模拟电子技术基础--清华大学--华成英--3-多级放大电路ppt课件

1、华成英 第三章 多级放大电路华成英 第三章 多级放大电路3.1 3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式3.2 3.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析3.3 3.3 差分放大电路差分放大电路3.4 3.4 互补输出级互补输出级3.5 3.5 直接耦合多级放大电路读图直接耦合多级放大电路读图华成英 3.1 多级放大电路的耦合方式一、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、变压器耦合华成英 一、直接耦合既是第一级的集电极电阻，既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻又是第二级的基极电阻 可以放大变化缓慢的信号，便于集成化， Q点相互影响，存在零点

2、漂移景象。 当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。位的变化会逐级放大。第二级第二级第一级第一级Q1适宜吗？适宜吗？直接直接衔接衔接输入为零，输出输入为零，输出产生变化的景象产生变化的景象称为零点漂移称为零点漂移求解求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。华成英 如何设置适宜的静态任务点？对哪些动态参对哪些动态参数产生影响？数产生影响？ 用什么元件取代用什么元件取代Re既可设置适宜的既可设置适宜的Q点，又可使第点，又可使第二级放大倍数不至于下降太多？二级放大倍数不至

3、于下降太多？假设要假设要UCEQ5V，那么应怎样办？用多个二极，那么应怎样办？用多个二极管吗？管吗？二极管导通电压二极管导通电压UD？动态电阻？动态电阻rd特点？特点？Re必要性？必要性？稳压管稳压管伏安特性伏安特性 UCEQ1太小太小加加ReAu2数值数值改用改用D假设要假设要UCEQ1大，那么改用大，那么改用DZ。华成英 NPN型管和型管和PNP型管混合运用型管混合运用 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-1i=1N，以致于后级集电极电，以致于后级集电极电位接近电源电压，位接近电源电压，Q点不适宜。点不

4、适宜。UCQ1 UBQ2 UBQ1UCQ2 UCQ1 UCQ1 UBQ2 UBQ1UCQ2 UCQ1 华成英 二、阻容耦合 Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。共射电路共射电路共集电路共集电路有零点漂移吗？有零点漂移吗？ 利用电容衔接信号利用电容衔接信号源与放大电路、放大源与放大电路、放大电路的前后级、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻容电路与负载，为阻容耦合。耦合。华成英 能够是实践的负载，也能够是下级放大电路三、变压器耦合L2L2c21RIRIPPl， 理想变压器情况下，负载上获得的功率等于原边耗费的功率。，实现了阻抗变换。L221L2c2L)(RNNRIIR

5、l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华成英 讨论：两级直接耦合放大电路选择适宜参数使选择适宜参数使电路正常任务电路正常任务电位高电位高低关系低关系华成英 从Multisim “参数扫描 结果分析两级放大电路Q点的相互影响。 R1取何值时T2任务在饱和区？uC1uC2T2任务在任务在放大区放大区 华成英 3.2 3.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析二、分析举例二、分析举例一、动态参数分析一、动态参数分析华成英 一、动态参数分析一、动态参数分析1. 1.电压放大倍数电压放大倍数 njujnuAUUUUUUUUA1ioi2o2io1io2. 2. 输入电阻输入电阻i

6、1iRR 3. 3. 输出电阻输出电阻nRRoo 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，最大不失真输出电压大。的数值大，最大不失真输出电压大。华成英 )(1 (L622be5i2RRrRR21L62be2L6221bei231)( ) 1 ()( ) 1 ()( uuuuuAAARRrRRArRRAbe121irRRR1be2536orRRRR二、分析举例二、分析举例华成英 讨论一讨论一 失真分析：由失真分析：由NPN型管组成的两级共射型管组成的两级共射放大电路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

7、失真？截止失真？ 首先确定在哪一级出现了失真，再判别是什么失真。首先确定在哪一级出现了失真，再判别是什么失真。 比较比较Uom1和和Uim2，那么可判别在输入信号逐渐增，那么可判别在输入信号逐渐增大时哪一级首先出现失真。大时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不失真电压。华成英 讨论二：放大电路的选用讨论二：放大电路的选用1. 按以下要求组成两级放大电路：按以下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

8、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；共源、共射；共射、共射；共源、共射；共集、共射；共源、共集。共集、共射；共源、共集。2. 假设测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空假设测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空载电压放大倍数，那么如何求解它们衔接后的三级放大电载电压放大倍数，那么如何求解它们衔接后的三级放大电路的电压放大倍数？路的电压放大倍数？留意级联时两级留意级联时两级的相互影响！的相互影响！华成英 3.3 3.3 差分放大电路差分放大电路一、零点漂移景象及其产生的缘由一、零点漂移景象及其产生的缘

