模拟电子技术4多级放大

1、模拟电子技术基础电子教案电子教案 V2013陈大钦陈大钦 主编主编华中科技大学电信系华中科技大学电信系 邹韬平邹韬平2013年年4月月2日日2课程内容与学时安排课程内容与学时安排第第1章章 绪论绪论 (2h)第第2章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路 (4h)第第3章章 半导体三极管及其放大电路基础半导体三极管及其放大电路基础 (15h)第第4章章 多级放大电路及模拟集成电路基础多级放大电路及模拟集成电路基础 (4h)第第5章章 信号运算电路信号运算电路 (5h)第第6章章 负反馈放大电路负反馈放大电路 (6h)第第7章章 信号处理与产生电路信号处理与产生电路 (4h)第第8

2、章章 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路 (4h)48学时学时第第9章章 功率放大电路功率放大电路第第10章章 集成运算放大器集成运算放大器第第11章章 直流电源直流电源2个器件个器件BJTFET关键词关键词核心内容核心内容1个电路个电路 放大电路放大电路三极管三极管集成运放集成运放完美的完美的放大电路放大电路模模 拟拟 电电 子子 技技 术术重点章重点章介绍放大的基本概念介绍放大的基本概念分立元件分立元件分立元件电路分立元件电路(放大放大) 构成规律和分析方法构成规律和分析方法核心、基础核心、基础线索线索-不断完善放大性能不断完善放大性能(读图读图-741)集成运放实现放大的条件集成运

3、放实现放大的条件集成运放的应用集成运放的应用模电的常用功能电路模电的常用功能电路复习、机动复习、机动 (2h)清明、五一清明、五一 (2h)3多级放大电路 + Vo RL Io Rs Ii + Vs + Vi Vi1 + Vo1 + 放大电路放大电路 Vi2 + Vo2 + 放大电路放大电路 Vi3 + Vo3 + 放大电路放大电路 引出引出由三种组态比较可知：各有优缺点，但均不能满足放大的综合由三种组态比较可知：各有优缺点，但均不能满足放大的综合要求，例如要求要求，例如要求AV 2000、Ri 2M 和和Ro 100 Vi1 + Ro1 Vo1 + + Ri1 AVO1Vi1 Vi2 + R

4、o2 Vo2 + + Ri2 AVO2Vi2 Vi3 + Ro3 Vo3 + + Ri3 AVO3Vi3 性能分析：性能分析：静态分析静态分析求求Q（见后续例题）（见后续例题）动态分析动态分析求求AV 、Ri和和Roo3oRR i1iRR ioVVVA 直接、阻容和变压器耦合直接、阻容和变压器耦合RiRo分析思路分析思路（要解决的问题）（要解决的问题）级联（级间耦合）级联（级间耦合） ：332211ioioioVVVVVV 321VVVAAA 由信号通路：由信号通路： 前级的输出信号能顺利传递到后一级的输入端前级的输出信号能顺利传递到后一级的输入端 各级放大电路都有合适的静态工作点。各级放大电

5、路都有合适的静态工作点。 4 多级放大电路及模拟集成电路基础多级放大电路及模拟集成电路基础4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式4.2 多级放大电路的性能分析多级放大电路的性能分析4.3 模拟集成电路基础模拟集成电路基础4.3.1 电流源电路电流源电路4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 4.3.3 改进型差分放大电路改进型差分放大电路 （2学时）学时） 4.1.1 直接耦合直接耦合 4.1.2 阻容耦合阻容耦合 4.1.3 变压器耦合变压器耦合 4.1.4 光电耦合光电耦合 不论采用何种耦合方式，都必须保证：不论采用何种耦合方式，都必须保证： 前级的输出信号能顺利传

6、递到后一级的输入端。前级的输出信号能顺利传递到后一级的输入端。 各级放大电路都有合适的静态工作点。各级放大电路都有合适的静态工作点。 54.1.2 阻容耦合阻容耦合 4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 + +VCC C2 + T1 C1 + Rb1 C3 + Re1 T2 + Rb21 Rb22 Re2 Rc2 Re2 C4 + vi vo RL 图图4.1.5 两级阻容耦合放大电路两级阻容耦合放大电路 阻容耦合的缺点阻容耦合的缺点 不能用来放大变化缓慢不能用来放大变化缓慢的信号或直流信号。的信号或直流信号。 阻容耦合的优点阻容耦合的优点 各级的静态工作点相各级的静态工作点相

7、互独立互独立 （温度对（温度对Q点的影响）点的影响） 组成特点组成特点bebc 信号通路信号通路 隔直电容耦合元件隔直电容耦合元件共共射射共共集集 直流开路、交流短路直流开路、交流短路6例例4.2.1 + +VCC C2 + T1 C1 + R2 11k C3 + 10 F T2 + 47 F R3 5.1k 10 F R7 3.3k RL 5.1k 10 F vs vo R1 51k I R6 150k A R5 1k R4 51 IB1 +15V 为提高放大电路的带为提高放大电路的带负载能力，多级放大器负载能力，多级放大器的末级常采用共集电路。的末级常采用共集电路。共射共射- -共集两级阻

