电子电路组合电路-多级放大电路分析

1、第章第章 组合放大电路组合放大电路4.1一般组合放大电路一般组合放大电路 一、一、 耦合方式耦合方式1 1、阻容阻容耦合耦合VCCR3R1R2R4rSuS+- - -+C1uiT1+R5R6R7C2T2+C3+RLCE共发共发共集共集优点：优点：Q Q点相互独立点相互独立。缺点：不能放大变化缓慢的信号，缺点：不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。低频特性差，不能集成化。VCCRC2T2RC1T12 2、直接耦合、直接耦合- -+ui- -+uo第二级第二级第一级第一级优点：能够放大变化优点：能够放大变化缓慢的信号，便于集缓慢的信号，便于集成化成化缺点：缺点：Q点相互影响，点相互影响，

2、存在零点漂移现象。存在零点漂移现象。输入为零，输出产输入为零，输出产生变化的现象称为生变化的现象称为零点漂移零点漂移RB1零点漂移原因：当输入信号为零时，前级由温零点漂移原因：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。度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。如何设置合适的静态工作点？如何设置合适的静态工作点？VCCRC2T2RC1T1- -+ui- -+uoRB1Q1合适吗？合适吗？RE对哪些动态参对哪些动态参数产生影响？数产生影响？二极管或稳压管二极管或稳压管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，点，又可使第二级放大倍数不至于下降太大？

3、又可使第二级放大倍数不至于下降太大？例：如图所示的两级电压放大电路，已知例：如图所示的两级电压放大电路，已知1= 30，2= 50，求该电路的静态工作点。，求该电路的静态工作点。mARUIU1IIA33V4VVUQ1B1Q1C1Qb1BE1(ON)CCB1QBE2(ON)ZCE1Q ：6.75VV-RI-VU1.25IIA25IVQ2ZC2C2CCCE2QB2Q2C2QC1QC1CE1QCCB2Q mARUI ：1.5k稳压管稳压管伏安特性伏安特性mARVImA05. 7IV1.25I3.3VVC2Qb2ZCCZQC2QZ 稳稳压压管管：1.5k小功率小功率管多为管多为5mA必要性必要性Q稳压

4、管的动态电稳压管的动态电阻（小信号模型）阻（小信号模型）rzu /i，小，小功率管多为几欧功率管多为几欧至二十几欧。至二十几欧。2ibrbe2RC2ou2bi2+_2bRzr1.5k二极管，稳压管对直流分析和交流分析的作用二极管，稳压管对直流分析和交流分析的作用等效为不同的电路，这是半导体器件的特点。等效为不同的电路，这是半导体器件的特点。UCEQ1太小太小加加RE（Au2数值数值）改用二改用二极管极管若要若要UCEQ1大，则改用稳压管。大，则改用稳压管。VCCRC2RET2RC1T1RB+- - -+VBQ1VCQ2+- -VCQ1NPN型管和型管和PNP型管混合使用型管混合使用问题的提出：

5、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，级共射放大电路，由于由于UCQi UBQi，所以所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致），以致于后级集电极电位于后级集电极电位接近电源电压，接近电源电压，Q点点不合适。不合适。UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 3、变压器耦合、变压器耦合L2L2c21RIRIPPl，从变压器原从变压器原边看到的等边看到的等效电阻效电阻可能是实际的负载，也可能是实际的负载，也可能是下级放大电路可能是下级放大电路理想变压器情理想变压器情况下，负载上况下，负载上获得的功率等获得的功率等于原边消耗的于原边消耗的功率。功率。实

6、现阻抗变换实现阻抗变换L221L2c2lLR)NN(RIIR RLuS+- -uorS+- -A1uiA2二、二、 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析+- -uo1+- -ui221io1i2oiouuuAAuuuuuuA 1iiRR 2ooRR 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的数值大，最的数值大，最大不失真输出电压大。大不失真输出电压大。例：如图所示的两级电压放大电路，已知例：如图所示的两级电压放大电路，已知1= 2 =50。(1) 计算前、后级放大电路的静态值计算前、后级放大电路的静态值;(2) 求放大电路的输入电阻和输出电阻；求放大电