9、由二、长尾式差分放大电路的组成二、长尾式差分放大电路的组成三、长尾式差分放大电路的分析三、长尾式差分放大电路的分析四、差分放大电路的四种接法四、差分放大电路的四种接法五、具有恒流源的差分放大电路五、具有恒流源的差分放大电路六、差分放大电路的改良六、差分放大电路的改良华成英 一、零点漂移景象及其产生的缘由一、零点漂移景象及其产生的缘由1. 1. 什么是零点漂移景象：什么是零点漂移景象：uIuI0 0，uO0uO0的景象。的景象。产生缘由：温度变化，直流电源动摇，元器件老化。其中晶产生缘由：温度变化，直流电源动摇，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要缘由，故也称零漂为温漂。体管的特性对温度

10、敏感是主要缘由，故也称零漂为温漂。抑制温漂的方法：引入直流负反响，温度补偿。抑制温漂的方法：引入直流负反响，温度补偿。 典型电路：差分放大电路典型电路：差分放大电路华成英 零点漂移零点漂移零输入零输入零输出零输出理想对称理想对称二、长尾式差分放大电路的组成二、长尾式差分放大电路的组成信号特点？信号特点？能否放大？能否放大？共模信号：大小相等，极性一样。共模信号：大小相等，极性一样。差模信号：大小相等，极性相反差模信号：大小相等，极性相反.信号特点？能否放大？信号特点？能否放大？华成英 典型电路典型电路02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUI

11、IIIIIIII在理想对称的情况下：在理想对称的情况下：1. 抑制零点漂移；抑制零点漂移；2. 零输入零输出；零输入零输出；3. 抑制共模信号；抑制共模信号；4. 放大差模信号。放大差模信号。RRRRt+VCCuI华成英 三、长尾式差分放大电路的分析三、长尾式差分放大电路的分析 eBEQEEEQ2RUVI1EQBQII02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIIIRb是必要的吗？是必要的吗？1. Q点：eEQBEQBQEE2RIURIVb晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：通常，通常，Rb较小，且较小，且IBQ很小，很小，故故

12、BEQcCQCCCEQURIVU选适宜的选适宜的VEE和和Re就可得适宜的就可得适宜的Q华成英 2. 2. 抑制共模信号抑制共模信号 0 )()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0 cIcOccAuuA，参参数数理理想想对对称称时时共共模模放放大大倍倍数数C21CC21CB21Buuiiii共模信号：数值相等、极性一样的共模信号：数值相等、极性一样的输入信号，即输入信号，即IcI2I1uuu华成英 2. 2. 抑制共模信号抑制共模信号 ：ReRe的共模负反响的共模负反响作用作用0 cIcOccAuuA参数理想对称时参数理想对称时共模放大倍数共模放大倍数Re的共模负反响作用：温度变化

13、所引起的变化等效为共模信号的共模负反响作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号对于每一边电对于每一边电路，路，Re=?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。华成英 3. 3. 放大差模信号放大差模信号C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiiiiE1= iE2，Re中电流不变，即中电流不变，即Re 对差模信号无反响作用。对差模信号无反响作用。2/IdI2I1uuu差模信号：数值相等，极性相反差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即的输入信号，即2Idu2Idu华成英 )(2beb

14、BIdrRiu为什么？为什么？差模信号作用时的动态分析差模信号作用时的动态分析bebLcd)2( rRRRA差模放大倍数差模放大倍数IdOdduuA)2(2LcCOdRRiu 2 )(2cobebiRRrRR，华成英 4. 4. 动态参数：动态参数：AdAd、RiRi、 RoRo、 AcAc、KCMRKCMR 共模抑制比共模抑制比KCMR：综合调查差分放大电路放大差模：综合调查差分放大电路放大差模信号的才干和抑制共模信号的才干。信号的才干和抑制共模信号的才干。下下，在在参参数数理理想想对对称称的的情情况况CMRcdCMRKAAK 在实践运用时，信号源需求有“ 接地点，以防止干扰；或负载需求有“

15、 接地点，以平安任务。 根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。华成英 四、差分放大电路的四种接法四、差分放大电路的四种接法cCQCCCQ2LcCQCCLcLCQ1 )(RIVURRIVRRRU 由于输入回路没有变由于输入回路没有变化，所以化，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。与双端输出时一样。但是但是UCEQ1 UCEQ2。1. 1. 双端输入单端输出：双端输入单端输出：Q Q点分析点分析华成英 1. 1. 双端输入单端输出：差模信号作用下的分双端输入单端输出：差模信号作用下的分析析bebLcd)(

16、 21rRRRAcobebi)(2RRrRR，华成英 1. 1. 双端输入单端输出：共模信号作用下的分析双端输入单端输出：共模信号作用下的分析bebLcd)( 21rRRRAebebLcc)1 (2)( RrRRRAbebebebCMR)1 (2rRRrRK华成英 1. 1. 双端输入单端输出：问题讨论双端输入单端输出：问题讨论bebLcd)( 21rRRRA1T2的的Rc可以短路吗？可以短路吗？2什么情况下什么情况下Ad为为“？3双端输出时的双端输出时的Ad是单端输出时的是单端输出时的2倍吗？倍吗？bebebebCMR)1 (2rRRrRKcobebi)(2RRrRR，华成英 2. 2. 单