8、容耦共集两级阻容耦合放大电路如图所示。合放大电路如图所示。已知电路中已知电路中 1= 2=50，VBE=0.7V。 (1) 求各级的静态工作点；求各级的静态工作点； (2) 求电路的输入电阻求电路的输入电阻Ri和输出电阻和输出电阻Ro； (3) 试分别计算试分别计算RL接在第一级输出端和第二级输出端时，电路接在第一级输出端和第二级输出端时，电路的电压放大倍数。的电压放大倍数。 7V2212CC1B RRRVVmA24. 154BE1B1E1C RRVVIIA8 .24/C1B II V37. 4543CCC1CE RRRIVV 各级静态工作点彼此独立，各级静态工作点彼此独立，可分级计算。可分级

9、计算。解解： + +VCC C2 + T1 C1 + R2 11k C3 + 10 F T2 + 47 F R3 5.1k 10 F R7 3.3k RL 5.1k 10 F vs vo R1 51k I R6 150k A R5 1k R4 51 IB1 +15V (1) 求各级的静态工作点；求各级的静态工作点； mA035. 01726BECC2B RRVVI mA75. 12B2E1C III V23. 672ECC2CE RIVV第二级：射极偏置第二级：射极偏置第一级：第一级： 分压式射极偏置分压式射极偏置直流时电容开路，所以直流时电容开路，所以阻容耦合的特点阻容耦合的特点也是也是变压

10、器耦合的特点变压器耦合的特点 k27. 1)mA()mV(2612001E11beIr k96. 0)mA()mV(2612002E22beIr 8 + e1 Vi R1 rbe1 b1 Ib1 R3 + Vo1 c1 Ib1 R2 R4 Ic1 + +VCC C2 + T1 C1 + R2 11k C3 + 10 F T2 + 47 F R3 5.1k 10 F R7 3.3k RL 5.1k 10 F vs vo R1 51k I R6 150k A R5 1k R4 51 IB1 +15V + e2 Vi2 rbe2 b2 Ib2 + Vo RL c2 Ib2 R6 R7 Ic2 RiR

11、oRo1(2) 求求Ri和和Ro； =Ri= Ri1= R1/R2/rbe1+ (1+ 1)R42.66k k11. 0k51)1 . 5/150(96. 0/k3 . 31)/(/2362be7o2o RRrRRRRiRoRi2=R6/rbe2+ (1+ )(R7/RL) =150/104=61.11k Ri2Ro1=R3=5.1k 9(3) 分别计算分别计算RL接在第一级输出端和第二级输出端时接在第一级输出端和第二级输出端时, , 电压增益电压增益 + e1 Vi R1 rbe1 b1 Ib1 R3 + Vo1 c1 Ib1 R2 R4 Ic1 RL + e2 Vi2 rbe2 b2 Ib

12、2 + Vo RL c2 Ib2 R6 R7 Ic2 Ri2=9532051051271151550R1rRRVVAA4113i1o1VV.)k.(k)./.()()/(beL 2121VVioioioVAAVVVVVVA 41be23111)/(RrRRVVAiioV Ri2=R6/rbe2+ (1+ )(R7/RL) =150/104=61.11k 82.60 990RR1rRR1VVA7272io2V.)/)()/)(LbeL 21.6099. 082.6021 VVVAAA4 多级放大电路及模拟集成电路基础多级放大电路及模拟集成电路基础4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方

13、式4.2 多级放大电路的性能分析多级放大电路的性能分析4.3 模拟集成电路基础模拟集成电路基础4.3.1 电流源电路电流源电路4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 4.3.3 改进型差分放大电路改进型差分放大电路 （2学时）学时） 4.1.1 直接耦合直接耦合 4.1.2 阻容耦合阻容耦合 4.1.3 变压器耦合变压器耦合 4.1.4 光电耦合光电耦合 不论采用何种耦合方式，都必须保证：不论采用何种耦合方式，都必须保证： 前级的输出信号能顺利传递到后一级的输入端。前级的输出信号能顺利传递到后一级的输入端。 各级放大电路都有合适的静态工作点。各级放大电路都有合适的静态工作点。 11

14、+VCC T1 C1 + Rb11 Re1 T2 + Rb21 Rb22 Re2 C3 + vi vo C3 + Rb12 Tr1 Tr2 RL + 图图4.1.6 变压器耦合放大电路变压器耦合放大电路 Tr RL + V2 + V1 I1 I2 N1 N2 LLRR221)N(N / 图图4.1.7 变压器的阻抗变换变压器的阻抗变换 变压器耦合的最大优点变压器耦合的最大优点 在传送交流传号的同时，还可以进行电压、电流和阻抗的变换。在传送交流传号的同时，还可以进行电压、电流和阻抗的变换。 4.1.3 变压器耦合变压器耦合4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式隔离直流、传递交流隔离

15、直流、传递交流12 4.1.1 直接耦合直接耦合4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 + Rb11 vI Rc1 T1 Rc2 +VCC + vO T2 Rb2 前级 后级 Rb12 图图4.1.1 两个共射放大电路简单地直接耦合两个共射放大电路简单地直接耦合 如果把前一级的输出端直接（或通过电阻）连接到如果把前一级的输出端直接（或通过电阻）连接到后一级的输入端，就是后一级的输入端，就是“直接耦合直接耦合”方式。方式。 两个特殊问题两个特殊问题:1. 级间直流电位匹配问题级间直流电位匹配问题 2. 零点漂移问题零点漂移问题 直流放大？直流放大？ 直接耦合的特点直接耦合的特点 可

