多级放大电路概述

第三章多级放大电路第三章多级放大电路§3.1多级放大电路的耦合方式§3.2多级放大电路的动态分析§3.3差分放大电路§3.4互补输出级§3.5直接耦合多级放大电路读图§3.1多级放大电路的耦合方式一、直接耦合二、阻容耦合三、变压器耦合3.7.1

多级放大电路的组成

RSRo1Ri1Ro2Rin+_uo1+_+_+_ui+_+_uoRL+_+_第1级信号源输入级中间放大级输出级第2级第n-1级第n级+_uSui2Ri2uo2ui

n-1Rin-1Ron-1uon-1uinRon输入级——输入电阻高，噪声和漂移小。对各级电路的要求:输出级

——动态范围大，输出功率大，带载能力强。中间级

——具有足够大的放大能力。多级放大电路的组成输入级中间级输出级一、直接耦合既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻

能够放大变化缓慢的信号，便于集成化，Q点相互影响，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、电位的变化会逐级放大。第二级第一级Q1合适吗？直接连接输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。耦合——放大电路与信号源、放大电路、负载以及电路内部各级之间的连接。常用的耦合方式直接耦合阻容耦合变压器耦合3.7.2

多级放大电路的耦合方式

能对交流和直流信号进行放大RC1RC2T2RB_ui+VCCRL+_uo+VBBT13.7.2.1直接耦合

特点又称之为直流放大电路直接耦合放大电路存在两个特殊的问题：(1)各级静态工作点不独立，不便于设计和调试。RC1RC2T2RB_ui+VCCRL+_uo+VBBT1常用的解决方法提高后级射极电位电平移位+VCC

T2RERC2RC1RBT1+VCC

T2RERC2RC1RBT1RDZ两种管子互补+VCC

T2RC2RE2RC1RB1T1RE1–VCC

(2)

零点漂移问题当输入ui=0时，输出电压uO并不恒定，而是出现缓慢的、无规则的漂动。这种现象称为零点漂移，简称零漂。零漂实质上就是放大电路静态工作点的变化。RC1RC2T2RB_ui+VCCRL+_uo+VBBT1引起零漂的主要原因：(a)

元器件参数，特别是晶体管的参数会随温度的变化而变化。(b)元器件会出现老化，参数发生了变化。由温度引起的零漂称为温漂由元器件老化引起的零漂称为时漂引起直接耦合放大电路零漂的主要因素是温漂零漂3.7.2.2阻容耦合多级放大电路主要特点:a.各级电路的静态工作点相互独立,便于设计和调试。RC1RC2T2RB1ui+VCCRL+_uoT1RB2++++_C1C2C3RC1RC2T2RB1ui+VCCRL+_uoT1RB2++++_C1C2C3b.可以抑制零点漂移。c.无法放大低频信号和直流信号。d.在集成电路中，无法制造大电容。3.7.2.3变压器耦合CE1RE1T1Tr1Tr2CB1ui+_CE2RE2T2RL+_uoTr3+VCCRB11++RB12++RB21RB22CB2主要特点:e.具有阻抗变换作用，可以实现阻抗匹配。b.对直流信号起到隔离作用，可以消除零点漂移。a.对直流信号没有放大能力，只能放大交流信号。d.体积大、重量重、费用高、不宜集成化。c.各级电路的静态工作点相互独立，便于设计和调试。3.1.4光电耦合以光信号为媒介实现电信号的耦合和传递，因抗干扰能力强而广泛应用。

DT1

T2

ic

iD

ceuD

+-一、光电耦合器uCE

ID3

ID2

ID1

增大ID

ic图3.1.5光电耦合器及其传输特性(a)内部组成

(b)传输特性发光元件为输入回路：将电能转换为光能；光敏元件为输出回路：将光能转换为电能。电气隔离，抗干扰性强3.7.3

多级放大电路的计算

1.直接耦合电路的静态分析

阻容耦合、变压器耦合的各级静态工作点独立，分析方法与前述的单级放大电路的方法相同。这里只对直接耦合电路进行静态分析由得在输入回路令输入电压ui=0RC1RC2T2RB_ui+VCCRL+_uO+VBBT1+_+_+_+_联立求解可得、、在一、二级之间RC1RC2T2RB_ui+VCCRL+_uO+VBBT1+_+_+_+_联立求解可得、在输出回路RC1RC2T2RB_ui+VCCRL+_uO+VBBT1+_+_+_+_如何设置合适的静态工作点？对哪些动态参数产生影响？用什么元件取代Re既可设置合适的Q点，又可使第二级放大倍数不至于下降太多？若要UCEQ＝5V，则应怎么办？用多个二极管吗？二极管导通电压UD≈？动态电阻rd特点？Re必要性？稳压管伏安特性

