模拟电子技术基础多级放大电路.ppt

1、1,课程回顾,一. 典型电路,2,二. 典型电路,3,第3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 直接耦合放大电路,4,3.1 多级放大电路的耦合方式,3.1.1、直接耦合,3.1.2、阻容耦合,3.1.3、变压器耦合,5,3.1.1、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,Q1合适吗？,直接连接,6,如何设置合适的静态工作点？,对哪些动态参数产生影响？,Re,必要性？,UCEQ1太小加Re（Au2数值）改用D若要UCEQ1大，则改用DZ。,要求：对直流相当于一个电压源；对交流等效于一个小电阻。,7,NPN型管和PNP型管混合使

2、用,UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1 UCQ2 UCQ1,UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1 UCQ2 UCQ1,Re,解决：集电极电位逐级升高的问题。,8,直接耦合的优缺点：,缺点：静态工作点相互影响。,优点：良好的低频性能；适合于集成电路。,直接耦合的优缺点：,缺点：静态工作点相互影响。,优点：良好的低频性能；适合于集成电路。,9,3.1.2、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。,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。,10,3.1.3、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

3、器原边看到的等效电阻,11,电压放大倍数：,12,1、直接耦合,2、阻容耦合,3、变压器耦合,课程回顾,缺点：静态工作点相互影响。,优点：良好的低频性能；适合于集成电路。,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。,主要用在高频大功率放大电路中。在这里，集成电路无法满足要求，采用分立元件构成变压器耦合放大电路实现。,13,3.2 多级放大电路的动态分析,二、分析举例,一、动态参数分析,14,一、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。,15,1、静态分析,二、分析举例,16

4、,2、动态分析,先画交流通路：,17,18,19,20,3.3直接耦合放大电路（差分放大电路）,3.3.1、直接耦合放大电路的零点漂移现象,3.3.2、差分放大电路,3.3.3、直接耦合互补输出级,适用范围：频率过低的信号或集成电路,21,一、零点漂移现象及其产生的原因,1. 什么是零点漂移现象：uI0，uO0的现象。,产生原因：温度变化，晶体管的特性参数对温度敏感,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（热敏元件或差分放大器）； 典型电路：差分放大电路,3.3.1、直接耦合放大电路的零点漂移现象,22,3.

5、3.2、差分放大电路,一、电路的组成,演义过程如下：,a图: Q点基本稳定，但仔细研究，温度变化时，ICQ会有微小的变化。可以想象，只要采用直接耦合方式，这种变化就会逐级放大。,b图: 寻找一个受温度控制的直流电源。,（a） 带有Re负反馈电阻,（b） 带有温控的电压源,零点漂移,零输入零输出,23,演义过程：,C图: 寻找管子特性完全相同的相同电路，以集电极电位差作为输出。,（c） 对称电路加共模信号,理想对称,（d） 加差模信号,共模信号：大小相等，极性相同。,差模信号：大小相等，极性相反.,24,d图: (1) 输出电压uo= uC1- uC2= 2uC1 ; (2) 在差模信号作用下，

6、Re中的电流变化率为零，即提高了对差模信号的放大能力。,e图: 为了简化电路，便于调解Q点，也为了是直流电源与信号源“共地” 。,（d） 加差模信号,（e） 实用差模放大电路,演义过程：,信号特点？能否放大？,25,解释: (1) 差动 ：是指当两个输入端之间有差别（即变化量）时，输出电压才有变动（变化量）的意思。 (2) 由于Re接负电源 VEE, 拖一个尾巴，故称长尾式电路。,26,典型电路,二、长尾式差分放大电路的组成,Rb很小，通常为信号源内阻。,电路参数理想对称。,27,Q点：,晶体管输入回路方程：,通常，Rb较小，且IBQ很小，故,晶体管输入回路方程：,晶体管输入回路方程：,通常，

7、Rb较小，且IBQ很小，故,晶体管输入回路方程：,通常，Rb较小，且IBQ很小，故,晶体管输入回路方程：,通常，Rb较小，且IBQ很小，故,晶体管输入回路方程：,通常，Rb较小，且IBQ很小，故,晶体管输入回路方程：,28,1. 课程回顾,（1）、零点漂移现象及其产生的原因,适用范围：频率过低的信号或集成电路,零点漂移现象:uI0，uO0的现象。,产生原因：晶体管的特性对温度敏感， 故也称零漂为温漂。,29,（2）长尾式差分放大电路的Q点：,然后，得出晶体管输入回路方程：,通常，Rb较小，且IBQ很小，故,先画直流通路；,30,（3）. 长尾式差分放大电路的动态分析,共模信号：大小相等，极性相

