多级放大电路与功率放大电路应

1、多级放大电路与功率放大电路应第一页，共49页。第3章 多级放大电路及功率放大电路3.1多级放大电路的耦合方式及其特点3.2多级放大电路的分析3.3功率放大电路的主要特点及类型3.4OCL互补对称功率放大电路2第二页，共49页。3.1多级放大电路的耦合方式多级放大电路的提出多级放大电路的级间耦合方式及其特点3.2多级放大电路的分析多级放大电路的静态分析多级放大电路的动态分析教材3.13第三页，共49页。多级放大电路的提出一、单管放大电路的局限性基本放大电路：共射(源)、共集(漏)、共基(栅)。1.放大倍数不足够大(几十到上百倍)。2.从Ri、Ro、Au 、fbw指标衡量，没有一个是完美的。解决的

2、办法：一是复合管放大电路，二是组合放大电路，三是多级放大电路。多级放大电路：是指多个基本放大电路合理连接所构成的电路。组成多级放大电路的每一个基本放大放大电路称为一级。4第四页，共49页。二、多级放大电路的组成1.输入级接信号源，要求尽可能多的从信号源取得信号。2.中间级要求电压放大倍数尽量高，故称之为电压放大级。可以由复合管放大电路或几级放大电路组成。3.输出级要求带负载能力要强，输出功率大。【问题引导】每一级应该选用什么样的基本放大电路？为电压源时，采用高输入阻抗的放大电路，如共集放大电路、场效应管放大电路、差分放大电路。为电流源时，采用输入阻抗小的共基放大电路。常采用电压放大倍数较大的共

3、射放大电路。应选用共集放大电路、互补对称功率放大电路5第五页，共49页。多级放大电路级间耦合方式及其特点一、放大电路的耦合方式及其要求1.放大电路常见的耦合方式耦合方式：信号源与放大电路之间、级与级之间、放大电路与负载之间的连接方式。常见耦合方式有：阻容耦合、变压器耦合、直接耦合、光电耦合。2.级间耦合方式多级放大电路级与级之间的连接方式称为级间耦合方式。3.对耦合方式要求静态:保证各级放大电路都有合适Q点，实现不失真的放大。动态:保证前级的输出信号尽可能多地传递给后级，尽量减少信号损失。输入信号的性质决定耦合方式。6第六页，共49页。共射电路阻容耦合：级与级之间通过电容器连接起来传送信号。

4、bcbe共集电路优点各级静态工作点相互独立；缺点低频特性差(不能放大变化缓慢的信号或直流信号)；电路的分析、设计和调试方便二、阻容耦合放大电路特点：能有效地传输交流信号；体积小，成本低。不便于集成。仅在分立元件交流放大电路中采用。传递交流信号，隔断直流。7第七页，共49页。级与级之间或级与负载之间利用变压器传递交流信号。三、变压器耦合放大电路传递交流信号，隔断直流。特点：优点各级静态工作点相互独立；可以实现阻抗变换。缺点体积大，成本高，无法采用集成工艺；不利于传输低频和直流信号。以前功率放大电路广泛采用此耦合方式。目前基本不用。8第八页，共49页。四、直接耦合放大电路级与级之间直接连接。第二级

5、第一级传递传递交、直流信号。1.特点优点低频特性好(可放大交流和缓慢变化及直流信号)；便于集成。缺点各级静态工作点相互影响。既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻UCE1UBE2出现零点漂移现象。输入为零，输出产生变化的现象【问题引导】Q1合适吗？ 0.7V接近饱和区级间直流电位匹配问题 零点漂移问题两个特殊问题:9第九页，共49页。2.直接耦合多级放大电路静态工作点的设置 采用提高后级射极电位实现级间电位匹配后级射极接电阻Re2或二极管。保证前级集电极有较高的静态电位。但后级放大倍数严重下降。用二极管正向连接代替Re2 。二极管静态时压降为0.7V，可提高UCEQ1，动态时( 工作在交

