模拟电子技术_第三章

1、第三章 多级放大器 模拟电子技术 电 子 教 案 沈阳工业大学 电子技术教研室 第三章 多级放大器 目 录 第三章 多级放大器 第一节 多级放大器的概念 第二节 差分放大器 第三节 互补输出级 第三章 多级放大器 概述： 实用的放大电路多为多级放大电路，随着集成电路的 发展，直接耦合多级放大电路成为模拟电子电路中常用的 放大电路。 教学要求： 本章重点是多级放大电路的四种耦合方式和动态参数 的分析方法，差分放大电路的工作原理，主是参数和四种 接法，以及互补输出级。 第三章 多级放大器 目录目录 第三章 多级放大器 1. 必要性：必要性： 单管放大器的性能单一，无法保证工程上对功能和性能上 提出

2、的各种要求，需要不同功能和性能的单级放大器进行 组合。 第一节 多级放大器的概念 2. 级间耦合原则级间耦合原则 如何“连接”几个单级放大电路，耦合方式即连接方式。 保证各级工作点合适； 保证信号传输畅通 四种耦合方式：直接、阻容、变压器、光电耦合 一、多级放大器的必要性一、多级放大器的必要性 目录目录 第三章 多级放大器 二、四种耦合方式特点二、四种耦合方式特点 1. 直接耦合 定义：各级之间，末级与负载之间，第一级与信号源之 间，直接用导线连接，不需其它元件。 第一节 多级放大器的概念 Q1不合适，如何调整 e2接电阻？ 二极管、稳压管，PNP(T2) 目录目录 第三章 多级放大器 直接耦

3、合电路性能： 低频响应好（因无电容） 易于集成化（最大优点），集成电路最常用 两级Q点之间互相影响 存在零点漂移（最大缺点） 第一节 多级放大器的概念 零点漂移 目录目录 第三章 多级放大器 零点：指放大器的ui=0时uo值（为零或定值） 零漂：指零点随外界条件变化，而发生的随机缓慢变化 “零漂”危害：零漂属于假信号，它干扰正常放大， 严重时会损坏放大器 “零漂”产生原因：温度变化、电源波动、元器件老化等， 导至ICQ变化，uo变化 抑制“零漂”措施：最好的措施是采用差分放大器 第一节 多级放大器的概念 关于零漂的几个问题 目录目录 第三章 多级放大器 2. 阻容耦合阻容耦合 第一节 多级放大

4、器的概念 电路性能： 各级工作点互相独立、无零漂、能传输交流、 低频响应差、不易集成化 定义：两级之间、末级与负载之间、或第一级与信号源 之间，用电容器连接 目录目录 第三章 多级放大器 3. 变压器耦合变压器耦合 第一节 多级放大器的概念 电路性能： 传输交流 有隔离作用（隔直流、无零漂、两级工作点互相独立） 有阻抗变换作用，体大价贵有电磁干扰。 低频场合用的很少 定义：两级之间、末级与负载之间、 或第一级与信号源之间， 用变压器连接 目录目录 第三章 多级放大器 4. 光电耦合光电耦合 第一节 多级放大器的概念 电路性能： 抗干扰能力强，应用较多。传输时线性不好 定义：两级之间用光电耦合器

5、连接 目录目录 第三章 多级放大器 三、多级放大电路的动态分析三、多级放大电路的动态分析 第一节 多级放大器的概念 1. 分析方法：分析方法：划多级为单级，从单级入手分析性能。 分析单级性能时要考虑级间影响。 前级放大器等效为相邻后级的 信号源（USRS） 其中，US是后级开路时，前级的 输出电压Uo，RS是前级放大器的 输出电阻Ro 后级放大器的输入电阻Ri，是相邻前级的负载RL 目录目录 第三章 多级放大器 2. 多级放大器的动态指标分析：多级放大器的动态指标分析： 第一节 多级放大器的概念 Au（总）（总）=Au1Au2Aun Ri（总）（总）=Ri1（第一级的）（第一级的） Ro（总）

6、（总）=Ron（末级的）（末级的） 注意：共集放大器作为第一级和最末级时，注意：共集放大器作为第一级和最末级时，Ri和和Ro的求法。的求法。 目录目录 第三章 多级放大器 3. 多级放大器的分析示例：多级放大器的分析示例： 第一节 多级放大器的概念 21 L62be2 L62 2 1be i23 1 )( ) 1 ( )( ) 1 ( )( uuu u u AAA RRr RR A r RR A be121i rRRR 1 be253 6o rRR RR 第一级共射、第二级共集 目录目录 第三章 多级放大器 概述：差分放大电路是抑制零漂、抗干扰的重要措施；是模 拟集成电路输入级的基本单元电路，