16、放大直流及缓慢变化的可放大直流及缓慢变化的信号，低频响应好信号，低频响应好 各级的静态工作点相互影各级的静态工作点相互影响（温度对响（温度对Q点的影响）点的影响）13 直流放大？直流放大？ 4.1.1 直接耦合直接耦合4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 + Rb11 vI Rc1 T1 Rc2 +VCC + vO T2 Rb2 前级 后级 Rb12 图图4.1.1 两个共射放大电路简单地直接耦合两个共射放大电路简单地直接耦合V71mV. 0OI vv4IO107.1mV0V7 vvAV直接耦合放大器可以放大直流信号直接耦合放大器可以放大直流信号V60OI vvV71mV. 0

17、OI vv4IO10 vvAV 两个特殊问题两个特殊问题:1. 级间直流电位匹配问题级间直流电位匹配问题 2. 零点漂移问题零点漂移问题饱和饱和14 1. 级间直流电位匹配问题级间直流电位匹配问题 4.1.1 直接耦合直接耦合 + Rb11 vI Rc1 T1 Rc2 +VCC + vO T2 Rb2 前级 后级 Rb12 图图4.1.1 两个共射放大电路简单地直接耦合两个共射放大电路简单地直接耦合 + Rb11 vI Rc1 T1 Rc2 +VCC + vO T2 Re2 （a） Rb12 图图4.1.2 采用提高后级射极电位实现级间电位匹配采用提高后级射极电位实现级间电位匹配使增益使增益下

18、降下降 + Rb11 vI Rc1 T1 Rc2 +VCC + vO T2 （b） Rb12 15例例4.1.1两级放大电路如图两级放大电路如图4.1.4所示。已知三极管的所示。已知三极管的 1 = 2 =50，VBE1=VBE2=0.7V，稳压管，稳压管DZ的工作电压的工作电压VZ = 4V。 (1) 试确定各级的静态工作点。试确定各级的静态工作点。(2) 若由于温度的升高使若由于温度的升高使IC1增加增加1%，试问输出直流电压变化了多少？，试问输出直流电压变化了多少？ + Rb1 vI Rc1 T1 Rc2 +VCC + vO T2 Dz 49k 4.7k 2.8k Rb2 3.5k +1

19、2V 图图4.1.4 例例4.1.1的电路的电路 解解: (1)mA03. 0k5 . 3V7 . 0k49)V7 . 012(b2BE1b1BE1CCB1 RVRVVI1.5mAmA03. 050B11C1 II V7 . 4ZBE2C1CE1 VVVV首先确定首先确定T1的静态工作点的静态工作点: 4.7V0.7V确定确定T2的静态工作点：的静态工作点： mA55. 1c11CCc1 RVVICR2.5mAmA05. 050B22C2 II 0.05mAC1B2c1 IIIRV3ZC2CE2 VVVV7mA5 . 2k2V12c2C2CCC2O RIVVV16例例4.1.1两级放大电路如图

20、两级放大电路如图4.1.4所示。已知三极管的所示。已知三极管的 1 = 2 =50，VBE1=VBE2=0.7V，稳压管，稳压管DZ的工作电压的工作电压VZ = 4V。 (1) 试确定各级的静态工作点。试确定各级的静态工作点。(2) 若由于温度的升高使若由于温度的升高使IC1增加增加1%，试问输出直流电压变化了多少？，试问输出直流电压变化了多少？ + Rb1 vI Rc1 T1 Rc2 +VCC + vO T2 Dz 49k 4.7k 2.8k Rb2 3.5k +12V 图图4.1.4 例例4.1.1的电路的电路 解解: (1)mA03. 0k5 . 3V7 . 0k49)V7 . 012(

21、b2BE1b1BE1CCB1 RVRVVI1.5mAmA03. 050B11C1 II V7 . 4ZBE2C1CE1 VVVV首先确定首先确定T1的静态工作点的静态工作点: 4.7V0.7V确定确定T2的静态工作点：的静态工作点： mA55. 1c11CCc1 RVVICR2.5mAmA05. 050B22C2 II 0.05mAC1B2c1 IIIRV3ZC2CE2 VVVV7mA5 . 2k2V12c2C2CCC2O RIVVV解解: (2)mA515. 1C1 I0.035mAB2 IV5 . 8O V1.75mAC2 I升高了升高了1.5V，约变化了，约变化了21%零点漂移零点漂移相

22、当于相当于vI=1mV17 直流放大？直流放大？ 4.1.1 直接耦合直接耦合4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 + Rb11 vI Rc1 T1 Rc2 +VCC + vO T2 Rb2 前级 后级 Rb12 图图4.1.1 两个共射放大电路简单地直接耦合两个共射放大电路简单地直接耦合V71mV. 0OI vv4IO107.1mV0V7 vvAV直接耦合放大器可以放大直流信号直接耦合放大器可以放大直流信号V60OI vvV71mV. 0OI vv4IO10 vvAV 两个特殊问题两个特殊问题:1. 级间直流电位匹配问题级间直流电位匹配问题 2. 零点漂移问题零点漂移问题饱和

