模拟电路 57节

1、1.多级放大电路的组成多级放大电路的组成l 通常包括输入级、中间级、推动级和输出级几个部分。通常包括输入级、中间级、推动级和输出级几个部分。5.7 多级放大电路多级放大电路信信号号源源输入级输入级中间级中间级推动级推动级输出级输出级负负载载多级放大器多级放大器 输入输入输出输出小信号放大器小信号放大器功率放大器功率放大器多级放大电路框图多级放大电路框图2.多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 l 耦合方式耦合方式是指信号源和放大器之间，放大器中是指信号源和放大器之间，放大器中各级之间，放大器与负载之间的连接方式。各级之间，放大器与负载之间的连接方式。l 最常用的耦合方式有三种最常用的耦

2、合方式有三种:直接耦合直接耦合阻容耦合阻容耦合变压器耦合变压器耦合 直接耦合直接耦合 l 直接耦合方式直接耦合方式：放大器各级之间，放大器与信：放大器各级之间，放大器与信号源或负载直接连接起来，或者经电阻等能通号源或负载直接连接起来，或者经电阻等能通过直流的元件连接起来的方式。过直流的元件连接起来的方式。l 直接耦合方式的特点直接耦合方式的特点：没有电抗性元件，能放：没有电抗性元件，能放大交流信号、变化极其缓慢的超低频信号和直大交流信号、变化极其缓慢的超低频信号和直流信号。流信号。l 应用应用：现代集成放大器的内部电路都是采用直：现代集成放大器的内部电路都是采用直接耦合方式。这种耦合方式得到越

3、来越广泛的接耦合方式。这种耦合方式得到越来越广泛的应用。应用。各级静态工作点的相互影响问题各级静态工作点的相互影响问题Rb1Rb2Rc1Rc2RLUIT1T2Uo+Uo直接耦合两级放大器第一级第二级+VCC+_+_ 直接耦合直接耦合 l Re2的接入使第二级电路的电压放大倍数大为降低，的接入使第二级电路的电压放大倍数大为降低，Re2越大，电压放大倍数的损失也越大，因此要进一越大，电压放大倍数的损失也越大，因此要进一步改进电路。步改进电路。 lUCE1=UBE2+IE2Re2， 增大增大 了了UCE1。各级静态工作点的相互影响问题各级静态工作点的相互影响问题Rb1Rb2Rc1Rc2RLUIT1T

4、2Uo+Uo(a) 后级发射极接电阻后级发射极接电阻+Re2_+_+VCCl 而而rz比较小，信号电流在动态电阻上产生的压降也小，因比较小，信号电流在动态电阻上产生的压降也小，因而对信号的反馈作用小，不会引起放大倍数的显著下降。而对信号的反馈作用小，不会引起放大倍数的显著下降。l在静态时，在静态时，UCE1=UBE2+Uz，增大增大UCE1。l对于信号对于信号(变化量变化量)来说，稳压管等效于来说，稳压管等效于它的动态电阻它的动态电阻rz。Rb1Rb2Rc1Rc2RLUIT1T2Uo+Uo(b) 后级发射极接稳压管后级发射极接稳压管+Rz_+_UzDz+_+VCC各级静态工作点的相互影响问题各

5、级静态工作点的相互影响问题l 而而rd比较小，信号电流在动态电阻上产生的压降也小，比较小，信号电流在动态电阻上产生的压降也小，因而对信号的反馈作用小，不会引起放大倍数的显著因而对信号的反馈作用小，不会引起放大倍数的显著下降。下降。(c) 后级发射极接二极管l在静态时，二极管在静态时，二极管 正向导通。正向导通。 UCE1=UBE2+UD，可以，可以增大增大UCE1。l对于信号对于信号(变化量变化量)来来说，二极管等效于它说，二极管等效于它的动态电阻的动态电阻rd。Rb1Rb2Rc1Rc2RLUIT1T2Uo+Uo+UD_+_+_D+VCC各级静态工作点的相互影响问题各级静态工作点的相互影响问题

6、Rb1Rb2Rc1Rc2RLUIT1T2Uo+Uo+UD_+_+_D+VCC各级静态工作点的相互影响问题各级静态工作点的相互影响问题l出现的新问题出现的新问题l 从前面图的电路可知，从前面图的电路可知，T2管的基极电位管的基极电位l UB2=UC1UB1，l 集电极电位集电极电位UC2 =UC1UBE2+UCE2UC1l在实际应用中，放大在实际应用中，放大器在输入信号为零时，器在输入信号为零时，输出端直流电位应该输出端直流电位应该为零。为零。l因此要求在直接耦合因此要求在直接耦合电路中必须采取电位电路中必须采取电位移动措施。移动措施。l采用采用NPN管和管和PNP管直接耦合方式管直接耦合方式U

