模拟电子技术基础-童诗白-第三章

第三版童诗白第三版童诗白第三章多级放大电路3.1多级放大电路的耦合方式3.3直接耦合放大电路3.2多级放大电路的动态分析第三版童诗白第三版童诗白第三版童诗白本章重点和考点：1、掌握多级放大电路的耦合方式，为集成电路的学习打好基础2、掌握直接耦合放大电路中差分放大电路的组态及动态参数的计算3、了解多级放大电路中的互补输出级

本章教学时数：4学时

第三版童诗白第三版童诗白第三版童诗白第三版童诗白本章讨论的问题：1.单管放大电路为什么不能满足多方面性能的要求？2.如何将多个单级放大电路连接成多级放大电路？各种连接方式有和特点？3.直接耦合放大电路的特殊问题是什么？如何解决？4.差分放大电路与其它基本放大电路有什么区别？为什么它能抑制零点漂移？5.直接耦合放大电路输出级的特点是什么？如何根据要求组成多级放大电路？3.1多级放大电路的耦合方式将多个单级基本放大电路合理联接，构成多级放大电路组成多级放大电路的每一个基本电路称为一级，级与级之间的连接称为级间耦合。四种常见的耦合方式：

直接耦合阻容耦合变压器耦合光电耦合3.1.1直接耦合图3.1.1（a)两个单管放大电路简单的直接耦合特点：

(1)可以放大交流和缓慢变化及直流信号；

(2)便于集成化。

(3)各级静态工作点互相影响；基极和集电极电位会随着级数增加而上升；

(4)零点漂移（如何克服）。Rc1Rb1+VCC+T1+Rc2Rb2T2第三章多级放大电路一、直接耦合放大电路静态工作点的设置改进电路—(b)电路中接入Re2，保证第一级集电极有较高的静态电位，但第二级放大倍数严重下降。

改进电路—(c1)稳压管动态电阻很小，可以使第二级的放大倍数损失小。但集电极电压变化范围减小。DZRc1Rb1+VCC+T1+Rc2RT2(c)Rc1Rb1+VCC+T1+Rc2Re2T2(b)第三章多级放大电路改进电路—(c2)+VCCRc1Rb1+T1+Rc2Rb2T2Dz改进电路—(d)

可降低第二级的集电极电位，又不损失放大倍数。但稳压管噪声较大。

NPN管和PNP管混合使用，可获得合适的工作点。为经常采用的方式。(c)Rc1Rb1+VCC+T1+Re2Rc2T2-(d)图3.1.1直接耦合放大电路静态工作点的设置第三章多级放大电路3.1.2阻容耦合图3.1.2阻容耦合放大电路C1RC1Rb1+VCCC2RL++T1++Rc2Rb2C3T2+第一级第二级特点：静态工作点相互独立，在分立元件电路中广泛使用。在集成电路中无法制造大容量电容，不便于集成化，尽量不用。第三章多级放大电路3.1.3变压器耦合图3.1.3变压器耦合共射放大电路(a)电路(b)交流等效电路以前功率放大电路广泛采用此耦合方式。目前基本不用。第三章多级放大电路变压器耦合放大电路选择恰当的变比，可在负载上得到尽可能大的输出功率。变压器耦合放大电路第二级VT2、VT3组成推挽式放大电路，信号正负半周VT2、VT3

轮流导电。第三章多级放大电路3.1.4光电耦合光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的，因而其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。一、光电耦合图3.1.5光电耦合器及其传输特性发光元件光敏元件第三章多级放大电路二、光电耦合放大电路图3.1.6光电耦合放大电路目前市场上已有集成光电耦合放大电路，具有较强的放大能力。第三章多级放大电路3.2多级放大电路的动态分析一、电压放大倍数总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即其中，n

为多级放大电路的级数。二、输入电阻和输出电阻通常，多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻；输出电阻就是输出级的输出电阻。具体计算时，有时它们不仅仅决定于本级参数，也与后级或前级的参数有关。第三章多级放大电路如图所示的两级电压放大电路，已知β1=β2=50,T1和T2均为3DG8D。计算前、后级放大电路的静态值(UBE=0.6V)及电路的动态参数。