23、饱和18 2. 零点漂移问题零点漂移问题 4.1.1 直接耦合直接耦合 零点漂移现象（简称零漂）零点漂移现象（简称零漂） 输入端短路或接固定的直流电压，其输出端应为一固定的直流电压，输入端短路或接固定的直流电压，其输出端应为一固定的直流电压， 实际上输出电压将实际上输出电压将随时间偏离初始值而缓慢地随机波动随时间偏离初始值而缓慢地随机波动，这种现象称，这种现象称为零点漂移，简称零漂。为零点漂移，简称零漂。 造成零点漂移的主要原因造成零点漂移的主要原因 放大电路的静态工作点受温度影响而上下波动。放大电路的静态工作点受温度影响而上下波动。 由于直接耦合电路可以放大缓慢变化的信号，因此前级静态工作点

24、的由于直接耦合电路可以放大缓慢变化的信号，因此前级静态工作点的波动将被后级看作信号逐级放大，输出端的波动电压可能将有用信号波动将被后级看作信号逐级放大，输出端的波动电压可能将有用信号“淹淹没没”，严重时甚至使后级电路进入饱和或截止状态，无法正常工作。，严重时甚至使后级电路进入饱和或截止状态，无法正常工作。 很明显，输入级的零漂影响最大，而且直接耦合电路的级数越多，增很明显，输入级的零漂影响最大，而且直接耦合电路的级数越多，增益越高，零点漂移问题越严重。所以控制输入级的漂移是至关重要的问题，益越高，零点漂移问题越严重。所以控制输入级的漂移是至关重要的问题，应选择漂移很小的单元电路作输入级。应选择

25、漂移很小的单元电路作输入级。 19A1vivo103A2vivo105答：答：两个放大电路是否都可以放大两个放大电路是否都可以放大0.1mV的信号？的信号？增加了增加了Re电压增益电压增益输出漂移电压输出漂移电压均为均为 200 mV输出漂移电压输出漂移电压均为均为 200 mV输入端漂移电输入端漂移电压为压为 0.2 mV输入端漂移电输入端漂移电压为压为 0.002 mVA1不可以，不可以， A2可以可以温漂指标：温漂指标：温度每升高温度每升高1度时，输出漂移电压度时，输出漂移电压按电压增益按电压增益折算到输入端折算到输入端的等效的等效输入漂移电压值。输入漂移电压值。20例如例如 100,=

26、V1A若第一级漂了若第一级漂了100 uV，则输出漂移则输出漂移 1 V。 若第二级也漂若第二级也漂了了100 uV，则输出漂移则输出漂移 10 mV。假设假设 第一级是关键！第一级是关键！。 1= 100,=V3V2AA 减小零漂的措施减小零漂的措施 用非线性元件进行温度补偿用非线性元件进行温度补偿 调制解调方式。如调制解调方式。如“斩波稳零放大器斩波稳零放大器” 采用采用差分式放大电路差分式放大电路漂了漂了 100 uV漂移漂移 10 mV+100 uV漂移漂移 1 V+ 10 mV漂移漂移 1 V+ 10 mV级数越多，增益越高，零漂越严重级数越多，增益越高，零漂越严重21级间耦合的优、

27、缺点及应用比较级间耦合的优、缺点及应用比较 耦合方式耦合方式 优优 点点 缺缺 点点 应应 用用 直流或交流直流或交流放大，分立放大，分立或集成电路。或集成电路。 可放大直流及可放大直流及缓慢变化的信号，缓慢变化的信号，低频响应好低频响应好 便于集成便于集成 有严重的有严重的零点零点漂移漂移问题问题 各级各级Q不独立，不独立，设计计算及调试设计计算及调试不便不便直接耦合直接耦合 阻容耦合阻容耦合 各级各级Q独立独立 体积小成本低体积小成本低 无法集成无法集成传输交流信号传输交流信号损失小，增益高损失小，增益高 不能放大直流不能放大直流及缓慢变化的信及缓慢变化的信号，低频响应差号，低频响应差交流

28、放大交流放大 分立电路分立电路 变压器耦合变压器耦合 无法集成无法集成功率放大功率放大 调谐放大调谐放大 高频和低频响高频和低频响应差应差 体积大，笨重体积大，笨重 各级各级Q独立独立 可以改变交流可以改变交流信号的电压、电信号的电压、电流和阻抗流和阻抗 4 多级放大电路及模拟集成电路基础多级放大电路及模拟集成电路基础4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式4.2 多级放大电路的性能分析多级放大电路的性能分析4.3 模拟集成电路基础模拟集成电路基础4.3.1 电流源电路电流源电路4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 4.3.3 改进型差分放大电路改进型差分放大电路 （2

29、学时）学时） 4.1.1 直接耦合直接耦合 4.1.2 阻容耦合阻容耦合 4.1.3 变压器耦合变压器耦合 4.1.4 光电耦合光电耦合 不论采用何种耦合方式，都必须保证：不论采用何种耦合方式，都必须保证： 前级的输出信号能顺利传递到后一级的输入端。前级的输出信号能顺利传递到后一级的输入端。 各级放大电路都有合适的静态工作点。各级放大电路都有合适的静态工作点。 4.2.1 多级放大电路的分析方法多级放大电路的分析方法4.2.2 多级放大电路的分析举例多级放大电路的分析举例4.2.3 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应23 输出级 输入级 中间放大级 Vi Vi3 Vo2 Vo Vo1