7、应用较多。 第二节 差分放大器 一、长尾式差分放大电路的分析一、长尾式差分放大电路的分析 1.电路的组成结构特点： 正、负双电源供电 电路结构对称 有两个输入端，两个输出端 信号输入方式 单端输入、双端输入 信号输出方式 双端输出、单端输出 目录目录 第三章 多级放大器 2. 静态（直流）分析 直流双电源保证发射结正偏，集电结反偏； 各极相应直流电压、电流相等。 eEQBEQbBQEE 2RIURIV 通常，Rb较小，且IBQ很小，故 BEQcCQCCCEQ URIVU e BEQEE EQ 2R UV I 1 EQ BQ I I 晶体管输入回路方程： 第二节 差分放大器 目录目录 第三章 多

8、级放大器 3. 差放存在两种输入信号 共模输入信号uIc：数值相等、相位相同 差模输入信号uId：数值相等、相位相反 在本电路中 若uI1=uI2，称加入共模输入信号uIc 若uI1=-uI2，称加入差模输入信号 记作uId1=uI1 uId2=uI2=-uId1 若uI1和uI2不等则一定分解出uIc和uId两个分量， 即，uId=uI1-uI2 称差模输入电压 uId1=(1/2)uId uId2=-(1/2)uId uIc=uIc1=uIc2=(1/2)(uI1+uI2) 第二节 差分放大器 目录目录 第三章 多级放大器 4. 对共模信号的抑制能力 共模信号作用下的工作状态共模信号作用下

9、的工作状态 各极电压、电流变化量数值相等相位相同， 负载中无电流（因Uoc=Uoc1-Uoc2 =0） 对共模信号呈开路 对每一支管的发射极而言相当于接入2Re 差放对共模信号的抑制作用差放对共模信号的抑制作用 电路对称相减输出，使共模输出相抵消 Re对共模信号起强烈抑制作用。 数值越大抑制能力越强。 (ReAc即uoc)单端输出时抑制共模 第二节 差分放大器 目录目录 第三章 多级放大器 5. 对差模信号的放大作用 加差模信号时工作状态 由于两基极所加输入电压数值相等，相位相反。 对差模信号：RL中点、e点是虚地点 计算动态参数： Ad、Rid、Rod、Ac、KCMR + Rb Rc + r

10、be Ib . Ib . 2 RL uId1 uOd1 第二节 差分放大器 目录目录 第三章 多级放大器 5. 对差模信号的放大作用 计算动态参数：Ad、Rid、Rod、Ac、KCMR + Rb Rc + rbe Ib . Ib . 2 RL uId1 uOd1 2 )(2 cobebi RRrRR， 单）(A 2 beb L c Id Od du rR ) R R( u u A Ac=0 共模抑制比KCMR： 反映差分放大电路放大差模信号、抑制共模信号的能力。 第二节 差分放大器 在参数理想对称的情况 KCMR= c A A K d CMR 目录目录 第三章 多级放大器 二、差分放大电路的四

11、种接法二、差分放大电路的四种接法 在实际应用时，信号源需要有“接地”点，以避免干 扰； 或负载需要有“接地”点，以安全工作。 第二节 差分放大器 6. 差动放大器的输出信号 差动放大器正常工作时，差模信号与共模信号共存 （瞬时值）UO=AudUId+AucUIC +UCQ 双入 ：信号分别从b1和b2输入 单入 ：仅从一个基极与地之间输入 双出：从C1与C2之间输出, 单出：仅从C1或C2与与地之间输出 四种连接方式： 双入双出 双入单出 单入双出 单入单出 目录目录 第三章 多级放大器 1. 双端输入单端输出： 第二节 差分放大器 静态分析：由于输入回路没有变化， 所以IEQ、IBQ、ICQ

12、与双端输出时一样， 但是UCEQ1UCEQ2 e BEQEE EQ 2R UV I 1 EQ BQ I I cCQCCCQ2 LcCQCC Lc L CQ1 )( RIVU RRIV RR R U 目录目录 第三章 多级放大器 差模信号作用下的分析 1. 双端输入单端输出： beb Lc d )( 2 1 rR RR A Ro=Rc Ri=2(Rb+rbe) 从T1管输出，Ad为“负”； 从T2管输出，Ad为“正” 第二节 差分放大器 目录目录 第三章 多级放大器 共模信号作用下的分析 1. 双端输入单端输出： 第二节 差分放大器 ebeb Lc c )1 (2 )( RrR RR A beb

