电工电子1107

1、模 拟 电 子 技 术 专题二专题二:基本放大电路基本放大电路 多级放大电路多级放大电路 放大电路的负反馈放大电路的负反馈 模 拟 电 子 技 术 级间耦合问题级间耦合问题 多级放大电路的分析多级放大电路的分析 主讲内容主讲内容 放大电路负反馈的分析放大电路负反馈的分析 模 拟 电 子 技 术 为什么要多级放大？为什么要多级放大？上节课上节课我们主要研究了由一个晶体 管组成基本放大电路，它们的电压放大倍数一般只有几十 倍。但是在实际应用中，往往需要放大非常微弱的信号， 上述的放大倍数是远远不够的。为了获得更高的电压放大 倍数，可以把多个基本放大电路连接起来，组成“多级放 大电路”。其中每一个基

2、本放大电路叫做一“级”，而级 与级之间的连接方式则叫做“耦合方式”。 实际上，单级放大电路中也存在电路与信号源以及负载之 间的耦合问题。 引言引言 模 拟 电 子 技 术 极间耦合形式：极间耦合形式： 直接直接 耦合耦合 A1A2 电路简单，能放大交、直流电路简单，能放大交、直流 信号，信号，“Q” 互相影响，零互相影响，零 点点 漂移严重。漂移严重。 阻容阻容 耦合耦合 A1A2 各级各级 “Q” 独立，只放大交独立，只放大交 流流 信号，信号频率低时耦合电信号，信号频率低时耦合电 容容抗大。容容抗大。 变压变压 器器 耦合耦合 A1A2 用于选频放大器、用于选频放大器、 功率放大器等。功率

3、放大器等。 模 拟 电 子 技 术 1、阻容耦合、阻容耦合 阻容耦合是通过电容器将后级电路与前级相连接，其方阻容耦合是通过电容器将后级电路与前级相连接，其方 框图所示。框图所示。 阻容耦合放大电路的方框图 模 拟 电 子 技 术 单级阻容耦合放大电路 两极阻容耦合放大电路 模 拟 电 子 技 术 1）各级的直流工作点相互独立。由于电容器隔直流而 通交流，所以它们的直流通路相互隔离、相互独立的， 这样就给设计、调试和分析带来很大方便。 2）在传输过程中，交流信号损失少。只要耦合电容选得 足够大，则较低频率的信号也能由前级几乎不衰减地 加到后 级，实现逐级放大。 优点：优点： 3）电路的温漂小。

4、4）体积小，成本低。 模 拟 电 子 技 术 缺点：缺点： 2）低频特性差；1）无法集成； 3）只能使信号直接通过，而不能改变其参数。 2、 变压器耦合变压器耦合 变压器可以通过磁路的耦合把一次侧的交流信号传送到二次侧， 因此可以作为耦合元件。 变 压 器 耦 合 的 两 级 放 大 电 路 模 拟 电 子 技 术 为什么要讲变压器耦合？为什么要讲变压器耦合？因为变压器在传送交流信号的因为变压器在传送交流信号的 同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。 图4-5 变压器的等效电路 工作原理： n 1 I I , n U U 2 1 2 1 L 2 2 2 2

5、 2 2 1 1 L Rn I U n n I nU I U R 模 拟 电 子 技 术 优点优点：1）变压器耦合多级放大电路前后级的静态 变压器耦合多级放大电路前后级的静态 工作点是相互独立、互不影响的。工作点是相互独立、互不影响的。因为变 压器不能传送直流信号。 2）变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。 3）变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、）变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、 电压以及阻抗变换。电压以及阻抗变换。 缺点：缺点： 1）高频和低频性能都很差；）高频和低频性能都很差； 2）体积大，成本高，无法集成。）体积大，成本高