30、 Vi2 + + + + + + Ro Ri3 Ri2 Ri 图图4.2.1 三级放大电路方框图三级放大电路方框图1. 电压增益电压增益 V3V2V1i3oi2o2io1ioVAAAVVVVVVVVA 2. 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 多级放大电路的输入电阻多级放大电路的输入电阻Ri 就是第一级放大电路的输入电阻就是第一级放大电路的输入电阻; 4.2.1 多级放大电路的分析方法多级放大电路的分析方法4.2 多级放大电路的性能分析多级放大电路的性能分析多级放大电路的输出电阻多级放大电路的输出电阻Ro就是末级放大电路的输出电阻。就是末级放大电路的输出电阻。 在计算每级电压增益时，必须考虑

31、前后级之间的影响（如在计算每级电压增益时，必须考虑前后级之间的影响（如RL1= Ri2） 4.2.2 多级放大电路的分析举例多级放大电路的分析举例24 e1 rbe1 b1 Ib1 c1 Ib1 Ic1 e2 rbe1 b2 Ib2 c2 Ib2 Ic2 Ib Ic 2. 复合管差分放大电路复合管差分放大电路 4.3.3 改进型差分放大电路改进型差分放大电路c2c1cIII b22b11II b112b11)1(II b1cbcIIII 212111 bbebeirv be21be11rr be21r 254.6.2 共集共集放大电路共集共集放大电路4.6 组合放大电路组合放大电路T1、T2构

32、成复合管，可等效为一个构成复合管，可等效为一个NPN管管261. 共集共集 共集放大电路的共集放大电路的Av、 Ri 、Ro iovvvA LbeL11RrR 1|bebseorRRRR式中式中 1 2 rberbe1(1 1)rbe2 R LRe|RL RiRb|rbe(1 )R L 4.6.2 共集共集放大电路共集共集放大电路272. 复合管的主要特性复合管的主要特性两只两只NPN型型BJT组成的复合管组成的复合管 两只两只PNP型型BJT组成的复合管组成的复合管 rberbe1(1 1)rbe2 4.6.2 共集共集放大电路共集共集放大电路PNP与与NPN型型BJT组成的复合管组成的复合

33、管 NPN与与PNP型型BJT组成的复合管组成的复合管 rberbe128 nkAAAAA1VkVnV2V1V nkAAAAA1VkVnV2V1V |lg20 |lg20 |lg20 |lg20 |lg20 nkkn121 2Hn22H21HH1 1 1 1 . 11ffff 2Ln22L21LL 1 . 1ffff 4.2.3 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应4.2 多级放大电路的性能分析多级放大电路的性能分析 分析方法分析方法 求频率响应表达式求频率响应表达式: : 确定上限频率确定上限频率 f H和下限频率和下限频率f L（近似公式）（近似公式） 画出对数频率响应曲线（波特图

34、）画出对数频率响应曲线（波特图）幅频响应幅频响应 相频响应相频响应 只要把各级的幅频响应和相频响应在同一横坐标下的纵坐只要把各级的幅频响应和相频响应在同一横坐标下的纵坐标值叠加起来，就可以得到总的频率响应曲线。标值叠加起来，就可以得到总的频率响应曲线。 29 f 20dB/十倍频 20lg AVS f O 40dB/十倍频 90 180 270 360 450 540 3dB 6dB 3dB fH1 fH fL fL1 40lg AVM1 20lg AVM1 图图4.2.6 两级放大电路的对数频率响应两级放大电路的对数频率响应 定性结论定性结论例如例如: 有一个两级共射放大电路，有一个两级共射

35、放大电路，每一级的频率响应相同，那每一级的频率响应相同，那么，总的频率响应曲线就是么，总的频率响应曲线就是将单级频率响应的纵坐标值将单级频率响应的纵坐标值加大一倍，如图加大一倍，如图4.2.6所示。所示。 显然有：显然有：fH fL1 因此，采用多级放大电路因此，采用多级放大电路提高了电压增益，但总的通提高了电压增益，但总的通频带比单级的要窄。频带比单级的要窄。 4 多级放大电路及模拟集成电路基础多级放大电路及模拟集成电路基础4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式4.2 多级放大电路的性能分析多级放大电路的性能分析4.3 模拟集成电路基础模拟集成电路基础4.3.1 电流源电路电流

36、源电路4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 4.3.3 改进型差分放大电路改进型差分放大电路 （2学时）学时） 4.1.1 直接耦合直接耦合 4.1.2 阻容耦合阻容耦合 4.1.3 变压器耦合变压器耦合 4.1.4 光电耦合光电耦合 不论采用何种耦合方式，都必须保证：不论采用何种耦合方式，都必须保证： 前级的输出信号能顺利传递到后一级的输入端。前级的输出信号能顺利传递到后一级的输入端。 各级放大电路都有合适的静态工作点。各级放大电路都有合适的静态工作点。 31多级放大电路组成及模电发展线索 + Vo RL Io Rs Ii + Vs + Vi Vi1 + Vo1 + 放大电路放大