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui.例:1第三章多级放大电路

两级放大电路的静态值可分别计算。

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui.解:第三章多级放大电路第一级是射极输出器:第三章多级放大电路第二级是分压式偏置电路第三章多级放大电路计算

r

i和r

0小信号等效电路2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.由等效电路可知，放大电路的输入电阻

ri等于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器，它的输入电阻ri1与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻

ri2。第三章多级放大电路2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui。oU.o1U.第三章多级放大电路2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui。oU.o1U.第三章多级放大电路求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数第一级放大电路为射极输出器2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.第三章多级放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路总电压放大倍数2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.第三章多级放大电路一、零点漂移现象及其产生的原因直接耦合时，输入电压为零，但输出电压离开零点，并缓慢地发生不规则变化的现象。原因：放大器件的参数受温度影响而使Q点不稳定。也称温度漂移。图3.3.1零点漂移现象uOtOuItO放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。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第三章多级放大电路二、抑制温度漂移的方法：(1)引入直流负反馈以稳定Q

点；(2)利用热敏元件补偿放大器的零漂；图利用热敏元件补偿零漂R2R1+VCC+T2+RcT1uIuOiC1ReRuB1(3)采用差分放大电路。第三章多级放大电路3.3.2差分放大电路差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路一、电路的组成图3.3.2差分放大电路的组成(a)TRe利用射极电阻稳定Q点但仍存在零点漂移问题图3.3.2差分放大电路的组成(b)TReuOVT的UCQ变化时，直流电源V始终与之保持一致。第三章多级放大电路Rb2Rb1+uI2-+uI1-VBBVBB采用与图（a）所示电路参数完全相同，管子特性也相同的电路图3.3.2差分放大电路的组成(c)电路以两只管子集电极电位差为输出，可克服温度漂移。共模信号输入信号uI1和uI2大小相等，极性相同。差模信号输入信号uI1和uI2大小相等，极性相反。差分放大电路也称为差动放大电路动画avi\6-2.avi第三章多级放大电路差分放大电路的改进图将发射极电阻合二为一、对差模信号Re相当于短路。ReRb1Rb2+uI1-VBB-uI2+图3.3.2差分放大电路的组成(d)典型差分放大电路图3.3.2差分放大电路的组成(e)ReRb1Rb2+uI1--VEE-uI2+长尾式差分放大电路便于调节静态工作点，电源和信号源能共地第三章多级放大电路二、长尾式差分放大电路图3.3.3长尾式差分放大电路ReRb1Rb2-VEEuI1uI2RC2RC11.静态分析IE1=IE2=(UEE―UBE)∕2Re；UCE1=UCE2≈UCC+UEE―(RC+2Re)IE1Uo=0；IB1=IB2=IE1/(1+β)由于Rb较小，其上的电压降可忽略不计。（动画avi\6-1.avi）第三章多级放大电路2.对共模信号的抑制作用共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。所以共模增益电路参数的理想对称性，温度变化时管子的电流变化完全相同，故可以将温度漂移等效成共模信号，差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用。射极电阻Re对共模信号的负反馈作用，抑制了每只晶体管集电极电流的变化，从而抑制集电极的电位的变化。△△图3.3.4差分放大电路输入共模信号ReRb1Rb2-VEE+uI1-+uI1-第三章多级放大电路3.对差模信号的放大作用图3.3.5差分放大电路加差模信号（a)分析时注意二个“虚地”ReRb1Rb2-VEEuI1uI2RC2RC1+uId--++-+uod-EE点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。第三章多级放大电路+-+Rb1Rb2-差模信号作用下的等效电路图3.3.5差分放大电路加差模信号（b)动态参数Rid=2(Rb+rbe;)Rod=2RC共模抑制比双端输出，理想情况第三章多级放大电路4.电压传输特性放大电路的输出电压和输入电压之间的关系曲线。uo＝f(uI)如改变uI的极性，可得另一条图中虚线所示的曲线，它与实线完全对称。uIuo第三章多级放大电路三、差分放大电路的四种接法<A>双入、双出<B>双入、单出<C>单入、双出<D>单入、单出基于不同的应用场合，有双、单端输入和双、单端输出的情况。所谓“单端”指一端接地。“单端”的情况，还具有共模抑制能力吗？如何进一步改进呢？第三章多级放大电路静态工作点IE1=IE2=(UEE―UBE)∕2REUCE1=Uo+UEE―REIE1.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-+uI-Rb2Rb1IB1=IB2=IE1/(1+β)注意：由于输出回路的不对称性，UCEQ1≠UCEQ2。第三章多级放大电路+-+Rb1Rb2-RL+-图3.3.9图3.3.7所示电路对差模信号的等效电路动态分析Rid=2(Rb+rbe;)Rod=RC问题：如输出信号取自T2管的集电极，动态分析结果如何？第三章多级放大电路共模电压增益如输入共模信号：uoc=―ICR'L;uic=―IB[rbe+(1+β)2Re];图3.3.10共模信号作用下的双入单出电路增大Re是改善共模抑制比的基本措施第三章多级放大电路静态分析2.单端输入、双端输出与双入双出的一样IE1=IE2=(VEE―VBE)∕2RE；VCE1=VCE2≈VCC+VEE―(RC+2RE)IEVo=0uIIB1=IB2=IE1/(1+β)图3.3.11单端输入、双端输出电路a第三章多级放大电路动态分析运用叠加定理：与双入双出的一样共模输入信号差模输入信号图3.3.11单端输入、双端输出等效电路(b)第三章多级放大电路静态分析与双入单出的一样IE=(VEE―VBE)∕2RE；VCE1=Vo+VEE―REIEVo=VCCRL∕(RC+RL)―ICRLRC∕(RC+RL)3.单端输入、单端输出图3.3.12单端输入单端输出电路动态分析：与双入单出的一样。（略）IB1=IB2=IE1/(1+β)uI第三章多级放大电路

