模拟电路第三章3-多级大电路-课件

1、(4-1)耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合。 3-11 多级放大电路及耦合方式耦合：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Q点设置2. 动态: 传送信号。要求：波形不失真，减少压降损失。 输 入 输 出功放级第一级放大电路第二级第 n 级第 n-1 级(4-1)耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合。 3-(4-2)3.11.1 级间耦合方式阻容耦合变压器耦合直接耦合(不共地)(4-2)3.11.1 级间耦合方式阻容耦合变压器耦合直接(4-3)解决方法:提高后极的E极电位, 加RE2。提高了T1的输出电压,使T2有合适的Q点。问题 1 :前后级Q点相互影响,需

2、设置合适的Q点。+VCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE2直接耦合电路的问题(4-3)解决方法:提高后极的E极电位, 加RE2。提高了T(4-4)问题 2 :零点漂移。前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当 ui 等于零时， uo不等于零。uiRC1R1T1+VCCuoRC2T2R2RE2uot0有时会将信号淹没解决方法:差动电路。(4-4)问题 2 :零点漂移。前一级的温漂将作为后一级的输(4-5)例1共集-共射-共集级联1.直流工作点分析2.放大倍数3.输入电阻,决定笫一级4.输出电阻,决定最后一级分析步骤例1(4-5)例1共集-共射-共集级联1.直流工作点分析(4-6)共射-

3、共基级联例 2(4-6)共射-共基级联例 2(4-7)例 3CC-CECE-CBCECC-CB(4-7)例 3CC-CECE-CBCECC-CB(4-8)3.11.2 多级放大器的分析1）. 电压放大倍数（以两级为例）注意：前对后级影响！扩展到n级 前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗 后级的输入阻抗是前级的负载2）. 两级之间的相互影响3）. 输入电阻和输出电阻(4-8)3.11.2 多级放大器的分析1）. 电压放大倍数(4-9)设: 1=2=50, rbe1 = 2.9k , rbe2 = 1.7 k 例4: 前级后级+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k

4、43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2(4-9)设: 1=2=50, 例4: 前级后(4-10)关键:考虑级间影响。1. 静态: Q点同单级。2. 动态性能:方法:ri2 = RL1ri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2性能分析(4-10)关键:考虑级间影响。1. 静态: Q点同单级。(4-11)考虑级间影响2Ri , Ro : 概念同单级1RiRoRi2+VCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2(4-11

5、)考虑级间影响2Ri , Ro : 概念同(4-12)微变等效电路:ri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2RE1R2R3RC2RLRSR1(4-12)微变等效电路:ri2+UCCRS1M(+24V)(4-13)1. Ri = Ri1 = R1 / rbe1 +（ +1)RL1其中: RL1= RE1/ ri2 = RE1/ R2 / R3 / rbe1=RE1/RL1 = RE1/ri2= 27 / 1.7 1.7k Ri =1000/(2.9+511.7) 82k2. Ro = RC2= 10kRE

6、1R2R3RC2RLRSR1(4-13)1. Ri = Ri1 = R1 / rb(4-14)3. 中频电压放大倍数:其中： RE1R2R3RC2RLRSR1(4-14)3. 中频电压放大倍数:其中： RE1(4-15)RE1R2R3RC2RLRSR1(4-15)RE1R2R3RC2RLRSR1(4-16)1 = 60, 2 = 100; rbe1= 2 k, rbe2 = 2.2 k。求 Au, Ri, Ro。例 5:(4-16)1 = 60, 2 = 100; rbe1=(4-17)解Ri2 = R6 / R7 / rbe2RL1 = R3 / Ri2Au=Au1Au2Ri = Ri1=

7、R1 / R2 / rbe1 + (1+ 1)R4Ro = R9 = 4.7 k(4-17)解Ri2 = R6 / R7 / rbe(4-18)例6(4-18)例6(4-19)三极管的参数为1=2=100，UBE1=UBE2=0.7 V。计算总电压放大倍数。两级放大电路计算例子 例7 (4-19)三极管的参数为1=2=100，UBE1=(4-20)（1）求静态工作点(4-20)（1）求静态工作点(4-21)(4-21)(4-22)（2）求电压放大倍数先计算三极管的输入电阻电压增益(4-22)（2）求电压放大倍数先计算三极管的输入电阻电压增(4-23) 如果求从uS算起的电压增益，需计算第一级的