37、电路 Vi2 + Vo2 + 放大电路放大电路 Vi3 + Vo3 + 放大电路放大电路 Vi1 + Ro1 Vo1 + + Ri1 AVO1Vi1 Vi2 + Ro2 Vo2 + + Ri2 AVO2Vi2 Vi3 + Ro3 Vo3 + + Ri3 AVO3Vi3 输入级输入级Ri 中间放大级中间放大级AV 输出级输出级Ro 共集、共射共集、共射共射、共基共射、共基共集共集第第8章章 场效应管场效应管第第4.3.2节节 差分放大电路差分放大电路2个信号个信号相减相减第第9章章 功率放大电路功率放大电路直接耦合直接耦合零漂零漂Ri RL特别小特别小第第4.3.1节节 电流源电流源第第5、10

38、章章 集成集成运算放大器运算放大器性能性能改善改善第第6章章 反馈反馈技术、方法技术、方法第第5、7、11章章 运算放大器运算放大器应用应用 各种功能电路各种功能电路稳定稳定Q电路电路32n了解多级放大电路的组成原则及耦合方式特点了解多级放大电路的组成原则及耦合方式特点n掌握掌握多级放大电路的计算方法多级放大电路的计算方法n掌握掌握差模信号、共模信号、差模电压增益、共差模信号、共模信号、差模电压增益、共模电压增益和共模抑制比等基本概念模电压增益和共模抑制比等基本概念4 多级放大电路及模拟集成电路基础多级放大电路及模拟集成电路基础334.3 模拟集成电路基础模拟集成电路基础4.3.1 电流源电路

39、电流源电路4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 4.3.3 改进型差分放大电路改进型差分放大电路 模拟集成电路与分立元件电路相比有以下特点模拟集成电路与分立元件电路相比有以下特点: 电路结构上采用电路结构上采用直接耦合直接耦合的方式的方式 为克服直接耦合电路的为克服直接耦合电路的温漂温漂，常采用具补偿特性的，常采用具补偿特性的差动放大电路差动放大电路 采用三极管代替电容、电阻和二极管等元器件采用三极管代替电容、电阻和二极管等元器件(即即电流源电路电流源电路) 由集成工艺制造出来的元器件的参数分散性大，然而相邻元器件由集成工艺制造出来的元器件的参数分散性大，然而相邻元器件的参数对称性

40、却比较好的参数对称性却比较好 (对管对管)34 小结小结 电流源结构的变化电流源结构的变化 Rb1 IC Rc +VCC Re Rb2 VB IE I1 R IC2 RL +VCC Re2 Re1 T2 IC1 T1 IO I1 R IC2 RL +VCC T2 IC1 T1 IREF R IC2 RL +VCC T2 IC1 T1 IREF T3 IB3 2IB1 Re3 R IC2 RL +VCC T2 IC1 T1 IREF Re2 35(1) 共射极放大器的共射极放大器的3种常见电路种常见电路单个单个RB偏置偏置电压分压器偏置电压分压器偏置正负电压偏置正负电压偏置(0RB)(5.4 双

41、极型晶体管的偏置双极型晶体管的偏置) + vs b c Rc vo Re + + V+ e RL V + vs b c Rc vo Re + + V+ e RL V Rb 直流偏置特点直流偏置特点(区别区别)： RB RC vo + RL T VCC + + + C2 C1 vi b c e + vi iB i1 Rb1 b c iC Rc VCC + vo RL iE Rb2 Cb1 + Cb2 + e i2 RB RC vo + RL T VCC + + + C2 C1 vi RE + vi iB i1 Rb1 b c iC Rc VCC + vo RL iE Rb2 Cb1 + Cb2

42、+ e i2 Re 相同点：均为共射极相同点：均为共射极 ！发射极位于信号地端！发射极位于信号地端(交流交流) ，输入信号施加在基极，从集电极取出输出信号。输入信号施加在基极，从集电极取出输出信号。364.3.1 电流源电路电流源电路4.3 模拟集成电路基础模拟集成电路基础1. 镜像电流源镜像电流源 2. 多路输出比例电流源电路多路输出比例电流源电路 3. 微电流源微电流源 4. 威尔逊威尔逊(Wilson)电流源电流源 5. 电流源用作有源负载举例电流源用作有源负载举例 在集成电路中，三极管除作为在集成电路中，三极管除作为放大元件放大元件外，还用于构成外，还用于构成电流源电流源电路电路 为各

43、级提供合适的静态电流；为各级提供合适的静态电流； 作为有源负载作为有源负载(高阻值的电阻高阻值的电阻)，从而增大放大电路的电压增益。，从而增大放大电路的电压增益。 镜像电流源镜像电流源(Wilson电流源电流源) 多路电流源多路电流源 电流源用作有源负载电流源用作有源负载 微电流源微电流源 概述概述 BJT基本电流源基本电流源 比例电流源比例电流源37 1、概述概述 4.3.1 电流源电路电流源电路 Q ICQ IBQ Rc VCC VCC vCE iC VCEQ vCE iC 直流电阻小直流电阻小交流电阻大交流电阻大CCECE=IVRCCEce=ivr 恒流源恒流源：Rs = ，iO = I

44、s ，与，与RL无关无关三极管工作在放大区，其输出特性具有恒流特性三极管工作在放大区，其输出特性具有恒流特性易受温度影响易受温度影响特点：特点：分析任务分析任务求输出电流，并提高计算精度求输出电流，并提高计算精度提高输出电阻提高输出电阻Ro学习要求：学习要求：会计算电流源的输出电流（求会计算电流源的输出电流（求Q）能辨认电路（电流源结构的变化规律）能辨认电路（电流源结构的变化规律）38 2、BJT基本电流源基本电流源 4.3.1 电流源电路电流源电路 + vi iB i1 Rb1 b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Rb2 Cb1 + Cb2 + e i2 Rb1 IC R