6、流时 ) 正向电阻很小，相当于T2的Re2很小后级射极接稳压二极管。根据前一级c-e之间的静态的管压降选择稳压管的稳压值 。稳压管动态电阻很小，可以使第后级的放大倍数损失小。 UCQ2= UCB2 + UBQ2 = UCB2 + UCQ1 UC1 UCQ1=UBQ2随着级数的增加，后级集电极电位逐级升高，以至于接近电源电压，Q点不合适。这种方式只适用于级数较少的电路。10第十页，共49页。 采用NPNPNP管混合使用实现级间电位匹配NPN型管的电压极性与PNP刚好相反。UB1UC1UB2UC2UBQ1 UCQ1 UCQ2 UBQ2 UCQ2 UCQ1 级间采用NPN管和PNP管搭配的方式，可避

7、免集电极电位的逐级升高，获得合适的工作点。为经常采用的方式。11第十一页，共49页。T1c+uDDiDT2ice-光电耦合器 发光二极管，光强随电流iD而变化，即把电能转化为光能，作为输入回路。 光电三极管，受光照射可产生电流iC (把光能转化为电能)，作为输出回路。前级的输出信号通过光电耦合器传输到后级的输入端。由于前后级的电气部分完全隔离，所以能有效地抑制电干扰。应用越来越广泛。uCE/ViC /mAOID3ID1ID2ID4光电耦合器的传输特性与三极管的传输特性曲线相似，输入电流iD相当于三极管的基极电流iB，只要uCE足够大，i C只随iD按正比例变化优点：前后级静态工作点相互独立，互

8、不影响；便于集成。缺点：受温度影响较大。五、光电耦合12第十二页，共49页。图红外光耦合话筒电路集成光电耦合放大电路，具有较强的放大能力。13第十三页，共49页。级间耦合的优、缺点及应用比较 耦合方式 优 点 缺 点 应 用 直流或交流放大，分立或集成电路。 可放大直流及缓慢变化的信号，低频响应好 便于集成 有严重的零点漂移问题 各级Q不独立，设计计算及调试不便直接耦合 阻容耦合 各级Q独立 体积小成本低 无法集成传输交流信号损失小，增益高 不能放大直流及缓慢变化的信号，低频响应差交流放大 分立电路 变压器耦合 无法集成功率放大 调谐放大 高频和低频响应差 体积大，笨重 各级Q独立 可以改变交

9、流信号的电压、电流和阻抗 14第十四页，共49页。3.2多级放大电路的分析多级放大电路的静态分析一、直接耦合多级放大电路的静态分析各级之间的直流通路相连，静态工作点相互影响。列出直流通路中各个回路的方程，然后解方程组得Q点。实际应用时，采用各种计算机软件辅助分析。二、阻容耦合或变压器多级放大电路的静态分析由于级间耦合电容或变压器的隔直作用，各级静态工作点相互独立。每一级Q点按单管放大电路求解。15第十五页，共49页。前级的输出是后级的输入1.多级放大电路的总电压放大倍数等于组成它的各级放大电路电压放大倍数的乘积。多级放大电路的动态分析一、电压放大倍数2.多级放大电路的源电压放大倍数=16第十六

10、页，共49页。将后一级的输入电阻作为前一级的负载，计算时将后一级的输入电阻与前一级集电极负载电阻并联处理。3.各级电压放大倍数的求解输入电阻法：开路电压法：将后一级与前一级之间开路，计算前一级的开路电压和输出电阻，作为后一级的信号源和内阻，共同作用到后一级的输入端。17第十七页，共49页。输入电阻1.输入电阻RiRo二、多级放大电路的输入、输出电阻多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻。2.输出电阻多级放大电路的输出电阻就是输出级的输出电阻。多级放大电路输出波形失真时，应首先判断从哪一级开始产生失真，然后再判断失真的性质。在前级所有电路均无失真的情况下，末级的最大不失真输出电压就是整个电路