7、路的输入电阻和输出电阻； (3) 求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。B1R B2R E2R E1R + - -uo+- -uiB1R B2R E2R E1R + - -uo+- -uiA89mA2750)(110000.724) (1VE11B1BE(ON)CCB1Q.RRUI mA 49 0mA 0098050)(1)1(B1Q1E1Q.II V77 10V2749024VE1E1QCCCE1Q.RIU k 349 02650)(120026) (1200rE1Q1be1 .IB1R B2R E2R E1R + - -uo+- -uiV26843V4

8、38224VB2B2B1CCB2Q.RRRV mA 96 0mA5 751 07 026 8VE2E2BE2(ON)B2QC2Q.RRUI B1R B2R E2R E1R + - -uo+- -uiA 2 19mA5096 02C2QB2Q.II V71 6)V5 751 010(96 024)(VE2E2C2C2QCCCE2Q.RRRIU k58 196 0265120026)1(200E2Q2be2.Ir B1R B2R E2R E1R + - -uo+- -ui2ib2cirbe2RC2ourbe1iuRB1B1R 2BR 1bi2bi21bi 11ciRE11uo+_+_+_E1R 2

9、ib2cirbe2RC2ourbe1iuRB1B1R 2BR 1bi2bi21bi 11ciRE11uo+_+_+_E1R 2Ri1RRii 2ib2cirbe2RC2ourbe1iuRB1B1R 2BR 1bi2bi21bi 11ciRE11uo+_+_+_E1R 2Ri1RRii k 14)R1 (RE12be2B2B12 r/R/Ri k 22 9k14271427Ri2E1L1./RR k 320)1 (RRL11be1B1i1 Rr/Ri 2ib2cirbe2RC2ourbe1iuRB1B1R 2BR 1bi2bi21bi 11ciRE11uo+_+_+_E1R 2RRoo k10R

10、RC2o2 Ro2ib2cirbe2RC2ourbe1iuRB1B1R 2BR 1bi2bi21bi 11ciRE11uo+_+_+_E1R 994 022 950)(1322 9)501 ()1 ()1 (L111beL111u.RrRA 2ib2cirbe2RC2ourbe1iuRB1B1R 2BR 1bi2bi21bi 11ciRE11uo+_+_+_E1R 1851 050)(179 11050)R1 (E12be22C22 .rRAu 9 1718)(994 021.AAAuuu 多级放大器分析方法总结：多级放大器分析方法总结：可拆分成单级电路进行分析可拆分成单级电路进行分析: :

11、RLuS+- -uorS+- -A1viA2Ri2+- -+- -uo1= ui2Ri2Ri = Ri1Ro = Ro2按下列要求组成两级放大电路：按下列要求组成两级放大电路： Ri12k，Au 的数值的数值3000； Ri 10M，Au的数值的数值300； Ri100200k，Au的数值的数值150； Ri 10M ，Au的数值的数值10，Ro100。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。us+- -RL+ - -uorST1T2RCRBbe1Bi1ir/RRR Co2oRRR 2u1uuAAA be12be21r1r be2LC2

12、u2rR/R(A） be1i21u1rRA Ri2be1LC1r)R/R( 4.2 差动放大电路差动放大电路u零点漂移现象及其产生的原因零点漂移现象及其产生的原因u长尾式差分放大电路的组成和分析长尾式差分放大电路的组成和分析u差分放大电路的接法差分放大电路的接法u具有恒流源的差分放大电路具有恒流源的差分放大电路u差分放大电路的改进差分放大电路的改进 什么是什么是零点漂移现象零点漂移现象：uI0，uO0的现象。的现象。零漂零漂原因原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。：温度变化，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，故也称其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称