45、c +VCC Re Rb2 VB IE Rb1 rbe Ib rce + Vo Ib Rb2 Rb Re Io RoRL分压式射极偏置电路分压式射极偏置电路在满足条件在满足条件 I1 IB ；VB VBE 时时电流源内阻电流源内阻 Rs = Ro（输出电阻）（输出电阻）CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII eCCb2b1b2eBRVRRRRV )(ebbeeceoRRrR1rR IC与与Rc基本无关，且能稳定基本无关，且能稳定Q（温度影响）（温度影响）39 3、比例电流源比例电流源 4.3.1 电流源电路电流源电路 Rb1 IC Rc +VCC Re Rb2 VB IE I1

46、Rb1 IC RL +VCC Re Rb2 D T I1 IO R IC2 RL +VCC Re2 Re1 T2 IC1 T1 IO I1 eBeBEBCRVRVVI 提高计算精度提高计算精度满足条件：满足条件： I1 IBVB VBE 增加增加1个二极管个二极管D 并使并使D与与T（Je）具有相同）具有相同的温度特性（补偿）的温度特性（补偿） 即即： VD = VBE所以，在所以，在Je回路有：回路有：VD +I1 Rb2 = VBE +IC Reeb21CRRII 比例电流源比例电流源b2b1CCb2b1BECC1 RRVRRVVI 而：而： 集成电路中，集成电路中，DT1BJT基本电流源

47、基本电流源特殊状态特殊状态思路：思路：？40 4、镜像电流源镜像电流源 4.3.1 电流源电路电流源电路 R IC2 RL +VCC Re2 Re1 T2 IC1 T1 IO I1 e1CCe2e1e2e11C2RRVRRRRII 比例电流源比例电流源 R IC2 RL +VCC T2 IC1 T1 IREF 为减少硅片面积占用，为减少硅片面积占用，去掉去掉2个电阻个电阻e2e1RR 求求 IC2 = ?对管对管T1与与T2特性相同特性相同（温度补偿）（温度补偿）假设假设T1处于放大区（问题？）处于放大区（问题？）12VV ；BE1BE2= C1C2B1B2= IIII； C1REFBREFC

48、1I2II2II 对对T1的的C点列点列KCL方程：方程：2IBREFREFC1C221=IIII RVRVVICCBE1CCREF 镜像镜像ce2orR 41 7、电流源用作有源负载电流源用作有源负载 4.3.1 电流源电路电流源电路(1) 用于提供静态电流并能稳定静态工作点，用于提供静态电流并能稳定静态工作点，这对直接耦合放大器是十分重要的。这对直接耦合放大器是十分重要的。(2) 用作有源负载，可获得增益高的特性。用作有源负载，可获得增益高的特性。beLcce1ioV)/(=rRRrVVA 共射电路的电压增益为：共射电路的电压增益为：电流源的作用：电流源的作用：例：例：共射放大共射放大未画

49、基极偏置未画基极偏置电流源作有源负载后电流源作有源负载后beLce2ce1ioV)/(=rRrrVVA 比用电阻比用电阻Rc作负载时提高了作负载时提高了图图4.3.6 共发射极有源负载电路共发射极有源负载电路42小结小结 电流源结构的变化电流源结构的变化 Rb1 IC Rc +VCC Re Rb2 VB IE I1 R IC2 RL +VCC Re2 Re1 T2 IC1 T1 IO I1 R IC2 RL +VCC T2 IC1 T1 IREF R IC2 RL +VCC T2 IC1 T1 IREF T3 IB3 2IB1 Re3 R IC2 RL +VCC T2 IC1 T1 IREF

50、Re2 434.3 模拟集成电路基础模拟集成电路基础4.3.1 电流源电路电流源电路4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 4.3.3 改进型差分放大电路改进型差分放大电路 模拟集成电路与分立元件电路相比有以下特点模拟集成电路与分立元件电路相比有以下特点: 电路结构上采用电路结构上采用直接耦合直接耦合的方式的方式 为克服直接耦合电路的为克服直接耦合电路的温漂温漂，常采用具补偿特性的，常采用具补偿特性的差动放大电路差动放大电路 采用三极管代替电容、电阻和二极管等元器件采用三极管代替电容、电阻和二极管等元器件(即即电流源电路电流源电路) 由集成工艺制造出来的元器件的参数分散性大，然而相邻

51、元器件由集成工艺制造出来的元器件的参数分散性大，然而相邻元器件的参数对称性却比较好的参数对称性却比较好 (对管对管)44 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路4.3 模拟集成电路基础模拟集成电路基础 公共公共Re接负电源接负电源 VEE，拖一个，拖一个尾巴，常称为长尾式电路。尾巴，常称为长尾式电路。 电路参数对称电路参数对称， 1= 2和和rbe1=rbe2，由两个特性完全相同的单管共发射由两个特性完全相同的单管共发射极电路组成。极电路组成。 双端输入双端输入：输入信号从差分：输入信号从差分对管的两个基极加入；对管的两个基极加入； 单端输入单端输入：输入信号从其中：输入信号从其中任