8、输入电阻 Ri = Ri1 = rbe1 / Rb1 / Rb2 =3.1/51/20 =3.1/14.4=2.55 kRo = Rc2 (4-23) 如果求从uS算起的电压增益，需计算第一级(4-24)例:8如图所示的两级电压放大电路，已知1= 2 =50, T1和T2均为3DG8D。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui（1）求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。（2）求放大电路的输入电阻和输出电阻(4-24)例:8如图所示的两级电压放大电路， RB1(4-25)(1) 计算 r i和 r 0微变等效电路2bI2cIrb

9、e2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_UioU.o1U.(4-25)(1) 计算 r i和 r 0微变等效电路2bI(4-26)2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_UioU.o1U.(4-26)2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1(4-27)2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_UioU.o1U.(4-27)2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1(4-28)（2）求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数第一级放大电路为射极输出器2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+

10、_UioU.o1U.(4-28)（2）求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数第一级(4-29)第二级放大电路为共发射极放大电路总电压放大倍数2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_UioU.o1U.(4-29)第二级放大电路为共发射极放大电路总电压放大倍数2(4-30) 解：画中频小信号等效电路例9放大电路如图所示。已知试求电路的中频增益、输入电阻和输出电阻。根据电路有(4-30) 解：画中频小信号等效电路例9放大电路如图所示。(4-31) 解：则电压增益为根据电路有由于则(4-31) 解：则电压增益为根据电路有由于则(4-32)例题10求AB两端的等效电阻(4-3

11、2)例题10求AB两端的等效电阻(4-33)例题11求电压放大倍数(4-33)例题11求电压放大倍数(4-34)根据KVL可知由图可知所以(4-34)根据KVL可知由图可知所以(4-35)(4-35)(4-36)(4-36)(4-37)(4-37)(4-38)例题12(4-38)例题12(4-39)(4-39)(4-40)(4-40)(4-41)END(4-41)END(4-42)4.7 放大电路的频率响应4-7-1 频率响应的基本概念4-7-3 放大器的低频响应4-7-2 单级共射放大器的高频响应4-7-4 多级放大电路的频率响应(4-42)4.7 放大电路的频率响应4-7-1 频率响(4-

12、43)4-7-1 频率响应的基本概念 实际信号为正弦信号的叠加：以前讨论电路的输入为正弦信号：即：4.7 放大电路的频率响应(4-43)4-7-1 频率响应的基本概念 实际信号(4-44)一、频率失真（线性失真）对不同频率的信号增益不同，产生的失真。基波二次谐波输入信号输出信号基波二次谐波 幅度失真：4-7-1 频率响应的基本概念放大倍数不同(4-44)一、频率失真（线性失真）对不同频率的信号增益不同(4-45)一、频率失真（线性失真） 对不同频率的信号产生相移不同，引起的失真。基波二次谐波输入信号输出信号基波二次谐波相位失真：4-7-1 频率响应的基本概念相移不同(4-45)一、频率失真（线

13、性失真） 对不同频率的信号产生(4-46)二、线性失真和非线性失真线 性失 真线 性元 件非线性失 真非线性元 件电阻、电容、电感半导体器件起因不同不产生新频率分量 产生新频率分量结 果4-7-1 频率响应的基本概念(4-46)二、线性失真和非线性失真线 性失 真线 (4-47)幅度特性相位特性传递函数频域三、不失真条件4-7-1 频率响应的基本概念(4-47)幅度特性相位特性传递函数频域三、不失真条件4-7(4-48)四、 频率响应的特性及带宽定A.频率响应电压增益可表示为 在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的稳态响应，称为放大电路的频率响应。或写为其中(4-48)四、 频率响

