电子技术基础-第4章多极放大电路

1、第4章多级放大电路,成都理工大学工程技术学院 自动化工程系 雷永锋 2013,第4章 多级放大电路,4.1 多级放大电路的耦合方式,4.3 功率放大电路,4.2 阻容耦合放大电路,4.5 差动式放大电路,4.4 直接耦合放大电路,退出,在多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的连接方式叫耦合。实现耦合的电路称为级间耦合电路，其任务是将前级信号传送到后级。 对级间耦合电路的基本要求： 级间耦合电路对前、后级放大电路静态工作点不产生影响。 级间耦合电路不会引起信号失真。 尽量减少信号电压在耦合电路上的压降。,4.1 多级放大电路的耦合方式, 阻容耦合: 在多级放大电路中，用电阻、电容耦合的称为阻容

2、耦合。 变压器耦合:用变压器构成级间耦合电路的称为变压器耦合。 直接耦合: 直接耦合方式就是级间不需要耦合元件。,1. 静态分析 耦合电容通交隔直, 各级放大电路静态工作点,可以单独进行分析。 2. 动态分析 (1) n级放大电路的总电压放大倍数 多级放大器的放大倍数等于各个单级放大器放大倍数的积。 在求单级放大电路的放大倍数时必须将后一级的输入电阻作为前一级的负载考虑，即将第二级的输入电阻与第一级集电极负载电阻并联。 (2) n级放大电路的输入电阻 n级放大电路第一级的输入电阻就是n级放大电路的输入电阻，即 (3) n级放大电路的输出电阻 n级放大电路最末一级的输出电阻就是n级放大电路的输出

3、电阻，即 3. 频率特性:级数越多,通频带越窄,4.2 阻容耦合放大电路,例4.2.1：阻容耦合放大电路 已知：Ec=20V, Rs=1K, RB1=100K, RB2=100K, Rc1=15K, RE1=501K, RB1=33K, RB2=6.8K, RC2=7.5K, RE2=2K, RL=5.1K, 1=60, 2=120, UBEQ=0.7V。 求Au,1、静态值,2、输入电阻,3、负载电阻,4、电压放大倍数,例4.2.2.两 级 交 流 放 大 电 路 如 图 所 示， 已 知 场 效 应 管 的 gm=2 mS， 晶 体 管 的 。要 求：(1) 画 出 放 大 电 路 的 微

4、 变 等 效 电 路；(2) 计 算 Aus (3) 计 算 第 一 级 的 输 入、输 出电 阻；(4) 说 明 前 级 采 用 场 效 应 管， 后 级 采 用 射 极 输 出 放 大 电 路 的 作 用。,前 级 采 用 场 效 应 管 可 以 提 高 电 路 的 输 入 电 阻， 后 级 采 用 射 极 跟 随 器 可 以 降 低 输 出 电 阻， 提 高 带 负 载 能 力。,4.3 功率放大电路,功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。为了获得大的输出功率，必须使 输出信号电压大； 输出信号电流大； 放大电路的输出电阻与负载匹配。,1. 电压放大器与功率放大器的区别： 任

5、务不同： 电压放大不失真地提高输入信号的幅度，以 驱动后面的功率放大级， 通常工作在小信号状态。 功率放大信号不失真或轻度失真的条件下提高输出功率，通常工作在 大信号状态。在前级电压放大基础上, 再乙类放大，为负载 提供足够的输出功率 2. 分析方法： 电压放大 采用微变等效电路法和图解法 功率放大 图解法,4.3.1. 1功率放大电路的特点,4.3.1 功率放大电路的一般问题,退出, 实例典型的收音机电路,变频,低放 中放,功放,Ic=0.5mA,Ic=2mA,Ic=20mA Ec=6V,Po=30mW,电源供给的功率：,PDC=EcIc=120mW,转换效率：,2. 功率放大电路中的一些特

6、殊问题,1. 要求尽可能大的输出功率。管子工作在极限的工作状态。,2. 效率,=,负载得到的有用信号功率Po,电源供给的直流功率PDC,3. 非线性失真要小。 在大信号状态工作必然引起失真的问题，这就存在增大输出功率和失真严重的矛盾，这就要求在电路结构上进行改进，尽可能大的提高输出功率，减小非线性失真。,半导体三极管散热的问题 电源供给的能量大多数以管耗的形式消耗掉，通常功放电路中的工作管必须加散热片。,4.3.1.2、放大电路工作状态,甲类放大： 静态工作点在交流负载线中点，用于电压放大, 甲类虽然放大的信号不失真，但管耗太大，电路的效率很低。 乙类放大： ICQ = 0 ，三极管只在正半周