52、一个基极输入，另一个基极任一个基极输入，另一个基极接地。接地。 双端输出双端输出：输出信号从两个集电极之间取出；输出信号从两个集电极之间取出； 单端输出单端输出：输出信号从其中任一个集电极输出。输出信号从其中任一个集电极输出。 45 Vi + Vo + 放大电路放大电路 差分差分 放大放大 +- -vi1+- -vi2C3850T100aT1RR /.)(=0T)(=i2i1VovvAv iV=vA- -+ + 差分功能：实现差分功能：实现2个信号相减个信号相减i2Vi1VvAvA 同相输入端同相输入端反相输入端反相输入端 应用背景：电桥测量应用背景：电桥测量 V 10V R- - R R+

53、R R- - R R+ R 例如铂电阻测温例如铂电阻测温C19mV/5V222i1 RRVVVRRRvC19mV/5V222i2 RRVVVRRRv )(i2i1VovvAv实际输出为实际输出为+- -vo 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 输入端命名输入端命名46 差分的基本概念差分的基本概念 差模与共模：差模与共模： 差分差分 放大放大 +-vi1+-vi2+-vo+-vid-+i2i1id=vvv 差模信号差模信号)(21=i2i1icvvv 共模信号共模信号icVCidVDooo=vAvAvvv C19mV/5Vi1 vC19mV/5Vi2 v总输出电压总输出电压2=i

54、dici1vvv 2vvvidici2= 0=icidoidoVD vvvvvA差模电压增益差模电压增益0=idicoicoVC vvvvvA共模电压增益共模电压增益共模抑制比共模抑制比也反映抑制零漂能力也反映抑制零漂能力VCVDCMR=AAK例：例： 分析思路：叠加定理分析思路：叠加定理2=idi1vv 2=idi2vv ici1= vvici2= vv 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路47 vi1 iC1 Rc1 +VCC vo1 T1 Re1 - -VEE + - - Rb1 vi1 iC1 Rc1 +VCC vo1 T1 Re1 - -VEE iC2 Rc2 +VCC

55、vo2 T2 Re2 - -VEE + - - Rb1 vi2 + - - Rb2 vo = vo1 vo2 = Av1vi1 Av2vi2vo = Avd(vi1 vi2) AV1 = = AV2 （对管）对管）原因之二原因之二对称对称 VC1 = VC2 vo = VC1 - - VC2 = 0 0 克服温漂克服温漂(3)公共射极电阻公共射极电阻Re vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 Re - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - - vo T1 T2 vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 R

56、e - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - - vo RL T1 T2 vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 Re - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - - vo RL T1 T2 (1)直接耦合的共射电路直接耦合的共射电路( (Rb ,Rs)(2)两边对称两边对称单端输出单端输出公共公共Re对差模信号相当于对差模信号相当于短路短路48n静态分析（近似估算法）静态分析（近似估算法）n主要指标分析计算主要指标分析计算（微变等效电路）（微变等效电路）n差分工作原理（定性分析）差

57、分工作原理（定性分析）n动态分析思路动态分析思路n双端输入双端输入n差模增益差模增益、共模增益共模增益（共模抑制比共模抑制比）n输入、输出电阻输入、输出电阻n单端输入单端输入 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路n几种接法性能对比几种接法性能对比n4.3.3 改进型差分放大电路改进型差分放大电路n抑制零点漂移原理抑制零点漂移原理49 vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 Re - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - - vo T1 T2 注意：注意： 1、静态分析（近似估算法）、静态分析（近似估算法）电路对称电

58、路对称T放大的条件：放大的条件：Je正偏正偏、Jc反偏反偏vi1 = vi2 = 0（静态静态）ebEEBEB1B2)()(0R21RVVII B1C1C2III EC1CE1CE2VVVV cC1CCC1C2=RIVVV 0.7V-=BEB1E VVV Je正偏正偏 T放大放大 Jc反偏反偏vo = VC1 - - VC2 = 0 可实现可实现 0输入输入 0输出输出 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路50 vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 Re - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - - vo T1

59、T2 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 2、抑制零点漂移的原理抑制零点漂移的原理 原理原理1对称对称 原理原理2负反馈负反馈(Re调节作用调节作用)T IC1 VC1 VC1vo = VC1 - - VC2 = 0IC2 VC2 VC2=VE =Re (IE1 + IE2)VBE2 理论：完全对称理论：完全对称实际：不完全对称，有偏差实际：不完全对称，有偏差VBE1 直接耦合放大器的主要问题直接耦合放大器的主要问题51 vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 Re - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - -

60、vo T1 T2 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 3、主要指标分析计算、主要指标分析计算 （微变等效电路）（微变等效电路） 差分工作原理（定性分析）差分工作原理（定性分析） 动态分析思路动态分析思路 双端输入双端输入 单端输入单端输入2=idici1vvv 2vvvidici2= 分析思路：叠加定理分析思路：叠加定理2=idi1vv 2=idi2vv ici1= vvici2= vvi2i1oidoVD=vvvvvA 差模电压增益差模电压增益共模电压增益共模电压增益i2oi1oicoVC=vvvvvvA icVCidVDooo=vAvAvvv 总输出电压总输出电压52 vi1