模电华成英多级放大电路PPT学习教案.pptx

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1、会计学1模电华成英多级放大模电华成英多级放大(fngd)电路电路第一页，共49页。3.1 3.1 多级放大多级放大(fngd)(fngd)电路的耦合电路的耦合方式方式一、直接一、直接(zhji)耦耦合合二、阻容耦合二、阻容耦合三、变压器耦合三、变压器耦合第1页/共49页第二页，共49页。一、直接一、直接一、直接一、直接(zhji)(zhji)(zhji)(zhji)耦耦耦耦合合合合既是第一级的集电极电阻既是第一级的集电极电阻(dinz)，又是第二级的基极电，又是第二级的基极电阻阻(dinz)能够放大变化缓慢的信号(xnho)，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

2、温度变化所引起的电流、电位的变化会当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。逐级放大。第二级第二级第一级第一级Q1合适吗？合适吗？直接直接连接连接输入为零，输出输入为零，输出产生变化的现象产生变化的现象称为零点漂移称为零点漂移求解求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。第2页/共49页第三页，共49页。如何设置合适的静态如何设置合适的静态如何设置合适的静态如何设置合适的静态(jngti)(jngti)(jngti)(jngti)工作点？工作点？工作点？工作点？对哪些动态对哪些动态(dngti)参数产参数产生影响？生

3、影响？用什么元件取代用什么元件取代Re既可设置合适的既可设置合适的Q点，又可使第二级放点，又可使第二级放大倍数大倍数(bish)不至于下降太多？不至于下降太多？若要若要UCEQ5V，则应怎么办？用多个二极管吗？，则应怎么办？用多个二极管吗？二极管导通电压二极管导通电压UD？动态电阻？动态电阻rd特点？特点？Re必要性？必要性？稳压管稳压管伏安特性伏安特性 UCEQ1太小太小加加Re（Au2数值数值）改用改用D若要若要UCEQ1大，大，则改用则改用DZ。第3页/共49页第四页，共49页。NPNNPN型管和型管和型管和型管和PNPPNP型管混合型管混合型管混合型管混合(hnh)(hnh)使使使使用

4、用用用 在用在用NPN型管组成型管组成N级共射放大级共射放大(fngd)电路，由于电路，由于UCQi UBQi，所以，所以 UCQi UCQ(i-1）（）（i=1N），以致于后级集电极电），以致于后级集电极电位接近电源电压，位接近电源电压，Q点不合适。点不合适。UCQ1（UBQ2）UBQ1UCQ2 UCQ1 UCQ1（UBQ2）UBQ1UCQ2 UCQ1 第4页/共49页第五页，共49页。二、阻容耦合二、阻容耦合二、阻容耦合二、阻容耦合 Q点相互独立(dl)。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。共射电路共射电路共集电路共集电路有零点有零点(ln din)漂漂移吗？移吗？利用电容连接

5、利用电容连接(linji)信号源与放大信号源与放大电路、放大电路的前电路、放大电路的前后级、放大电路与负后级、放大电路与负载，为阻容耦合。载，为阻容耦合。第5页/共49页第六页，共49页。可能是实际的负载(fzi)，也可能是下级放大电路三、变压器耦合三、变压器耦合三、变压器耦合三、变压器耦合 理想变压器情况下，负载上获得(hud)的功率等于原边消耗的功率。从变压器原从变压器原边看到的等边看到的等效效(dn xio)电阻电阻第6页/共49页第七页，共49页。讨论讨论讨论讨论(t(t oln)oln)：两级直接耦合放大电：两级直接耦合放大电：两级直接耦合放大电：两级直接耦合放大电路路路路选择合适参

6、数使电选择合适参数使电路路(dinl)正常工正常工作作电位电位(din wi)高高低关系低关系第7页/共49页第八页，共49页。从从从从Multisim“Multisim“Multisim“Multisim“参数扫描参数扫描参数扫描参数扫描”结果分析结果分析结果分析结果分析(fnx)(fnx)(fnx)(fnx)两级放两级放两级放两级放大电路大电路大电路大电路Q Q Q Q点的相互影响。点的相互影响。点的相互影响。点的相互影响。R1 R1 R1 R1取何值时取何值时取何值时取何值时T2T2T2T2工作在饱工作在饱工作在饱工作在饱和区？和区？和区？和区？uC1uC2T2工作在工作在放大区放大区

