第三章多级放大电路111

模拟电子技术基础主讲：物理与电子工程学院周功明第3章多级放大电路结束§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

第三章多级放大电路教学要求重点：是多级放大电路的祸合方式及其特点,多级放大电路的动态参数与组成它的各级电路的关系,差分放大电路工作原理和静态工作点、差模放大倍数、共模放大倍数、共模抑制比、输入电阻、输出电阻的分析和估算,互补输出级的工作原理。难点：是组成多级放大电路的各级电路的输入电阻和输出电阻对多级放大电路动态参数的影响,单端输出差分放大电路静态和动态的分析,为什么在直流信号作用时的输出电压需用交流等效电路来分析等问题。第3章多级放大电路结束耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。耦合：即信号的传送。第一级放大电路输

入

输

出第二级放大电路第

n级放大电路……

第

n-1

级放大电路功放级§3.1多级放大电路的耦合方式第3章多级放大电路结束多级放大电路对耦合电路要求：1.静态：保证各级Q点设置合适2.动态:传送信号。

要求：波形不失真，减少压降损失。

第3章多级放大电路结束3.1.1直接耦合一、直接耦合放大电路静态工作点的设置图3.1.1直接耦合放大电路静态工作点的设置一.直接耦合优点

各级放大器静态工作点相互影响

输出温度漂移严重。缺点

低频特性好，可放大缓慢变化的信号。

电路中无电容，便于集成化。前一级的输出端直接连接到后一级的输入端。缺陷：T1管的UCE1等于T2管的UBE2=0.7V，使T1管饱和失真。加入一个参数合适的电阻Re2，使得UCE1=UBE2+URe2>0.7V，使得T1管能工作在放大区。解决方法直接耦合放大电路静态工作点的设置直接耦合放大电路静态工作点的设置缺陷：加入Re2后，使第二级的电压放大倍数大大下降，影响放大倍数可用二极管或稳压管替代电阻Re2两者的动态电阻很小，对放大倍数的影响不大。加限流电阻R调节电流，使稳压管能工作在反向击穿稳压状态。直接耦合放大电路静态工作点的设置由于直接耦合多级放大电路前级输出电压UCE等于后级输入电压UBE，随着放大电路的级数增加电压UBE也必需越来越大，这很难用加入电阻、二极管或稳压管来调节，但可以根据NPN型管和PNP型管的对偶特性，利用NPN型管和PNP型管交替使用的方法来解决。加限流电阻R调节电流，使稳压管能工作在反向击穿稳压状态。直接耦合放大电路静态工作点的设置由于直接耦合多级放大电路前级输出电压UCE等于后级输入电压UBE，随着放大电路的级数增加电压UBE也必需越来越大，这很难用加入电阻、二极管或稳压管来调节，但可以根据NPN型管和PNP型管的对偶特性，利用NPN型管和PNP型管交替使用的方法来解决。VB1VC3VB3VC1VB1VB2VC2VB4VC4NPN型NPN型PNP型PNP型<

VC1>VC2>

VC4=VB2=VB4<

VC3=VB3优点：

各级放大器静态工作点独立。

输出温度漂移比较小。缺点：

不适合放大缓慢变化的信号。

不便于作成集成电路。前一级的输出端通过电容连接到后一级的输入端。二.阻容耦合前一级的输出端通过变压器连接到后一级的输入端或负载上。优点

各级放大器静态工作点独立。

输出温度漂移比较小。缺点

不适合放大缓慢变化的信号。

笨重，不便于作成集成电路。容易实现阻抗变换。三.变压器耦合第3章多级放大电路结束优点：1.各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算；2.电路的分析、设计和调试方便；3.可实现阻抗变换。抗干扰性能好，可实现远距离控制四.光电耦合第3章多级放大电路结束2、光电耦合放大电路图3.1.6光电耦合放大电路第3章多级放大电路结束图3.2.1多级放大电路方框图§3.2多级放大电路的动态分析1.静态分析：确定各级静态工作点2.动态分析：•

前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗•

后级的输入阻抗是前级的负载多级放大电路的特点：两级之间的相互影响一.电压放大倍数（以两级为例）扩展到n级：注意：在算前级放大倍数时，要把后级的输入阻抗作为前级的负载！3.2多级放大电路的分析设：1=2==100，UBE1=UBE2=0.7

V。例1：两级放大电路如下图示，求Q、Au、Ri、Ro解：（1）求静态工作点设：1=2==100，UBE1=UBE2=0.7

V。（2）求电压放大倍数先计算三极管的输入电阻画微变等效电路：电压放大倍数：在算前级放大倍数时，要把后级的输入电阻作为前级的负载！Ri2求输入电阻Ri=Ri1=rbe1//Rb1//Rb2

