单片机原理及应用技术

1、多级放大电路耦合方式耦合方式动态分析动态分析根本差分电路根本差分电路一一 般般 概概 念念差差 动动 放放 大大 电电 路路直接耦合直接耦合阻容耦合阻容耦合变压器耦合变压器耦合光电耦合光电耦合直接耦合放大电路直接耦合放大电路电电 路路 分分 析析差分放大电路的传输特性差分放大电路的传输特性FETFET差分放大电路差分放大电路电路组成电路组成零点飘移及产生原因零点飘移及产生原因抑制零漂的措施及原理抑制零漂的措施及原理特特 点点动态分析动态分析差模分析差模分析共模分析共模分析静态计算静态计算几种方几种方式的计式的计算指标算指标比较比较共模抑制比共模抑制比输入输入/ /出电阻出电阻思思考考耦合方式：

2、耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式耦合：耦合：即信号的传送。即信号的传送。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2. 动态动态: 传送信号。传送信号。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功放级功放级要求：要求：波形不波形不失真，减少压失真，减少压降损失。降损失。 直接耦合直接耦合静态工作点的设置静态工作点的设置多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦

3、合方式两级阻容耦合放大电路两级阻容耦合放大电路多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式变压器耦合共射放大电路变压器耦合共射放大电路LLRIIR212LLRIRI2221由由 P1=P2 那么那么LLRNNR221beLurRA多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式光电耦合器及其传输特性光电耦合器及其传输特性CEUBCiiCTRDICECufi)(多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析unuuiniiuiniiAAAUUUUUUAUUUUU.21020201302201则若njujuAA1即001niiRRRR多级放大电路的动态分析多级

4、放大电路的动态分析设设: 1= 2=50, rbe1 = 2.9k , rbe2 = 1.7 k 例例1前级前级后级后级+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiU求求: A、Ri 、R0多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析关键关键: :考虑级间影响。考虑级间影响。1.1.静态静态: :Q点同单级。点同单级。2. 2. 动态性能动态性能: :方法:Ri2 = RL1Ri221ioUU+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1

5、RE1CET2SUoUiU1oU2iU例例1多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析考虑级间影响考虑级间影响2R Ri i ，R Ro o : : 概念同单级概念同单级1RiRo2112uussoiosousAAUUUUUUARi2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiU1oU2iU例例1多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析微变等效电路微变等效电路: :RE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2irorRiRi2R0例例1多级放大电路的动

6、态分析多级放大电路的动态分析RE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2irorRiRi2R01. 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 例例1多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析3.3.中频电压放大倍数中频电压放大倍数: :其中：其中： 11usiiusARrrA968. 07 . 1519 .

7、 27 . 151) 1() 1(111111LbeLuRrRA77809680208282111.RrrASiiusRE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2irorRiRi2R0多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析例例1147711010502222.)/(rRAbeLu4114778014721.AAAuususRE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2irorRiRi2R0例例1多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析多级阻容耦合放大器的特点：(1) 各级放大器的静态工作点相互独

8、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) 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 。(6) 总输出电阻即为最后一级的输出电阻。总输出电阻即为最后一级的输出电阻。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

9、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。多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析 假设信号经放大电路一放大后，再经射极假设信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数输出器输出，求放大倍数Au 、Ri和和Ro 。 usRSRB+ECC22RE2uoT2RLR1RCC11R2CERE1uiRiT1rbe2=2.36 k rbe1=1.62 k ro1=RC=5 k k173122221EbeBiL R)(r/RrR例例2多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析185621173560

10、1111./r RAbeLu990112222. R)(r R)(ALbeLAAAuuu731001557036265111/./.r/Rr/RR/Rr/RroBbeESBbeEoR0k5211211.r/R/RrrbeiiRiRi1例例2多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析讨论：带负载能力 即：当负载电阻由即：当负载电阻由5k 变为变为1k 时，放大倍时，放大倍数降低到原来的数降低到原来的92.3%RL=5 k 时：时： Au1=-185，Au2=0.99，ri2=173 k Au= Au1 Au2 =-183RL=1 k 时：时： Au1=-174 ，Au