7、第8页/共49页第九页，共49页。3.2 3.2 多级放大多级放大(fngd)(fngd)电路的动态分电路的动态分析析二、分析二、分析(fnx)举举例例一、动态一、动态(dngti)参数分析参数分析第9页/共49页第十页，共49页。一、动态一、动态一、动态一、动态(dngti)(dngti)参数分析参数分析参数分析参数分析1.1.电压放大电压放大(fngd)(fngd)倍数倍数2.2.输入电阻输入电阻3.3.输出电阻输出电阻 对电压放大电路的要求：对电压放大电路的要求：Ri大，大，Ro小，小，Au的数的数值大，最大不失真值大，最大不失真(sh zhn)输出电压大。输出电压大。第10页/共49页

8、第十一页，共49页。二、分析二、分析二、分析二、分析(fnx)(fnx)举例举例举例举例第11页/共49页第十二页，共49页。讨论一讨论一 失真分析：由失真分析：由NPN型管组成型管组成(z chn)的两级共射放大电路的两级共射放大电路共射放共射放大大(fngd)电路电路共射放共射放大大(fngd)电路电路饱和失真？截止失真？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。首先确定在哪一级出现了失真，再判断是什么失真。比较比较Uom1和和Uim2，则可判断在输入信号逐渐增大时哪一，则可判断在输入信号逐渐增大时哪一级首先出现失真。级首先出现失真。在前级均未出现失真的情况下，多级

9、放大电路的最大不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。电压等于输出级的最大不失真电压。第12页/共49页第十三页，共49页。讨论讨论讨论讨论(t(t oln)oln)二：放大电路的选用二：放大电路的选用二：放大电路的选用二：放大电路的选用1.1.按下列要求按下列要求按下列要求按下列要求(yoqi)(yoqi)组成两级放大电路：组成两级放大电路：组成两级放大电路：组成两级放大电路：Ri Ri1 12k2k，Au Au 的数值的数值的数值的数值30003000；Ri 10M Ri 10M，AuAu的数值的数值的数值的数值300300；Ri Ri10

10、0100200k200k，AuAu的数值的数值的数值的数值150150；Ri 10M Ri 10M，AuAu的数值的数值的数值的数值1010，Ro100Ro100。共射、共射；共射、共射；共源、共射；共源、共射；共集、共射；共集、共射；共源、共集。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压(diny)放大倍数，则如何求解它们连接后的三级放大电路放大倍数，则如何求解它们连接后的三级放大电路的电压的电压(diny)放大倍数？放大倍数？注意级联时两级注意级联时两级的相互影响！的相互影响！第13页/共49页第十四页，共49页

11、。3.3 3.3 差分差分(ch fn)(ch fn)放大电路放大电路一、零点漂移一、零点漂移(pio y)现象及其产生现象及其产生的原因的原因二、长尾式差分放大二、长尾式差分放大(fngd)电路电路的组成的组成三、长尾式差分放大电路的分析三、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五、具有恒流源的差分放大电路六、差分放大电路的改进六、差分放大电路的改进第14页/共49页第十五页，共49页。一、零点漂移现象一、零点漂移现象一、零点漂移现象一、零点漂移现象(xinxing)(xinxing)及其产生的原因及其产生的原因及其产生的原因

12、及其产生的原因1.1.什么是零点什么是零点(ln din)(ln din)漂移现象：漂移现象：uIuI0 0，uO0uO0的现象。的现象。产生原因：温度变化产生原因：温度变化(binhu)，直流电源波动，元器件老化。其中，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。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。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。典型电典型电路：差分放大电路路：差分放大电路第15页/共49页第十六页，共49页。零点零点(ln din)漂移漂移零输入零输入(shr)零输出零输出理想理想(l

13、xing)对称对称二、长尾式差分放大电路的组成二、长尾式差分放大电路的组成二、长尾式差分放大电路的组成二、长尾式差分放大电路的组成信号特点？信号特点？能否放大？能否放大？共模信号：大小相等，极性相同。共模信号：大小相等，极性相同。差模信号：大小相等，极性相反差模信号：大小相等，极性相反.信号特点？能否放大？信号特点？能否放大？第16页/共49页第十七页，共49页。典型典型典型典型(di(di nxng)nxng)电路电路电路电路在理想在理想(lxing)对称的情况对称的情况下：下：1.克服零点漂移；克服零点漂移；2.零输入零输出；零输入零输出；3.抑制共模信号；抑制共模信号；4.放大差模信号。

