多级放大电路新模板

多级放大电路新模板第一页，共六十八页，编辑于2023年，星期五本章重点和知识点：1、掌握多级放大电路的耦合方式及其特点，为集成电路的学习打好基础2、掌握阻容耦合多级放大电路的分析、直接耦合放大电路中差分放大电路的组态及电路分析3、了解多级放大电路中的互补输出级

第二页，共六十八页，编辑于2023年，星期五本章讨论的问题：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？各种连接方式有何特点？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？第三页，共六十八页，编辑于2023年，星期五3.1多级放大电路的级间耦合方式将多个单级基本放大电路合理连接，构成对信号放大的电路。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（信号传输）称为级间耦合。二、四种常见的级间耦合方式直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合

前三种多用于模拟放大电路的级间耦合，后一种多用于脉冲放大电路的级间耦合。一、多级放大电路1.多级放大电路2.级间耦合第四页，共六十八页，编辑于2023年，星期五1.直接耦合（3）特点：

①既可以放大交流也可以放大缓慢变化的直流信号；频率特性较好。

②各级静态工作点互相影响，级间静态工作点需要联合配置；基极和集电极电位会随着级数增加而上升。

③

存在零点漂移。

④便于集成化。

（1）定义：前级的信号输出端直接或通过非电抗性元件接到下一级的信号输入端。（2）电路举例：见书P147图3.1.1(a)、(b)、(c)、(d)

(a)图电路第一级管子不能处于放大状态。第五页，共六十八页，编辑于2023年，星期五（4）多级直接耦合放大电路静态工作点的设置后级射极接电阻Re2

电路中接入Re2，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。

后级射极接稳压二极管

稳压管动态电阻很小，可以使第后级的放大倍数损失小。但若Uz过大时管子动态范围减小。DZRc1Rb1+VCC+T1+Rc2RT2(c)Rc1Rb1+VCC+T1+Rc2Re2T2(b)①抬高后级射极电位第六页，共六十八页，编辑于2023年，星期五在两级之间接稳压二极管+VCCRc1Rb1+T1+Rc2Rb2T2Dz②前后级采用异型管子

可降低后级的基极电位，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。级数较多时后级电路经常采用这种方式。(c)Rc1Rb1+VCC+T1+Re2Rc2T2-(d)直接耦合放大电路静态工作点的设置第七页，共六十八页，编辑于2023年，星期五2.阻容耦合阻容耦合放大电路C1RC1Rb1+VCCC2RL++T1++Rc2Rb2C3T2+第一级第二级（3）特点：

①静态工作点相互独立，在交流放大的分立元件电路中广泛使用；耦合电容容量选择不合适时低频频率特性差。

②只能放大交流信号，不能放大直流信号。

③由于在集成电路中无法制造大容量电容，不便于集成化。（1）定义：前级与后级之间通过电容实现信号传输。（2）电路举例第八页，共六十八页，编辑于2023年，星期五3.变压器耦合变压器耦合共射放大电路(a)电路(b)交流等效电路（1）定义：前级与后级之间通过变压器实现信号传输。（2）电路举例：（3）特点：

①静态工作点相互独立，在交流放大器分立元件电路中广泛使用。②能实现前后级阻抗匹配。输出级与负载之间采用变压器耦合，可使负载上得到最大输出功率。多用于前置级与功放级之间的耦合。

③只能放大交流信号，不能放大直流信号。低频频率特性差。④在集成电路中无法制造变压器，不便于集成化。第九页，共六十八页，编辑于2023年，星期五（4）变压器耦合应用放大电路

负载RL阻值较小时，通过变压器实现阻抗匹配，可使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轮流导通。第十页，共六十八页，编辑于2023年，星期五4.光电耦合（1）定义：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。其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。（2）光电耦合器光电耦合器及其传输特性发光元件光敏元件第十一页，共六十八页，编辑于2023年，星期五（3）光电耦合放大电路举例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。（4）特点：

