多级放大电路.pptx

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1、3.1 3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 在实际应用中，常对放大电路的性能提出多方面的要求。例如，要求一 个放大电路输入电阻大于2MO，电压放大倍数大于2000，输出电阻小于1000等，仅靠前面所讲的任何一种放大电路都不可能同时满足上述要求。这时，就可以选择多个基本放大电路，并将它们合理连接，从而构成多级放大的电路。组成多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级，级与级之间的连接称为级间藕合。多级放大电路有四种常见的耦合方式：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。第1页/共43页一.直接耦合将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端，称为直接藕合方式。图示直接耦合电路说明：

2、电路省去了第二级的基极电阻，而使Rc1既作为第一 级的集电极电阻，又作为第二级的基极电阻，只要Rc1取值合适，就可以为T2管提供合适的基极电流。第2页/共43页1.直接藕合放大电路静态工作点的设置 静态时：Tl：UCEQlUBEQ20.7V。则Tl管的静态工作点靠近饱和区，在动态信号作用时容易引起饱和失真。因此，为使第 一级有合适的静态工作点，就要抬高T2管的基极电位。电路的静态工作分析 第3页/共43页 有利因素：增加Re2后，在参数取值恰当时，两级均可有合适的静态工作点;不利因素：Re2的接入会使第二级的电压放大倍数大大下降，从而影响整个电路的放大能力。改进方案1：在T2管的 发射极加电阻

3、Re2。电路说明：第4页/共43页改进方案2：将电阻Re2换成二极管或稳压二极管。二极管和稳压二极管的特点：对直流量和交流量呈现出不同的特性，对直流量，它相当于一个电压源；而对交流量，它等效成一个小电阻。只要根据电路静态工作点的要求，选择参数合适的管子，既可以设置合适的静态工作点，又对放大电路的放大能力影响不大。第5页/共43页多级放大电路NPN型和PNP型管混合使用问题：（b）所示电路中，为使各级晶体管都工作在放大区，必然要求T2管的集电极静态电位高于其基极电位，也就是要高于Tl管的集电极静态电位。可以设想，如果级数增多，且均为NPN管构成的共射电路，那么由于集电极电位逐级升高，以至于接近电

4、源电压，势必使后级的静态工作不合适。因此，直接搞合多级放大电路常采用NPN型和PNP型管混合使用的方法解决 上述问题。如图（d）所示。第6页/共43页2.直接藕合方式的优缺点 缺点：采用直接搞合方式使各级之间的直流通路相连，因而静态工作点相互影响，这样就给电路的分析、设计和调试带来一定的困难。在求解静态工作点时，应写出直流通路中各个回路的方程，然后求解。当然,使用各种计算机辅助分析软件可使电路的设计和Q点的求解过程大大简化。优点：直接藕合放大电路的突出优点是具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；并且由于电路中没有大容量电容，所以易于将全部电路集成在一片硅片上，构成集成放大电路。由于电子工

5、业的飞速发展，使集成放大电路的性能越来越好，种类越来越多，价格也越来越便宜，所以直接藕合放大电路的使用越来越广泛。第7页/共43页二.阻容耦合将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端,称为阻容耦合方式。电路说明：静态：电容相当于开路，因而阻容耦合放大电路各级之间的直流通路各不相通，各级的静态工作点相互独立，在求解或实际调试Q点时可按单级处理，所以电路的分析、设计和调试简单易行。当信号频率较低时，信号在电容上的衰减较大，故其低频特性较差。同时不容易集成化。第8页/共43页三.变压器耦合 将放大电路前级的输出端通过变压器接到后级的输入端或负载电阻上，称为变压器耦合。由于变压器耦合电路的前后级靠

6、磁路耦合，所以与阻容耦合电路一样，它的各级放大电路的静态工作点相互独立，便于分析、设计和调试。而它的低频特性差，不能放大变化缓慢的信号，且非常笨重，更不能集成化。与前两种耦合方式相比，其最大特点是可以实现阻抗变换，因而在分立元件功率放大电路中得到广泛应用。第9页/共43页变压器耦合阻抗变换：变压器耦合阻抗变换：注意：计算电路的放大倍数时，其负载电阻为初级线圈等效电阻。注意：计算电路的放大倍数时，其负载电阻为初级线圈等效电阻。第10页/共43页四.光电耦合 光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的搞合和传递的,因其抗干扰能力力强而得到越来越广泛的应用。光电耦合器及传输特性：传输比：传输比：类似于三