17、端输入双端输出单端输入双端输出共模输入电压共模输入电压差模输入电压差模输入电压 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： 在输入信号作用下发射极在输入信号作用下发射极的电位变化吗？阐明什么？的电位变化吗？阐明什么？2/IIcIIduuuu，华成英 2. 2. 单端输入双端输出单端输入双端输出问题讨论：问题讨论：1UOQ产生的缘由？产生的缘由？2如何减小共模输出如何减小共模输出电压？电压？OQIcIdO2UuAuAu测试测试:差模输出差模输出共模输出共模输出静态时的值静态时的值华成英 3. 3. 四种接法的比较：电路参数理想对称条件四种接法的比较：电路

18、参数理想对称条件下下输入方式：输入方式： Ri均为均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。入，单端输入时有共模信号输入。输出方式：输出方式：Q点、点、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均与之有关。均与之有关。coCMRcbebLcd2 0 )2(RRKArRRRA双端输出：cobebebebCMRebebLccbebLcd )(2)1 (2 )1 (2)( )(2)(RRrRRrRKRrRRRArRRRA单端输出：华成英 五、具有恒流源的差分放大电路五、具有恒流源的差分放大电路 Re 越大，每一边的漂移越小，共模负反响越强，单端输出时的A

19、c越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。 但为使静态电流不变，Re 越大，VEE越大，以致于Re太大就不合理了。 需在低电源条件下，设置适宜的IEQ，并得到得到趋于无穷大的Re。处理方法：采用电流源取代处理方法：采用电流源取代Re！华成英 具有恒流源差分放大电路的组成具有恒流源差分放大电路的组成3BEQEE2123EB32RUVRRRIII，等效电阻等效电阻为无穷大为无穷大近似为近似为恒流恒流华成英 1) RW取值应大些？还是小些？取值应大些？还是小些？2) RW对动态参数的影响？对动态参数的影响？3) 假设假设RW滑动端在中点，写出滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。的表达式。2)1

20、 (WbebcdRrRRAWbebi)1 ()(2RrRR六、差分放大电路的改良六、差分放大电路的改良1. 1. 加调零电位器加调零电位器 RWRW华成英 doidmd2 RRRRgA，2. 2. 场效应管差分放大电路场效应管差分放大电路华成英 假设假设uI1=10mV，uI2=5mV，那么那么uId=？ uIc=？uId=5mV ，uIc=7.5mV讨论一讨论一RRRRt+VCCuI 假设将电桥的输出作为差假设将电桥的输出作为差放的输入，那么其共模信号放的输入，那么其共模信号约为多少？如何设置约为多少？如何设置Q点时点时如何思索？如何思索？华成英 1、uI=10mV，那么，那么uId=? u

21、Ic=? 2、假设、假设Ad=102、KCMR103用直流表测用直流表测uO ，uO=?uId=10mV ，uIc=5mVuO= Ad uId+ Ac uIc+UCQ1=?=?=?讨论二讨论二华成英 3.4 3.4 互补输出级互补输出级二、根本电路二、根本电路三、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四、准互补输出级四、准互补输出级一、对输出级的要求一、对输出级的要求华成英 互补输出级是直接耦合的功率放大电路。互补输出级是直接耦合的功率放大电路。 对输出级的要求：带负载才干强；直流功耗小；对输出级的要求：带负载才干强；直流功耗小；负载电阻上无直流功耗；负载电阻上无直流功耗；最大不

22、失真输出电压最大。最大不失真输出电压最大。一、对输出级的要求一、对输出级的要求射极输出方式射极输出方式静态任务电流小静态任务电流小输入为零时输出为零输入为零时输出为零 双电源供电时双电源供电时Uom的峰的峰值接近电源电压。值接近电源电压。 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。不符合不符合要求！要求！华成英 二、根本电路二、根本电路静态时静态时T1、T2均截止，均截止，UB= UE=01. 1. 特征：特征：T1T1、T2T2特性理想对称。特性理想对称。2. 2. 静态分析静态分析T1的输入特性的输入特性理想化特性理想化特性华成英 3. 3. 动态分

23、析动态分析ui正半周，电流通路为正半周，电流通路为 +VCCT1RL地，地， uo = ui 两虽然子交替任务，两路电源交替供电，两虽然子交替任务，两路电源交替供电，双向跟随。双向跟随。ui负半周，电流通路为负半周，电流通路为 地地 RL T2 -VCC， uo = ui华成英 4. 4. 交越失真交越失真消除失真的方法：消除失真的方法：设置适宜的静态任务点。设置适宜的静态任务点。信号在零附近两信号在零附近两虽然子均截止虽然子均截止开启开启电压电压 静态时静态时T1、T2处于临界导通形状，处于临界导通形状，有信号时至少有一只导通；有信号时至少有一只导通； 偏置电路对动态性能影响要小。偏置电路对动态性能影