7、ORb1Rb2Rc1Re2Rc2UIT1T2NPN-PNP直接耦合电路UC2-VCC+VCC+_+_各级静态工作点的相互影响问题各级静态工作点的相互影响问题零点漂移问题零点漂移问题 l 在直接耦合放大电路中，当输入信号为零时，在直接耦合放大电路中，当输入信号为零时，输出电压会随时间改变出现忽大忽小不规则的输出电压会随时间改变出现忽大忽小不规则的变化，如图所示。变化，如图所示。l这种输入电压为这种输入电压为零，输出电压偏离零，输出电压偏离静态值的变化称为静态值的变化称为零点漂移零点漂移。UOt (h)0零点漂移现象l 零点漂移现象严重时，就能淹没真正的输出信号。所零点漂移现象严重时，就能淹没真正

8、的输出信号。所以零点漂移的大小是衡量直接耦合放大器性能的一个以零点漂移的大小是衡量直接耦合放大器性能的一个重要指标。重要指标。l 衡量放大器零点漂移的大小衡量放大器零点漂移的大小不能单纯看输出零漂电压不能单纯看输出零漂电压的大小，还要看它的的放大倍数。的大小，还要看它的的放大倍数。 l 放大倍数越高，输出零漂电压就越大，所以零漂一般放大倍数越高，输出零漂电压就越大，所以零漂一般都用输出零漂电压折合到输入端来衡量，称为都用输出零漂电压折合到输入端来衡量，称为输入等输入等效零漂电压效零漂电压。l 例如某放大器的输出零漂电压为例如某放大器的输出零漂电压为1V，它的放大倍数为，它的放大倍数为1000倍

9、，那么输入等效零漂电压就是倍，那么输入等效零漂电压就是1V/1000，即，即1mV。也就是说，输入信号电压若小于也就是说，输入信号电压若小于1mV，则会被零漂电，则会被零漂电压完全淹没。压完全淹没。 零点漂移问题零点漂移问题 l放大器产生零点漂移的原因放大器产生零点漂移的原因l 除了元件参数的老化、电源电压的波动以外，最主要除了元件参数的老化、电源电压的波动以外，最主要的是温度对晶体管参数的影响所造成的静态工作点波的是温度对晶体管参数的影响所造成的静态工作点波动，而在多级直接耦合放大器中，动，而在多级直接耦合放大器中，前级的静态工作点前级的静态工作点的微小波动都能像信号一样被后面逐级放大并且输

10、出。的微小波动都能像信号一样被后面逐级放大并且输出。l 整个放大电路的零漂指标主要由第一级电路的零漂决整个放大电路的零漂指标主要由第一级电路的零漂决定定，所以，为了提高放大器放大微弱信号的能力，在，所以，为了提高放大器放大微弱信号的能力，在提高放大倍数的同时，必须减小输入级的零点漂移。提高放大倍数的同时，必须减小输入级的零点漂移。l 因温度变化引起的零点漂移称为因温度变化引起的零点漂移称为温漂温漂。定义温度每升。定义温度每升高高1时的输入等效零漂电压为温漂指标。时的输入等效零漂电压为温漂指标。零点漂移问题零点漂移问题 l减小零点漂移的主要措施有以下几种：减小零点漂移的主要措施有以下几种：l 采

11、用高质量的电阻元件，并通过采用高质量的电阻元件，并通过“老化老化”来提高它们来提高它们的稳定性；的稳定性；l 采用高稳定度的稳压电源；采用高稳定度的稳压电源；l 采用高质量的硅晶体管；采用高质量的硅晶体管；l 采用温度补偿电路，即如第五节所介绍的二极管温度采用温度补偿电路，即如第五节所介绍的二极管温度补偿电路，或热敏电阻温度补偿电路补偿电路，或热敏电阻温度补偿电路;l 采用采用差动式放大电路差动式放大电路来进行温度补偿，这是一种十分来进行温度补偿，这是一种十分有效的方法。有效的方法。零点漂移问题零点漂移问题 阻容耦合阻容耦合 l 放大器中各级间，放大器与信号源，放大器与负载采放大器中各级间，放