①前后级间直流隔离。②抗干扰能力强。③目前广泛用于脉冲信号传输，作一般交流信号传输时入端口直流偏置很重要。第十二页，共六十八页，编辑于2023年，星期五3.2多级放大电路的分析1.电压放大倍数即总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。计算多级放大电路总的电压放大倍数时，先计算各级电压放大倍数，然后利用公式求总的电压放大倍数。其中，n为多级放大电路的级数。一、多级放大电路动态性能指标的计算公式电压增益：（多级电路总的电压放大倍数数值很大，采用增益表示可以减小数值）

Gu=Gu1+Gu2+Gu3…+Gun第十三页，共六十八页，编辑于2023年，星期五4.输入电阻和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；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。2.电流放大倍数：电流增益：Gi=Gi1+Gi2+…..+Gin3.功率放大倍数：

功率增益：Gp=Gp1+Gp2+…+Gpn第十四页，共六十八页，编辑于2023年，星期五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=0.7V)及电路的动态参数。

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui.例:1二、阻容耦合两级放大电路分析第十五页，共六十八页，编辑于2023年，星期五

两级放大电路的静态值可分别计算。

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui.解:第十六页，共六十八页，编辑于2023年，星期五第一级是射极输出器:第十七页，共六十八页，编辑于2023年，星期五第二级是分压式偏置电路第十八页，共六十八页，编辑于2023年，星期五计算

R

i和R

o小信号等效电路由等效电路可知，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RL1就是第二级输入电阻

Ri2。第十九页，共六十八页，编辑于2023年，星期五第二十页，共六十八页，编辑于2023年，星期五rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_Ui。oU.o1U.第二十一页，共六十八页，编辑于2023年，星期五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.第二十二页，共六十八页，编辑于2023年，星期五第二级放大电路为共发射极放大电路总电压放大倍数第二十三页，共六十八页，编辑于2023年，星期五一、

直接耦合放大电路零点漂移现象及其产生的原因

（2）零点漂移：直接耦合放大电路在ui=0的情况下，当环境温度变化或电源电压波动时，输出端对地电压离开零点，并缓慢地发生不规则变化的现象。

（3）产生零点漂移的主要原因：

①放大器件的参数受温度影响；

②前级静态工作点的变化被后级放大。

放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。零点漂移现象uOtOuItO

3.3直接耦合放大电路1.零点和零点漂移（1）零点：直接耦合放大电路在ui=0，且环境温度不变和电源电压不波动时，电路输出端对地电位（电压）称为零点。第二十四页，共六十八页，编辑于2023年，星期五（4）零点漂移的危害：①当ui为交流信号时，零点漂移造成静态工作点移动，从而影响放大器件的动态范围，严重时产生信号失真;最后一级最严重。②当ui为直流信号时，输出的零点漂移信号与有用信号无法区分，严重时零点漂移信号淹没有用信号，电路失去放大信号的意义。（5）零点漂移的衡量：△u:电路输出端的零点漂移电压数值，Au:电路的电压放大倍数，△t:温度变化范围或时间范围。即折合到输入端的温度每变化1℃(或经过单位时间)的漂移电压。单位：mV/℃,或mV/

天，或mV/

月。前者为温度漂移，后者为时间漂移。第二十五页，共六十八页，编辑于2023年，星期五2.抑制温度漂移的方法(1)在偏置电路中引入直流负反馈以稳定Q点，此方法适用于输入为交流信号；(2)在偏置电路中加入热敏元件补偿放大器的零漂；利用热敏元件补偿零漂T2uIuOReR2R1+VCC++RcT1iC1RuB1(3)采用差分放大电路。第二十六页，共六十八页，编辑于2023年，星期五二、差分（动）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1.基本差分放大电路（1）原理电路电路特点:电路对称；采用双端输入，双端输出。第二十七页，共六十八页，编辑于2023年，星期五（2）电路的静态分析静态就是ui=0，T1、T2在各自偏置电路作用下处于放大状态，由于电路对称则两管静态工作点相同。（3）电路的动态分析动态就是ui≠0,对交流而言，输入回路等效电路如下图所示。第二十八页，共六十八页，编辑于2023年，星期五①输入信号：由于电路对称，则有输入信号ui1和ui2大小相等，极性相反，即输入信号为差模信号。②输出信号：令两管集电极对地电压分别为uo1、uo2，又由于电路对称，则即输出电压是单管输出时的2倍。当然对一只管子来说输入电压是ui的1/2。第二十九页，共六十八页，编辑于2023年，星期五③差模电压放大倍数：RL=∞时：即差分放大电路对差模信号的放大倍数与单管共射放大电路相同。第三十页，共六十八页，编辑于2023年，星期五RL≠∞时：④电路对零点漂移的抑制能力：Ⅰ.电路的零点漂移电压为零

