求差模电压放大倍数求差模电压放大倍数：差模电压放大倍数差模电压放大倍数: -+-2+REidb2TuTi1idb1RRucc+i22uRu-uEu+o1ouo2微变等效电路微变等效电路2i1iOduuuuA 1iO122uu 1iO1uu +ibberR-+Co1uRL-+ui1icib2bR可考虑可考虑半边半边beL

31、cd)2/(rRRRAbu uid-uid可见差分放大电路是以可见差分放大电路是以牺牲一个管子放大倍数牺牲一个管子放大倍数为代价来换取低温漂的效果为代价来换取低温漂的效果b)差模输入电阻差模输入电阻c)输出电阻输出电阻-+-2+REidb2TuTi1idb1RRucc+i22uRu-uEu+o1ouo2uid-uidri=uiii12ui1ii1=2(RB+rbe)差模输入电阻是单管放差模输入电阻是单管放大电路输入电阻的两倍大电路输入电阻的两倍ro=uoio2uo1io=2RC差模输出电阻是单管放差模输出电阻是单管放大电路输出电阻的两倍大电路输出电阻的两倍d)求共模电压放大倍数求共模电压放大倍

32、数 ui1i1= =ui2i2 = =uicic uidid=0=0设设ui1 ，ui2 uo1 ， uo2 。因因ui1 = ui2， uo1 = uo2 uo= 0 (理想化理想化)。共模电压放大倍数共模电压放大倍数 0ucA-+-_+uueuR1CCRETo1RL+i2uic+cuRobT+RebI2RVVo2cR+i1uEEicu单端输入单端输出单端输入单端输出 在差模信号在差模信号u udidi的作用的作用下，流经下，流经R RE E的电流等于零，的电流等于零， R RE E上的电压等于零。故上的电压等于零。故R RE E 相当于短接线，此时单管相当于短接线，此时单管放大倍数为：放大

33、倍数为：a a）差模电压放大倍数）差模电压放大倍数A Ad d 122OOudiiuuAAuu 此时输入的信号可分解为此时输入的信号可分解为一对差模信号和共模信号的叠一对差模信号和共模信号的叠加：加： u ud d= =u uc c=u=ui i/2/2RC+UCCRCV1V2u01ui1ui2RERBRBui1cOuBbeiRuARrurbe RCRS+ RBui1uo1usii1ibib单端输出时，差模放大倍数单端输出时，差模放大倍数等于单管放大倍数的一半等于单管放大倍数的一半b b）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数AC+_cu+bV2uRLRi2o1TeRRi1cVbCCuEE+R1T

34、R+icuuiciRe ui1i1= =ui2i2 = =uicic 设设ui1 ，ui2 ie1 ， ie2 iRe （=2 ie1 ） 对共模等效电对共模等效电路，路，Re可分为可分为两个两个2Re并联。并联。uucic+b1uRicci1T2RRo1RuuT+i2bR+LieRe1Re22ie2共模等效电路共模等效电路ico1icocuc=uuuuA ebebL2)1(=RrRR eL2RR b）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数ACuucic+b1uRicci1T2RRo1RuuT+i2bR+LieRe1Re22ie2+i-RbeuLuRR+r-bo1CbbiicciRe2LCL/RRR c）反相与同相输入端）反相与同相输入端 单端输入单端