UCEQ1太小→加Re（Au2数值↓）→改用D→若要UCEQ1大，则改用DZ。NPN型管和PNP型管混合使用在用NPN型管组成N级共射放大电路，由于UCQi＞UBQi，所以UCQi＞UCQ(i-1）（i=1～N），以致于后级集电极电位接近电源电压，Q点不合适。UCQ1

（UBQ2）

＞UBQ1UCQ2＜

UCQ1

UCQ1

（UBQ2）

＞UBQ1UCQ2＞

UCQ1

二、阻容耦合

Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。共射电路共集电路有零点漂移吗？利用电容连接信号源与放大电路、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻容耦合。

可能是实际的负载，也可能是下级放大电路三、变压器耦合

理想变压器情况下，负载上获得的功率等于原边消耗的功率。从变压器原边看到的等效电阻讨论：两级直接耦合放大电路选择合适参数使电路正常工作电位高低关系

从Multisim“参数扫描”结果分析两级放大电路Q点的相互影响。

R1取何值时T2工作在饱和区？uC1uC2T2工作在放大区

§3.2多级放大电路的动态分析二、分析举例一、动态参数分析一、动态参数分析1.电压放大倍数2.输入电阻3.输出电阻

对电压放大电路的要求：Ri大，Ro小，Au的数值大，最大不失真输出电压大。2.多级放大电路的动态分析RSRo1Ri1Ro2Rin+_uo1+_+_+_ui+_+_uoRL+_+_第1级信号源输入级中间放大级输出级第2级第n-1级第n级+_uSui2Ri2uo2ui

n-1Rin-1Ron-1uon-1uinRon(1)多级放大电路的电压放大倍数···········ioUUAu=-1ooo2o3o1o2io1nnUUUUUUUUL=····unuuuAAAA...=3212.多级放大电路的动态分析RSRo1Ri1Ro2Rin+_uo1+_+_+_ui+_+_uoRL+_+_第1级信号源输入级中间放大级输出级第2级第n-1级第n级+_uSui2Ri2uo2ui

n-1Rin-1Ron-1uon-1uinRon(2)输入电阻(3)输出电阻

i1iRR=nRRoo=二、分析举例多级放大电路动态分析时应注意的两个问题a.第i级放大电路的输入电阻应视为第i-1级放大电路的负载电阻b.第i-1级放大电路的输出电阻应视为第i级放大电路的信号源内阻对于第一级放大器对于第二级放大器[例]试写出图示放大电路的电压放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro的表达式。T2_ui+VCC+_uO+VBBT1[解]由图可知，放大电路是由两级放大电路组成。第一级共射极放大电路，第二级共集电极放大电路。RiRi2RoRo1T2_ui+VCC+_uO+VBBT1(1)

求电压放大倍数由于+VCCT2_ui+_uO+VBBT1RiRi2RoRo1uO1+_ui2+_式中···io11UUAu=E11be1BL11)1(RrRRbb+++¢-=i2C1L1//RRR=¢LE22be2i2//)1(RRrRb++=···u2u1uAAA=故式中+VCCT2_ui+_uO+VBBT1RiRi2RoRo1uO1+_ui2+_···i2o2UUAu=L22be2L22)1()1(RrR¢++¢+=bbLE2L2//RRR=¢···21uuuAAA=E11be1BL11)1()1(RrRRbb+++¢+=L22be2L22)1()1(RrR¢++¢+bb(2)

求输入电阻Ri+VCCT2_ui+_uO+VBBT1RiRi2RoRo1uO1+_ui2+_E11be1Bi)1(RrRRb+++=(3)

求输出电阻Ro式中+VCCT2_ui+_uO+VBBT1RiRi2RoRo1uO1+_ui2+_2o1be2E2o1//b++=RrRRC1o1RR=讨论一

失真分析：由NPN型管组成的两级共射放大电路共射放大电路共射放大电路饱和失真？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。比较Uom1和Uim2，则可判断在输入信号逐渐增大时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失真电压等于输出级的最大不失真电压。讨论二：放大电路的选用1.按下列要求组成两级放大电路：①Ri＝1～2kΩ，Au