11、2=0.97，ri2=76 k Au= Au1 Au2 =-1691.1.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：例例2多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析2.2.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放大倍数降低到原来的放大倍数降低到原来的30%讨论：带负载能力例例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.假设信号经射极输出器后，再经放大后放大假设信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，求放大倍数电路一输出，求放大倍数Aus Aus 。Au2

12、=-93 ri2=1.52 k Au1=0.98 ri=101 k +ECR1RCC12R2CERE1RiuoT1uiRBC21RE2T2usRS讨论：带负载能力例例2多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析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可见，输入接射极输出器可提高整个放大电路的放大倍数路的放大倍数Aus。6 . 62052. 152. 193siiuusRRRAA762010110198. 03 . 921siiuuusRRRAAA讨论：带负载能力例例2多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析1. 直接耦合放大电路直接耦合放大电路

13、可以放大直流信号可以放大直流信号 2. 零点漂移零点漂移零零 漂：漂：主要原因：主要原因：温漂指标：温漂指标：# # 为什么一般的集成运为什么一般的集成运算放大器都要采用直接算放大器都要采用直接耦合方式？耦合方式？温度变化引起，也称温度变化引起，也称温漂温漂。输入短路时，输出仍有输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产生。缓慢变化的电压产生。温度每升高温度每升高1C，输出漂移电压按电压增益折，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。算到输入端的等效输入漂移电压值。电源电压波电源电压波动也是原因动也是原因之一之一差动放大电路差动放大电路例如 100,=V1A假设第一级漂了假设第一级漂

14、了100 uV，那么输出漂移那么输出漂移 1 V。假设第二级也漂了假设第二级也漂了100 uV，那么输出漂移那么输出漂移 10 mV。假设假设F 第一级是关键第一级是关键。 1= 100,=V3V2AA漂了漂了 100 uV漂移漂移 10 mV+100 uV漂移漂移 1 V+ 10 mV漂移漂移 1 V+ 10 mV差动放大电路差动放大电路 减小零漂的措施减小零漂的措施F 用非线性元件进行温度补偿用非线性元件进行温度补偿F 调制解调方式。如调制解调方式。如“斩波稳零放大器斩波稳零放大器F 采用差分式放大电路采用差分式放大电路差动放大电路差动放大电路 抑制零点漂移原理抑制零点漂移原理 温度变化和

15、电源电压波温度变化和电源电压波动，其效果相当于在两个动，其效果相当于在两个输入端参加了共模信号。输入端参加了共模信号。 差分式放大电路对共模差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用信号有很强抑制作用 温温度度 iC1 iE1 vE （vB1、vB2不不变变） vBE1和和 vBE2 iB1和和 iB1 iC2 iE2 iC1 iC2 从上图可看出即使电路处从上图可看出即使电路处于于单端输出单端输出方式时，仍有较方式时，仍有较强的抑制零漂能力。强的抑制零漂能力。 差动放大电路差动放大电路 抑制零点漂移原理抑制零点漂移原理差分式放大电路输入输出结构示意图差分式放大电路输入输出结构示意图+-vi1+-

16、vi2+-vo1差放差放vo2+-+-vid+-voi2i1id=vvv 差模信号差模信号)(21=i2i1icvvv 共模信号共模信号idoVD=vvA 差模电压增益差模电压增益icoVC=vvA 共模电压增益共模电压增益差模信号输出差模信号输出共模信号输出共模信号输出差动放大电路差动放大电路差分式放大电路中的一般概念差分式放大电路中的一般概念共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指标反映抑制零漂能力的指标根据根据vid、 vic两式又有两式又有2=idici1vvv 总输出电压总输出电压icVCidVDooo=vAvAvvv 差模等效输入方式差模等效输入方式差放差放+-vid差放差放+-v

17、id(a)(b)2=idici2vvv 共模等效输入方式共模等效输入方式差放差放+-vicVCVDCMR=AAK差动放大电路差动放大电路差分式放大电路中的一般概念差分式放大电路中的一般概念根本差分式放大电路根本差分式放大电路T1+6Vvs1RC120k+vs2T2RC220kRs50T3T4IREFR2480R32.4kRs 50R12.4k+vo RP2006V一、带恒流源的差分电路一、带恒流源的差分电路 T1 + RL +VCC vo1 vi1 Rc Rc vo2 + vi2 Rb Rb VEE I T2 Re 1 12 2个共射电路个共射电路vi1 b；c vo12 2直接耦合直接耦合