12、大器与信号源，放大器与负载采用电阻和电容的连接来传送信号。这种方式称为用电阻和电容的连接来传送信号。这种方式称为阻容阻容耦合方式耦合方式。l 如图所示的两级阻容耦合放大电路的第一级电路的输如图所示的两级阻容耦合放大电路的第一级电路的输出信号通过耦合电容出信号通过耦合电容C2传送到第二级的输入电阻上，传送到第二级的输入电阻上，即级间也采用了阻容耦合方式。即级间也采用了阻容耦合方式。Rb1Rb2Rc1Rc2RLT1T2C1C2+VCC+_+_UiUoC3l阻容耦合方式的优点阻容耦合方式的优点l 由于电容具有隔直作用，因此各级电路的直流通路互不相由于电容具有隔直作用，因此各级电路的直流通路互不相通，

13、即每一级的静态工作点彼此独立。避免了温漂信号的通，即每一级的静态工作点彼此独立。避免了温漂信号的逐级放大和传送。逐级放大和传送。l 在温漂指标方面，阻容耦合方式要优越于直接耦合方式。在温漂指标方面，阻容耦合方式要优越于直接耦合方式。l 阻容耦合方式使得放大器的设计计算大为简便。阻容耦合方式使得放大器的设计计算大为简便。 阻容耦合阻容耦合 l阻容耦合方式的不足阻容耦合方式的不足： l 在实际应用中，例如自动控制系统中经常需要放大和在实际应用中，例如自动控制系统中经常需要放大和传送缓慢变化的信号，这时耦合电容阻碍了信号的传传送缓慢变化的信号，这时耦合电容阻碍了信号的传递。递。l 另外，由于集成工艺

14、难以制作大容量的电容器，因此另外，由于集成工艺难以制作大容量的电容器，因此阻容耦合方式还不能应用于集成放大器的内部电路。阻容耦合方式还不能应用于集成放大器的内部电路。 阻容耦合阻容耦合 变压器耦合变压器耦合 l 这种耦合方式是在放大器的各级之间，以及放大器与这种耦合方式是在放大器的各级之间，以及放大器与信号源和负载之间，采用变压器耦合来传送交流信号。信号源和负载之间，采用变压器耦合来传送交流信号。这种耦合方式可以实现阻抗的变换。这种耦合方式可以实现阻抗的变换。 l 但由于变压器体积大、笨重，而且也不能放大缓慢变但由于变压器体积大、笨重，而且也不能放大缓慢变化的信号，因此这种耦合方式，除了有时应

15、用于功率化的信号，因此这种耦合方式，除了有时应用于功率输出级之外，输出级之外，在一般低频放大器中己经很少使用在一般低频放大器中己经很少使用。 3.多级放大电路的分析计算多级放大电路的分析计算 静态工作点的分析计算静态工作点的分析计算 Rb1Rb2Rc1Rc2RLUIT1T2Uo+Uo直接耦合两级放大器第一级第二级+VCC+_+_b2BE1b1BE1CCB1RURUVI IC1 =IB1 UCE1 = VCC( IC1 + IB2 ) RC1 = UBE2IC2 =IB2c2LCE2C2CCCE2)(RRUIVU 静态工作点的分析计算静态工作点的分析计算Rb1Rb2Rc1Rc2RLIB1T1T2

16、IC1直接耦合电路的直流通路+VCCIB2IC2主要性能指标的分析计算主要性能指标的分析计算 l 阻容耦合放大电路中放大的信号是频率足够大的阻容耦合放大电路中放大的信号是频率足够大的交流信号。交流信号。l 直接耦合放大电路中放大信号除了交流信号外，直接耦合放大电路中放大信号除了交流信号外，还有变化极其缓慢的直流信号，但这些信号也都还有变化极其缓慢的直流信号，但这些信号也都是变化量。是变化量。l 因此，这两种耦合方式的放大电路都可以使用微因此，这两种耦合方式的放大电路都可以使用微变等效电路来计算它的性能指标。变等效电路来计算它的性能指标。l 画出图示两级放大器的微变等效电路。画出图示两级放大器的

17、微变等效电路。Rb1Rb2Rc1Rc2RLUIT1T2Uo+Uo+VCC+_+_UOIIUIIB1IB21IB12IB2UO1RiRi 2Rb1rbe1Rc1rbe2Rc2RL+_+_+_Rb2主要性能指标的分析计算主要性能指标的分析计算 电压放大倍数电压放大倍数 l 在多级放大电路中，前一级的输出信号就是后一级的在多级放大电路中，前一级的输出信号就是后一级的输入信号，如图所示输入信号，如图所示。Au1Au2AunUIUO1UO2UO(n-1)UO-1)O(nOO1O2IO1IOuUUUUUUUUA nkAAAAA1ukunu2u1ul式 中式 中 Au k（ k = 1 ，2，n）为每一级的

