电路与电子学5.7(1).

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通常包括输入级、中间级、推动级和输出级几个部分。分。5.7 多级放大电路多级放大电路信信号号源源输入输入负负载载输出输出输入级输入级中间级中间级推动级推动级输出级输出级多级放大器多级放大器 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如下多级放大电路框图如下由传感器送来推动执行机构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，放大器中各级之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间，放大器与负载之间的连接方式连接方式。l 最

2、最常用的耦合方式有三种常用的耦合方式有三种:直接耦合直接耦合阻容耦合阻容耦合变压器变压器耦合耦合 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，放大器与信号源或放大器各级之间，放大器与信号源或负载负载直接连接起来，或者经电阻等能通过直流的元件直接连接起来，或者经电阻等能通过直流的元件连接起来的方式。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，没有电抗性元件，能放大交流能放大交流信号、变化极其缓慢的超低频信号和直流信号。信号、变化极其缓慢的超低频信号和直流信号。l 应用：应用：现代集成放大器的内部电路都是采用直接耦合现代集成放大器的内部电路都是

3、采用直接耦合方式。方式。这种耦合方式得到越来越广泛的应用。这种耦合方式得到越来越广泛的应用。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 UC1=UB2=0.7V,使使T1管临界饱和状态管临界饱和状态C1B2采用以下方法解决上述问题采用以下方法解决上述问题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，因此要越大，电压放大倍数的损失也越大，因此要进一进一步改进电路。步改进电路。 lUCE

4、1=UBE2+IE2Re2， 使使UCE1增加增加。提高第级管的集电极电位提高第级管的集电极电位Rb1Rb2Rc1Rc2RLUIT1T2Uo+Uo(a) 后级发射极接电阻后级发射极接电阻+Re2_+_+VCCRe2的接入使第二级电路的接入使第二级电路c1B2l 而而rz比较小，信号电流在动态电阻上产生的压降也比较小，信号电流在动态电阻上产生的压降也小小，因而对信号的反馈作用小，不会引起放大倍，因而对信号的反馈作用小，不会引起放大倍数的显著下降。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)来来说，说，稳压管等效于它稳压管等效

5、于它的动态电阻的动态电阻rz。Rb1Rb2Rc1Rc2RLUIT1T2Uo+Uo(b) 后级发射极接稳后级发射极接稳压管压管+Rz_+_UzDz+_+VCC把第二级的电阻用稳压管代替把第二级的电阻用稳压管代替l 而而rd比较小比较小，信号电流在动态电阻上产生的压降也小，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，因而对信号的反馈作用小，不会引起放大倍数的显著不会引起放大倍数的显著下降。下降。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，可可以增大以增大UCE1。l对于信号对于信号(变化量变化量)来说，来说，二极管等效二极管等效于它的动态电阻

6、于它的动态电阻rd。(c) 后级发射极接二极管Rb1Rb2Rc1Rc2RLUIT1T2Uo+Uo+UD_+_+_D+VCC第二极的电阻用二极管代替第二极的电阻用二极管代替UCE1上述措施出上述措施出现的新问题现的新问题l电电路可知，路可知，T2管管的的基极基极电位电位lUB2=UC1UB1UC2 =UCE2+UD(c) 后级发射极接二后级发射极接二极管极管Rb1Rb2Rc1Rc2RLUIT1T2Uo+Uo+UD_+_+_D+VCCl集集电极电极电位电位C1B2C2=UCE2+UC1(UB2)UBE2UC1l出现的新问出现的新问题是：题是：各级基级和集电极电位比前一级各级基级和集电极电位比前一级

7、抬抬高高，电源电压有限，使放大后的各级动态范围减小，电源电压有限，使放大后的各级动态范围减小l在实际应用中，在实际应用中，放放大器大器在在输入信号为零时输入信号为零时，输，输出端直出端直流电位应流电位应该为该为零。零。l因此要求在直接耦因此要求在直接耦合电合电路路中中必须采取电必须采取电位移位移动措施。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UORb1Rb2Rc1Re2Rc2UIT1T2NPN-PNP直接耦合电路直接耦合电路UC2-VCC+VCC+_+_零零点漂移问题点漂移问题 l 在直接耦合放大电路中，在直接耦合放大电路中，当输入信号为零时，输出电压当输入信号为零时

8、，输出电压会随时间改变出现忽大忽小不规则的变化会随时间改变出现忽大忽小不规则的变化，如下图如下图所示。所示。输输入电压为零，输出电压偏离静态值的变化称为入电压为零，输出电压偏离静态值的变化称为零点漂移零点漂移。UOt (h)0零点漂移现象零点漂移现象l 衡衡量放大器零点漂移的大小量放大器零点漂移的大小不能单纯看输出零漂电压的不能单纯看输出零漂电压的大小，还要大小，还要看它的的放大倍数看它的的放大倍数。 l 放大倍数越高，输出零漂电压就越大放大倍数越高，输出零漂电压就越大，所以，所以零漂一般都零漂一般都用输出零漂电压折合到输入端来衡量用输出零漂电压折合到输入端来衡量，称为，称为输入等效零输入等效

9、零漂电压。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，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，也就是说，输入信号电压若小于输入信号电压若小于1mV，则会被零漂电压，则会被零漂电压完全淹没。完全淹没。 输输入电压为零，输出电压偏离静态值的变化称为入电压为零，输出电压偏离静态值的变化称为零点漂移零点漂移。l放大器产生放大器产生零点漂移的原因零点漂移的原因l 除了元件参数的老化、电源电压的波动以外除了元件参数的老化、电源电压的波动以外，最主要最主要的是温度对晶体管参数的影响的是