18、+ vi Rb1 b c Rc VCC + vo RL Re Cb1 + 二、长尾式差分电路二、长尾式差分电路负电源负电源 VEE 1.电路组成根本差分式放大电路根本差分式放大电路12个共射电路直接耦合个共射电路直接耦合2两边对称两边对称vo = vo1 vo2 = Av1vi1 Av2vi2vo = Avd(vi1 vi2) = Avdvi1 Avdvi2 AV1 = AV2 3公共射极电阻公共射极电阻Re放大差模；抑制共模。放大差模；抑制共模。射极偏置，稳定射极偏置，稳定Q； T1 + RL +VCC vo1 vi1 Rc Rc vo2 + vi2 Rb Rb VEE I T2 Re 单端

19、输出单端输出2.特点:二、长尾式差分电路二、长尾式差分电路根本差分式放大电路根本差分式放大电路BEEBECCEEEeCEcCCCCBC+=2=VVVVVVVRIVRIVVII ebBEEEB2)1 (=RRVVI 差分放大电路的电路分析差分放大电路的电路分析注意：注意：静态时，其输入端为零电位电路对称静态时，其输入端为零电位电路对称 由由IB的计算式可知，的计算式可知，Re对一半差分电路而对一半差分电路而言，只有言，只有2 Re 才能获得相同的电压降。才能获得相同的电压降。动画6-1 T1 + RL +VCC vo1 vi1 Rc Rc vo2 + vi2 Rb Rb VEE I T2 Re

20、vi1 = vi2 = 0Je正偏正偏T放大放大Jc反偏反偏1).1).双入双出静态分析双入双出静态分析一、静态计算一、静态计算0CC2C121=IIII CE2CE1=VV CCV)7 . 0(CCCC RIV CCRIEVIIICB2B1 差分放大电路的电路分析差分放大电路的电路分析一、静态计算一、静态计算1).1).双入双出静态分析双入双出静态分析2).2).双入单出的静态分析双入单出的静态分析 T1 + RL +VCC vo1 vi1 Rc Rc vo2 + vi2 Rb Rb VEE I T2 Re vo LCCCCLCLCCRRRVRRRV/212121 CQCQCQCQBQBQU

21、UIIII输输出出回回路路不不对对称称输输入入回回路路参参数数对对称称与前面相同与前面相同、和和、2121CEQCEQBQEQcCQCCCQcCQCCCQUUIIRIVURIVU差分放大电路的电路分析差分放大电路的电路分析一、静态计算一、静态计算图1图2二、二、 动态分析动态分析1 1小信号等效电路法小信号等效电路法2 2分析思路分析思路 根据根据对称对称特点，转化为特点，转化为单边单边电路电路求解。求解。 T1 + RL vo1 vi1 Rc Rc vo2 + vi2 Rb Rb I T2 Re 2=idici1vvv 2=idici2vvv 3 3运用叠加原理运用叠加原理2=idi1vv

22、2=idi2vv ici1= vvici2= vv差分放大电路的电路分析差分放大电路的电路分析4 4四种工作方式四种工作方式a. 双端输入、双端输出双端输入、双端输出双双-双双b. 双端输入、单端输出双端输入、单端输出双双-单单c. 单端输入、双端输出单端输入、双端输出单单-双双d. 单端输入、单端输出单端输入、单端输出单单-单单二、二、 动态分析动态分析差分放大电路的电路分析差分放大电路的电路分析 T1 + RL vo1 vi1 Rc Rc vo2 + vi2 Rb Rb I T2 Re 仅输入差模信号仅输入差模信号 i2i1vv和和大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。 c2c1vv和和