13、零漂为温漂。零漂为温漂。克服温漂的克服温漂的方法方法：引入直流负反馈，温度补偿。：引入直流负反馈，温度补偿。 典型电路：差分放大电路典型电路：差分放大电路如何抑制零点漂移？如何抑制零点漂移？VCCRCRB1RB2RE分压偏置分压偏置+VCCRCRE-VEEui双电源偏置双电源偏置T1RCRCT2REE-VEE+VCCRL+ uo -ui1ui2双端输出双端输出组成：组成：对称对称正负电源正负电源两个输入端两个输入端两个输出端两个输出端T1RCRCT2REE-VEE+VCCRL+ uo -ui1ui2令令ui1= ui2=0IEE双端输出双端输出)1(2IIII2IIIIRUVIEEBQQ2BQ

14、1BEECQQ2CQ1CEEBE(on)EEEE )on(BECCQCCQ2CEQ1CEURIVUU 在在理想对称理想对称的情况下：的情况下：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。icoucuuA 0Auc 共模信号共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即：数值相等、极性相同的输入信号，即ici2i1uuu T1RCRCT2REE-VEE+VCCRL+ uo -uic+- -ui1ui2T1RCRCT2REE-VEE+VCCRL+ uo -+- -uid交流接地交流接地2b1bii 0iEER ib1ib2负载中点为交流地负载中点为交流地ib1ib21ib12i

15、b2+- -uid+- -uoRE中电流不变，即中电流不变，即RE 对差对差模信号无反馈作用。模信号无反馈作用。ui1ui22uuuid2i1i 一对差模信号一对差模信号ib1ib21ib12ib2+- -uid+- -uoidouduuA beLCudr)2R/R(A Ridbeidr2R CoR2R oR ucudCMRAAKucudCMRAAK T1RCRCT2REE-VEE+VCCui1ui2令令ui1= ui2=0IEERLuo+ -单端输出单端输出由于输入回路没有变化，由于输入回路没有变化，所以所以IEQ、IBQ、ICQ与双与双端输出时一样。但是端输出时一样。但是UCEQ1 UCE

16、Q2。CCQCCC2QLCCQCCLCLC1QRIVV )RR(IVRRRV )1(2IIII2IIIIRUVIEEBQQ2BQ1BEECQQ2CQ1CEEBE(on)EEEE T1RCRCT2REE-VEE+VCCui1ui2IEERLuo+ -RE的共模负反馈作用的共模负反馈作用：温度变化所引起的变温度变化所引起的变化等效为共模信号化等效为共模信号如如 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。T1RCRCT2REE-VEE+VCCuic+- -RLuouo1+-ib11ib1+- -uic+

17、- -uoRicicouc1uuA 2R)1(2rREEbeic EEbeLCuc1R)1(2r)R/R(A 对于每一边对于每一边电路，电路，RE=?T1RCRCT2REE-VEE+VCC+- -uidib1ib2ib1ib21ib1+- -uid+- -uoui1ui2RL+-uo1beLCidoud1r2)R/R(uuA beidr2R CoRR uoEEmbeEECMRRgrRK T1RCRCT2REE-VEE+VCCRL+ uo -ui+- -T1RCRCT2REE-VEE+VCCRL+ uo -+- -+- -+- -+- -2ui2ui2ui2ui 共模输入电压共模输入电压差模输入

18、电压差模输入电压单端输入的特点：单端输入的特点：输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入2uuuuiiciid ，T1RCRCT2REE-VEE+VCCRL+ -uoui+- -双端输入的特点：双端输入的特点：双端输入时无共模信号输入双端输入时无共模信号输入0uuuiciid ，差动输入差动输入us1+- -T1RCRCT2REE-VEE+VCCuo1uo2us2+- -双端输入时：双端输入时：2uuuuuus2s1ics2s1id T1VCCREEuiuo-VEERCRCT2RL22.6k 10k 10k (12V)(- -12V)mA2502EEC2

19、QC1Q./III mA50VUEEEEBE(on)EE.R/ )(I 6k10261200C1Qbe.I)(r CLQCCLLCCR/RIRRRV2 2VCQV75. 4 T1VCCREEuiuo-VEERCRCT2RL22.6k 10k 10k (12V)(- -12V)mV( tsinuuuiiid 2021 -)mV( tsinuuuiiic 10221 252beLCud2 r)R/R(A 11. 0R12r)R/R(AEEbeLC2uc ）（(mV)479uuuuidud2icuc2o2otsinAA (mV)47975V4VuuC2Qo2Otsin. 解决方法：解决方法：采用电流