10、温度对晶体管参数的影响所造成的静态工作点波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，必须提高放大倍数的同时，必须减小输入级的零点漂移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

11、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时的输入等效零漂电压为温漂指标。标。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 采用采用高质量的电阻元件高质量的电阻元件，并通过，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 采用采用高稳定度的稳压电源高稳定度的稳压电源；l 采用采用高质量的硅晶体管高质量的硅晶体管；l 采用采用温度补偿电路温度补偿电路，即如第五节所介绍的二极管温度，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来进行温度补偿差动式放大电路来进行温度补偿

12、，这是一种十分，这是一种十分有效的方法。有效的方法。 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，放大器与信号源，放大器与负载采用用电阻和电容电阻和电容的的连接来连接来传送信号。这种方式称为传送信号。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出信号通过耦合电容耦合电容C2传送到第二级的输入电阻传送到第二级的输入电阻上，上，即级间也采用了即级间也采用了阻容耦合阻容耦合方方式。式。Rb1Rb2Rc1Rc2RLT1T2C1C2+VCC+_+_UiUoC3l阻

13、容耦合方式的优点阻容耦合方式的优点l 由于由于电容具有隔直作用电容具有隔直作用，因此，因此各级电路的直流通路互不各级电路的直流通路互不相通相通，即每一级的静态工作点彼此独立。避免了温漂信，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。号的逐级放大和传送。l 在在温漂温漂指标方面，指标方面，阻容耦合方式要优越于直接耦合阻容耦合方式要优越于直接耦合方式。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。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

14、传送传送缓慢变化的信号缓慢变化的信号，这时，这时耦合电容阻碍了信号的传耦合电容阻碍了信号的传递递。l 另外，由于集成工艺难以制作另外，由于集成工艺难以制作大容量的电容器大容量的电容器，因此，因此阻容耦合方式还阻容耦合方式还不能应用于集成放大器的内部不能应用于集成放大器的内部电路。电路。 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，采用信号源和负载之间，采用变压器耦合变压器耦合来传送交流信号。来传送交流信号。这种耦合方式可以这种耦合方式可以实现阻抗的变换实现阻抗的变换。 l 但由于但由于变压器体积大、笨重

15、，而且也不能放大缓慢变变压器体积大、笨重，而且也不能放大缓慢变化的信号化的信号，因此这种耦合方式，除了有时应用于功率，因此这种耦合方式，除了有时应用于功率输出级之外，在一般低频放大器中己经很少使用。输出级之外，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 =IB2c2LCE2C2CCCE

16、2)(RRUIVU 静态工作点的分析计算静态工作点的分析计算Rb1Rb2Rc1Rc2RLIB1T1T2IC1直接耦合电路的直流通路直接耦合电路的直流通路+VCCIB2IC2Rb1Rb2Rc1Rc2RLUIT1T2Uo+Uo+VCC+_UOIIUIIB1IB21IB12IB2UO1RiRi 2Rbrbe1Rc1rbe2Rc2RL+_+_+_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

17、)UO-1)O(nOO1O2IO1IOuUUUUUUUUA nkAAAAA1ukunu2u1ul式中式中Au k（k=1，2，n）为每一级）为每一级的电压放大倍数。的电压放大倍数。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等于各级电路的等于各级电路的电压放大倍数的乘积，即电压放大倍数的乘积，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，必须考虑后级对前级的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。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电阻，是把后级的输入电阻作为前级的负载电阻，即即RLk = Ri(k+1)

18、（k=1，2，n1）。）。l 另一种方法另一种方法是把前级的输出电阻最为后级的信号源内阻。是把前级的输出电阻最为后级的信号源内阻。l 两种方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对于图中的两级放大电路，可以写出第二级的输入电阻为阻为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 UOIIUIIB1IB21IB12IB2UO1RiRi 2Rbrb

19、e1Rc1rbe2Rc2RL+_+_+_Rb2l 第二级的电压放大倍数为第二级的电压放大倍数为 be2Lc12O1Ou2)/(rRRUUA 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 UOIIUIIB1IB21IB12IB2UO1RiRi 2Rbrbe1Rc1rbe2Rc2RL+_+_+_Rb2)/(be1b1b2IIi1irRRIURR Ro = Ro2 = Rc2 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 UOIIUIIB1IB21IB12IB2UO1R

20、iRi 2Rbrbe1Rc1rbe2Rc2RL+_+_+_Rb2Rb1Rb2Rb3Re2Rc2C1C2C3C4RL+VCCT1T2300k20k3.3k2k40k2k(+12V)UoUi+_+_(a) 放大电路放大电路Re13k例：图例：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：计。各电容的容量足够大。求：计算各级的静态工作点；计算算各级的静态工作点；计算 ，Ri和和Ro。uA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，根据直所示，根据直流通路计算静态工作流通路

21、计算静态工作点。点。 )mA(025. 03513007 . 012)1(e1b1BECCB1Q RRUVI IC1Q =IB1Q =1.25(mA) IE1Q = (1+) IB1Q = 1.27(mA)UCE1Q = VCCIE1Q Re1 = 121.273= 8.18(V)Rb1IB1IE1Re1T1+VCC(b) 第一级直流通路第一级直流通路l 第第一级：一级： 第二级：第二级： )V(420401220b3b2CCb3B2 RRVRU)mA( 13 . 37 . 04e2BEB2E2Q RUUI)mA(0196. 05111E2QB2Q IIIC2Q =IB2Q = 500.0196 = 0.98(mA)UCE2Q = VCCIC2Q ( Rc2 + Re2 ) = 120.98( 2+3.3 ) = 6.8(V)Rb2IB2IE2Re2T1+V