第11讲3.1~3.2 多级放大电路的耦合方式

1、 第三章第三章 多级放大电路多级放大电路概述 当单级放大电路不能满足多方面的性能要求当单级放大电路不能满足多方面的性能要求（如（如Au104、Ri=2M、 Ro=100）时，应考时，应考虑采用多级放大电路。组成多级放大电路时首虑采用多级放大电路。组成多级放大电路时首先应考虑如何先应考虑如何“连接连接”几个单级放大电路，耦几个单级放大电路，耦合方式即连接方式。合方式即连接方式。 常见耦合方式有：直接耦合、阻容耦合、变常见耦合方式有：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合等。压器耦合、光电耦合等。组成多级放大电路的每一个基本电路称为一组成多级放大电路的每一个基本电路称为一级，级与级之间的连接称为

2、级，级与级之间的连接称为级间耦合。级间耦合。3.1.1 直接耦合直接耦合将前一级的输出端将前一级的输出端直接直接连接到后一级的输入端。连接到后一级的输入端。直接耦合两级放大电路直接耦合两级放大电路Rc1Rb2+VCC+T1+ iUOUT2Rc2Rb1 RC1既作为第一级的集电级电阻又作为第二级的既作为第一级的集电级电阻又作为第二级的基极电阻。基极电阻。静态：静态：T2管正常工作管正常工作UBEQ2=0.7VT1管：管：UCEQ1=UBEQ2=0.7V，靠近饱和区，靠近饱和区在动态信号作用时容易产生饱和失真在动态信号作用时容易产生饱和失真存在两个问题：存在两个问题：1）第一级的静态工作点接近饱和

3、区。）第一级的静态工作点接近饱和区。2）由于采用同种类型的管子，级数不能太多。）由于采用同种类型的管子，级数不能太多。VC1=VB2VC2VB2即即 VC2VC1后极的集电极电位会逐极升高，以至于接近电源。后极的集电极电位会逐极升高，以至于接近电源。 能够放大变化缓慢的信号，便于集成化，能够放大变化缓慢的信号，便于集成化，Q点相点相互影响，互影响，存在零点漂移现象。存在零点漂移现象。输入为零，输出产生变输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移。化的现象称为零点漂移。Rc1Rb2+VCCT1+ iUOUT2Rc2Rb1Re2+_改进改进1：抬高抬高T2管的基极电位，管的基极电位，T2端增加发射极

4、电阻端增加发射极电阻Re2。结果：两极均可得到合适的结果：两极均可得到合适的Q点点 但电压放大倍数大大下降，影响整个电路的放大能力。但电压放大倍数大大下降，影响整个电路的放大能力。改进改进2：使用二极管或稳压二极管取代使用二极管或稳压二极管取代T2的发射极电阻的发射极电阻Re2结果：既可以设置合适的静态工作点，对放大电路结果：既可以设置合适的静态工作点，对放大电路 的放大能力影响也不大。的放大能力影响也不大。Rc1Rb2T1+ iUOUT2Rc2Rb1+_RDZ 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。稳压管稳压管伏安特性伏安特性小功率

5、管多为小功率管多为5mA由最大功耗得出由最大功耗得出必要性？必要性？rzu /i，小功率管多为几欧至二十几欧。小功率管多为几欧至二十几欧。改进改进3：为了解决第二个问题，可以在电路中采用不同类为了解决第二个问题，可以在电路中采用不同类型的管子，即型的管子，即NPN和和PNP管配合使用管配合使用 。Rc1Rb2+VCCT1+ iUOUT2Re2Rb1Rc2+_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问题的提出：问题的提出： 在用在用NPN型管组成型管组成N级共射放大电路，由于级共射放大电路，由于UCQi UBQi，所以，所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致于

6、后级），以致于后级集电极电位接近电源电压，集电极电位接近电源电压，Q点不合适。点不合适。UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 直接耦合的特点：直接耦合的特点：优点：优点：1）便于集成化）便于集成化2）低频特性好，能放大低频甚至直流信号）低频特性好，能放大低频甚至直流信号缺点：缺点：1）存在直流静态工作点配置问题。）存在直流静态工作点配置问题。各级静态工作点相互影响，难设计和调试。2）存在着严重的零点漂移问题。）存在着严重的零点漂移问题。Rc1Rb2+VCCT1+ iUOUT2Rc2Rb1+_已知：已知：Rb1=20k，Rb2=150k，Rc1=3k，Rc2=2k，VCC=12