7、极管的类似于三极管的，但比较小（，但比较小（0.10.11.51.5）。）。第11页/共43页光电耦合放大电路 若信号源回路和输出回路分别采用独立电源且不共地，则具有很强的抗干扰性，适于远距离传输。第12页/共43页3.2 3.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析一.电压放大倍数第13页/共43页二二.输入电阻输入电阻三三.输出电阻输出电阻注意：注意：1 1 多级放大电路中，后级的输入电阻为前级的负载，前级的输出电阻多级放大电路中，后级的输入电阻为前级的负载，前级的输出电阻为后级信号源内阻；为后级信号源内阻；2 2 当共集放大电路作为输入级时，它的输入电阻与其负载，即第二级当共集放

8、大电路作为输入级时，它的输入电阻与其负载，即第二级的输入电阻有关；当共集放大电路作为输出级时，其输出电阻与前的输入电阻有关；当共集放大电路作为输出级时，其输出电阻与前一级的输出电阻有关一级的输出电阻有关;3 3 当多级放大电路出现失真时，应首先确定失真首先在哪一级出现，当多级放大电路出现失真时，应首先确定失真首先在哪一级出现，然后再判断失真类型。然后再判断失真类型。第14页/共43页多级放大电路分析举例：1.1.求图示放大电路各级放大电路的静态工作点及动态参数。求图示放大电路各级放大电路的静态工作点及动态参数。第15页/共43页2.2.求图示动态参数。求图示动态参数。T1的跨导的跨导gm=1m

9、A/v,T2的的=40，其静态，其静态VBE=0.7V。第16页/共43页3.图示电路：图示电路：1=60，2=100，rbe1=2 k，rbe2=2.2 k。求求 Au，Ri，Ro。第17页/共43页3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路一.直接耦合放大电路的零点漂移现象1.零点漂移现象：在直接耦合放大电路中，输入电压uI0，输出电压uO0的现象。第18页/共43页2.零点漂移产生的原因：温度变化，温度变化，直流电源波动，直流电源波动，器件老化等。器件老化等。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂零漂为为温漂温漂。3.抑制零点漂

10、移的方法：引入直流负反馈，引入直流负反馈，温度补偿，温度补偿，典型电路：差分放大电路。典型电路：差分放大电路。第19页/共43页二.差分放大电路1.差分式放大电路的组成：差分放大电路是由对称的两个基本放大电路构成的，两个基本电路参数完全相同，管子的特性也完全相同,电路有两个输入端和两个输出端。电路中两只管子的集电极静态电位在温度变化时将时时相等，因此以两集电极电压差作为输出，可以克服温度的漂移。第20页/共43页共模输入和差模输入工作情况：共模输入 两输入端所加信号uI1和uI2大小相同极性（相位）也相同。由于电路参数对称，T1管和T2管所产生的电流变化相等，即T1管和T2管集电极电位变化也相

11、等：从而输出电压结论：差分式放大电路对共模信号有很强的抑制作用，在电路参数完全相同的情况下，共模输出为零。第21页/共43页 差模输入 两输入端所加信号uI1和uI2大小相同极性（相位）相反。结论：差分式放大电路对差模信号有放大作用。但由于有射极电阻Re，其放大能力较差。第22页/共43页差分式放大电路的改进电路：在差模输入情况下，两管发射极电流与其它电流一样，变化量的大小相等，方向相反。将两个基本放大电路的发射极电阻合并为一个射极电阻Re，则在差模信号的作用下，Re中的电流变化量为零，即Re对差模信号无反馈作用。即Re对差模信号相当于短路，从而提高了对差模信号的放大能力。一般情况下，差分式放

12、大电路采用双电源供电，右图为典型的差分式放大电路。第23页/共43页2.长尾式差分放大电路：典型差分式放大电路，射极电阻Re接负电源VEE，托着一个尾巴，故称为长尾式电路。电路参数理想对称：两个基本概念：当两个输入端子的输入信号分别为uI1和uI2时，两信号的差值称为差模信号，而两信号的算术平均值称为共模信号。差模信号：共模信号：第24页/共43页静态分析（uI1=uI2=0）基极回路方程：因为Rb较小，且IB较小，故第25页/共43页I.电路参数的对称性起了相互补偿作电路参数的对称性起了相互补偿作用，抑制了温度漂移；用，抑制了温度漂移；II.利用电阻利用电阻Re对共模信号的负反馈作对共模信号