14、放大差模信号。第17页/共49页第十八页，共49页。三、长尾式差分放大电路三、长尾式差分放大电路三、长尾式差分放大电路三、长尾式差分放大电路(dinl)(dinl)的分析的分析的分析的分析 Rb是必要是必要(byo)的吗？的吗？1.Q点：晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：通常通常(tngchng)，Rb较小，且较小，且IBQ很小，故很小，故选合适的选合适的VEE和和Re就就可得合适的可得合适的Q第18页/共49页第十九页，共49页。2.2.2.2.抑制抑制抑制抑制(yzh)(yzh)(yzh)(yzh)共模共模共模共模信号信号信号信号 共模信号：数值相等、极性相同的共模信号：数值相等、极

15、性相同的输入信号，即输入信号，即第19页/共49页第二十页，共49页。2.2.2.2.抑制共模信号抑制共模信号抑制共模信号抑制共模信号(xnho)(xnho)(xnho)(xnho)：ReReReRe的共模负的共模负的共模负的共模负反馈作用反馈作用反馈作用反馈作用Re的共模负反馈作用：温度变化的共模负反馈作用：温度变化(binhu)所引起的变化所引起的变化(binhu)等效为共模信号等效为共模信号对于每一边对于每一边(ybin)电路，电路，Re=?如如 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。抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。第

16、20页/共49页第二十一页，共49页。3.3.3.3.放大放大放大放大(fngd)(fngd)(fngd)(fngd)差模信号差模信号差模信号差模信号iE1=iE2，Re中电流中电流(dinli)不变，即不变，即Re 对差模信号无反馈作用。对差模信号无反馈作用。差模信号：数值相等，极性相反差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即的输入信号，即第21页/共49页第二十二页，共49页。为什么？为什么？差模信号差模信号差模信号差模信号(xnho)(xnho)作用时的动态分析作用时的动态分析作用时的动态分析作用时的动态分析差模放大倍数差模放大倍数第22页/共49页第二十三页，共49页。4.4.4.4

17、.动态动态动态动态(dngti)(dngti)(dngti)(dngti)参数：参数：参数：参数：AdAdAdAd、RiRiRiRi、Ro Ro Ro Ro、Ac Ac Ac Ac、KCMRKCMRKCMRKCMR 共模共模共模共模(nn m)m)抑制比抑制比抑制比抑制比KCMRKCMR：综合考察差分放大电路放大差：综合考察差分放大电路放大差：综合考察差分放大电路放大差：综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模模信号的能力和抑制共模模信号的能力和抑制共模模信号的能力和抑制共模(nn m)m)信号的能力。信号的能力。信号的能力。信号的能力。在实际(shj)应用时，信号源需要有“接地”点，

18、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。输入单端输出。第23页/共49页第二十四页，共49页。四、差分放大四、差分放大四、差分放大四、差分放大(fngd)(fngd)电路的四种接电路的四种接电路的四种接电路的四种接法法法法 由于输入由于输入(shr)回路回路没有变化，所以没有变化，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时与双端输出时一样。但是一样。但是UCE

19、Q1 UCEQ2。1.1.双端输入单端输出双端输入单端输出(shch)(shch)：Q Q点分析点分析第24页/共49页第二十五页，共49页。1.1.1.1.双端输入单端输出：差模信号双端输入单端输出：差模信号双端输入单端输出：差模信号双端输入单端输出：差模信号(xnho)(xnho)(xnho)(xnho)作用下作用下作用下作用下的分析的分析的分析的分析第25页/共49页第二十六页，共49页。1.1.1.1.双端输入单端输出：共模信号作用双端输入单端输出：共模信号作用双端输入单端输出：共模信号作用双端输入单端输出：共模信号作用(zuyng)(zuyng)(zuyng)(zuyng)下的下的下

20、的下的分析分析分析分析第26页/共49页第二十七页，共49页。1.1.1.1.双端输入双端输入双端输入双端输入(shr)(shr)(shr)(shr)单端输出：问题讨论单端输出：问题讨论单端输出：问题讨论单端输出：问题讨论（1）T2的的Rc可以可以(ky)短路吗？短路吗？（2）什么情况下）什么情况下Ad为为“”？（3）双端输出时的）双端输出时的Ad是单端输出时的是单端输出时的2倍吗？倍吗？第27页/共49页第二十八页，共49页。2.2.2.2.单端输入单端输入单端输入单端输入(shr)(shr)(shr)(shr)双端双端双端双端输出输出输出输出共模输入电压共模输入电压差模输入电压差模输入电压