6、，无法集成。 模 拟 电 子 技 术 3 直接耦合直接耦合 直接耦合和两级放大电路 存在两个问题：存在两个问题： 1）第一级的静态工作 点已接近饱和区。 2）由于采用同种类型的管 子，级数不能太多。 （1）直接耦合的具体形式 模 拟 电 子 技 术 为了解决第一个问题：可以采用如下的办法。为了解决第一个问题：可以采用如下的办法。 （a） R R B1 C1 ui uo T T 1 2 U CE1 E2 R RC2 (a) 加入电阻加入电阻RE2 模 拟 电 子 技 术 RR B1C1 R C2 u i uo T T 1 2 R Uz z +V Dz z CC （b）在）在T2的发射极加入稳压管

7、的发射极加入稳压管 模 拟 电 子 技 术 RR B1 C1 R E2 ui u o T T 1 2 RC2 V CC + 为了解决第二个问题：可以在电路中采用不同类型为了解决第二个问题：可以在电路中采用不同类型 的管子，即的管子，即NPN和和PNP管配合使用，如下图所示管配合使用，如下图所示。 利用利用NPN型管和型管和PNP型管进行电平移动型管进行电平移动 模 拟 电 子 技 术 （1）电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。 由于级间是直接耦合，所以电路可以放大缓慢 变化的信号和直流信号。 （2）便于集成便于集成。由于电路中只有晶体管和电阻， 没有电容器

8、和电感器，因此便于集成。 缺点：缺点： 优点优点： （1）各级的静态工作点不独立，相互影响。会给设计、 计算和调试带来不便。 （2）引入了零点漂移问题。零点漂移对直接耦合放大 电路的影响比较严重。 （2）直接耦合放大电路的优缺点）直接耦合放大电路的优缺点 模 拟 电 子 技 术 （3）直接耦合放大电路中的零点漂移问题）直接耦合放大电路中的零点漂移问题 1）何谓零点漂移？）何谓零点漂移？ 2）产生零点漂移的原因）产生零点漂移的原因 3）零点漂移的严重性及其抑制方法）零点漂移的严重性及其抑制方法 电阻，管子参数的变化，电源电压的波动。如果采用高精 度电阻并经经过老化处理和采 用高稳定度的电源，则晶

9、晶 体管参数随温度的变化将成为产生零点漂移的主要原因。体管参数随温度的变化将成为产生零点漂移的主要原因。 如果零点漂移的大小足以和输出的有用信号相比拟，就 无法正确地将两者加以区分。因此，为了使放大电路能 正常工作，必须有效地抑制零点漂移。 模 拟 电 子 技 术 注意：为什么只对直接耦合多级放大电路注意：为什么只对直接耦合多级放大电路 提出这一问题呢？原来温度的变化和零点提出这一问题呢？原来温度的变化和零点 漂移都是随时间缓慢变化的，如果放大电漂移都是随时间缓慢变化的，如果放大电 路各级之间采用阻容耦合，这种缓慢变化路各级之间采用阻容耦合，这种缓慢变化 的信号不会逐级传递和放大，问题不会很的

10、信号不会逐级传递和放大，问题不会很 严重。但是，对直接耦合多级放大电路来严重。但是，对直接耦合多级放大电路来 说，输入级的零点漂移会逐级放大，在输说，输入级的零点漂移会逐级放大，在输 出端造成严重的影响。特别时当温度变化出端造成严重的影响。特别时当温度变化 较大，放大电路级数多时，造成的影响尤较大，放大电路级数多时，造成的影响尤 为严重。为严重。 模 拟 电 子 技 术 抑制零点漂移的方法：抑制零点漂移的方法： 1）采用恒温措施，使晶体管工作温度稳定。需要恒温室 或槽，因此设备复杂，成本高。 2）采用温度补偿法。就是在电路中用热敏元件或二极 管（或晶体管的发射结）来与工作管的温度特性互相补 偿