18、）为每一级的电压放大倍数。电压放大倍数。l因此多级放大电路的电压放大倍数因此多级放大电路的电压放大倍数Au等于各级电路的电压等于各级电路的电压放大倍数的乘积，即放大倍数的乘积，即 l考虑前后级的影响：考虑前后级的影响：l 在计算各级的电压放大倍数时，必须考虑后级对在计算各级的电压放大倍数时，必须考虑后级对前级的影响。前级的影响。l 常用的方法常用的方法是把后级的输入电阻作为前级的负载是把后级的输入电阻作为前级的负载电阻，即电阻，即RLk = Ri(k+1)（k=1，2，n1）。）。l 另一种方法是把前级的输出电阻最为后级的信号另一种方法是把前级的输出电阻最为后级的信号源内阻。源内阻。l 两种方

19、法不能混用。两种方法不能混用。 电压放大倍数电压放大倍数 l 对于图中的两级放大电路，可以写出第二级的输入电阻为对于图中的两级放大电路，可以写出第二级的输入电阻为Ri2 = rbe2 l第一级的电压放大倍数第一级的电压放大倍数Au1为为)/(/be1b1b2be1b1be1L11I1Ou1rRRrRrRUUA RL1 = Rc1 / Ri2 = Rc1 / rbe2 电压放大倍数电压放大倍数 IIUIIB1IB21IB12IB2UO1RiRi 2Rb1rbe1Rc1rbe2Rc2RL+_+_+_Rb2UOl 第二级的电压放大倍数为第二级的电压放大倍数为 be2Lc12O1Ou2)/(rRRUU

20、A l总的电压放大倍数为总的电压放大倍数为 )/()/)(/)(/(be1b1b2be2be1be1b1be2c1L2c21u2u1urRRrrrRrRRRAAA 电压放大倍数电压放大倍数 IIUIIB1IB21IB12IB2UO1RiRi 2Rb1rbe1Rc1rbe2Rc2RL+_+_+_Rb2UO 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 l 多级放大器的输入电阻就是第一级放大电路多级放大器的输入电阻就是第一级放大电路(输入级输入级)的输入电阻。的输入电阻。l 在有些电路中，后级放大电路的输入电阻会影在有些电路中，后级放大电路的输入电阻会影响到前级的放大电路的输入电阻响到前级的放大电路的输入

21、电阻(例如第一级例如第一级是射极输出器是射极输出器)。l 多级放大器的输出电阻就是最后一级多级放大器的输出电阻就是最后一级(输出级输出级)放大电路的输出电阻。放大电路的输出电阻。l 在有些电路中，前级放大电路的输出电阻会影在有些电路中，前级放大电路的输出电阻会影响到后级的放大电路的输出电阻响到后级的放大电路的输出电阻(例如最后一例如最后一级是射极输出器级是射极输出器)。)/(be1b1b2IIi1irRRIURR Ro = Ro2 = Rc2 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 IIUIIB1IB21IB12IB2UO1RiRi 2Rb1rbe1Rc1rbe2Rc2RL+_+_+_Rb2UO

22、例例5-8l 直接耦合两级放大电路如图直接耦合两级放大电路如图 (a)所示，晶体管所示，晶体管T1和和T2均为均为硅管，硅管，1=2=50，|UBE|=0.65V。调节。调节RW后使输入信号后使输入信号UI=0时，时，UC2=0V。求：。求：各级静态工作点和各级静态工作点和RW值。值。Au，Ri和和Ro。+VCC1(+6V)Rb13kRe1Rc1Rc2RwIRc1IB2IRe1Ic2Ic1IRw-VCC2UIUO3k5.6k100IB1UC2+_+_(-6V)解：解：l 静态工作点的计算：已知静态工作点的计算：已知UI =0时，调节时，调节RW，使使UC2 =0，即，即UO =0。则。则)mA

