模拟电子技术基础：第三章 多级放大电路

1第三章多级放大电路2第三章多级放大电路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33.1多级放大电路的耦合方式多级放大电路的四种耦合方式：直接耦合阻容耦合变压器耦合光电耦合

当单级放大电路不能满足多方面的性能要求（如Au＝104、Ri=2MΩ、Ro=100Ω）时，应考虑采用多级放大电路。组成多级放大电路时首先应考虑如何“连接”几个单级放大电路，级与级之间的连接称为级间耦合。耦合方式即连接方式。4Rc1T1Rb2+Vccui+-Rb1uo+-Rc2T23.1.1直接耦合——将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端.既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻Q1合适吗？直接耦合放大电路静态工作点的设置对哪些动态参数产生影响？用什么元件取代Re既可设置合适的Q点，又可使第二级放大倍数不至于下降太大？若要UCEQ＝5V，则应怎么办？用多个二极管吗？二极管导通电压UD＝？动态电阻rd＝？ReUCEQ1太小→加Re（Au2数值↓）→改用D→若要UCEQ1大，则改用DZ。稳压管伏安特性小功率管多为5mA由最大功耗得出必要性？rz＝Δu

/Δi，小功率管多为几欧至二十几欧。7存在问题:前后级Q点相互影响;存在零点漂移:输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移。当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；电路中没有大容量电容，易于集成。直接耦合放大电路的优点：83.1.2阻容耦合——将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端。R1R3+VccuiT1+-C1+C2R2R4C3++-uoRLC4T2+R5R69阻容耦合放大电路的优点：1、各级的静态工作点相互独立，便于计算和调整。R1R3+VccuiT1+-C1+C2R2R4C3++-uoRLC4T2+R5R6

两级阻容耦合放大电路的直流通路T2R5R6R1R3T1R2R4+Vcc10低频特性差，不能放大变化缓慢的信号。2、只要输入信号频率较高，耦合电容容量较大，前级的输出信号就可以几乎没有衰减地传递到后级的输入端，因此，在分立元件电路中阻容耦合方式得到非常广泛的应用。阻容耦合放大电路的主要缺点：R1R3+VccuiT1+-C1+C2R2R4C3++-uoRLC4T2+R5R6有零点漂移吗？113.1.3变压器耦合--将放大电路的前级输出端通过变压器接到后级输入端或负载上。Rb2+VccuiT+-C1+Rb1ReCe+RLN1N2变压器耦合放大电路的优点：1、各级的静态工作点相互独立，便于计算和调整。2、可以实现阻抗变换，达到匹配。12Rb2+VccuiT+-C1+Rb1ReCe+RLN1N2

1、低频特性差，不能放大变化缓慢的信号。变压器耦合放大电路的主要缺点：

2、变压器体积大，笨重，不能集成化。133.1.4光电耦合——以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递，从而提高抗干扰能力。一、光电耦合器光电耦合器传输特性uCEiC0ID1ID2ID3ID4ID增大DT1T2iDiCce+-uD光电耦合器内部组成+uD导通（发光）

iD

iC=CTRiDCTR：传输比（0.1~1.5）14DT1T2ceRsV+Vccus+_Rc+-uo二、光电耦合放大电路光电耦合放大电路的优点：信号源部分和输出回路部分采用独立电源，并且分别接不同的“地”，抗干扰能力强。光电耦合放大电路的缺点：由于传输比的影响，输出电压小，须进一步放大。153.2多级放大电路的分析一、静态分析画出直流通路，逐级估算IBQ，ICQ，UCEQ二、动态分析根据交流通路画出微变等效电路根据微变等效电路计算放大倍数，输入输出电阻。16Rs+-A1+-A2+-+An-+-RL多级放大电路方框图即多级放大电路的电压放大倍数：注意！Auj是考虑了后级的负载效应的单级放大倍数！（即后一级的输入电阻是前一级的负载。）1、电压放大倍数17多级放大电路的输入电阻Ri就是从第一级看进去的输入电阻。多级放大电路的输出电阻Ro就是从最后一级看进去的输出电阻。Rs+-A1+-A2+-+An-+-RLRiRo2、输入电阻Ri

