数电模电路-模电课件第三章

1第三章多级放大电路实际应用中，对Ri、Au、Ro、f同时有要求时，简单基本放大电路已经不能满足要求，常常需要将多个基本放大电路合理连接、构成多级放大电路。内容提要：3.1多级放大电路的耦合方式3.2多级放大电路的动态分析3.3直接耦合放大电路3.4Multisim应用举例23.1多级放大电路的耦合方式组成多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级，级与级之间的连接称为级间耦合。多级放大电路中4种常见的耦合方式为：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。3一、直接耦合——将前一级的输出端直接接到后一级的输入端。例：共射＋共射图中第二级省去了基极电阻，Rc1既作为第一级的集电极电阻，又作为第二级的基极电阻。（a）UBEQT2＝0.7V＝UCEQ1——T1靠近饱和区，易饱和失真。

（b）T2射极加Re2抬高UCEQ1：直流时UCEQ1＝URE2＋UBEQT2，但交流时Re2使得Au2↓（b＇）T2射极加二极管抬高UCEQ1：直流时UCEQ1＝UD（0.7V）＋UBEQT2＝1.4V，交流时动态电阻duD/diD很小，Au2↓不大，或用2只二极管使得UCEQ1＝2.1V。4（c）T2射极加稳压管抬高UCEQ1：直流时UCEQ1＝UDZ＋UBEQT2，R的存在使得ID>IDmin,保证稳压管工作于稳压状态，可根据所需UCEQ1值选用稳压管。交流时动态电阻duDZ/diDZ很小，Au2↓不大。（a）、（b）、（c）3电路中，均为NPN管构成的共射放大电路，为了保证三极管处于放大状态，必然由于级数的增加需不断抬高Ｔ１的集电极电位、以至于接近电源电压VCC，势必使后级的静态工作点设置不合适。工程实际中常采用NPN＋PNP混合使用的方法解决该问题。↓（d）NPN＋PNP混合使用5直接耦合放大电路特点：缺点：各级直流通路相连，Q点相互影响，设计、调试复杂，零点漂移现象；优点：低频特性良好，便于集成，价格便宜，技术进步、应用广泛6二、阻容耦合——将前一级的输出端通过电容接到后一级的输入端。例：共射＋共集优点：各级Q点相互独立，分析、设计和调试简单易行，只要ω、C足够大，交流信号几乎没有衰减传递到后级；在分立元件电路中应用广泛。缺点：低频特性差，不能放大变化缓慢的信号，集成困难。由于集成电路应用越来越广泛，只有在特殊需要下，由分立元件组成的放大电路中才采用。7三、变压器耦合——将第一级的输出端通过变压器接到后一级的输入端或负载上。基本特点同阻容耦合；突出特点：可以实现阻抗变换，在分立元件功率放大电路中广泛应用。8

实际系统中，如扬声器负载电阻往往很小，直接接到放大电路输出端其电压放大倍数变得很小，无法获得大功率。采用变压器耦合时，原、副边功率相等：根据所需的电压放大倍数，可以选择适当的匝数比，使负载电阻上获得足够大的电压。匹配得当时，负载可以获得足够大的功率。由于集成功率放大电路的发展，只有在需要输出特大功率或实现高频功率放大时，才考虑分立元件构成变压器耦合放大电路。9四、光电耦合以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递，因抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。发光二极管＋光敏三极管P152～思考题P178～自测题一习题3.1103.2多级放大电路的动态分析一个n级放大电路：

其电压放大倍数为：

其中因此当共集放大电路作为输入级时，电路的输入电阻与第二级的输入电阻有关；当共集放大电路作为输出级时，电路的输出电阻与倒数第二级有关。当多级放大电路输出波形产生失真时，应首先确定是在哪一级先出现失真，再判断产生了什么失真。11例3.2.1两级阻容耦合放大电路分析1、Q点：阻容耦合，每一级Q点独立分析122、动态分析P154～思考题习题3.2、3.3作业3.4、3.5133.3直接耦合放大电路工业控制中的很多物理量均为模拟量，如温度、流量、压力、液面、长度等。它们通过各种不同传感器转化成的电量也均为变化缓慢的非周期性信号，而且比较微弱，这类信号采用直接耦合放大电路将其放大最为方便。14一、直接耦合放大电路的零点漂移现象1、零点漂移现象及其产生的原因零点漂移——放大电路输入电压（ui）为零而输出电压（uo）不为零且缓慢变化的现象。产生原因：任何电路参数的变化，如电源电压的波动、元件的老化、半导体元件参数随温度变化等。采用高质量的稳压电源和使用经过老化实验的元件就可以大大减少如电源电压的波动、元件的老化等原因产生的漂移。所以由温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移现象的主要原因，因而也称零点漂移为温度漂移，简称温漂。温漂在阻容耦合放大电路中会被耦合电容所阻断，但在直接耦合放大电路中却会逐级传递、放大，以致与在输出端不能区别有用信号与漂移电压，电路不能正常工作。152、抑制温漂的方法某种意义上，零点漂移就是Q点的漂移，稳定Q点的措施也是抑制温漂的方法。①直流负反馈②温度补偿③差分放大电路（属于温度补偿）16二、差分放大电路或称为差动放大电路，是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路。当uI1、uI2有差别、差动时，才有输出。uI1、uI2两信号的关系可分为：共模信号：大小相等、极性相同差模信号：大小相等、极性相反比较信号：大小、极性任意任意两比较信号都能分为共模信号和差模信号：例：uI1＝10V，uI2＝6VuIc＝8V，uId＝2V171、电路组成差分放大电路是由典型的工作点稳定电路演变而来的：（a）利用射极电阻稳定Q点（b）引入受温度控制的直流电压源V（c）采用对称电路取代V两只完全相同的管子；两半完全对称的电路（共射基本放大电路）；基极输入、集电极输出。因为对称，两半电路零漂相等，uO无零漂。共模输入时，uO＝0，差模输入时uO＝2Au·uId，但是射极电阻Re使得电压放大倍数Au↓18（d）将对称电路的射极电阻合二为一共模输入时，uO＝0，差模输入时Re上的电流正负抵消、无压降，解决了射极电阻Re使得电压放大倍数Au↓的问题（e）引入负直流电压源－VEE——长尾式差分放大电路信号源与电源“共地”对差分放大电路的分析多在理想情况（参数理想对称）下进行。