23、(07. 16 . 56)(c2CC2C2C2 RVUI)mA(0214. 05007. 12C2B2 II)mA(217. 0365. 0c1BE2Rc1 RUI+VCC1(+6V)Rb13kRe1Rc1Rc2RwIRc1IB2IRe1Ic2Ic1IRw-VCC2UIUO3k5.6k100IB1UC2+_+_(-6V)例例5-8)mA(238. 00214. 0217. 0B2RC1c1 III)A(76. 46 . 5238. 01C1B1 IIIE1 = IC1 + IB1 = 0.238 + 0.00476= 0.243(mA)例例5-8+VCC1(+6V)Rb13kRe1Rc1Rc2

24、RwIRc1IB2IRe1Ic2Ic1IRw-VCC2UIUO3k5.6k100IB1UC2+_+_(-6V)IE2 = IC2 + IB2 = 1.07 + 0.0214 = 1.09(mA)l静态时静态时UI=0，相当于输入端短路，则，相当于输入端短路，则UB1 =IB1Rb1 =0.004763 =0.0143(V) UE1 = UB1UBE1 =0.01430.65 =0.664(V) UC1 = VCC1(UBE2) = 5.35(V) UCE1 =UC1UE1 = 5.35(0.664)6(V) +VCC1(+6V)Rb13kRe1Rc1Rc2RwIRc1IB2IRe1Ic2Ic1

25、IRw-VCC2UIUO3k5.6k100IB1UC2+_+_(-6V)例例5-8UCE2 = UC2(+VCC1) =6(V) )mA(64. 61 . 0664. 0e1E1Re1 RUI)mA(88. 6243. 064. 6e1WR1ER III)k(776. 088. 66664. 0)(wRCC2E1w IVUR+VCC1(+6V)Rb13kRe1Rc1Rc2RwIRc1IB2IRe1Ic2Ic1IRw-VCC2UIUO3k5.6k100IB1UC2+_+_(-6V)例例5-8+VCC1Rb13kRe1Rc1Rc2RwIRc1IB2Ic2Ic1IRw-VCC2UIUO3k5.6k1

26、00IB1UC2+_+_IB1IB21IB1UO1UO2IB2Rc2Rb1rbe1Re1RwRc1rbe2UI+_+_+_(b) 微变等效电路计算计算Au，Ri和和Ro 计算计算Au，Ri和和Ro l 画出微变等效电路如图所示。画出微变等效电路如图所示。)k(76. 5243. 0265130026)1(300E1be1 Ir IB1IB21IB1UO1UO2IB2Rc2Rb1rbe1Re1RwRc1rbe2UI+_+_+_(b) 微变等效电路例例5-8e11be1b1L1IO1u1)1(RrRRUUA IB1IB21IB1UO1UO2IB2Rc2Rb1rbe1Re1RwRc1rbe2UI+_

27、+_+_(b) 微变等效电路例例5-8RL1 = Rc1/rbe2 = 3 / 1.53 = 1.01(k)；Re1 = Re1 / Rw = 0.1 / 0.776 = 0.0886(k)。 8 . 30886. 05176. 5301. 150u1 AIB1IB21IB1UO1UO2IB2Rc2Rb1rbe1Re1RwRc1rbe2UI+_+_+_(b) 微变等效电路例例5-818353. 16 . 550be2c22O1Ou2 rRUUA Au = Au1 Au2 = (3.8)(183) = 695IB1IB21IB1UO1UO2IB2Rc2Rb1rbe1Re1RwRc1rbe2UI+

28、_+_+_(b) 微变等效电路例例5-8)k(2 .13)1(e1be1b1IIi RrRIUR Ro = Rc2 = 5.6(k)IB1IB21IB1UO1UO2IB2Rc2Rb1rbe1Re1RwRc1rbe2UI+_+_+_(b) 微变等效电路例例5-8例例5-9图图(a)为一阻容耦合两级放大电路。晶体管为一阻容耦合两级放大电路。晶体管T1和和T2的的=50，UBE =0.7V。各电容的容量足够大。求：。各电容的容量足够大。求：计算计算各级的静态工作点；各级的静态工作点；计算计算 ，Ri和和Ro。uARb1Re1Rb2Rb3Re2Rc2C1C2C3C4RL+VCCT1T2300k3k20k3.3k2k40k2k(+12V)UoUi+_+_(a) 放大电路解：解： l 分别画出各级的直流通路如图分别画出各级的直流通路如图 (b)所示，根据所示，根据直流通路计算静态工作点。直流通路计算静态工作点。 第一级：第一级： )mA(025. 03513007 . 012)1(e1b1BECCB1Q RRUVI IC1Q =IB1Q =1.25(mA) IE1Q = (1+) IB1Q = 1.27(mA)UCE1Q = VCCIE1Q Re1 = 121.