11、的最大不失真输出电压。18第十八页，共49页。2012年注册电气工程师(发输变电)执业资格考试专业基础第25题在图示放大电路中，1=2=50，rbe1=rbe2=1.5k，Ube1=Ube2=0.7V，各电容器的容量均足够大。当输入信号us=4.2sin(t)mV时，电路实际输出电压的峰值为：（A）3.3V （B）2.3V （C）2.0V （D）1.8V=47k/5.1k/1.5k=1.13k=-28=-55817放大器输出电压幅度3.43V与答案A最接近，应选答案A19第十九页，共49页。幅频响应：相频响应：多级放大电路总的对数增益等于各级对数增益之和。三、多级放大电路的频率响应1.多级放大

12、电路频率特性的定性分析表达式总的相移等于各级相移之和。波特图只要把各级特性曲线在同一横坐标上的纵坐标相加，就可描绘出多级放大电路的幅频特性与相频特性。以两级放大电路为例。教材4.520第二十页，共49页。每级为具有相同频率特性的阻容耦合共射放大电路。幅频特性fOfL1fH1-20dB/十倍频一 级3 dB将单级频率响应的纵坐标值加大一倍。二 级-40dB/十倍频6 dB3dBfbw1fLfH当f=fL1和f=fH1时，增益下降6dB 。fL fL1， fH 0VT1导通，T2截止，电流通路为 +VCCT1RL地。ui 0VT1截止，T2导通电流通路为地 RL T1 -VCC 。二、工作原理1.

13、静态分析UB= UE=02.动态分析正、负电源交替供电，两个晶体管轮流导通，输出与输入之间双向跟随，负载电阻上得到近似正弦波。带负载能力强，直流功耗等于零，零输入零输出，Uom最大37第三十七页，共49页。三、OCL乙类互补对称功率放大电路的分析计算1.输出功率输出电压与输入电压的关系 输出电压与电源的关系 任意状态：极限状态：理想状态：最大不失真输出功率大功率管的UCES常为23V。38第三十八页，共49页。2.直流电源提供的平均功率信号幅度设为Uom时，乙类OCL功放负载电压、电流瞬时值各为io正电源Vcc仅在信号正半周工作， 正电源Vcc供给的直流平均功率负电源Vcc仅在信号负半周工作，

14、同理，可得负电源Vcc供给的平均功率信号在一个周期内，电源Vcc供给的直流平均功率39第三十九页，共49页。io输出不满幅时乙类OCL功放效率任意状态：极限状态：理想状态：3.效率输出满幅时(理想状态下)乙类功放效率达到最大值40第四十页，共49页。选择依据是三极管的三个极限参数。三、OCL功率放大电路中晶体管的选择 集电极最大允许耗散功率 PCM管耗管耗是输出电压幅值UOM的函数。最大管耗的条件Po最大时，管压降最小； Po最小时，集电极电流最小；这两种情况管耗都不大。最大管耗(理想状态)管耗不是在满幅输出时最大而是大约64%幅度输出时达到最大。41第四十一页，共49页。当ui0时，T1管导

15、通、 T2 管截止。T2管集-射电压当ui 0 ，( 至 )T1微导通 充分导通 微导通； T2微导通 截止 微导通。当 ui 0 ，( 至 )，T2微导通 充分导通 微导通； T1微导通 截止 微导通。uB1 UD1+ uiuB2 -UD2 +ui由于T1和T2的静态电流很小，静态功耗极小。忽略静态功耗，甲乙类OCL电路的Po、PT、PV和PTm仍然按照乙类OCL电路功放计算公式进行估算，不再赘述。46第四十六页，共49页。RLT1ui+_+ VCC_T2uo+_TR1R3R4R2VCC两互补功率管并联晶体管，给功率管建立偏置电流。2.利用UBE倍增电路偏置的互补对称电路(1)电路组成(2)UBE电压倍增原理 B1 B2UBE可认为是定值， R3、R4不变时，UCE是定值，可看作是一个直流电源。利用晶体管与互补管发射结并联时直流分流大、交流分流小的特点，建立较小的偏置电流，消除交越失真。在集成电路中采用。在动态的时R3和R4电阻上的动态电压可