第4讲 多级放大电路

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计算机与信息学院毕春跃

bcy0622@sohu.comQQ:823159564.1多级放大电路的耦合方式4.2多级放大电路的分析第四讲多级放大电路4.1多级放大电路的耦合方式多级放大电路的组成三种耦合方式：阻容耦合方式（只能放大交流信号）变压器耦合方式（只能放大交流信号）直接耦合方式（既能放大交流信号，又能放大直流信号）4.1.1

阻容耦合放大电路1．阻容耦合放大电路的特点各极之间通过耦合电容及下级输入电阻连接。

优点：各级静态工作点互不影响，可以单独调整到合适位置；且不存在零点漂移问题。

缺点：不能放大变化缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于需要大容量的耦合电容，因此不能在集成电路中采用。2．阻容耦合放大电路分析（1）静态分析：各级单独计算。（2）动态分析①电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。注意：计算前级的电压放大倍数时必须把后级的输入电阻考虑到前级的负载电阻之中。如计算第一级的电压放大倍数时，其负载电阻就是第二级的输入电阻。②输入电阻就是第一级的输入电阻Ri1。③输出电阻就是最后一级的输出电阻Ron。多级放大电路中，前级的输出电压就是后级的输入电压，即：Uo1＝Ui2，Uo2＝Ui3，…………Uo(n-1)＝Uin3．阻容耦合放大的频率特性和频率失真中频段：电压放大倍数近似为常数。忽略所有电容的影响低频段：耦合电容和发射极旁路电容的容抗增大，以致不可视为短路，因而造成电压放大倍数减小。高频段：晶体管的结电容以及电路中的分布电容等的容抗减小，以致不可视为开路，也会使电压放大倍数降低。除了电压放大倍数会随频率而改变外，在低频和高频段，输出信号对输入信号的相位移也要随频率而改变。所以在整个频率范围内，电压放大倍数和相位移都将是频率的函数。电压放大倍数与频率的函数关系称为幅频特性，相位移与频率的函数关系称为相频特性，二者统称为频率特性或频率响应。放大电路呈现带通特性。图中fH和fL为电压放大倍数下降到中频段电压放大倍数的0.707倍时所对应的两个频率，分别称为上限频率和下限频率，其差值称为通频带。一般情况下，放大电路的输入信号都是非正弦信号，其中包含有许多不同频率的谐波成分。由于放大电路对不同频率的正弦信号放大倍数不同，相位移也不一样，所以当输入信号为包含多种谐波分量的非正弦信号时，若谐波频率超出通频带，输出信号uo波形将产生失真。这种失真与放大电路的频率特性有关，故称为频率失真。为了减小输出信号的频率失真，要求：放大电路的通频带要尽可能宽。将放大电路前级输出端通过变压器接到后级的输入端或负载电阻上。特点：1.各级放大电路的静态工作点相互独立；2.传递交流信号的同时实现阻抗变换；2.无法实现集成，也不能传输缓慢变化的信号。4.1.2

变压器耦合放大电路4.1.3

直接耦合放大电路优点：能放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于没有耦合电容，故非常适宜于大规模集成。缺点：各级静态工作点互相影响；且存在零点漂移问题。直接耦合存在的两个问题1.前级与后级静态工作点的相互影响。措施：提高后级的发射极电位。2.零点漂移（零漂）放大电路在无输入信号的情况下，输出电压uo却出现缓慢、不规则波动的现象。产生零点漂移的原因很多，其中最主要的是温度影响。在多级放大电路，第一级漂移最严重，因此抑制温漂着重是第一级。针对零点漂移问题，必须抑制。方法很多，比如采用：温度补偿电路、稳压电源、精选电路元件、输入级采用差分放大电路等。（略）分立电路：由分立元件构成集成电路：体积小、重量轻、功耗低。根据集成度，可以分为：

小规模集成电路（SSI）中规模集成电路（MSI）大规模集成电路（LSI）超大规模集成电路（VLSI）第5讲集成运算放大电路集成电路一览根据导电类型，可以分为：双极型、单极型、二者兼容根据功能，可分为：数字集成电路模拟集成电路

集成运算放大器***集成功率放大器集成稳压电源集成模数/数模转换器集成运算放大器特点：1.在集成电路工艺中难于制造电感元件。2.运放的输入级都采用差动放大电路。3.在集成电路中，适当的阻值为10-30K，常用有源器件取代高阻值电阻。4.集成电路常用复合管结构来改变性能。3.1.1

集成运算放大器的组成通常由差动放大电路构成，目的是为了减小放大电路的零点漂移、提高输入阻抗。通常由共发射极放大电路构成，目的是为了获得较高的电压放大倍数。通常由互补对称电路构成，目的是为了减小输出电阻，提高电路的带负载能力。一般由各种恒流源电路构成，作用是为上述各级电路提供稳定、合适的偏置电流，决定各级的静态工作点。集成运放的电路符号如图所示。它有两个输入端，标“+”的输入端称为同相输入端，输入信号由此端输入时，输出信号与输入信号相位相同；标“－”的输入端称为反相输入端，输入信号由此端输入时，输出信号与输入信号相位相反。3.1.2集成运算放大器的主要参数及种类1、集成运放的主要参数1、集成运放的主要参数（续）2、集成运放的种类3.1.3集成运放的理想模型（传输特性）集成运放的理想化参数：