21、 输入差模信号的同时总是伴随输入差模信号的同时总是伴随(bn su)着共模信号输入：着共模信号输入：在输入信号作用下发射极的电在输入信号作用下发射极的电位变化位变化(binhu)吗？说明什吗？说明什么？么？第28页/共49页第二十九页，共49页。2.2.2.2.单端输入单端输入单端输入单端输入(shr)(shr)(shr)(shr)双端双端双端双端输出输出输出输出问题问题(wnt)讨论：讨论：（1）UOQ产生的原因？产生的原因？（2）如何减小共模输出）如何减小共模输出电压？电压？测试测试:差模输出差模输出共模输出共模输出静态静态(jngti)时时的值的值第29页/共49页第三十页，共49页。3

22、.3.3.3.四种接法的比较：电路参数四种接法的比较：电路参数四种接法的比较：电路参数四种接法的比较：电路参数(cnsh)(cnsh)(cnsh)(cnsh)理想对称理想对称理想对称理想对称条件下条件下条件下条件下输入方式：输入方式：Ri均为均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号；双端输入时无共模信号(xnho)输入，单端输入时有共模信号输入，单端输入时有共模信号(xnho)输入。输入。输出输出(shch)方式：方式：Q点、点、Ad、Ac、KCMR、Ro均与之有均与之有关。关。第30页/共49页第三十一页，共49页。五、具有恒流源的差分放大五、具有恒流源的差分放大(fngd)电路电路 R

23、e 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(xngnng)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：采用解决方法：采用(ciyng)电流源取代电流源取代Re！第31页/共49页第三十二页，共49页。具有恒流源差分具有恒流源差分具有恒流源差分具有恒流源差分(ch fn)(ch fn)放大电路的组成放大电路的组成放大电路的组成放大电路的组成等效等效(dn xio)电阻电阻为无穷大为无穷大近似近似(jn s)为为恒流恒流第32页/共49页

24、第三十三页，共49页。1)RW取值应大些？还是小些？取值应大些？还是小些？2)RW对动态对动态(dngti)参数的影响参数的影响？3)若若RW滑动端在中点，写出滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。的表达式。六、差分放大六、差分放大六、差分放大六、差分放大(fngd)(fngd)电路的改进电路的改进电路的改进电路的改进1.1.加调零电位器加调零电位器 RW第33页/共49页第三十四页，共49页。2.2.2.2.场效应管差分放大场效应管差分放大场效应管差分放大场效应管差分放大(fngd)(fngd)(fngd)(fngd)电路电路电路电路第34页/共49页第三十五页，共49页。若若uI1=10m

25、V，uI2=5mV，则，则uId=？uIc=？uId=5mV，uIc=7.5mV讨论讨论讨论讨论(t(t oln)oln)一一一一 若将电桥的输出若将电桥的输出(shch)作作为差放的输入，则其共模信号为差放的输入，则其共模信号约为多少？如何设置约为多少？如何设置Q点时如何点时如何考虑？考虑？第35页/共49页第三十六页，共49页。1、uI=10mV，则，则uId=?uIc=?2、若、若Ad=102、KCMR103用用直流表测直流表测uO，uO=?uId=10mV，uIc=5mVuO=Ad uId+Ac uIc+UCQ1=?=?=?讨论讨论讨论讨论(t(t oln)oln)二二二二第36页/共

26、49页第三十七页，共49页。3.4 3.4 3.4 3.4 互补互补互补互补(h b)(h b)(h b)(h b)输出级输出级输出级输出级二、基本二、基本(jbn)电路电路三、消除交越失真的三、消除交越失真的(zhn de)互补输互补输出级出级四、准互补输出级四、准互补输出级一、对输出级的要求一、对输出级的要求第37页/共49页第三十八页，共49页。互补互补(h b)(h b)输出级是直接耦合的功率放大电路。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；电阻上无直流功耗；最大不失真输出电压最大。最

