G电子技术基础-第4章_多极放大电路

1、Chap第第4章章多级放大电路多级放大电路成都理工大学工程技术学院成都理工大学工程技术学院自动化工程系自动化工程系 雷永锋雷永锋2013Chap第第4 4章章 多级放大电路多级放大电路 4.1 4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式4.3 4.3 功率放大电路功率放大电路4.2 4.2 阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路4.5 4.5 差动式放大电路差动式放大电路4.4 4.4 直接耦合放大电路直接耦合放大电路Chap退出退出 在多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的连接方式叫耦合。实现耦合的电路称为级间耦合电路，其任务是将前级信号传送到后级。对级间耦合电路的基本要求： 级间耦合

2、电路对前、后级放大电路静态工作点不产生影响。 级间耦合电路不会引起信号失真。 尽量减少信号电压在耦合电路上的压降。4.1 多级放大电路的耦合方式 阻容耦合: 在多级放大电路中，用电阻、电容耦合的称为阻容耦合。 变压器耦合:用变压器构成级间耦合电路的称为变压器耦合。 直接耦合: 直接耦合方式就是级间不需要耦合元件。 Chap1. 1. 静态分析静态分析 耦合电容通交隔直, 各级放大电路静态工作点,可以单独进行分析。2. 2. 动态分析动态分析(1) n级放大电路的总电压放大倍数多级放大器的放大倍数等于各个单级放大器放大倍数的积。在求单级放大电路的放大倍数时必须将后一级的输入电阻作为前一级的负载考

3、虑，即将第二级的输入电阻与第一级集电极负载电阻并联。(2) n级放大电路的输入电阻 n级放大电路第一级的输入电阻就是n级放大电路的输入电阻，即(3) n级放大电路的输出电阻 n级放大电路最末一级的输出电阻就是n级放大电路的输出电阻，即3. 频率特性:级数越多,通频带越窄i1irr onorr nkkAAAAAA1uunu3u2u1u4.2 4.2 阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路Chap例4-1ChapmV 8 .4338. 4)/)(1 (/oLEbeBDmsURRrRRgAuk 6 . 5M 10/Do1G2G1GiRrRRRr例4.2.2.两 级 交 流 放 大 电 路 如 图 所 示，

4、 已 知 场 效 应 管 的 gm=2 mS， 晶 体 管 的 。要 求：(1) 画 出 放 大 电 路 的 微 变 等 效 电 路；(2) 计 算 Aus (3) 计 算 第 一 级 的 输 入、输 出电 阻；(4) 说 明 前 级 采 用 场 效 应 管， 后 级 采 用 射 极 输 出 放 大 电 路 的 作 用。100前 级 采 用 场 效 应 管 可 以 提 高 电 路 的 输 入 电 阻，后 级 采 用 射 极 跟 随 器 可 以 降 低 输 出 电 阻， 提 高 带 负 载 能 力。Chap4.3 4.3 功率放大电路功率放大电路 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路

5、。为了获功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。为了获得大的输出功率，必须使得大的输出功率，必须使 输出信号电压大输出信号电压大； 输出信号电流大输出信号电流大； 放大电路的输出电阻与负载匹配放大电路的输出电阻与负载匹配。1. 电压放大器与功率放大器的区别：电压放大器与功率放大器的区别：1.任务不同任务不同： 电压放大电压放大不失真地提高输入信号的幅度，以不失真地提高输入信号的幅度，以 驱动后面的功率放大级，驱动后面的功率放大级， 通常通常工作在小信号状态工作在小信号状态。 功率放大功率放大信号不失真或轻度失真的条件下提高输出功率，通常信号不失真或轻度失真的条件下提高输出功率，通常工

6、作在工作在 大信号状态大信号状态。2. 分析方法分析方法： 电压放大电压放大 采用微变等效电路法和图解法采用微变等效电路法和图解法 功率放大功率放大 图解法图解法4.3.1. 1功率放大电路的特点功率放大电路的特点 4.3.1 4.3.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题 退出退出Chap 实例实例典型的收音机电路典型的收音机电路变频变频低放低放中放中放功放功放Ic=0.5mAIc=2mAIc=20mAEc=6VPo=30mW电源供给的功率：电源供给的功率：PDC=EcIc=120mW25%100%PPDCo转换效率：转换效率：2. 功率放大电路中的一些特殊问题功率放大电路中的一些