Aod=∞、rid=∞、ro=0、KCMR=∞、等非线性区（饱和区）非线性区分析依据：当ｕi>0，即ｕ＋>ｕ－时，ｕo＝＋ｕOM当ｕi<0，即ｕ＋<ｕ－时，ｕo＝－ｕOM集成运放的理想化参数：

Ado=∞、rid=∞、ro=0、KCMR=∞、等线性区（放大区）线性区分析依据：（1）虚断。i＋＝i－＝0。（2）虚短。u＋＝u-。集成运放工作在线性区的特性

集成运放工作在线性区的特性工作在线性区时，和是线性关系；即

uo＝AdoXi＝Ado（u＋－u－）两个重要概念（务必掌握）1．虚短路原则（简称“虚短”）

u+-u-≈0因此有u+≈u-

“虚短”：反相端电位和同相端电位几乎相等，近似于短路又不可能是真正的短路。“虚地”：如果信号从反相端输入，而同相端接地，即u+=0，这时必有u-=0，即反相输入端的电位为“地”电位，通常称为“虚地”。

2.虚断路原则（简称“虚断”）因为rid=∞，故有i+=i-=0，即理想运放两个输入端输入电流为零，好像断开一样，称为“虚断”。

对于工作在线性状态的理想集成运放，具有两个重要特性。1.理想集成运放两输入端间的电压为0，但又不是短路，故常称为“虚短”。2.理想运放的两个输入端不取电流，但又不是开路，一般称为“虚断”。对于工作在非线性状态的理想集成运放，则具有：当时，；当时，。其中是集成运放的正向或反向输出电压最大值。回顾：基本放大电路思考：如果将输出量的一部分或者全部，反方向送回到输入端，这样的电路是什么样的？第六讲放大电路中的负反馈一反馈电路组成及电压放大倍数将放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部，通过某种电路（反馈电路）送回到输入回路，从而影响输入信号的过程。称为反馈（Feedback）根据反馈信号对输入信号作用的不同，反馈可以分为正反馈和负反馈。增强输入信号的称为正反馈，削弱输入信号的称为负反馈。图中Xi:外部输入信号、Xo：输出信号、Xf：反馈信号、Xd：基本放大电路的净输入信号。

Xd=Xi-Xf。令基本放大电路的放大倍数为A，反馈网络的反馈系数为F，反馈电路的放大倍数为Af。显然：A＝Xo/Xd

F=Xf/Xo

Af=Xo/Xi反馈放大电路的放大倍数Af的推导过程由：A＝Xo/Xd;---

Xo=AXd

F=Xf/Xo；---

Xf=FXo

Xd=Xi-Xf---

Xi=Xd+Xf

Af=Xo/Xi(上式代入）Af又称为反馈电路的闭环放大倍数；A为开环放大倍数。几个概念反馈深度：1+AF1+AF=A/Af它反映了反馈对放大电路影响的程度，可以分为两种情况：（1）当|1＋AF|>1时，|Af|<|A|，相当于负反馈（2）当|1＋AF|<1时，|Af|>|A|，相当于正反馈

正、负反馈的判别瞬时极性法-InstantaneousPolarityMethod极性之探索：晶体管、集成运算放大器的瞬时极性如图所示：晶体管的基极和发射极瞬时极性相同，而与集电极瞬时极性相反。集成运算放大器的同相输入端与输出端瞬时极性相同，而反相输入端与输出端瞬时极性相反。正、负反馈的判别（续）游戏规则：Step1.任意设定输入信号的瞬时极性为正或为负（用⊕或

标记）Step2.沿反馈环路逐步确定反馈信号的瞬时极性Step3.根据其对输入信号的作用（增强或或减弱），即可确定反馈极性。瞬时极性法-Instantaneous