14、应的特性及带宽定A.频率响应电压增益(4-49)3dB 频率点（半功率点）3dB 频率点（半功率点） 根据放大器所放大的信号不同，最大容许值有所不同。对于为人们感官所直接感受的信号，如人耳感受音响，人眼感受光亮等当声或光的功率的变化不超过一倍时不会给人造成以感觉上明显的变化。因此，人们确定一个半功率点作为放大倍数下降的最大容许值。 对于某些专用放大器，例如微波接力通信设备中的中频放大器，在信号占据的频率内，即70MHz6MHz的频率范围内，放大倍数的幅模变化只容许几个百分点。对相频特性的要求，容许的时延差不得超过 1ns。四、 频率响应的特性及带宽定(4-49)3dB 频率点（半功率点）3dB

15、 频率点（半功率(4-50)B.上、下限频率和带宽 其中普通音响系统放大电路的幅频响应高频区中频区低频区3dB 频率点（半功率点）3dB 频率点（半功率点）四、 频率响应的特性及带宽定 当信号频率降低或升高使得增益A() 下降到中频增益A0 的0.707倍时对应的频率,分别称为增益的低端截止频率fL和高端截止频率fH3dB带宽、半功率频带(4-50)B.上、下限频率和带宽 其中普通音响系统放大电路(4-51)C、增益带宽积GB 定义： GB = |AuI BW |在一定的条件下 GB = 常数 增益的提高是以牺牲带宽为代价或者说 带宽的扩展是以牺牲增益为代价 四、 频率响应的特性及带宽定(4-

16、51)C、增益带宽积GB四、 频率响应的特性及带宽定(4-52)D. 频率响应的描述方法波特图四、 频率响应的特性及带宽定(4-52)D. 频率响应的描述方法波特图四、 频率响应的特(4-53)频率响应描述量描述方法波特图研究意义幅度失真相位失真E. 频率响应的描述方法(4-53)频率响应描述量描述方法波特图研究意义幅度失真相位(4-54)高频区中频区低频区E. 频率响应的描述方法(4-54)高频区中频区低频区E. 频率响应的描述方法(4-55)4.7.1 单时间常数RC电路的频率响应1. RC低通电路的频率响应（电路理论中的稳态分析）RC电路的电压增益（传递函数）：则且令又电压增益的幅值（模

17、）（幅频响应）电压增益的相角（相频响应）增益频率函数 研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信号频率变化时的响应。(4-55)4.7.1 单时间常数RC电路的频率响应1. (4-56)最大误差 -3dB频率响应曲线描述幅频响应0分贝水平线斜率为 -20dB/十倍频程 的直线相频响应1. RC低通电路的频率响应表示输出与输入的相位差高频时，输出滞后输入因为所以(4-56)最大误差 -3dB频率响应曲线描述幅频响应0分(4-57)2. RC高通电路的频率响应RC电路的电压增益：幅频响应相频响应输出超前输入(4-57)2. RC高通电路的频率响应RC电路的电压增益(4-58)RC电路的频率响应综上所

18、述，可归纳：（1）转折频率fH和fL是频率响应的关键点。 fH和fL是幅频响应的转折点； 0.1fH和10fH 、 0.1fL 和10fL是相频响应的转折点。（2）fH和fL都是对应的回路时间常数 RC成反比的。(4-58)RC电路的频率响应综上所述，可归纳：（1）转折频(4-59)因 值随频率升高而降低，高频下不能采用 H 参数等效电路。BEBCrbbrberbcCbcCbeCbe ：不恒定，与工作状态有关Cbc ：几 pF，限制着放大器频带的展宽4-7-2 单级共射放大器的高频响应一、晶体管的频率参数和高频等效电路1、高频等效电路混合型等效电路re和rc较小而被忽略。(4-59)因 值随频

19、率升高而降低，高频下不能采用 H(4-60)一、晶体管的频率参数和高频等效电路1、高频等效电路混合型等效电路a）、re和rc较小而被忽略。b)、gm为跨导，它不随信号 频率的变化而变。BEBCrbbrberbcCbcCbe(4-60)一、晶体管的频率参数和高频等效电路1、高频等效电(4-61)晶体管简化的高频等效电路(4-61)晶体管简化的高频等效电路(4-62)2、电流放大倍数的频率响应从IEQ估算从手册查得(4-62)2、电流放大倍数的频率响应从IEQ估算从手册查得(4-63)电流放大倍数的频率特性曲线(4-63)电流放大倍数的频率特性曲线(4-64)电流放大倍数的波特图: 采用对数坐标系