7、特殊问题1. 要求尽可能要求尽可能大的输出功率大的输出功率。管子工作在极限的工作状态管子工作在极限的工作状态。2. 效率效率 =负载得到的有用信号功率负载得到的有用信号功率Po电源供给的直流功率电源供给的直流功率PDC 3. 非线性失真要小非线性失真要小。 在大信号状态工作必然引起失真的问题，这就存在增大输出功率和失真严重的矛在大信号状态工作必然引起失真的问题，这就存在增大输出功率和失真严重的矛盾，这就要求在电路结构上进行改进，尽可能大的提高输出功率，减小非线性失真。盾，这就要求在电路结构上进行改进，尽可能大的提高输出功率，减小非线性失真。4.半导体三极管散热的问题半导体三极管散热的问题电源供

8、给的能量大多数以管耗的形式消耗掉，通常功放电路中的工作管必须加散热片。电源供给的能量大多数以管耗的形式消耗掉，通常功放电路中的工作管必须加散热片。Chap4.3.1.24.3.1.2、放大电路工作状态、放大电路工作状态甲类放大甲类放大： 静态工作点在交流负载线中点，用于电压放大, 甲类虽然放大的信号不失真，但管耗太大，电路的效率很低。乙类放大乙类放大： ICQ = 0 ，三极管只在正半周工作，电压幅值大，用于功率放大甲乙类放大甲乙类放大： 在截止区偏上一点，防止交越失真1. 1. 放大电路工作状态放大电路工作状态 甲乙类放大和乙类放大电路因静态电流很小，使电源供给的直流功率几乎全部转换成交流输

9、出信号，因此降低了管耗，提高了效率。但是，这两种功放电路都出现了严重的波形失真。 2. 射极输出器的功率放大作用 射级输出器具有输入电阻高、输出电阻低的特点，能达到电阻匹配的要求。另外射极输出器的电压放大倍数近似等于1，具有电流放大和功率放大作用。因此用射级输出器作功率输出级，在负载上可得到最大不失真输出功率。 Chap4.3.2 4.3.2 互补对称功率放大器互补对称功率放大器 2、波形波形 正半周：正半周：T1通，通，T2止止 负半周：负半周：T2通，通，T1止止 输出：输出： 完整完整将将T1的输出曲线的输出曲线, 倒置在的倒置在的T2下方下方静态点静态点Q重合重合4.3.2.1、乙类功

10、率放大电路、乙类功率放大电路 将发射极电阻用与NPN管相近的PNP管代替，看作两个射极输出器构成，两管均工作在截止状态, 两管都工作在乙类放大状态。输出电压uo=0。电路内没有功率损耗。1、静态值静态值 IBQ=0 ICQ=0 VE=0 UCEQ=EcChapRLui-VCC+VCCVT1VT2uoL2omomomooo222RUIUIUP负载上的最大不失真功率：负载上的最大不失真功率： L2CCL2maxomomax22RVRUP输出电压输出电压幅值幅值输出电输出电流幅值流幅值输出功率输出功率 ：电源功率：电源功率： LomCC0LomCCCCccc0CCV2)(sin2)(1RUVtdtR

11、UVVItdiVP效率效率CComLomCCL2omVo4R22R VUUVUPP当当Uom = VCC 时效率最大：时效率最大： =/4 =78.5 每管工作半周每管工作半周的平均电流的平均电流 LCComomcRUIttItiIdwsin21d21001cChap模电例4.3.1 有一互补对称乙类功率放大电路，如图所示，电源电压UCC=24V，负载电阻RL=6。忽略管子的饱和压降，求电路的最大输出功率，直流电源供给的总功率、效率和总管耗。 RLui-VCC+VCCVT1VT2uoWRUPo48622422L2CCmaxWRUP1 .61624222L2CCEmax%6 .781 .6148