11、。最有效的方法是设计特殊形式的放大电路，用特性 相同的两个管子来提供输出，使它们的零点漂移相互抵 消。这就是“差动放大电路”的设计思想。 3）采用直流负反馈稳定静态工作点。 4）各级之间采用阻容耦合。 模 拟 电 子 技 术 3、三种耦合方式放大电路的应用场合、三种耦合方式放大电路的应用场合 阻容耦合放大电路：用于交流信号的放大。阻容耦合放大电路：用于交流信号的放大。 变压器耦合放大电路：用于功率放大及调谐放大。变压器耦合放大电路：用于功率放大及调谐放大。 直接耦合放大电路：一般用于放大直流信号或缓慢直接耦合放大电路：一般用于放大直流信号或缓慢 变化的信号。变化的信号。 集成电路中的放大电路都

12、采用直接耦合方式。为了抑制集成电路中的放大电路都采用直接耦合方式。为了抑制 零漂，它的输入级采用特殊形式的差动放大电路。零漂，它的输入级采用特殊形式的差动放大电路。 模 拟 电 子 技 术 在电子电路中，在电子电路中，将输出量将输出量（输出电压或输出（输出电压或输出 电流）的一部分或全部通过一定的电路形式电流）的一部分或全部通过一定的电路形式作作 用到输入回路用到输入回路，用来，用来影响其输入量影响其输入量（放大电路（放大电路 的输入电压或输入电流）的措施称为反馈。的输入电压或输入电流）的措施称为反馈。 反馈的目的：反馈的目的：通过输出对输入的影响来改善系通过输出对输入的影响来改善系 统的运行

13、状况及控制效果。统的运行状况及控制效果。 1 .反馈的基本概念反馈的基本概念 模 拟 电 子 技 术 2. 反馈电路框图反馈电路框图 放大器放大器输出输出 输入输入 取取+ 加强输入信号加强输入信号 正反馈正反馈 用于振荡器用于振荡器 取取 - 削弱输入信号削弱输入信号 负反馈负反馈 用于放大器用于放大器 开环开环 闭环闭环反馈网络反馈网络 叠加叠加 反馈反馈 信号信号 净输入净输入 模 拟 电 子 技 术 3. 有无反馈的判断有无反馈的判断 方法：找反馈通路方法：找反馈通路 无反馈无反馈 有反馈有反馈 模 拟 电 子 技 术 4. 正负反馈的判断正负反馈的判断方法：方法：瞬时极性法瞬时极性法

14、 + 增强增强-正反馈正反馈 削弱削弱-负反馈负反馈 + - R1 R2 uO uI A - iF iP - + R1 R2 uO uI A + + iN iF 负反馈负反馈 正反馈正反馈 ii 先假定输入信号的瞬对地极性先假定输入信号的瞬对地极性 判断判断输出信号的瞬间电位输出信号的瞬间电位 推出反馈信号的瞬时极性推出反馈信号的瞬时极性 看反馈信号对输入信号的影响看反馈信号对输入信号的影响 模 拟 电 子 技 术 集成运放反馈电路集成运放反馈电路 - + R1 R2 uO uI A + + uD= uP - uN uF uD + - uN uP 分立元件反馈电路分立元件反馈电路 输入级放大管

15、的净输入电压输入级放大管的净输入电压uBE 净输入电流净输入电流iB 净输入电压净输入电压uD 或或 净输入电流净输入电流iP ( (或或 iN ) ) 模 拟 电 子 技 术 uI VCC + - uO + - + (+) 1 Rc 1 Re 1 R 2 Rc 2 Re Rf (+) (-) (-) T 模 拟 电 子 技 术 输出端输出端 uo io 输入端输入端 与与ui相比较相比较 与与ii相比较相比较 电压反馈电压反馈 电流反馈电流反馈 串联反馈串联反馈 并联反馈并联反馈 电压串联负反馈电压串联负反馈 电流串联负反馈电流串联负反馈 电压并联负反馈电压并联负反馈 电流并联负反馈电流并联