7、工作，电压幅值大，用于功率放大 甲乙类放大： 在截止区偏上一点，防止交越失真,1. 放大电路工作状态,甲乙类放大和乙类放大电路因静态电流很小，使电源供给的直流功率几乎全部转换成交流输出信号，因此降低了管耗，提高了效率。但是，这两种功放电路都出现了严重的波形失真。,2. 射极输出器的功率放大作用,射级输出器具有输入电阻高、输出电阻低的特点，能达到电阻匹配的要求。另外射极输出器的电压放大倍数近似等于1，具有电流放大和功率放大作用。因此用射级输出器作功率输出级，在负载上可得到最大不失真输出功率。,4.3.2 互补对称功率放大器,2、波形 正半周：T1通，T2止 负半周：T2通，T1止 输出： 完整

8、将T1的输出曲线, 倒置在的T2下方 静态点Q重合,4.3.2.1、乙类功率放大电路,将发射极电阻用与NPN管相近的PNP管代替，看作两个射极输出器构成，两管均工作在截止状态, 两管都工作在乙类放大状态。输出电压uo=0。电路内没有功率损耗。,1、静态值 IBQ=0 ICQ=0 VE=0 UCEQ=Ec,负载上的最大不失真功率：,输出电压幅值,输出电流幅值,输出功率 ：,电源功率：,效率,当Uom = VCC 时效率最大：,=/4 =78.5,每管工作半周的平均电流,模电,例4.3.1 有一互补对称乙类功率放大电路，如图所示，电源电压UCC=24V，负载电阻RL=6。忽略管子的饱和压降，求电路

9、的最大输出功率，直流电源供给的总功率、效率和总管耗。,4.3.2.2、甲乙类功率放大电路,2.甲乙类功率放大 加很少直流偏置，使Q点销高于截止点,1、交越失真 输入特性有死区， ib=0时，产生波形失真,退出,为解决交越失真，可给三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类。, 双电源甲乙类功率输出级,4.3.2.3 准互补对称功率放大电路,2. 准互补对称功率放大电路 用复合管构成的功率放大电路,1、复合管(达林顿管) 输出大，用大功率管 把两只或多只管, 连接成一个晶体管用,4.3.3 单电源互补对称功率放大电路,4.3.3.1、乙类单电源功率放大电路OTL,去掉电源 -Ec ,用大电容C(充放

10、电)代替,调整参数,使电容电压为Ec/2,输出电压的幅值 UomUCC/2, 输出电流的幅值 Iom=Uom/RLUCC/2RL,输出最大功率,直流电源只是在ui的正半周供给电流，所以ic1的波形是半个正弦波，每管工作半周的平均电流,直流电源供给的最大总功率,效率,当Uom = UCC 时效率最大,退出,4.3.3.2、甲乙类单电源互补对称功率放大电路,T1 T2：互补对称电路 R4： 调整两管Q点 C2： 使T1 T2基极电位 相等，保证波形 对称 R1： 调整T3偏流使 VA=Ec/2，保证 上下幅值相等,4.4 变压器耦合功率放大电路,输出最大功率,直流电源供给的最大总功率,效率为,交流

11、负载电阻,N1为B2原边绕组总匝数的一半，N2为B2副绕组匝数,电路的总效率应为 =TC， 式中T为变压器效率，C为放大电路的效率。,静态时，两管都处于载止状态，静态工作电流IC近于零。 当有正弦交流信号ui时，则在副绕组两端出现两个极性相反（对地来说）而大小相等的正弦交流信号ui1和ui2。 正半周时，B1副边电压的极性是上端为正，下端为负，则T1导通，T2载止，只有 iC1流过输出变压器B2原绕组的上半部分； 负半周时，T1载止而T2导通，iC2流地输出变压器原绕组的下半部分。 由于两只晶体管轮流交替工作，则在输出变压器B2的副绕组内产生的电压和电流是一个完整的正弦波形。,退出,4.5 集

12、成功率放大器,TDA2030集成音频功率放大器,集成功率放大器是应用半导体工艺, 将管子,电阻,导线制造在一块硅片上的固体器件。集成功率放大器TDA2030如所示,由TDA2030构成的OCL电路,TDA2030-OTL电路,4.4 直接耦合放大电路,(a)阻容耦合 (b)直接耦合 (c)变压器耦合,在多级直接耦合放大电路中，为了放大缓变量，前后级级间不经任何元件，直接把前级输出信号送到后级的输入端。,前后级间静态工作点将相互影响 零点漂移 在多级直接耦合放大电路中，即使把输入端短路（即无输入信号），在输出端也会出现电压波动，使输出电压偏离零直，这种现象称为零点漂移，简称零漂。,直接耦合放大电