13、的负反馈作用，抑制三极管集电极电流的变化，用，抑制三极管集电极电流的变化，从而抑制集电极电位的变化。从而抑制集电极电位的变化。Re的共模负反馈作用：的共模负反馈作用：T()IC1 IC2UE IB1 IB2 IC1 IC2。III.描述差分放大电路对共模信号的抑制能力的参数 对共模信号的抑制作用共模信号共模信号：大小和相位均相同。即：大小和相位均相同。即 uI1=uI1=uIc第26页/共43页 对差模信号的放大作用差模信号:大小相等，极性相反的输入信号。uI1=-uI2=uId/2。iE1=iE2，Re中电流不变，即中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。对差模信号无反馈作用。第27页/共

14、43页第28页/共43页共模抑制比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。电压传输特性：输出电压与输入电压之间的关系曲线：线性区线性区 非线性区非线性区第29页/共43页3.差分放大电路的四种接法：根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：双端输入双端输入双端输出双端输出、双端输入单端输出双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出单端输入单端输出。双端输入双端输出双端输入双端输出第30页/共43页动态工作情况动态工作情况差模情况：差模情况：双端输入单端输出双端输入单端输出静态

15、工作情况静态工作情况第31页/共43页共模情况：共模情况：第32页/共43页 单端输入双端输出单端输入双端输出 静态和动态特性（差模情况）与双端输入双端输出相同；由于输入差模静态和动态特性（差模情况）与双端输入双端输出相同；由于输入差模信号的同时伴随有共模输入信号，所以：信号的同时伴随有共模输入信号，所以：电路参数一致，电路参数一致，Ac=0。第33页/共43页 单端输入单端输出单端输入单端输出电路的静态和动态分析与双端输入单端输出相同。电路的静态和动态分析与双端输入单端输出相同。第34页/共43页差分放大电路四种接法的比较差分放大电路四种接法的比较 各种接法输入电阻相同：各种接法输入电阻相同

16、：差模放大倍数、共模放大倍数、输出电阻与输入方式无关，与输出方差模放大倍数、共模放大倍数、输出电阻与输入方式无关，与输出方式有关：式有关：双端：双端：单端：单端：双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模输入。双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模输入。第35页/共43页4.改进型差分放大电路：恒流源差分放大电路恒流源差分放大电路 Re 越大，共模负反馈越强，单端输出时的越大，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，越小，KCMR越大，差分放越大，差分放大电路的性能越好。但大电路的性能越好。但Re 太大，则太大，则电路电路不合理。不合理。改进方法：将Re用恒流源电路代替，恒流源电路：流过恒流

17、源的电流恒定；在理想情况下内阻为无穷大。第36页/共43页 加调零电位器差分放大电路加调零电位器差分放大电路实际电路，参数不能达到实际电路，参数不能达到理想情况，电流利用调零电位理想情况，电流利用调零电位器器RW进行电路调零。进行电路调零。场效应管差分放大电路场效应管差分放大电路改善差分放大电路的输入特改善差分放大电路的输入特性以获得较大的输入电阻。性以获得较大的输入电阻。第37页/共43页电压放大对输出级的要求：带负载能力强；最大不失真输出电压最大，即其峰值接近电源电压。三.直接耦合互补输出级1.互补输出电路基本电路互补输出电路基本电路T1：NPNT2：PNPT1、T2特性理想对称。第38页

18、/共43页动态：ui正半周，电流通路为正半周，电流通路为：+VCCT1RL地，地，uo=ui ui负半周，电流通路为负半周，电流通路为：地地 RL T2 -VCC，uo=ui两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。静态静态：T1、T2均截止，均截止，UB=UE=0。第39页/共43页互补输出电路的交越失真消除失真的方法：设置合适的静态工作点。消除失真的方法：设置合适的静态工作点。第40页/共43页2.消除交越的失真互补输出电路如果信号为零时两只管子处于临界导通或微导通，那么当有信号输入时两只管子中至少有一个导通，因而消除了交越失真。要求：有合适的Q点，且动态损失尽可能小。第41页/共43页3.复合管互补输出级四.直接耦合多级放大电路（略）第42页/共43页感谢您的观看。第43页/共43页