16、负反馈 四种组态四种组态 负反馈放大电路：负反馈放大电路：引入引入交流负反馈交流负反馈的放大电路。的放大电路。 模 拟 电 子 技 术 + + + - uF 负反馈负反馈 uD iN i2 i1 iP 短短 路路 法法 令令uo=0，观察是否仍存在反馈信号，观察是否仍存在反馈信号: q 反馈信号不存在反馈信号不存在-电压反馈；电压反馈； q 反馈信号仍存在反馈信号仍存在-电流反馈。电流反馈。 电压反馈电压反馈 R2 模 拟 电 子 技 术 串联反馈和并联反馈判断方法串联反馈和并联反馈判断方法 反馈信号与输入信号加在同一输入端，则为并联反馈反馈信号与输入信号加在同一输入端，则为并联反馈 反馈信号

17、与输入信号加在不同输入端则为串联反馈反馈信号与输入信号加在不同输入端则为串联反馈 串联反馈串联反馈并联反馈并联反馈 模 拟 电 子 技 术 5.1电压串联负反馈电压串联负反馈 + - uF iN i2 i1 iP F u FID uuu 串联反馈串联反馈 IO u R R u)1 ( 1 2 虚短虚短 O u RR R 21 1 虚断虚断虚断虚断 模 拟 电 子 技 术 5.1电压串联负反馈电压串联负反馈 + - uF iN i2 i1 iP F u FID uuu 串联反馈串联反馈 IO u R R u)1 ( 1 2 虚短虚短 O u RR R 21 1 虚断虚断虚断虚断 模 拟 电 子

18、技 术 求和求和 + - uF + + 负反馈负反馈uD iO iO 判断正负反馈判断正负反馈 1 Riu OF 电流反馈电流反馈取样取样 FID uuu 串联反馈串联反馈 IO u R i 1 1 5.2电流串联负反馈电流串联负反馈 模 拟 电 子 技 术 求和求和 负反馈负反馈iD 判断反馈极性判断反馈极性 iO + - - iF 电压反馈电压反馈 取样取样 FID iii iI iD R u i O F 并联反馈并联反馈 Riu IO 5.3电压并联负反馈电压并联负反馈 模 拟 电 子 技 术 FID iii OF i RR R i 21 2 - - 电流反馈电流反馈 iF + iI i

19、D i2 并联反馈并联反馈 负反馈负反馈iD IO i R R i)1 ( 2 1 5.4电流并联负反馈电流并联负反馈 iO 模 拟 电 子 技 术 + C1 RB1 RC1 RB21 RB22 RC2 RE2 RE1 CE C3 C2 +VCC uo ui + T1 T2 Rf + - - + - uf - - + ube 电压串联负反馈电压串联负反馈 例例1：判断：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。是否负反馈，若是，判断反馈的组态。 交流负反馈交流负反馈 模 拟 电 子 技 术 i ib if 电压反馈电压反馈 并联反馈并联反馈 电压并联负反馈，交直流反馈电压并联负反馈，交直流反馈

20、 例例2：判断：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组是否负反馈，若是，判断反馈的组 态。态。 - - +VCC RC C2 C1 Rf ui uo + 模 拟 电 子 技 术 电流反馈电流反馈 并联反馈并联反馈 i iB iF 例例3：判断：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。是否负反馈，若是，判断反馈的组态。 uC1 uB2 uo ui uF RE2 Rf RE1 RC1RC2 +VCC iE2 + - - - - - - 交直流负反馈交直流负反馈 模 拟 电 子 技 术 6.1 对放大倍数的影响对放大倍数的影响 FA A Af 1 |AA f 则11FA 负反馈负反馈 A A FAA A d 1 1 d f f 负反馈使放大倍数下降为原来的负反馈使放大倍数下降为原来的 。FA 11 负反馈使电路放大倍数的稳定性提高负反馈使电路放大倍数的稳定性提高 倍。倍。FA 1 模