多级放大电路与差分放大电路优秀课件.ppt

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1、多级放大电路与差分放大电路第1页，本讲稿共29页2 2.阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路第一级第一级第一级第一级第二级第二级第二级第二级负载负载负载负载信号源信号源信号源信号源两级之间通过耦合电容两级之间通过耦合电容 C2 与下级输入电阻连接与下级输入电阻连接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+T1T2第2页，本讲稿共29页3.3.变压器耦合放大电路变压器耦合放大电路变压器耦合放大电路变压器耦合放大电路两级之间通过耦合变压器两级之间通过耦合变压器 T 与下级输入电阻连接与下级输入电阻连接第3页，本讲稿共29页直接耦合

2、：直接耦合：直接耦合：直接耦合：将前级的输出端直接接后级的输入端。将前级的输出端直接接后级的输入端。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2+RE24 4.直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路第4页，本讲稿共29页直接耦合存在的三个问题：直接耦合存在的三个问题：直接耦合存在的三个问题：直接耦合存在的三个问题：(1)前后级静态工作点相互影响前后级静态工作点相互影响第5页，本讲稿共29页(2)(2)静态零输出问题 第6页，本讲稿共29页(3)(3)零点漂移零点漂移零点漂移零点漂移

3、零点漂移：零点漂移：零点漂移：零点漂移：指输入信号电压为零时，输出电压发生指输入信号电压为零时，输出电压发生 缓慢地、无规则地变化的现象。缓慢地、无规则地变化的现象。uotO产生的原因：产生的原因：产生的原因：产生的原因：晶体管参数随温度变化、电源电压晶体管参数随温度变化、电源电压 波动、电路元件参数的变化。波动、电路元件参数的变化。第7页，本讲稿共29页零点漂移的危害：零点漂移的危害：零点漂移的危害：零点漂移的危害：直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效

4、信号电压还是漂移电压。号电压还是漂移电压。一般用输出漂移电压折合到输入端的等效漂移电一般用输出漂移电压折合到输入端的等效漂移电压作为衡量零点漂移的指标。压作为衡量零点漂移的指标。输入端等效输入端等效输入端等效输入端等效漂移电压漂移电压漂移电压漂移电压输出端输出端输出端输出端漂移电压漂移电压漂移电压漂移电压电压电压电压电压放大倍数放大倍数放大倍数放大倍数 只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多时，放大后的只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多时，放大后的有用信号才能被很好地区分出来。有用信号才能被很好地区分出来。第8页，本讲稿共29页 由于不采用电容，直接耦合放大电路具有良好的低频由于不采用

5、电容，直接耦合放大电路具有良好的低频特性。特性。通频带通频带通频带通频带f|Au|0.707|Auo|OfH|Auo|幅频特性幅频特性幅频特性幅频特性 抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路的一个重抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路的一个重要的问题。要的问题。适合于集成化的要求，在集成运放的内部，级间都是直适合于集成化的要求，在集成运放的内部，级间都是直接耦合。接耦合。第9页，本讲稿共29页 电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。电阻元件的参数值都相等。差分放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。差分放大电路

6、是抑制零点漂移最有效的电路结构。两个输入、两两个输入、两个输出个输出两管两管静态工作静态工作点相同点相同1 差分放大电路的工作原理差分放大电路的工作原理6.6 差分放大电路差分放大电路第10页，本讲稿共29页1)1)零点漂移的抑制零点漂移的抑制零点漂移的抑制零点漂移的抑制uo=VC1 VC2 =0uo=(VC1+VC1 )(VC2+VC2)=0静态时，静态时，ui1=ui2 =0当温度升高时当温度升高时ICVC （两管变化量相等）（两管变化量相等）对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制对称差分放

7、大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。作用。作用。作用。第11页，本讲稿共29页温度 RE的作用 第12页，本讲稿共29页2)2)信号输入信号输入信号输入信号输入 两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为零，即压为零，即压为零，即压为零，即对共模信号没有放大能力对共模信号没有放大能力对共模信号没有放大能力对共模信号没有放大能力。(1)(1)共模信号共模信号共模信号共模信号 u ui1 i1=u ui2i2大小相等、极性相同大小相等、极性相同大小相等、极性相同大小相等、

8、极性相同 差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平。漂移的抑制水平。漂移的抑制水平。漂移的抑制水平。共模信号共模信号 需要抑制需要抑制第13页，本讲稿共29页2)2)信号输入信号输入信号输入信号输入两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，(2)(2)差模信号差模信号差模信号差模信号 u ui1 i1=u ui2i2大小相