20、源！采用电流源！T1+VCCI-VEERCRCT2uo1uo2ui1ui2RBRB理想恒理想恒流源流源2III2C1C )rR(2RuuuA1beBC2i1i1oud 0uuAic1ouc 电流恒定，电流恒定，交流电阻交流电阻无穷大无穷大T1VCCui1-VEEui2RCRCT2R1R2R3T3RBRB利用三极管集利用三极管集电极电流为恒电极电流为恒流源输出流源输出IC3IB3I23BE3(on)EE2123EB32RUVRRRIII 2/IIIC32CQ1CQ T3、R1、R2、R3构成恒流源构成恒流源3oR动态电阻动态电阻R1/R23oRbi3ib例：例：无穷大无穷大bi3ibuooi3b

21、e321oce3b3ooR/)rR/(Ri)ri-i (u o21be333bi/RRrRRi )R/RRrR1(riuR123be333ceoo3o icib ibuce+ +- -rbe三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路Crce晶体管输晶体管输出电阻出电阻QCCEceiur 由厄尔利电压计由厄尔利电压计算而来，算而来，M级级T1VCCui1-VEEui2RCRCT2R1R2R3T3RBRBIC3IB3I23oR动态电阻动态电阻例：例：3O11beBCic1ouc1beBC2i1i1oudR)1(2rRRuuA)rR(2RuuuA uO1很小很小很大很大加调零电位器加调零电位器1) R

22、W取值应大些？还是取值应大些？还是小些？小些？2) RW对动态参数的影响？对动态参数的影响？3) 若若RW滑动端在中点，滑动端在中点，写出写出Aud、Ri的表达式。的表达式。2R)1(rRRuuAWbebcidoud WbebiR)1()rR(2R 场效应管差分放大电路场效应管差分放大电路doidmidoudR2RRRguuA 4.3 集成运放的典型电路集成运放的典型电路u概述概述u电流源电路电流源电路u互补输出级互补输出级u集成运放的简单分析集成运放的简单分析两个两个输入端输入端一个一个输出端输出端电流源电流源改进型的差改进型的差动放大电路动放大电路采用采用12级级共发电路共发电路 互补对称

23、功互补对称功率放大电路率放大电路 T1VCCIC1RT2IRIC2=IOBT1,T2特性特性完全相同完全相同基准电流基准电流RUVIBE(on)CCR 电路中有电路中有负反馈吗？负反馈吗？ROI2I ROII 2 ，则，则若若 UBE T IC IR IC VB IB （2 2）应用：）应用：有源负载有源负载用用R RC C的共发电路的共发电路存在问题存在问题：R RC C A Au u 交流工作时：交流工作时：直流工作时：直流工作时：R RC C U UCEQCEQ 易饱和失真易饱和失真RLuIT1T3VCCRT2IRiC2+uO-镜像电镜像电流源流源放大管放大管RLVCCT1IRuI+uO

24、-有源负载有源负载 C1QQ1B)ONBECCRC2QC1QIIRU-VIII（静静态态：若若空空载载RLuIT1T3VCCRT2IRiC2+uO-ib11ib1+- -ui+- -uobe1Lce2ce11ur)Rrr ( A 动态电阻动态电阻2cerR 电流源的交流电阻为：电流源的交流电阻为：极大提高电极大提高电压放大倍数压放大倍数T4VCCT3iC3iC1iC2iC4iOT1I-VEET2+- -ui镜像电镜像电流源流源差动放差动放大电路大电路有源有源负载负载0IIIII/2IIOQC1QC4QC3QC2QC1Q 静态：静态：c1c2c4oi 2ii i 3c1c4c3c2cc1ii ,

25、ii ,ii 动态：动态：1beL1u4ce2ceLrRA)r/r (R 则：则：若若使单端输出电路的差模放使单端输出电路的差模放大倍数近似等于双端输出大倍数近似等于双端输出时的差模放大倍数。时的差模放大倍数。T1VCCIC1RT2IRIC2=IOB基准电流基准电流RUVIBE(on)CCR 电路中有电路中有负反馈负反馈ROII 2 ，则，则若若2cerR 交流电阻：交流电阻：要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。EBE2BE1E2RUUI TBEUUSEeII TBE2BE1UUU2EE1eII RUVIIIII)on(1BECCR1C1EO2E O