12、PEmaxomaxPWPPP1 .13omaxEmaxcmax最大输出功率为直流电源供给的功率为效率为总管耗为Chap4.3.2.2、甲乙类功率放大电路、甲乙类功率放大电路2.甲乙类功率放大甲乙类功率放大 加很少直流偏置，使Q点销高于截止点1、交越失真交越失真 输入特性有死区， ib=0时，产生波形失真退出退出Chap 为解决交越失真，可给三极管稍稍加一点偏置，使之为解决交越失真，可给三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类。工作在甲乙类。 双电源双电源甲乙类功率输出级甲乙类功率输出级Chap4.3.2.3 准互补对称功率放大电路准互补对称功率放大电路2. 准互补对称功率放大电路准互补对称功率放

13、大电路 用复合管构成的功率放大电路1、复合管、复合管(达林顿管达林顿管) 输出大，用大功率功率管把两只或多只管, 连接成一个晶体管用Chap4.3.3 单电源互补对称功率放大电路单电源互补对称功率放大电路4.3.3.1、乙类单电源功率放大电路、乙类单电源功率放大电路OTL 去掉电源去掉电源 -Ec ,用大电容用大电容C(充放电充放电)代替代替,调整参数调整参数,使电容电压为使电容电压为Ec/2输出电压的幅值 UomUCC/2, 输出电流的幅值 Iom=Uom/RLUCC/2RL L2CC2max8222RURUIUIUPLomomomooo输出最大功率直流电源只是在ui的正半周供给电流，所以i

14、c1的波形是半个正弦波，每管工作半周的平均电流 LCComomcRUIttItiI2dwsin21d21001c直流电源供给的最大总功率 L2CCLCComCCcE22RURUUVIP效率 CComEomax4UUPP当Uom = UCC 时效率最大 %5.784PEmaxomaxP退出退出Chap4.3.3.2、甲乙类单电源互补对称功率放大电路、甲乙类单电源互补对称功率放大电路T1 T2：互补对称电路R4： 调整两管Q点C2： 使T1 T2基极电位 相等，保证波形 对称R1： 调整T3偏流使 VA=Ec/2，保证 上下幅值相等Chap4.4 变压器耦合功率放大电路变压器耦合功率放大电路LoR

15、UP22CCmaxLRUP22CCEmax%5 .784PEmaxomaxPLLRNNR221输出最大功率直流电源供给的最大总功率效率为交流负载电阻N1为B2原边绕组总匝数的一半，N2为B2副绕组匝数电路的总效率应为 =TC， 式中T为变压器效率，C为放大电路的效率。 静态时，两管都处于载止状态，静态工作电流IC近于零。 当有正弦交流信号ui时，则在副绕组两端出现两个极性相反（对地来说）而大小相等的正弦交流信号ui1和ui2。 正半周时，B1副边电压的极性是上端为正，下端为负，则T1导通，T2载止，只有 iC1流过输出变压器B2原绕组的上半部分； 负半周时，T1载止而T2导通，iC2流地输出变

16、压器原绕组的下半部分。 由于两只晶体管轮流交替工作，则在输出变压器B2的副绕组内产生的电压和电流是一个完整的正弦波形。 退出退出Chap4.5 4.5 集成功率放大器集成功率放大器TDA2030集成音频功率放大器集成音频功率放大器12345同相输入反相输入负电压正电压输出 集成功率放大器是应用半导体工艺, 将管子,电阻,导线制造在一块硅片上的固体器件。集成功率放大器TDA2030如所示, Chap由由TDA2030构成的构成的OCL电路电路F22. 0+UCCUCCRLTDA20301 12 23 34 45 5F1 . 0F1F1 . 0R1R2R3D1D2C1C2C4C3C5ui22k22

17、k680F22R41Chap+UCCD1D20.22F FTDA20301 1234 45TDA2030-OTL电路电路Chap4.4 4.4 直接耦合放大电路直接耦合放大电路 (a)阻容耦合 (b)直接耦合 (c)变压器耦合在多级直接耦合放大电路中，为了放大缓变量，前后级级间不经任何元件，直接把前级输出信号送到后级的输入端。 前后级间静态工作点将相互影响前后级间静态工作点将相互影响 零点漂移零点漂移 在多级直接耦合放大电路中，即使把输入端短路（即无输入信号），在输出端也会出现电压波动，使输出电压偏离零直，这种现象称为零点漂移，简称零漂零漂。直接耦合放大电路特殊问题直接耦合放大电路特殊问题 n