9、等、极性相反大小相等、极性相反大小相等、极性相反大小相等、极性相反u uo o=(=(V VC1C1 V VC1C1 )(V VC2 C2+V VC C )=)=2 2 V VC1 C1 即即即即对差模信号有放大能力对差模信号有放大能力对差模信号有放大能力对差模信号有放大能力。差模信号差模信号 是有用信号是有用信号第14页，本讲稿共29页(3)(3)比较输入比较输入比较输入比较输入 u ui1 i1、u ui2 i2 大小和极性是任意的。大小和极性是任意的。大小和极性是任意的。大小和极性是任意的。例例1:ui1=10 mV,ui2=6 mV ui2=8 mV 2 mV 例例2:ui1=20 m

10、V,ui2=16 mV 可分解成可分解成:ui1=18 mV +2 mV ui2=18 mV 2 mV 可分解成可分解成:ui1=8 mV +2 mV共模信号共模信号共模信号共模信号差模信号差模信号差模信号差模信号 放大器只放大器只放大器只放大器只 放大两个放大两个放大两个放大两个 输入信号输入信号输入信号输入信号 的差值信的差值信的差值信的差值信 号号号号差动差动差动差动 放大电路。放大电路。放大电路。放大电路。这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制系这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制系统中是常见的。统中是常见的。第15页，本讲稿共29页2 2 差分放大电路的输入输出方式差分放大电路

11、的输入输出方式双输出端，双输入端，四种输入输出方式双输出端，双输入端，四种输入输出方式双输出端，双输入端，四种输入输出方式双输出端，双输入端，四种输入输出方式反相输入反相输入反相输入反相输入同相输入同相输入同相输入同相输入第16页，本讲稿共29页(Common Mode Rejection Ratio)全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力。能力。能力。能力。差模放大倍数差模放大倍数差模放大倍数差模放大倍数共模放大倍数共模放大倍数共模放大

12、倍数共模放大倍数 KCMR越大，说明差放分辨越大，说明差放分辨差模信号的能力越强，而抑制差模信号的能力越强，而抑制共模信号的能力越强。共模信号的能力越强。3 3 共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比第17页，本讲稿共29页 若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数 Ac=0 输出电压输出电压 u uo o =A Ad d （u ui1 i1 u ui2 i2）=A Ad d u uidid 若电路不完全对称，则若电路不完全对称，则 Ac 0，实际输出电压实际输出电压 u uo o =A Ac c u uic ic+

13、A Ad d u uid id 即共模信号对输出有影响即共模信号对输出有影响。第18页，本讲稿共29页6.7 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路1 对功率放大电路的基本要求对功率放大电路的基本要求 功率放大电路的作用：功率放大电路的作用：功率放大电路的作用：功率放大电路的作用：是放大电路的是放大电路的是放大电路的是放大电路的输出级输出级输出级输出级，去推动负载，去推动负载，去推动负载，去推动负载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转、工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转、工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转、工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏

14、转、电动机旋转等。电动机旋转等。电动机旋转等。电动机旋转等。(1)(1)在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。(2)(2)由于功率较大，要求提高效率。由于功率较大，要求提高效率。由于功率较大，要求提高效率。由于功率较大，要求提高效率。第19页，本讲稿共29页ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶体管的工作状态晶体管的工作状态晶体管的工作状态晶体管的工作状态甲类工作状态甲类工作状态甲类工作状态甲类工作状态晶体管在输入信号晶体管在输入信号的整个周期都导通的

15、整个周期都导通,静态静态IC较大，波形好较大，波形好,管耗大效率低。管耗大效率低。乙类工作状态乙类工作状态乙类工作状态乙类工作状态晶体管只在输入信号晶体管只在输入信号的半个周期内导通，的半个周期内导通，静态静态IC=0，波形严重失，波形严重失真真,管耗小效率高。管耗小效率高。甲乙类工作状态甲乙类工作状态甲乙类工作状态甲乙类工作状态晶体管导通的时间大于半个晶体管导通的时间大于半个周期，静态周期，静态IC 0，一般功，一般功放常采用。放常采用。第20页，本讲稿共29页2 互补对称放大电路互补对称放大电路 互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形