27、大不失真输出电压最大。一、对输出一、对输出一、对输出一、对输出(shch)(shch)(shch)(shch)级的级的级的级的要求要求要求要求射极输出形式射极输出形式静态工作电流小静态工作电流小输入为零时输出为零输入为零时输出为零 双电源供电时双电源供电时Uom的峰的峰值接近电源电压。值接近电源电压。单电源供电单电源供电Uom的峰值的峰值接近二分之一电源电压。接近二分之一电源电压。不符合要不符合要求！求！第38页/共49页第三十九页，共49页。二、基本二、基本二、基本二、基本(jbn)(jbn)(jbn)(jbn)电路电路电路电路静态静态(jngti)时时T1、T2均截止，均截止，UB=UE=

28、01.1.特征特征(tzhng)(tzhng)：T1T1、T2T2特性理想对称。特性理想对称。2.2.静态分析静态分析T1的输入特性的输入特性理想化特性理想化特性第39页/共49页第四十页，共49页。3.3.3.3.动态分析动态分析动态分析动态分析ui正半周，电流正半周，电流(dinli)通路通路为为 +VCCT1RL地，地，uo=ui 两只管子交替工作，两路电源交替供电两只管子交替工作，两路电源交替供电(n din)，双向跟随。，双向跟随。ui负半周，电流负半周，电流(dinli)通通路为路为 地地 RL T2 -VCC，uo=ui第40页/共49页第四十一页，共49页。4.4.4.4.交越

29、失真交越失真交越失真交越失真(sh(sh(sh(sh zhn)zhn)zhn)zhn)消除失真的方法：消除失真的方法：设置设置(shzh)合适的静态合适的静态工作点。工作点。信号在零附近两只信号在零附近两只管子管子(gun zi)均截均截止止开启开启电压电压 静态时静态时T1、T2处于临界导通状态，处于临界导通状态，有信号时至少有一只导通；有信号时至少有一只导通；偏置电路对动态性能影响要小。偏置电路对动态性能影响要小。第41页/共49页第四十二页，共49页。三、消除交越失真的互补三、消除交越失真的互补三、消除交越失真的互补三、消除交越失真的互补(h b)(h b)(h b)(h b)输出输出输

30、出输出级级级级第42页/共49页第四十三页，共49页。四、准互补四、准互补(h b)(h b)输出级输出级 为保持为保持(boch)(boch)输出管的良好对称性，输出管应输出管的良好对称性，输出管应为同类型晶体管。为同类型晶体管。大！大！第43页/共49页第四十四页，共49页。3.5 3.5 直接直接(zhji)(zhji)耦合多级放大电路读耦合多级放大电路读图图一、放大电路一、放大电路(dinl)(dinl)的读图的读图方法方法二、例题二、例题(lt)(lt)第44页/共49页第四十五页，共49页。一、放大一、放大(fngd)电路的读图方法电路的读图方法1.化整为零：按信号流通顺序(shn

31、x)将N级放大电路分为N个基本放大电路。2.识别电路：分析每级电路属于哪种基本电路，有何特点。3.统观总体：分析整个电路的性能特点。4.定量估算：必要时需估算主要动态参数。信号从放大管的哪个极输入信号从放大管的哪个极输入？又从哪个极输出？又从哪个极输出？第45页/共49页第四十六页，共49页。二、例题二、例题二、例题二、例题(lt)(lt)(lt)(lt)第一级：双端输入第一级：双端输入(shr)单端输出的差放单端输出的差放第二级：以复合管为放大第二级：以复合管为放大(fngd)管的共射放大管的共射放大(fngd)电路电路第三级：准互补输出级第三级：准互补输出级动态电阻无穷大动态电阻无穷大1.

32、化整为零，识别电路第46页/共49页第四十七页，共49页。2.2.2.2.基本性能基本性能基本性能基本性能(xngnng)(xngnng)(xngnng)(xngnng)分析分析分析分析 输入电阻为输入电阻为2rbe、电压、电压(diny)放大倍数较大、输出放大倍数较大、输出电阻很小、最大不失真输出电压电阻很小、最大不失真输出电压(diny)的峰值接近电的峰值接近电源电压源电压(diny)。整个电路整个电路(dinl)可等效为一个双端输入单端输出的差分放大可等效为一个双端输入单端输出的差分放大电路电路(dinl)。第47页/共49页第四十八页，共49页。3.3.3.3.交流交流交流交流(jioli)(jioli)(jioli)(jioli)等效电路等效电路等效电路等效电路 可估算(sun)低频小信号下的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。第48页/共49页第四十九页，共49页。