18、iinAAAAAA1=321多级放大电路的放大倍数多级放大电路的放大倍数退出退出Chap1. 1. 多级直接耦合放大电路多级直接耦合放大电路常用的级间耦合方式常用的级间耦合方式： uoRC1+ ECui=0RB1RB2RC2T1T2UBE2RE2UDVC1DuoRC1+ECui=0RB1RB2RC2T1T2UBE2提高后级发射极电位的直接耦合放大电路 （2）NPN型和型和PNP型晶体管型晶体管 配合使用的直接耦合放大电路配合使用的直接耦合放大电路DDuoRC1+ ECuiRB1RB2RC2T1T2RZ采用稳压管提高后级 发射极电位的直接耦合电路 RC2uoRC1+ECui=0RB1RB2T1T

19、2NPN-PNP直接耦合电路 （1）提高后级）提高后级NPN型晶体管的发射极电位型晶体管的发射极电位 Chap产生零漂的原因产生零漂的原因： 电源电压的波动、 电路元件参数的变化、 体管参数随温度的变化等。 其中主要因素是温度对晶体管参数的影响(2(2）抑制零漂的措施抑制零漂的措施 减小零漂的简单措施有以下几种： 选用小的晶体管选用小的晶体管。 . 采用稳压电源供电采用稳压电源供电。 . 采用直流负反馈稳定放大电路的静态工作点采用直流负反馈稳定放大电路的静态工作点。 . 温度补偿电路温度补偿电路。 以上办法虽然简单易行，但往往在一个温度变化范围内补偿好了，而在其它温度下又不合适了；或在一个放大

20、电路中配合好了，而在另一个放大电路中又不合适了。所以这些方法只适用于对零漂要求不高的场合。 较好地抑制零漂的方法多采用较好地抑制零漂的方法多采用差动式放大电路差动式放大电路。2. 多级直接耦合放大电路中的零点漂移多级直接耦合放大电路中的零点漂移 直接耦合放大电路中的零漂现象，表现为缓慢的、不规则的电压变化。放大电路的级数越多，放大倍数越大，则零漂电压逐级放大，就使零漂越严重，那么，第一级零漂对输出端的总零漂来说，占主要地位。第一级零漂对输出端的总零漂来说，占主要地位。 (1)零点漂移的性质及产生的原因零点漂移的性质及产生的原因Chap零点漂移概念（温漂）可描述为：指当放大电路输入信号为零（即没

21、有交流电输入）时，由于受温度变化，电源电压不稳等因素的影响，使静态工作点发生变化，并被逐级放大和传输，导致电路输出端电压偏离原固定值而上下漂动的现象 它又被简称为：零漂零点漂移的形成及产生原因零点漂移的形成及产生原因零点漂移是怎样形成的： 运算放大器均是采用直接耦合的方式，我们知道直接耦合式放大电路的各级的Q点是相互影响的，由于各级的放大作用，第一级的微弱变化，会使输出级产生很大的变化。当输入短路时（由于一些原因使输入级的Q点发生微弱变化 如 ：温度），输出将随时间缓慢变化，这样就形成了零点漂移。产生零漂的原因是：产生零点漂移的原因很多，如电源电压不稳、元器件参数变值、环境温度变化等。其中最主

22、要的因素是温度的变化，因为晶体管是温度的敏感器件，当温度变化时，其参数UBE、ICBO都将发生变化，最终导致放大电路静态工作点产生偏移。此外，在诸因素中，最难控制的也是温度的变化。Chap4.5.1 4.5.1 基本差动式放大电路基本差动式放大电路双端输出双端输出 2个晶体管参数一样个晶体管参数一样零漂抑制零漂抑制 Uo= Uo= UCQ1 - UCQ2=0输入方式单端输入双端输入输出方式单端输出双端输出22112211BBEBBEEECCCCIUIUVIIIII温度升 高vi1vi2-VEEvc1vc2+-1、电路的组成及零漂的抑制、电路的组成及零漂的抑制 静态分析静态分析 Ui1 =Ui2