26、RTOEIIlnUIR E2E2EE1TBE2BE1RIIIlnUUU ORTOEIIlnUIR 例：例：=15V,R=14.3 R =5.09k则：则：I =1mA, I =T1VCCIE1RT2IRIORE1RE2IE22EE2BE21EE1BE1RIURIU 2EOR1ERIIR 2EE1TBE2BE1IIlnUUU 0 1E)on(1BECCR1C1EO2ERRUVIIIII T1VCCIE1RT2IRIC2RE1RE2IE2T3IC3RE3IE33EE3BE32EE2BE21EE1BE1RIURIURIU 因为因为UBE相差不多相差不多3E3E2E2E1E1ERIRIRI （2 2）

27、多集电极管构成的多路电流源）多集电极管构成的多路电流源设三个集电区的面积分别为设三个集电区的面积分别为S0、S1、S2，则，则020C2C010C1CSSII,SSII 射级输出形式射级输出形式静态工作电流低静态工作电流低输入为零时输入为零时输出要为零输出要为零双电源供电时双电源供电时Uom的峰值接近电的峰值接近电源电压。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。+VCCT1RL地地 uiuott信号在零附信号在零附近两只管子近两只管子均截止均截止消除失真的方法：消除失真的方法：设置合适的静态工作点。设置合适的静态工作点。如果信号为零时两只管子

28、处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。管子中至少有一个导通，因而消除了交越失真。有合适的有合适的Q Q点，且动态损失尽点，且动态损失尽可能小。可能小。二极管导通时，对直流电源的作用可近似等效二极管导通时，对直流电源的作用可近似等效为一个为一个0.60.60.8V0.8V的直流电池，对交流信号的的直流电池，对交流信号的作用可等效为一个数值很小的动态电阻。作用可等效为一个数值很小的动态电阻。R RL LR R1 1D D1 1D D2 2T T1 1T T2 2+V+VCCCCu ui

29、 i+ + V VCCCCu uO OR R2 2ib2b1D2D1B1B2QuuuUUU 动态：动态：静态：静态：倍增电路倍增电路故称之为故称之为，则，则若若BEBE221B1B2B2UURRRUII +U-R R1 1R R2 2T T1 1T T2 2T T3 3I2IB不同类型的管子复合后，不同类型的管子复合后，其类型决定于第一级其类型决定于第一级管管21复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。目的：增大目的：增大，减小前级驱动电流，改变管子的类型。，减小前级驱动电流，改变管子的类型。判断下列各图是否能组成复合管？判断下列各图是否能组

30、成复合管？在合适的外加电压下，每只管子的电流都有在合适的外加电压下，每只管子的电流都有合适的通路，才能组成复合管。合适的通路，才能组成复合管。+ +U UCCCCR RB BR RC CC C1 1C C2 2T2T2+ + +R RL Lu ui i+ +u uo o+ +T1T1be21be1LC21ur )1(r)R/R(A r )1(r/RRbe21be1Bi （1）化整为零化整为零：按信号流通顺序将：按信号流通顺序将N级放大电路分级放大电路分为为N个基本放大电路。个基本放大电路。（2）识别电路识别电路：分析每级电路属于哪种基本电路，分析每级电路属于哪种基本电路，有何特点。有何特点。（3）统观总体统观总体：分析：分析整个电路的性能特点。整个电路的性能特点。（4）定量定量估算估算：必要时需估算主要动态参数。：必要时需估算主要动态参数。双端输入、单双端输入、单端输出差动放端输出差动放大电路大电路动态电阻无穷大动态电阻无穷大以复合管为放以复合管为放大管、恒流源大管、恒流源作负载的共射作负载的共射放大电路放大电路用用UBE倍增电倍增电路消除交越失路消除交越失真的真的准互补输准互补输出