20、 采用对数坐标系，横轴为lg f，可开阔视野；纵轴为 单位为“分贝” （dB），使得 “ ” “ ” 。注意折线化曲线的误差20dB/10倍频(4-64)电流放大倍数的波特图: 采用对数坐标系 (4-65) = 0.7070共发射极截止频率f ffo0.707o1fTO3、晶体管的频率参数(4-65) = 0.7070共发射极截止频率f f(4-66)共基 极截止频率f (4-66)共基 极截止频率f (4-67)特征频率 fT(4-67)特征频率 fT(4-68)4、 晶体管单级放大电路的高频特性+VCCRCC1C2VoRL+RB1RB2RSVS中频特性C1、C2 可视为短路极间电容可视为开

21、路(4-68)4、 晶体管单级放大电路的高频特性+VCCRC(4-69)EBBCrbbrbeCbeCbcRLRSVSrbbEBBCrbeCbeRLCMRSVS密勒等效单级放大器的高频特性(C1，C2 视为短路)(4-69)EBBCrbbrbeCbeCbcRL(4-70)密勒定理(4-70)密(4-71)由密勒定理得(4-71)由密勒定理得(4-72)EBBCrbbrbeCbeCbcRLRSVSrbbEBBCrbeCbeRLCMRSVS密勒等效(C1，C2 视为短路)在输出回路略去 CbcRL = RC / RL H = 1/RCfH = 1/2 RCCM= (1 + gmRL ) Cbc单级放

22、大器的高频特性(4-72)EBBCrbbrbeCbeCbcRL(4-73)Rt = (RS + r bb )/rbeCt = Cbe + CM = Cb e+(1 + gmRL ) Cbc结论：频率升高， Au 减小 输出相位滞后rbbEBBCrbeCbeRLCMRSVS式中：(4-73)Rt = (RS + r bb )(4-74)BJT 一旦确定，带宽增益积基本为常数(常数)增益带宽积G BW =(4-74)BJT 一旦确定，带宽增益积基本为常数(常数)增(4-75)4-7-3 单级放大器的低频特性+VCCRCC1C2VRL+RB1RB2RSUS1. 中频特性C1、C2 可视为短路极间电容

23、可视为开路(4-75)4-7-3 单级放大器的低频特性+VCCRCC(4-76)4-7-3 单级放大器的低频特性+VCCRCC1C2VRL+RB1RB2RSUS2. 低频特性：极间电容视为开路耦合电容 C1、C2 与电路中电阻串联容抗不能忽略(4-76)4-7-3 单级放大器的低频特性+VCCRCC(4-77)RB rbe(4-77)RB rbe(4-78)存在电容CE时+VCCRCC1C2VRL+RB1RB2RSUS(4-78)存在电容CE时+VCCRCC1C2VRL+RB(4-79)结论: 频率降低, Aus 随之减小, 输出比输入电压相位超前。(4-79)结论: 频率降低, Aus 随之

24、减小,(4-80)完整的单管共射放大电路的频率特性 将前面画出的单管共射放大电路频率特性的中频段 、低频段和高频段画在同一张图上就得到了如图所示的完整的频率特性（波特）图。 共射电路完整波特图 实际上，同时也可得出单管共射电路完整的电压放大倍数表达式， 即: (4-80)完整的单管共射放大电路的频率特性 将前面(4-81)共射放大电路的频率特性f-180fHfL-225-270ffHfL-135-90（1）通频带：（2）带宽-增益积：fbwAuO三极管一旦确定，带宽增益积基本为常数(4-81)共射放大电路的频率特性f-180fHfL-22(4-82)4.7.4 多极放大电路的频率响应1. 多级放大电路的增益 前级的开路电压是下级的信号源电压 前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗 下级的输入阻抗是前级的负载(4-82)4.7.4 多极放大电路的频率响应1. 多级(4-83)4-7-4 多级放大器的频率响应 如果放大器由多级级联而成，那么，总增益(4-83)4-7-4 多级放大器的频率响应 如果放大器由(4-84)完整的单管共射放大电路的频率特性(4-84)完整的单管共射放大电路的频率特性(4-85)1 、 多级放大器的上限频率fH 设单级放大器的增益表达式为