的数值≥3000；②Ri

≥10MΩ，Au的数值≥300；③Ri＝100～200kΩ，Au的数值≥150；④Ri

≥10MΩ，Au的数值≥10，Ro≤100Ω。①共射、共射；②共源、共射；③共集、共射；④共源、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？注意级联时两级的相互影响！§3.3差分放大电路一、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五、具有恒流源的差分放大电路六、差分放大电路的改进一、零点漂移现象及其产生的原因1.什么是零点漂移现象：ΔuI＝0，ΔuO≠0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。典型电路：差分放大电路零点漂移零输入零输出理想对称二、长尾式差分放大电路的组成信号特点？能否放大？共模信号：大小相等，极性相同。差模信号：大小相等，极性相反.信号特点？能否放大？典型电路在理想对称的情况下：1.克服零点漂移；2.零输入零输出；3.抑制共模信号；4.放大差模信号。三、长尾式差分放大电路的分析

Rb是必要的吗？1.

Q点：晶体管输入回路方程：通常，Rb较小，且IBQ很小，故选合适的VEE和Re就可得合适的Q2.抑制共模信号

共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即2.抑制共模信号：Re的共模负反馈作用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对于每一边电路，Re=?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。由于电路对称，双端输出时RL上流过的电流为零。在Re上两者作用的电流方向相同。因此可将差动放大电路的交流通路分成两个独立的部分.差分放大电路对共模信号的抑制作用半电路的共模电压放大倍数为：由于左右两个电路完全一样，所以该放大倍数就是差动电路的单端输出共模放大倍数。输出电压：当电路完全对称时输出电压：当电路不完全对称时，由于2Re>>RC，共模放大倍数Auc≈0。可见在双端输出情况下差分放大电路对共模信号有抑制作用：依靠电路的对称性；依靠Re的负反馈作用。差动放大电路抑制共模能力用共模抑制比KCMR来衡量。通常也用分贝(dB)表示：共模抑制比越大，共模抑制能力越强。由于电路对称，在电路的对称点上信号总是大小相等，极性相反。故信号输出的地电位在RL的中点；发射极间的连线也是信号的地电位。因此可将差动放大电路的交流通路分成两个独立的部分.6.4.2差动放大电路对差模信号的放大作用3.放大差模信号△iE1=－△iE2，Re中电流不变，即Re

对差模信号无反馈作用。差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即＋－＋－为什么？双端输入双端输出差模信号作用时的动态分析差模放大倍数双端输入、双端输出差动电路的差模电压放大倍数等于半电路单管放大倍数。其差模输入、输出电阻是半电路单管电路的2倍。4.动态参数：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR

共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。

在实际应用时，信号源需要有“接地”点，以避免干扰；或负载需要有“接地”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。四、差分放大电路的四种接法

由于输入回路没有变化，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但是UCEQ1≠UCEQ2。1.双端输入单端输出：Q点分析1.双端输入单端输出：差模信号作用下的分析1.双端输入单端输出：共模信号作用下的分析因为1.双端输入单端输出：问题讨论（1）T2的Rc可以短路吗？（2）什么情况下Ad为“＋”？（3）双端输出时的Ad是单端输出时的2倍吗？2.单端输入双端输出共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：在输入信号作用下发射极的电位变化吗？说明什么？2.单端输入双端输出问题讨论：（1）UOQ产生的原因？（2）如何减小共模输出电压？测试:差模输出共模输出静态时的值3.四种接法的比较：电路参数理想对称条件下输入方式：Ri均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。输出方式：Q点、Ad、Ac、KCMR、Ro均与之有关。五、具有恒流源的差分放大电路

Re越大，每一边的漂移越小，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。但为使静态电流不变，Re越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。

需在低电源条件下，设置合适的IEQ，并得到得到趋于无穷大的Re。解决方法：采用电流源取代Re！具有恒流源差分放大电路的组成等效电阻为无穷大近似为恒流1)RW取值应大些？还是小些？2)RW对动态参数的影响？3)若RW滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。六、差分放大电路的改进1.加调零电位器

RW2.场效应管差分放大电路若uI1=10mV，uI2=5mV，则uId=？uIc=？uId=5mV，uIc=7.5mV讨论一若将电桥的输出作为差放的输入，则其共模信号约为多少？如何设置Q点时如何考虑？1、uI=10mV，则uId=?uIc=?2、若Ad=－102、KCMR＝103用直流表测uO

，uO=?uId=10mV，uIc=5mVuO=AduId+AcuIc+UCQ1=?=?=?讨论二§3.4互补输出级二、基本电路三、消除交越失真的互补输出级四、准互补输出级一、对输出级的要求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；负载电阻上无直流功耗；最大不失真输出电压最大。一、对输出级的要求射