13、 ebeb CMR )1 (2 rR RrR K beb Lc d )( 2 1 rR RR A 目录目录 第三章 多级放大器 2.单端输入双端输出： 第二节 差分放大器 输入差模信号的同时， 总是伴随着共模信号输入 3. 四种连接方式下的交流性能 uId=uI uIc=uI/2 输入电阻输入电阻Rid： ： 四种连接方式完全相同，四种连接方式完全相同， 仅取决于输入回路参数仅取决于输入回路参数 Rid均为均为2（Rb+rbe） Ad、Ac、KCMR、Ro、 、Q点均与输 点均与输 出方式有关出方式有关 双出双出 ：Aud=Au(单单)、Ro=2Rc 单出：单出：Aud=(1/2)Au(单单)

14、、Ro=Rc 目录目录 第三章 多级放大器 三、提高差放性能的几点措施三、提高差放性能的几点措施 1. 提高共模抑制比KCMR 以恒流源取代BJT差放中的射极电阻Re 2.调整电路的对称性 RW调整电路的对称性，取值小好 2 )1 ( W beb c d R rR R A Wbebi )1 ()(2RrRR 第二节 差分放大器 目录目录 第三章 多级放大器 3. 提高差分电路的输入阻抗Rid 第二节 差分放大器 采用场效应管组成差分放大器； 晶体管采用共集接法组成差动放大器 4. 改善频响 晶体管采用共基或共集接法组成差动放大器 5. 集成化 三、提高差放性能的几点措施三、提高差放性能的几点措

15、施 目录目录 第三章 多级放大器 四、具有恒流源的差分放大电路四、具有恒流源的差分放大电路 第二节 差分放大器 1. 恒流源差放原因 ReKCMR，但使工作点UCEQ变化。 为使Q点稳定VEE不实用。 2. 以恒流源取代Re 对提高KCMR有效 恒流源特性： 对直流可只有几伏直流压降 对交流等效成几十K以上大电阻 目录目录 第三章 多级放大器 3. 恒流源差分电路（示例） 第二节 差分放大器 T3组成恒流源电路： UR2恒定IE3恒定IC3近似恒流 3 BEQEE 21 2 3E B32 R UV RR R I II IC3IE3 IE1=IE2=IC32 该电路的静态分析从恒流源开始 目录目

16、录 第三章 多级放大器 一、多级电压放大器对输出级的要求一、多级电压放大器对输出级的要求 1. 输出电阻Ro低，提高带载能力-共集电路 2. 最大不失真输出电压Uom尽可能大-正负双电源供电 3. 直流功耗小，负载电阻上无直流功耗 -静态工作电流小，零输入零输出 第三节 互补输出级 二、基本电路二、基本电路 1. 组成特点 T1、T2管为性能相同的互补管 正负双电源供电 对每只管而言构成射极输出器 直接耦合。输出端无耦合电容，称OCL功放 目录目录 第三章 多级放大器 2. 静态分析 静态时基极没有直流偏压， T1、T2均截止，无静态。 UB=UE=0 3. 动态分析 两只管子交替工作， 两路

17、电源交替供电， 双向跟随。 在负载上合成一个完整正弦波。 第三节 互补输出级 4. 交越失真（缺点） 定义：在ui过零附近，uo不按正弦规律变化或几乎为零 原因：无静态工作点，所以当|ui|Uon时晶体管截止，uo0 消除的措施：设置合适的静态工作点（较小） 目录目录 第三章 多级放大器 D2D1B1B2 UUU静态： 三、消除交越失真的互补输出级三、消除交越失真的互补输出级 第三节 互补输出级 双电源使D1和D2始终处于导通状态 D1和D2的交流电阻rd很小， 可近似认为ui直接作用于基极 ib2b1 uuu动态： 1. 利用二极管 目录目录 第三章 多级放大器 2. 设置偏压其它方法 第三节 互补输出级 三、消除交越失真的互补输出级三、消除交越失真的互补输出级 倍增电路故称之为 ，则若 BE BE 4 43 21 B2 U U R RR U II BB 目录目录 第三章 多级放大器 四、采用复合管的准互补级输出四、采用复合管的准