23、 =0 ICQ1 =ICQ2 UCQ1 = UCQ24.5 4.5 差动式放大电路差动式放大电路退出退出Chap2. 电路的动态分析电路的动态分析 (1)(1)输入类型输入类型. 共模输入共模输入 共模信号共模信号-两个大小相等、极性相同的信号共模输入共模输入-把共模信号加到差动放大电路的 输入端 差动放大电路对共模信号无放大能力，差动放大电路对共模信号无放大能力，电路的共模放大倍数电路的共模放大倍数 21iiuu0cA. 差模输入差模输入 差模信号差模信号两个大小相等，极性相反的信号。差模输入差模输入把差模信号加在差动放大电路的输入端。21iiuu 差动放大电路既能抑零漂，又有较高的电差动放

24、大电路既能抑零漂，又有较高的电压放大倍数，这样就较好地解决了抑制零漂和提压放大倍数，这样就较好地解决了抑制零漂和提高放大倍数之间的矛盾。高放大倍数之间的矛盾。 . 两个任意信号的输入两个任意信号的输入 当输入电压和的大小和极性都是任意的情况下，可以把它等效地分解为差模输入和共模输入来进行分析。放大电路输出端的电压总变化量应为差模输出电压和共模输出电压的代数和，icciddocodouAuAuuuChap(2).(2).动态分析动态分析1). 共模共模输入输入 共模信号: Ui1 =Ui2总输入信号: Ui =Ui1 - Ui2 = 0总输出信号: Uo = 0共模放大倍数: Ac = 02).

25、 差模输入差模输入差模信号差模信号: Ui1 = - Ui2总输入信号总输入信号: Ui =Ui1 - Ui2 =2 Ui1 Ui10 Ic1Ic1Vc1 -Vc Ui20 Ic2Ic2Vc2 Vc总输出信号总输出信号: Uo = (UCQ1 - Vc) - (UCQ2 + Vc) = - 2 Vc差模放大倍数差模放大倍数: RB2 rbe 与单管放大电路相同1121222iCiCiiCiOuVuVuuVuuA3)任意信号输入任意信号输入输入信号分解输入信号分解输出信号输出信号idicidiciuuuuu21111idicidiciuuuuu21222共模信号共模信号差模信号差模信号21iii

26、duuu)(2121iiicuuuoccoddocodouAuAuuu共模抑制比共模抑制比完全对称差放 Ac=0, CMRR= )(log20dBAAKcdCMRRChap4.5.2 典型差动放大电路典型差动放大电路 (2)、静态值、静态值 Ui = 0 IE1 + IE2 2IE (相当于相当于IE流过流过2RE) EERB1RB1u01u02T2RPRB2RCRB2RCT1RE+ECui1ui2u0ui1.1.、双端输入、双端输入/ /输出差放输出差放(1)、电路组成、电路组成差模信号差模信号 Ui1 = Ui / 2 Ui2 = - Ui / 2RE : 共模反馈电阻加强抑制零 漂和 共

27、模信号能力, 可用晶体管代替，动态电阻大，静态电阻小EE：抵偿RE的直流压降,获得合适工作点RP：调零，改变两管的初始状态T Ic1 IE VE UBE1 IB1 Ic1 Ic2 UBE2 IB2 Ic2 2/idi2i1uuui2i1iduuu退出退出ChapesBEQEEBQ2BQ12)1 (=RRUVIIBQ1CQ2CQ1=IIIeEQ1C1CQ1EECCCEQ2CEQ12=RIRIVVUUEEeEQ1BEQs1BQ12VRIURIEEEEeEQ1CEQ1cCQ12VVRIURIBQ1CQ2CQ1=IIIBQ1EQ2EQ11=III）（CEQ2CEQ1=UUBQ2BQ1IICCVEEVc

28、2Rc1R1VT2VTeRous1Rs2R0i1u0i2u(2) 静态分析静态分析CCVEEVc2Rc1R1VT2VTeRi1ui2uous1Rs2R对对IE1来说来说,等效等效2ReChap(3)动态分析动态分析CCVEEVcRcR1VT2VTsRsReRouidui1ui2uRRLR+ic1ic2ie1ie2 Re=0 L21Ridui2usRsrbeRc2RLrbeRc2RLbioduuod2uod2bibibi bi i1uiror差模电压放大倍数差模电压放大倍数 besLbesbLbid21od21idodud)(rRRrRiRiuuuuAL21cL/RRR差模输入电阻：差模输入电阻：besid2rRR差模输出电阻：差模输出电阻：cod2RRRL的中点相当于公共的中点相当于公共端（等效地）端（等效