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：4.差动放大器动态参数计算总结(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：第三章多级放大电路

(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。

(4)输出电阻

单端输出时双端输出时第三章多级放大电路(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：第三章多级放大电路四、改进型差分放大电路用三极管代替“长尾式”电路的长尾电阻，即构成恒流源式差分放大电路RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEET31.电路组成T3：恒流管作用：能使iC1、iC2基本上不随温度的变化而变化，从而抑制共模信号的变化。图3.3.13具有恒流源的差分放大电路第三章多级放大电路2.静态分析当忽略T3

的基极电流时，Rb1上的电压为RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEET3于是得到图3.3.13具有恒流源的差分放大电路第三章多级放大电路3.动态分析由于恒流三极管相当于一个阻值很大的长尾电阻，它的作用也是引入一个共模负反馈，对差模电压放大倍数没有影响，所以与长尾式交流通路相同。差模电压放大倍数为差模输入电阻为差模输出电阻为RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2第三章多级放大电路具有电流源的差分放大电路简化画法ui1T1+VCCT2RCuoui2RCVEEIui1T1+VCCT2RCuoui2RCVEER2R3IC3T3T4IREFIC4R1第三章多级放大电路复习1.差分放大电路的类别基本差分放大电路长尾差分放大电路恒流源式差分放大电路2.差分放大电路的接法+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1~~++uId+uoR1R2+VCCRc+VT1VT2Rc~~++uId+uoRR-VEEReRcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT3RcVT1VT2Rc+uoRRuIuI2+VCCVEEIR+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。FET差分放大电路T2Rg1vidT1RdRdVDD-VEERg2Vo2iD2iD2I0第三章多级放大电路RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2RWVEE+VCCI图3.3.14恒流源电路的简化画法及电路调零措施带调节电位器RW的恒流源电路的简化画法调节电位器RW的滑动端位置可使电路在uI1=uI2=0时，uO=0。第三章多级放大电路

FET差分式放大电路电路图（单入单出）分析方法相同但输入电阻很大，JEFT1012欧姆

MOSFET1015欧姆图3.3.15FET差分式放大电路FET差分式放大电路常用于集成电路的输入级T2Rg1vidT1RdRdVDD-VEERg2Vo2iD2iD2I0第三章多级放大电路3.3.3直接耦合互补输出级一、基本电路在输入信号的正半周，T1

导通，iC1

流过负载；负半周，T2导通，iC2

流过负载。在信号的整个周期都有电流流过负载，负载上iL

和uO

基本上是正弦波。存在的问题：交越失真交越失真图3.3.16基本要求：输出电阻低，最大不失真输出电压尽可能大。VCC静态时，输入输出电压均为零。第三章多级放大电路二、消除交越失真的互补输出级给T1、T2提供静态电压tiC0ICQ1ICQ2消除交越失真思路：电路：RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uoVCCV5R2R1ui图3.3.17消除交越失真的互补输出级第三章多级放大电路消除交越失真的其它电路T1T2T3T4T1T2RtB1B2T1T2T3R4R3图3.3.17消除交越失真的互补输出级（b）UBE倍增电路第三章多级放大电路消除交越失真的实际电路为了增大T1和T2的电流放大倍数，以减小前级驱动电流，常采用复合管结