8、同。,差模信号：大小相等，极性相反.,31,2. 抑制共模信号,共模信号：数值相等、极性相同。 分析思路：先画共模时的交流通路。 输入信号：在交流通路中，可写为,继续讲课,32,Re的共模负反馈作用： 与第2章静态工作点稳定电路（图2.4.2 ）的原理一样。,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,如 T() uIC iB1 iB2 iC1 iC2 uE uBE1 uBE2 iB1 iB2 iC1 iC2 ,抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。,33,3. 差模信号的动态分析,差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即,注： 图中的iE1等为瞬时信号 。,瞬时电路图,（1

9、）电路构成：,注意讨论的思路,34,iE1= iE2，Re中差模电流为零， 即Re 对差模信号无反馈作用。,注：差模信号下，E点等效于接“地” ；同时，负载电阻的中点在差模信号作用下不变，也相当于接“地” 。,差模信号：可看成一种交流信号处理，先画差模交流通路。,（2）Re 对差模信号的作用,35,（3）差模信号作用时的动态分析,差模放大倍数,36,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

10、输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。,37,四、差分放大电路的四种接法,双端输入单端输出,首先，进行电路的分析、解剖,瞬时电路,瞬时电路,38,根据戴维南定理：,瞬时电路,瞬时电路,39,（1）Q点分析,瞬时电路,直流通路,40,由于输入回路参数对称，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但是输出回路不对称，所以UCQ1 UCQ2，从而使 UCEQ1 UCEQ2。,直流通路,41,（2) 差模信号作用下的动态分析,差模信号下的交流通路,瞬时电路,差模交流通路,42,差模交流通路,差模微变等效电路,43,课程回顾,双端输入双端输出,课程回顾,差分放大电路的四种接法,44,（2

11、） 差模信号作用时,（1） 共模信号作用时,45,双端输入单端输出： （1）差模信号作用下,46,（2）共模信号作用下的分析,瞬时电路,瞬时电路 （注：三极管发射极与电源 -VEE之间的电压不变。）,47,瞬时电路,共模交流通路,共模信号下，T1管一边的交流通路,48,共模信号下，T1管一边的微变等效电路,共模信号下，T1管一边的交流通路,49,3. 单端输入双端输出,输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入.若输入交流信号为uI，则uId= uI， uIc= uI /2.,50,测试:,差模输出,共模输出,51,4. 单端输入单端输出,由于单端输入可以等效成双端输入形式，然后在按照双端输入，

12、单端输出情况进行动静态的分析。,单端输入、单端输出与双端输入、单端输出的静态工作点、动态参数分析完全相同。,52,53,5. 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。,54,五、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。

13、,解决方法：采用电流源取代Re！,55,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,若UBE的变化可忽略不计，IE3、IC3基本不随温度变化。,56,1) 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 RW,57,若uI1=10mV，uI2=5mV，则uId=？ uIc=？,uId=5mV ，uIc=7.5mV,讨论一,58,讨论二,1、uI=10mV，则uId=? uIc=?,uId=10mV ，uIc=5mV,59,例3.3. 1,解: (1),(2),60,(2)

14、分析： 用直流电表测得的输出电压既含有直流量又含有变化量。,首先计算T1管的直流集电极电位：,然后用所测电压计算T1管的差模集电极电位：,61,3.3.3 直接耦合互补输出级,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,62,一是输出电阻低；二是最大不失真输出电压尽可能大。,一、对输出级的要求,不符合要求！,共射、共基电路不合适；共集电路有点谱，但带上负载后静态工作点会产生变化，且输出不失真电压也将减少，需要改进。,63,二、基本电路,静态时T1、T2均截止，UB= UE=0,1. 特征：T1、T2特性理想对称。输入电压为零时，输出电压也为零。,2. 静态

15、分析,T1的输入特性,64,3. 瞬时分析（定性分析时）,ui正半周，电流通路为 +VCCT1RL地， uo = ui,两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。,ui负半周，电流通路为 地 RL T2 -VCC， uo = ui,65,1. 差分放大电路的四种接法总结,输入方式： Ri 均为2(Rb+rbe)+（1+）Rw；,输出方式：Q点、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均与之有关。,课程回顾,66,输入电阻大、输出电阻低；最大不失真输出电压尽可能大、输出电流大。,2、直接耦合互补输出级,(1) 目标要求,67,（2）交越失真 （仔细分析时）,消除失真的方法： 设置合适的静态工作点。,信号在零附近两只管子均截止,开启电压, 静态时T1、T2处于临界导通状态，有信号时至少有一只导通； 偏置电路对动态性能影响要小。,68,（3