=2.55k（4）求输出电阻RO=RC2

=4.3k第3章多级放大电路结束设:

1=2=50,rbe1=2.9k,rbe2=1.7k

前级后级+VCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1

CET2举例2：第3章多级放大电路结束关键:考虑级间影响。1.静态:

Q点同单级。2.动态性能:方法:ri2=RL1

ri2

+VCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1

CET2第3章多级放大电路结束考虑级间影响2ri

,

ro

:概念同单级

1rirori2

+VCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1

CET2第3章多级放大电路结束微变等效电路:

ri2

+VCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1

CET2RE1

R2

R3

RC2

RLRSR1

第3章多级放大电路结束1.ri

=R1//[rbe1

+（

+1)RL1']

其中:RL1=RE1//ri2=RE1//R2//R3

//rbe1=RE1//RL1

=RE1//ri2=27//1.71.7k

ri

=1000//(2.9+51×1.7)82k

2.ro

=RC2=10k

RE1

R2

R3

RC2

RLRSR1第3章多级放大电路结束3.中频电压放大倍数:其中：RE1

R2

R3

RC2

RLRSR1第3章多级放大电路结束RE1

R2

R3

RC2

RLRSR1第3章多级放大电路结束多级阻容耦合放大器的特点：(1)由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。(2)前一级的输出电压是后一级的输入电压。(3)后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(4)总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。(5)总输入电阻

Ri即为第一级的输入电阻Ri1。(6)总输出电阻Ro即为最后一级的输出电阻Ron

。由上述特点可知，射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能。第3章多级放大电路结束例3：放大电路由下面两个放大电路组成。已知EC=15V

，R1=100k，

R2=33k

，RE1=2.5k，RC=5k，1=60，；RB=570k，RE2=5.6k，

2

=100，RS=20k

，RL=5k

+VCC

R1

RC

C11

C12R2

CE

RE1

ui

riuo

T1放大电路一RB

+VCC

C21

C22

RE2

ui

uo

T2放大电路二第3章多级放大电路结束求直接采用放大电路一的放大倍数Au和Aus。若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数Au、ri和ro

。若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，求放大倍数Au和Aus

。+VCC

R1

RC

C11

C12R2

CE

RE1

ui

riuo

T1RB

+VCC

C21

C22

RE2

ui

uo

T2第3章多级放大电路结束ri=

R1//R2//rbe

=1.52k

(1)由于RS大，而ri小，致使放大倍数降低；(2)放大倍数与负载的大小有关。例：

RL=5k时,Au=-93；RL=1k时,Au=-31。求直接采用放大电路一的放大倍数Au和Aus。+VCC

R1

RC

C1

C2R2

CE

RE

RL

ui

uo

us

RS

riT1第3章多级放大电路结束2.若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数Au、ri和ro

。

us

RS

RB

+VCC

C22

RE2

uo

T2RL

R1

RC

C11

R2

CE

RE1

ui

riT1rbe2=2.36k

rbe1=1.62k

ro1=RC=5k

第3章多级放大电路结束第3章多级放大电路结束讨论：带负载能力。2.输出不接射极输出器时的带负载能力：RL=5k时：

Au=-93RL=1k时：

Au=-31即当负载电阻由5k变为1k时，放大倍数降低到原来的92.3%放大倍数降低到原来的30%RL=5k时：

Au1=-185，Au2=0.99，ri2=173k

Au=Au1Au2=-183RL=1k时：

Au1=-174，Au2=0.97，ri2=76k

Au=Au1Au2=-1691.输出接射极输出器时的带负载能力：第3章多级放大电路结束3.若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，求放大倍数Aus。

Au2=-93ri2=1.52k

Au1=0.98ri=101k

+VCC

R1

RC

C12R2

CE

RE1

riuo

T1ui

RB

C21

RE2

T2us

RS

第3章多级放大电路结束输入不接射极输出器时：

可见，输入接射极输出器可提高整个放大电路的放大倍数Aus。第3章多级放大电路结束例题4：设gm=3mA/V，=50，rbe=1.7k

前级:场效应管共源极放大器

后级:晶体管共射极放大器求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。+VCCRS3M(+24V)R120k10kC2C3R4R3RLRE282k43k10k8k10kC1RCT1RE1

CE2T2CE1RD

10kR21M第3章多级放大电路结束（1）估算各级静态工作点:（略）（2）动态分析:

微变等效电路

首先计算第二级的输入电阻：

ri2=

R3//R4//rbe=82//43//1.7=1.7k

R3R4RCRLRSR2R1RDrbe

gds第3章多级放大电路结束第二步：计算各级电压放大倍数R3R4RCRLRSR2R1RDrbe

gds第3章多级放大电路结束第三步：计算输入电阻、输出电阻ri=R1//R2=3//1=0.75M

ro=RC=10k

R3R4RCRLRSR2R1RDrbe

gds第3章多级放大电路结束第四步：计算总电压放大倍数Au=Au1Au2=(-4.4)(-147)=647R3R4RCRLRSR2R1RDrbe

gds第3章多级放大电路结束阻容耦合电路的频率特性：fA耦合电容造成三极管结电容造成采用直接耦合的方式可降低放大电路的下限截止频率，扩大通频带。下面将要介绍的差动放大器即采用直接耦合方式。第3章多级放大电路结束ui

RC1

R1

T1

+VCC

uo

RC2

T2

R2

RE2

§3.3直接耦合放大电路3.3.1直接耦合放大电路的零点漂移现象一、零点漂移现象及其产生的原因1.直接耦合的问题：零漂现象2.产生零漂的原因：零漂的衡量方法：由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。输入ui=0时，，输出有缓慢变化的电压产生。将输出漂移电压按电压放大倍数折算到输入端计算。3.3差分放大电路例如若输出有1V的漂移电压则等效输入有100μV的漂移电压假设第一级是关键3.减小零漂的措施用非线性元件进行温度补偿采用差分放大电路等效100uV漂移1V引入直流负反馈，稳定静态工作点第3章多级放大电路结束一、电路的组成及抑制零漂的原理特点：结构对称。ui1

ui2

uo

RC

R1

T1

Rb

RC

R1

T2

Rb

3.3.2差分放大电路+VCC

差分放大电路一.结构:对称性结构即：1=2=

UBE1=UBE2=UBE

rbe1=rbe2=rbe

RC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb第3章多级放大电路结束uo=uC1-uC2

=0uo=(uC1+uC1

)-(uC2+uC2)=0当

ui1

=

ui2=0

时：当温度变化时：+VCC

uo

ui1

RC

R1

T1

Rb

RC

R1

T2

Rb

ui2

第3章多级放大电路结束2.对共模信号的抑制作用

输入信号分类(1)差模(differentialmode)输入ui1=-ui2=ud

(2)共模(commonmode)

输入ui1

=ui2=uC

共模抑制比（Common-ModeRejectionRatio)的定义:KCMRR=KCMRR

(dB)=(分贝)差模电压放大倍数:共模电压放大倍数:第3章多级放大电路结束结论：任意输入的信号:ui1,

ui2，都可分解成差模分量和共模分量。注意：ui1

=uC

+

ud

；ui2=uC-

ud

例:ui1=20mV,ui2=10mV则：ud=5mV,uc=15mV差模分量:共模分量:(1)差动放大电路一般有两个输入端：双端输入——从两输入端同时加信号。单端输入——仅从一个输入端对地加信号。

(2)差动放大电路可以有两个输出端。双端输出——从C1和C2输出。单端输出——从C1或C2

对地输出。3.几个基本概念2/4/2023第3章多级放大电路结束为了使左右平衡，可设置调零电位器:uo

ui1

+VCC

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

ui2

RE–VEE二、长尾式差分放大电路第3章多级放大电路结束1.静态分析

温度T

IC

IE

=2IC

VE

VBE

IB

IC

（1）RE的作用

设ui1

=ui2

=0自动稳定RE具有强负反馈作用uo

ui1

+VCC

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

ui2

RE–VEE——抑制温度漂移，稳定静态工作点。第3章多级放大电路结束uo

ui1

+VCC

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

ui2

RE–VEE（2）Q点的计算直流通路IC1=IC2=IC=IB

UC1=UC2=VCC－IC×RC

UE1=UE2

=－IBQ×Rb－UBE

UCE1=UCE2

=UC1－UE1

IB

IC1

IC2

IB

IE

第3章多级放大电路结束共模输入RE对共模信号起作用，并且iRE=2ie1。uC

ic1、

ic2

iRE

、

uRE

+VCC

uoc

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

RE–VEEuC

uoc2

uoc1

ic1ic2

iRE

uRE

第3章多级放大电路结束共模信号通路:

uoc

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

2REuC1

uoc2

uoc1

ic1ic2

uC2

2RE第3章多级放大电路结束T1单边微变等效电路RC

Rb

2RE

ic1

uc1

uoc1

ib1

ib

ie1

rbe第3章多级放大电路结束KCMRR

AC

0

问题：负载影响共模放大倍数吗？不影响！第3章多级放大电路结束差模输入采用均压器平衡输入RRuo

ui

+VCC

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

RE–VEE2.对差模信号的放大作用第3章多级放大电路结束RE对差模信号作用

ui1

ui2

ib1

,ic1

ib2

,ic2

ic1

=-ic2

iRE

=ie1+

ie2

=0

uRE

=0

RRuo

ui

+VCC

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

RE–VEEib2

ib1

ic2

ic1

iRE

RE对差模信号不起作用第3章多级放大电路结束差模信号通路

T1单边微变等效电路uod1

Rb

B1

E

C1

RC

ib1

ui1

rbe1

ib1

RRuo

ui1

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

ib2

ib1

ic2

ic1

ui2

uod1

uod2

E第3章多级放大电路结束双边微变等效电路图3.3.5差分放大电路加差模信号第3章多级放大电路结束(1)放大倍数

单边差模放大倍数:

uod1

Rb

B1

E

C1

RC

ib1

ui1

rbe1

ib1

第3章多级放大电路若差动电路带负载RL(接在

C1与

C2之间),对于差动信号而言，RL中点电位为0,所以放大倍数：即：总的差动电压放大倍数为：差模电压放大倍数:

RRuod

ui1

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

ib2

ib1

ic2

ic1

ui2

uod1

uod2

E第3章多级放大电路结束ro=2RC

ri

ri

ro

输入电阻：输出电阻：(2)输入输出电阻

RRuo

ui1

+VCC

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

ib2

ib1

ic2

ic1

ui2

uod1

uod2

E第3章多级放大电路结束输入端

接法双端

单端

输出端

接法双端

单端三、差分放大电路的四种接法双端输入——双端输出双端输入——单端输出单端输入——双端输出单端输入——单端输出第3章多级放大电路结束1、双端输入双端输出：Ad

=Ad1

第3章多级放大电路结束2.双端输入——单端输出电路图3.3.7双端输入、单端输出差分放大电路第3章多级放大电路结束图3.3.9对差模信号的等效电路ro=RC

第3章多级放大电路结束3.单端输入——双端输出电路图3.3.11单端输入、双端输出电路结论：单端输入双端输出电路与双端输入双端输出电路的静态工作点以及动态参数的分析完全相同。第3章多级放大电路结束4.单端输入——单端输出电路图3.3.12单端输入、单端输出电路(1)差模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：

差动放大器动态参数计算总结双端输出时：单端输出时：

(2)共模电压放大倍数

与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：双端输出时：单端输出时：

(3)差模输入电阻不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。单端输出时，双端输出时，

(4)差模输出电阻(5)共模抑制比

共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。或双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比：第3章多级放大电路结束结论：1.四种接法的电路，输入电阻均为2.差模增益Ad、共模增益Ac、输出电阻Ro与输出方式有关。3.单端输入信号可分解为一对差模信号uId和一对共模信号uId/2。第3章多级放大电路结束四、改进型差分放大电路第3章多级放大电路结束RRuo

ui1

RC

T1

Rb

RC

T2

Rb

ib2

ib1

ic2

ic1

ui2

E+VCC

电路结构:IC3

R2

T3

R1

R3

-VEE

第3章多级放大电路结束

rce3

1M

恒流源

T3:放大区uCE

IB3

iC

UCE3

IC3

Q

UCE3

静态分析：主要分析T3管。VB3VE3

IE3

IC3第3章多级放大电路结束结论：恒流源电路在不高的电源电压下既为差分放大电路设置了合适的静态工作电流，又大大增强了共模负反馈作用，使电路具有更强的抑制共模信号的能力。第3章多级放大电路结束图3.3.14恒流源电路的简化画法及电路调零措施第3章多级放大电路结束图3.3.15场效应管差分放大电路第3章多级放大电路结束1.恒流源相当于阻值很大的电阻。2.恒流源不影响差模放大倍数。3.恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比是无穷大。恒流源的作用第3章多级放大电路结束3.3.3直接耦合互补输出级一、基本电路图3.3.16互补输出级的基本电路及其交越失真第3章多级放大电路结束二、消除交越失真的互补输出级图3.3.17消交越失真的互补输出级第3章多级放大电路结束第3章多级放大电路结束图3.3.18采用复合管的准互补级输出第3章多级放大电路结束3