192、长尾式差分放大电路①Q点20②共模信号输入时Δuc1＝Δuc2→uO＝0，共模放大倍数Ac≈0——共模抑制③差模信号输入时uO＝2Au·uId，差模放大倍数Ad≠0④共模抑制比：理想情况Ac→0，因此KCMR→∞213、长尾式差分放大电路的四种接法输入：单端/双端；输出：单端/双端①双端输入双端输出双端输入信号ui分解到两个输入端：共模成分为ui/2；差模成分为±ui/2㈠Q点分析同前述㈡共模放大倍数Ac≈022㈢差模输入：电压放大倍数只相当于单管，牺牲一只管子的放大倍数换取低零漂。注意：分析时uid＝uid/2―（―uid/2），实际代数据时uid应代（ui1－ui2）；若uid取uid/2、则Ad扩大一倍，实际代数据时uid应代（ui1－ui2）/2。两种取值分析都可以，关键是能够根据输入正确求得输出电压值。uO＝uOd㈣共模抑制比23②双端输入单端输出㈠Q点，直流等效通路中：24㈡共模输入：双端输入信号ui分解到两个输入端的共模成分为ui/2，差模成分为±ui/2。只考虑T1管电路：

此时由于两半电路的输入大小相等、极性相同，由此产生的Re上的电流、电压也应大小相等、极性相同。因此Re上的对地电压应等效为射极电流流经2Re产生的电压。25㈢差模输入：电压放大倍数为双端输出时的一半输入电阻不变输出电阻为双端输出时的一半同理注意：分析时uid＝uid/2―（―uid/2），实际代数据时uid应代（ui1－ui2）；若uid取uid/2、则Ad扩大一倍，实际代数据时uid应代（ui1－ui2）/2。两种取值分析都可以，关键是能够根据输入正确求得输出电压值。uO＝uOd＋uOc＝uid·Ad＋uic·Ac或＝uid/2·2Ad＋uic·Ac㈣共模抑制比可以看出：Re越大则电路性能越好26③单端输入、双端输出ui1＝ui，ui2＝0：

分解到两个输入端的共模成分为ui/2，差模成分为±ui/2——与双端输入时相同。其实无论哪种输入形式，都可以按照公式分解为双端共模、差模的形式。单端输入、双端输出电路的Q点与动态分析与双端输入、双端输出电路完全相同。

uO＝uOd27④单端输入、单端输出Q点与动态分析与双端输入、单端输出电路完全相同。uO＝uOd＋uOc＝uid·Ad＋uic·Ac或＝uid/2·2Ad＋uic·Ac注意：Ri、Ro仅仅针对差模输入时才分析28差分放大电路分析总结：①Ri=2(Rb+rbe)②Ad、Ac、Ro与输出方式有关：单端输出：uO＝uOd＋uOc＝uid·Ad＋uic·Ac或＝uid/2·2Ad＋uic·Ac29双端输出：uO＝uOd③uid＝ui1－ui2，若uid＝（ui1－ui2）/2、则Ad扩大一倍；uic＝（ui1＋ui2）/2。304、改进型差分放大电路①具有恒流源的差分放大电路②恒流源电路的简化画法及电路调零措施31③、场效应管差分放大电路例：3.3.132三、直接耦合互补输出级（OCL）331、基本电路T1—NPN，T2－PNP，参数相同、特性对称①Q时：ui＝0，T1、T2都截截止，uo＝0。②ui为交流正弦波时：ui>0，T1导通、T2截止，T1射极输出器（共集）将正半周信号传给负载RL（无电压放大），此时VCC供电；ui<0，T2导通、T1截止，T2射极输出器（共集）将负半周信号传给负载RL（无电压放大），此时－VCC供电。输入电压幅值足够大时，输出电压最大幅值可达±（VCC－│UCES│），UCES为饱和管压降。（b）图中可见，此电路存在交越失真，消除方法为：合理设置Q点，使Q时T1、T2管已经处于微导通状态。342、消除交越失真的互补输出级①利用二极管消除交越失真Q时：UB1、B2＝UD1＋UD2动态时：二极管动态电阻很小ub1≈ub2≈ui②UBE倍增电路合理选择R3、R4,可以得到任意UBE倍数的电压；也可得到