13、路特殊问题,多级放大电路的放大倍数,退出,1. 多级直接耦合放大电路常用的级间耦合方式：,（2）NPN型和PNP型晶体管 配合使用的直接耦合放大电路,（1）提高后级NPN型晶体管的发射极电位,产生零漂的原因： 电源电压的波动、 电路元件参数的变化、 体管参数随温度的变化等。 其中主要因素是温度对晶体管参数的影响 (2）抑制零漂的措施 减小零漂的简单措施有以下几种： 选用小的晶体管。 . 采用稳压电源供电。 . 采用直流负反馈稳定放大电路的静态工作点。 . 温度补偿电路。 以上办法虽然简单易行，但往往在一个温度变化范围内补偿好了，而在其它温度下又不合适了；或在一个放大电路中配合好了，而在另一个放

14、大电路中又不合适了。所以这些方法只适用于对零漂要求不高的场合。 较好地抑制零漂的方法多采用差动式放大电路。,2. 多级直接耦合放大电路中的零点漂移,直接耦合放大电路中的零漂现象，表现为缓慢的、不规则的电压变化。放大电路的级数越多，放大倍数越大，则零漂电压逐级放大，就使零漂越严重，那么，第一级零漂对输出端的总零漂来说，占主要地位。,(1)零点漂移的性质及产生的原因,4.5.1 基本差动式放大电路,双端输出 2个晶体管参数一样,零漂抑制 Uo=Uo=UCQ1 - UCQ2=0,1、电路的组成及零漂的抑制,静态分析 Ui1 =Ui2 =0 ICQ1 =ICQ2 UCQ1 = UCQ2,4.5 差动式

15、放大电路,退出,2. 电路的动态分析,(1)输入类型,. 两个任意信号的输入,当输入电压和的大小和极性都是任意的情况下，可以把它等效地分解为差模输入和共模输入来进行分析。放大电路输出端的电压总变化量应为差模输出电压和共模输出电压的代数和，,(2).动态分析,1). 共模输入 共模信号: Ui1 =Ui2 总输入信号: Ui =Ui1 - Ui2 = 0 总输出信号: Uo = 0 共模放大倍数: Ac = 0,2). 差模输入 差模信号: Ui1 = - Ui2 总输入信号: Ui =Ui1 - Ui2 =2 Ui1 Ui10 Ic1Ic1Vc1 -Vc Ui20 Ic2Ic2Vc2 Vc 总

16、输出信号: Uo = (UCQ1 - Vc) - (UCQ2 + Vc) = - 2 Vc 差模放大倍数: RB2 rbe 与单管放大电路相同,4.5.2 典型差动放大电路,(2)、静态值 Ui = 0 IE1 + IE2 2IE (相当于IE流过2RE),1.、双端输入/输出差放,(1)、电路组成 差模信号 Ui1 = Ui / 2 Ui2 = - Ui / 2 RE : 共模反馈电阻加强抑制零 漂和 共模信号能力, 可用晶体管代替，动态电阻大，静态电阻小 EE：抵偿RE的直流压降,获得合适工作点 RP：调零，改变两管的初始状态,TIc1IEVE UBE1IB1Ic1 Ic2 UBE2IB2

17、Ic2,退出,(2) 静态分析,对IE1来说, 等效2Re,(3)动态分析,ic1,ic2,ie1,ie2,差模电压放大倍数,RL的中点相当于公共端（等效地）,对VT1、VT2各取1/2RL,例4.5.1 差动放大电路如图所示，晶体管T1、T2的=50，Vcc=VEE=12V, Rc1=Rc2=20k, Rs1=Rs2=1k, RL=40k, Re=60k, 试估算电路的静态工作点、差模放大倍数、差模输入电阻和输出电阻。,解 因RP阻值较小，在计算中可以忽略，并设UBE=0.7V。,（a）静态工作点的估算 当输入信号ui=0时，T1、T2管发射极电流均为IE，而流过RE的电流为2IE，由图可列出下列方程式。,b）差模放大倍数,c）差模输入电阻和输出电阻,2. 单端输入/输出差放,1、电路组成 输入信号加左