当温度变化时，△iC1=△iC2，则△uC1=△uC2，则uo=△uC1-uC2=0Ⅱ.共模信号（电压）输出的零点漂移电压可以等效成温度不变时，在电路输入端输入共模信号。电路的零点漂移电压为零，可以说电路对共模电压的放大倍数为零。共模信号：第三十一页，共六十八页，编辑于2023年，星期五⑤共模抑制比：Ⅰ.定义：Ⅱ.电路对称时共模电压放大倍数等于零，则电路的KCMRR=∞（3）基本差分放大电路存在的问题①电路只能双端输入，而任一端不能接地这是若要求电路具有共模（零点漂移）信号抑制能力，必须遵从的。因此不能放大来自一般传感器送来的信号。②信号只能双端输出，任一端不能接地这也是若要求电路具有共模（零点漂移）信号抑制能力，必须遵从的。因此不能接一般真实负载。第三十二页，共六十八页，编辑于2023年，星期五2.长尾式差分放大电路（射极耦合电路）长尾式差分放大电路可以单电源供电ReRb1Rb2-VEEuI1uI2RC2RC1（2）静态分析UCEQ1=UCEQ2≈VCC+VEE

―(RC+2Re)IEQ1（1）原理电路由

或UCEQ1=UCEQ2=UCQ1-UEQ1=VCC-ICQ1Rc1-(UBQ1-UBEQ1)=VCC-ICQ1Rc1-(-IBQ1Rb1-UBEQ1)第三十三页，共六十八页，编辑于2023年，星期五(3)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。所以共模增益管集电极电流的变化，从而抑制集电极的电位的变化。△△差分放大电路输入共模信号ReRb1Rb2-VEE+uI1-+uI1-射极电阻Re对共模信号的负反馈作用，抑制了每只晶体第三十四页，共六十八页，编辑于2023年，星期五(4)对差模信号的放大作用及动态参数差分放大电路加差模信号分析时注意二个“虚地”ReRb1Rb2-VEEuI1uI2RC2RC1+uId--++-+uod-ERe对差模信号起短路作用，则E点电位在差模信号作用下相当于接“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”。那么电路对差模信号的放大倍数同于基本差分放大电路，即：两式也可以利用微变等效电路求解得出第三十五页，共六十八页，编辑于2023年，星期五+-+Rb1Rb2-差模信号作用下的等效电路(书P160图5.3.5（b）)差分放大电路加差模信号动态参数：Rid=2(Rb+rbe)Rod=2RC共模抑制比双端输出，理想情况第三十六页，共六十八页，编辑于2023年，星期五（5）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（4）Re对共模信号的抑制作用