23、大小相等，大小相等， 0c2c1o vvv信号被放大。信号被放大。相位相反。相位相反。差分放大电路的电路分析差分放大电路的电路分析二、二、 动态分析动态分析三、差模分析三、差模分析 T1 + RL vo1 vi1 Rc Rc vo2 + vi2 Rb Rb I T2 Re 输入纯差模信号输入纯差模信号2=idi1vv 2=idi2vv Vi1 Rb Ib1 rbe Vo + Rc Ib1 RL Ic1 + Re rbe Ib2 Ic2 Vi2 + Rb Ib2 Rc Vid + Vo1 Vo2 IRe 1双入双出：双入双出： Vi1 Rb Ib1 rbe Vo + Rc Ib1 RL/2 Ic

24、1 + Re rbe Ib2 Ic2 Vi2 + Rb Ib2 Rc Vid + Vo1 Vo2 IRe VRe=0 RL/2 差分放大电路的电路分析差分放大电路的电路分析ebbbebbebebbiRIIrRIRIrRIV)(1 ()( )(211Re112121 bbiiIIVV而而电电路路对对称称 21ooVV Re短路短路RL各分一半各分一半三、差模分析三、差模分析1双入双出：双入双出：差分放大电路的电路分析差分放大电路的电路分析 T1 + RL vo1 vi1 Rc Rc vo2 + vi2 Rb Rb I T2 Re 三、差模分析三、差模分析T1+RL+VCCvo1vi1RcRcvo

25、2+vi2RbRbVEEIT2Re2双入双出：双入双出：V1i1o1i2i1o2o1idoVD22=AvvvvvvvvA beLcVD)21/(=rRRRAb RL各分一半各分一半Re短路短路差分放大电路的电路分析差分放大电路的电路分析以双倍的元器件换以双倍的元器件换取抑制零漂的能力取抑制零漂的能力3双入单出：双入单出： T1 + RL +VCC vo1 vi1 Rc Rc vo2 + vi2 Rb Rb VEE I T2 Re vo V1i1o1i2i1o1idoVD1212=AvvvvvvvA beLcVD1)/(21=rRRRAb beLcVD2)/(21=rRRRAb + +反相端反相

26、端RL由由T1单独负担单独负担三、差模分析三、差模分析Re短路短路差分放大电路的电路分析差分放大电路的电路分析差模电压增益单端输入单端输入eorr 等效于双端输入等效于双端输入 指标计算与双指标计算与双端输入相同端输入相同差分放大电路的电路分析差分放大电路的电路分析三、差模分析三、差模分析四、共模分析四、共模分析 Vic Rb Ib1 rbe Vo + Rc Ib1 RL Ic1 + rbe Ib2 Ic2 Rb Ib2 Rc Vo1 Vo2 2Re 2 Re 1).1).双入双出：双入双出：ici1= vvici2= vv2121 oobbVVII而电路对称而电路对称T1+RL+VCCvo1

27、vi1RcRcvo2+vi2RbRbVEEIT2Re动画差分放大电路的电路分析差分放大电路的电路分析 对每只管，认为是对每只管，认为是iE流流过阻值为过阻值为2R2Re e的射极带电阻。的射极带电阻。0=ico2o1icoVC vvvvvAebbebbebebbiRIrRIRIrRIV2)1 ()( )(11Re11eEEEeRiuiR22即上电流变化量为四、共模分析四、共模分析差分放大电路的电路分析差分放大电路的电路分析 Vic Rb Ib1 rbe Vo + Rc Ib1 RL Ic1 + rbe Ib2 Ic2 Rb Ib2 Rc Vo1 Vo2 2Re 2 Re 1).1).双入双出：双入双出：2).2).双入单出：双入单出： T1 + RL +VCC vo1 vi1 Rc Rc vo2 + vi2 Rb Rb VEE I T2 Re vo V1i1o1icoVC1=AvvvvA eebRRRRrRRRA2/ 2)1 ()/(=LcbeLcVC1 eR VC1A差分放大电路的电路分析差分放大电路的电路分析四、共模分析四、共模分析VCVDCMRAAK dB lg20VCVDCMRAAK 双端输出，理想情况双端输出，理想情况: : CMRK 单端输出：单端输出： CMRKVC1VD1AAbeorr 越大， CMRK抑制零漂能力越强抑制零漂能力越