7、V，1=2=50，UBEQ1=UBEQ2=0.7V前级的集电极电位恒等于后级的基极电位前级的集电极电位恒等于后级的基极电位VC1=VB2=0.7VmAbRBEQUbRBEQUCCVBI046. 0121mABICI3.211BSIBI2晶体管处于饱和状态，失去放大作用。晶体管处于饱和状态，失去放大作用。解：解：mAKICRVCCVBICC5 . 13 . 237 . 0121211解：增加稳压管解：增加稳压管DZ，稳定电压为，稳定电压为4V前级的集电极电位前级的集电极电位VC1=DZ+VB2=4.7VRc1Rb2+VCCT1+ iUOUT2Rc2Rb1+_RDZIBQ1=0.046mA，ICQ

8、1=2.3mA不变，不变，mAKICRVCCVBICC17. 03 . 237 . 4121211vCRCQICCVOU75. 722处于放大状态。处于放大状态。3.1.2 阻容耦合阻容耦合放大电路的前级输出端放大电路的前级输出端通过电容通过电容接到后级输入端。接到后级输入端。典型的典型的Q点稳定电路点稳定电路两级阻容耦合放大电路两级阻容耦合放大电路C2C1 C2 C4的作用的作用?+_uiR1R3+_c1R2R4+c3+Vcc+_uoT1ui+_uo+Vcc+R5R6RLc4+共集放大电路共集放大电路T2 由于电容隔直流由于电容隔直流 ，所以它们的直流通路各不相，所以它们的直流通路各不相通，

9、静态工作点相互独立。通，静态工作点相互独立。1）静态工作点）静态工作点一、优点：一、优点：二、缺点：二、缺点：2）低频特性差）低频特性差 对低频信号呈现较大容抗，信号的一部分甚至全对低频信号呈现较大容抗，信号的一部分甚至全部衰减在耦合电容上，信号无法向后级传递。部衰减在耦合电容上，信号无法向后级传递。1）有大容量的电容，不便于集成。）有大容量的电容，不便于集成。3.1.3 变压器耦合变压器耦合 放大电路的前级输出端放大电路的前级输出端通过变压器通过变压器接到后级输入接到后级输入端或负载上。端或负载上。 变压器利用电磁感应原理在原副线圈之间传递交流变压器利用电磁感应原理在原副线圈之间传递交流电能

10、的，直流电产生的是恒磁场，也就不能在原、副电能的，直流电产生的是恒磁场，也就不能在原、副线圈中传递，所以变压器也能起到隔直流的作用。线圈中传递，所以变压器也能起到隔直流的作用。1.通交流隔直流通交流隔直流2.变压器能改变电压和阻抗变压器能改变电压和阻抗理想变压器模型理想变压器模型变比变比n=N1/N221nuu211ini RniUninnUiUR222221211电压放大倍数：电压放大倍数：)2)21(LRNNLRberLRuA 根据所需要的电压放大倍数，选择合适的匝根据所需要的电压放大倍数，选择合适的匝数比，使负载电阻上获得足够大的电压。数比，使负载电阻上获得足够大的电压。理想变压器情况下

11、，负载上获得的功率等理想变压器情况下，负载上获得的功率等于原边消耗的功率。于原边消耗的功率。变压器耦合的特点：变压器耦合的特点：优点：优点：1）静态工作点相互独立）静态工作点相互独立2）可以实现阻抗变换）可以实现阻抗变换缺点：缺点：2）高、低频率特性都很差）高、低频率特性都很差1）笨重，不便于集成）笨重，不便于集成 由于信号的传送是靠电磁感应进行，对于直流或由于信号的传送是靠电磁感应进行，对于直流或变化缓慢的传感器信号无法顺利传输过去；对于较高变化缓慢的传感器信号无法顺利传输过去；对于较高的信号频率，由于变压器的漏感和分布电容的影响，的信号频率，由于变压器的漏感和分布电容的影响，会使放大的高频

12、特性产生畸变。会使放大的高频特性产生畸变。用做功率放大器和选频放大器。用做功率放大器和选频放大器。三种耦合方式的应用：三种耦合方式的应用：一、直接耦合一、直接耦合:二、阻容耦合二、阻容耦合:三、变压器耦合三、变压器耦合:A1A2A1A2A1A2一般用于放大直流信号或缓慢变化的信号。一般用于放大直流信号或缓慢变化的信号。集成电路中都采用直接耦合放大电路。集成电路中都采用直接耦合放大电路。用于交流信号的放大。用于交流信号的放大。用于功率放大及调谐放大。用于功率放大及调谐放大。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、电压放大倍数一、电压放大倍数总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积