Re对共模信号起2Re的作用，即起强烈的负反馈作用。且这里的Re一般比单管放大电路中的阻值大。第三十七页，共六十八页，编辑于2023年，星期五3.长尾式差分放大电路的四种接法<A>双入、双出,前面已进行分析。<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”指另一端接地。“单端”的情况，还具有共模抑制能力吗？如何进一步改进呢？第三十八页，共六十八页，编辑于2023年，星期五静态分析：IEQ1=IEQ2=(VEE―UBEQ―IBQ1Rb1)∕2ReUCEQ1=Uo+VEE―ReIEQ（1)双端输入、单端输出电路双端输入单端输出差分放大电路-+uI-Rb2Rb1IBQ1=IBQ2=IEQ1/(1+β)注意：由于输出回路的不对称性，UCEQ1≠UCEQ2。Uo=VCCRL∕(RC+RL)―ICRLRC∕(RC+RL)第三十九页，共六十八页，编辑于2023年，星期五+-+Rb1Rb2-RL+-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？第四十页，共六十八页，编辑于2023年，星期五共模电压增益如输入共模信号：uoc=―ICR'L;uic=IB[Rb+rbe+(1+β)2Re];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四十一页，共六十八页，编辑于2023年，星期五静态分析：(2)单端输入、双端输出与双入双出的一样UCEQ1=UCEQ2≈VCC+VEE―(RC+2RE)IEQ1Uo=0uIIBQ1=IBQ2=IEQ1/(1+β)单端输入、双端输出电路aRbRb第四十二页，共六十八页，编辑于2023年，星期五动态分析运用叠加定理：电路的动态参数与双入双出的一样！！！单端输入、双端输出等效电路图中上方两个信号为共模信号，由于电路对共模信号起抑制作用，相当于共模信号为0，则输入信号仅为差模输入，即下方两个信号。第四十三页，共六十八页，编辑于2023年，星期五静态分析：与双入单出的一样UCEQ1=Uo+VEE―ReIEQUo=VCCRL∕(RC+RL)―ICRLRC∕(RC+RL)（3)单端输入、单端输出

单端输入单端输出电路动态分析：与双入单出的一样。（略）IBQ1=IBQ2=IEQ1/(1+β)uIRbRb第四十四页，共六十八页，编辑于2023年，星期五

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的总结(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：第四十五页，共六十八页，编辑于2023年，星期五

(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四十六页，共六十八页，编辑于2023年，星期五(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：第四十七页，共六十八页，编辑于2023年，星期五三、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+VCCReRb2Rb1VEET3（1）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。具有恒流源的差分放大电路1.具有恒流源的差分放大电路第四十八页，共六十八页，编辑于2023年，星期五（2）静态分析当忽略T3的基极电流时，Rb1上的电压为RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEET3于是得到具有恒流源的差分放大电路第四十九页，共六十八页，编辑于2023年，星期五（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第五十页，共六十八页，编辑于2023年，星期五另一种具有电流源的差分放大电路简化画法ui1T1+VCCT2RCuoui2RCVEEIui1T1+VCCT2RCuoui2RCVEER2R3IC3T3T4IREFIC4R1第五十一页，共六十八页，编辑于2023年，星期五2.具有调零电位器的电路（1）原理电路若ui=0时，电路的输出电压若uo≠0,则调节RW滑动端位置，使输出电压uo=0。（2）RW的调节作用①当电路两边完全对称时RW滑动端应在中间位置②当电路两边不对称时调节RW滑动端位置，使ui=0时，uo=0。

若uo>0：uo>0,即UC1>UC2，也就是IC1<IC2。为了使uo=0，应增大IC1，减小IC2，故RW滑动端左移；

若uo<0:……，故RW滑动端左移。第五十二页，共六十八页，编辑于2023年，星期五（3）Q点的计算（以RW滑动端在中间位置为例）ui=0，看成两输入端分别接地，则第五十三页，共六十八页，编辑于2023年，星期五（4）动态参数的计算（RW滑动端在中间位置）第五十四页，共六十八页，编辑于2023年，星期五复习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第五十五页，共六十八页，编辑于2023年，星期五RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2RWVEE+VCCI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。第五十六页，共六十八页，编辑于2023年，星期五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FET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第五十七页，共六十八页，编辑于2023年，星期五三、直接耦合互补输出级(放到功放中讲述)1.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。第五十八页，共六十八页，编辑于2023年，星期五2.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消除交越失真的互补输出级第五十九页，共六十八页，编辑于2023年，星期五消除交越失真的其它电路T1T2T3T4T