16、式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器被称为无输出变压器(Output TransformerlessOutput Transformerless)电路，简电路，简称称OTL电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容也省去，就成为无输出电容(Output CapacitorlessOutput Capacitorless)电路，电路，简称简称OCL电路。电路。OTL电路采用单电源供电，电路采用单电源供电，OCL电路采用双电源供电。电路采

17、用双电源供电。(一)乙类互补对称放大电路第21页，本讲稿共29页第22页，本讲稿共29页1.1.OTLOTL电路电路电路电路(1)(1)特点特点特点特点T1、T2的特性一致；的特性一致；一个一个NPN型、一个型、一个PNP型型两管均接成射极输出器；两管均接成射极输出器；输出端有大电容；输出端有大电容；单电源供电。单电源供电。(2)(2)静态时静态时静态时静态时(ui=0),IC1 0，IC2 0OTL原理电路原理电路电容两端的电压电容两端的电压电容两端的电压电容两端的电压RLuiT1T2+UCCCAuO+-+-第23页，本讲稿共29页RLuiT1T2Auo+-+-(3)(3)动态时动态时动态时

18、动态时 设输入端在设输入端在UCC/2 直流基础上加入正弦信号。直流基础上加入正弦信号。T T1 1导通导通导通导通、T T2 2截止截止截止截止；同时给电容充电同时给电容充电同时给电容充电同时给电容充电T T2 2导通导通导通导通、T T1 1截止截止截止截止；电容放电，相当于电源电容放电，相当于电源电容放电，相当于电源电容放电，相当于电源 若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称。负载上得到的交流信号正负半周对称。ic1ic2交流通路交流通路uo输入交流信号输入交流信号输入交流信号输入交流信号u ui i的正半周的

19、正半周的正半周的正半周输入交流信号输入交流信号输入交流信号输入交流信号u ui i的负半周的负半周的负半周的负半周第24页，本讲稿共29页(4)交越失真交越失真 当输入信号当输入信号ui为正弦波时，为正弦波时，输出信号在过零前后出现的输出信号在过零前后出现的失真称为交越失真。失真称为交越失真。交越失真产生的原因交越失真产生的原因 由于晶体管特性存在非线性，由于晶体管特性存在非线性，ui 死区电压晶体管导通不好。死区电压晶体管导通不好。交越失真交越失真采用各种电路以产生有不大的偏流，使静态工作点稍高采用各种电路以产生有不大的偏流，使静态工作点稍高于截止点，即工作于甲乙类状态。于截止点，即工作于甲

20、乙类状态。克服交越失真的措施克服交越失真的措施ui tO Ouo tO O第25页，本讲稿共29页 两个晶体管两个晶体管T1(NPN型型)和和T2(PNP型型)的特性基本相同。的特性基本相同。静态时静态时,调节调节 R3,使使 A 点的电位点的电位为为 ；输出电容输出电容CL上上的电压也等于的电压也等于 ；R1 和和 D1、D2 上上的的压压降降使使两两管管获获得得合合适适的的偏偏压压，工工作作在在甲甲乙类状态。乙类状态。OTL互补对称放大电路互补对称放大电路 OtuiOtuoiC2iC1 R1RLR3R2D1D2T1T2+UCCAC+uo+CL+(二)甲乙类互补对称放大电路第26页，本讲稿共

21、29页 2.无输出电容无输出电容(OCL)的互补对称放大电路的互补对称放大电路 OCL电路需用正负电路需用正负两路电源。其工作原理两路电源。其工作原理与与OTL电路基本相同。电路基本相同。R1RLR3R2D1D2T1T2+UCCAC+Ui+uo UCC+OCL互补对称放大电路互补对称放大电路 第27页，本讲稿共29页在输出功率较大时常采用复合管在输出功率较大时常采用复合管复合管的构成复合管的构成ic1=1 ib1 ,ic2=2 ib2=2(1+1)ib1,ic=ic1+ic2 =1+2(1+1)ib1 1 2 ib1 方式方式 1ib2=ie1=(1+1)ib1,ib=ib1,C CB BE ET1NPNT2NPNibicieBECib bic cieNPN(三)复合管第28页，本讲稿共29页 复合管的电流放大系数复合管的电流放大系数 1 2复合管的类型与复合管中第一只管子的类型相同复合管的类型与复合管中第一只管子的类型相同方式方式方式方式2 2EBCT T1 1PNPPNPT2NPNibicieBCEib bic ciePNP第29页，本讲稿共29页