13、。总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。其中，其中， n 为多级放大电路的级数。为多级放大电路的级数。Au1第一级第一级Au2第二级第二级Aun末末 级级uiuo1RLRSuousuo2ui2uiniiunAuAuAnuuuuuuuuiuouuA21ion.i3o32i2oi1o二、二、 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 通常，多级放大电路的输入电阻是第一级放大通常，多级放大电路的输入电阻是第一级放大电路的输入电阻；输出电阻就是最后一级放大电路电路的输入电阻；输出电阻就是最后一级放大电路的输出电阻。的输出电阻。 具体计算时，有时它们不仅仅决定于本级参数，具体计算时，有时它们不仅仅决定于

14、本级参数，也与后级或前级的参数有关。也与后级或前级的参数有关。 考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理！倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理！nRRooi1iRR 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，最大不失真输出电压大。值大，最大不失真输出电压大。设计多级放大电路设计多级放大电路一、确定耦合方式一、确定耦合方式直接耦合、阻容耦合、变压器耦合直接耦合、阻容耦合、变压器耦合二、确定每一级的基本放大电路类型二、确定每一级的基本放大电路类型多级放大电路

15、输出电阻大小：由输出级决定多级放大电路输出电阻大小：由输出级决定多级放大电路输入电阻大小：由输入级决定多级放大电路输入电阻大小：由输入级决定多级放大电路放大能力：由各级电路决定多级放大电路放大能力：由各级电路决定多级放大电路低频特性：电路的耦合方式及耦多级放大电路低频特性：电路的耦合方式及耦合电容的大小合电容的大小注意：考虑前后几级的相互影响注意：考虑前后几级的相互影响基本基本接法接法电压放电压放大倍数大倍数输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻共射共射100几百几百几几K几百几百几几K共基共基100最小可达十几欧最小可达十几欧几百几百几几K共集共集1几十几十K100K以上以上最小可达十几最小可达十

16、几共源共源几几几十几十1M以上，可达无穷以上，可达无穷几百几百几几K共漏共漏3000,则第一级应采用则第一级应采用 ，第二级应采用，第二级应采用 共射、共射；共射、共射；（2）要求输入电阻大于）要求输入电阻大于10M，电压放大倍数，电压放大倍数300,则第一级应采用则第一级应采用 ，第二级应采用，第二级应采用 共源、共射；共源、共射； （3）要求输入电阻）要求输入电阻100K200K，电压放大倍数，电压放大倍数100,则第一级应采用则第一级应采用 ，第二级应采用，第二级应采用 共集、共射；共集、共射； （4）要求输入电阻）要求输入电阻10，输入电阻，输入电阻10M,输出电阻输出电阻Rb1/Rb

17、2VCCVRRRBQU31215552121mAmARBEQUBQUEQI13 . 27 . 0341uAmAEQIBQI7 .615011111VRREQICCVCEQU7 . 4)43(1uARRBEQUCCVBQI1351511007 . 0126)21 (522mAuABQIEQI213)1501 (2212VREQICCVCEQU25212622第二级为共集放大电路，第二级为共集放大电路，（2）求解）求解Au、Ri、Ro先画出交流等效电路图先画出交流等效电路图klRRberRiR88/6)21(/52klRRberRiR88/6)21(/521771)2/3(11beriRRuA+_

18、ui_uo+VccR1R3+_c1c2+R2R4R5RL=Ri2c3+对于信号源或前级放大电路来说，放大电路相当于对于信号源或前级放大电路来说，放大电路相当于负载，负载，994. 0)/6)(21 (2)/6)(21 (2lRRberlRRuA第二级为共集放大电路，电压放大倍数接近第二级为共集放大电路，电压放大倍数接近1176994. 017721uAuAuA多级放大电路的输入电阻为第一级的输入电阻，多级放大电路的输入电阻为第一级的输入电阻，kberRRiR94.11/2/1多级放大电路的输出电阻为第二级的输出电阻，多级放大电路的输出电阻为第二级的输出电阻，欧姆482132215/32/6Rb

19、erRRberRoR注意：注意：共集放大电路共集放大电路作为多级放大电路的作为多级放大电路的输入级输入级和和输出级输出级，其，其输入电阻输入电阻不仅和自身参数有关，受到负不仅和自身参数有关，受到负载电阻影响。其载电阻影响。其输出电阻输出电阻和信号源内阻有关。和信号源内阻有关。讨论讨论 失真分析：由失真分析：由NPN型管组成的两级共射放大电路型管组成的两级共射放大电路共射放共射放大电路大电路共射放共射放大电路大电路iuou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，则可判断在输入信号逐渐增大时哪一级首先出现失真。哪一级首先出现失真。 在前级均未出现失真的情况下，多级放大电路的最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。大不失真电压等于输出级的最大