PolarityMethod举例验证：例1：判断图示电路的反馈极性解：设基极输入信号ui

的瞬时极性为正，则发射极反馈信号uf的瞬时极性亦为正，发射结上实际得到的信号ube（净输入信号）与没有反馈时相比减小了，即反馈信号削弱了输入信号的作用，故可确定为负反馈。举例验证：例：判断图示电路的反馈极性ud=ui-uf解：设输入信号ui瞬时极性为正，则输出信号uo的瞬时极性为负，经Rf返送回同相输入端，反馈信号uf的瞬时极性为负，净输入信号ud与没有反馈时相比增大了，即反馈信号增强了输入信号的作用，故可确定为正反馈。练一练：练习：判断图示电路的反馈极性。Thekey：解：设输入信号ui瞬时极性为正，则输出信号uo的瞬时极性为正，经Rf返送回反相输入端，反馈信号uf的瞬时极性为正，净输入信号ud与没有反馈时相比减小了，即反馈信号削弱了输入信号的作用，故可确定为负反馈。根据反馈信号是取自输出电压还是输出电流，可将反馈分为电压负反馈和电流负反馈。判别方式：将放大电路的输出端交流短路，若反馈信号消失，则为电压反馈，否则为电流反馈。负反馈的类型及其判别根据反馈网络与基本放大电路在输入端的连接方式，可分为串联反馈和并联反馈。串联反馈的反馈信号和输入信号以电压串联方式叠加，ud=ui－uf，以得到基本放大电路的输入电压ud。并联反馈的反馈信号和输入信号以电流并联方式叠加，id=ii－if，以得到基本放大电路的输入电流ii。负反馈的类型及其判别串联反馈和并联反馈可以根据电路结构判别。当反馈信号和输入信号接在放大电路的同一点（另一点往往是接地点）时，一般可判定为并联反馈；而接在放大电路的不同点时，一般可判定为串联反馈。综合以上两种情况，可构成电压串联、电压并联、电流串联和电流并联4种不同类型的负反馈放大电路。负反馈的类型及其判别（续）反馈类型的判别小结：电压电流反馈：看输出，把放大电路的输出端交流短路，看反馈信号是否消失。若反馈信号消失，则为电压反馈，否则为电流反馈。串联并联反馈：看输入，如果反馈信号和输入信号接在放大电路的同一点，一般为并联反馈，不同点则为串联反馈。1、电压串联负反馈①设ui瞬时极性为正，则uo的瞬时极性为正，经RF返送回反相输入端，uf的瞬时极性为正，ud与没有反馈时相比减小了，即反馈信号削弱了输入信号的作用，故为负反馈。②将输出端交流短路，RF直接接地，反馈电压uf=0，即反馈信号消失，故为电压反馈。③ui加在集成运算放大器的同相输入端和地之间，而uf加在集成运算放大器的反相输入端和地之间，不在同一点，故为串联反馈。uiuf2、电压并联负反馈①设ui（ii）瞬时极性为正，则uo的瞬时极性为负，if的方向与图示参考方向相同，即if瞬时极性为正，id与没有反馈时相比减小了，即反馈信号削弱了输入信号的作用，故为负反馈。②将输出端交流短路，RF直接接地，反馈电流if=0，即反馈信号消失，故为电压反馈。③ii加在集成运算放大器的反相输入端和地之间，而if也加在集成运算放大器的反相输入端和地之间，在同一点，故为并联反馈。iiif

3、电流串联负反馈①设ui瞬时极性为正，则uo的瞬时极性为正，经RF返送回反相输入端，uf的瞬时极性为正，ud与没有反馈时相比减小了，即反馈信号削弱了输入信号的作用，故为负反馈。②将输出端交流短路，尽管uo=0，但io仍随输入信号而改变，在R上仍有反馈电压uf产生，故可判定不是电压反馈，而是电流反馈。③ui加在集成运算放大器的同相输入端和地之间，而uf加在集成运算放大器的反相输入端和地之间，不在同一点，故为串联反馈。uiuf①设ui（ii）瞬时极性为正，则uo的瞬时极性为负，if的方向与图示参考方向相同，即if瞬时极性为正，id与没有反馈时相比减小了，即反馈信号削弱了输入信号的作用，故为负反馈。4、电流并联负反馈②将输出端交流短路，尽管uo=0，但io仍随输入信号而改变，在R上仍有反馈电压uf产生，故可判定不是电压反馈，而是电流反馈。③ii加在集成运算放大器的反相输入端和地之间，而if也加在集成运算放大器的反相输入端和地之间，在同一点，故为并联反馈。iiif

负反馈对放大电路性能的影响1、稳定放大倍数2、减小非线性失真3、展宽通频带4、对输入电阻和输出电阻的影响(1)负反馈对输入电阻的影响①串联负反馈使输入电阻增大②并联负反馈使输入电阻减小

（2）负反馈对输出电阻的影响

①电压负反馈使输出电阻减小②电流负反馈使输出电阻增大

6.5.3负反馈对放大电路性能的影响1、稳定放大倍数引入负反馈后，闭环放大倍数的相对变化率为开环放大倍数相对变化率的1+AF分之一，因1+AF>1，所以即闭环放大倍数的稳定性优于开环放大倍数。为闭环放大倍数的相对变化率为开环放大倍数的相对变化率负反馈越深，放大倍数越稳定。在深度负反馈条件下，即1+AF>>1时，有：表明深度负反馈时的闭环放大倍数仅取决于反馈系数F，而与开环放大倍数A无关。通常反馈网络仅由电阻构成，反馈系数F十分稳定。所以，闭环放大倍数必然是相当稳定的，诸如温度变化、参数改变、电源电压波动等明显影响开环放大倍数的因素，都不会对闭环放大倍数产生多大影响。2、减小非线性失真无负反馈时产生正半周大负半周小的失真。引入负反馈后，失真了的信号经反馈网络又送回到输入端，与输入信号反相叠加，得到的净输入信号为正半周小而负半周大。这样正好弥补了放大器的缺陷，使输出信号比较接近于正弦波。3、展宽通频带因为放大电路在中频段的