=Ri13、输出电阻Ro=Ron18已知图示电路中，R1=15k

，

R2=R3=5k

，R4=2.3k

R5=100k

，R6=RL=5k

；VCC=12V；晶体管的

均为50，rbe1=1.2k

，rbe2=1k

，UBEQ1=UBEQ2=0.7V。试估算电路的Q点、、Ri和Ro。例两级阻容耦合放大电路R1R3+VccuiT1+-C1+C2R2R4C3++-uoRLC4T2+R5R619解：（1）求解Q点第一级为典型的Q点稳定电路，所以画出直流通路R1R3+VccuiT1+-C1+C2R2R4C3++-uoRLC4T2+R5R6T2R5R6R1R3T1R2R4+Vcc20R1R3+VccuiT1+-C1+C2R2R4C3++-uoRLC4T2+R5R6T2R5R6R1R3T1R2R4+Vcc第二级为共集放大电路，所以21R1R3+VccuiT1+-C1+C2R2R4C3++-uoRLC4T2+R5R6（2）求解Au，Ri，Ro画出微变等效电路R2+-R3+-RiRi2R1+-R5RLR6becrbe2微变等效电路22R2+-R3+-RiRi2R1+-R5RLR6becrbe223输入电阻：输出电阻：R2+-R3+-RiRi2R1+-R5RLR6becrbe2放大电路的选用按下列要求组成两级放大电路：①Ri＝1～2kΩ，Au

的数值≥3000；②Ri

≥10MΩ，Au的数值≥300；③Ri＝100～200kΩ，Au的数值≥150；④Ri

≥10MΩ，Au的数值≥10，Ro≤100Ω。①共射、共射；②共源、共射；③共集、共射；④共源、共集。25习题（写在作业本上）P179:3.2(b)、(d)，3.4思考题：自测题：P178P152,P154，P179:3.1，3.3263.3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3.3.2差分放大电路3.3.3直接耦合互补输出级3.3.4直接耦合多级放大电路273.3.1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原因直接耦合放大电路+-uo+-uI=0mV（a）测试电路0tuo（b）输出电压的漂移2.零漂产生的原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。第一级的温漂最严重!1.什么是零点漂移现象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的现象。28二、抑制温度漂移的方法1.在电路中引入直流负反馈。（例如典型的静态工作点稳定电路中Re所起的作用。）2.采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的变化。3.采用特性相同的管子，使它们的温漂相互抵消，构成“差分放大电路”。29零输入零输出若V与UC的变化一样，则输出电压就没有漂移信号特点？能否放大？零点漂移参数理想对称：Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，Re1=Re2;T1、T2在任何温度下特性均相同。3.3.2差分放大电路—构成多级直接耦合放大电路的基本单元。一、电路的组成30Rb1Rc1VBBuI1T1+-+uoRe1-Rb2Rc2VBB+VccuI2+-Re2T2(1).静态:ui1

=ui2

=0UC1=UC2UO=UC1-UC2=0IC1=IC2二、工作原理31Rb1Rc1VBBuI1T1+-+uoRe1-Rb2Rc2VBB+VccuI2+-Re2T2(2).动态:1）输入信号分类ui1=-ui2=uidui1

=ui2=uiC1差模输入:(differentialmode)共模输入:2(commonmode)3任意输入:ui1,ui2差模分量:共模分量:分解32Rb1Rc1VBBuI1T1+-+uoRe1-Rb2Rc2VBB+VccuI2+-Re2T2ui1=-ui2=uid2)差模输入设ui1为“+”UB1IC1UC1

-

UC1UB2IC2UC2

+

UC2设ui2为“-”放大差摸信号！33Rb1Rc1VBBuI1T1+-+uoRe1-Rb2Rc2VBB+VccuI2+-Re2T2ui1=ui2=uid3)共模输入设ui1为“+”UB1IC1UC1

-

UC1UB2IC2UC2

-

UC2设ui2为“+”抑制共摸信号！34差模电压放大倍数:共模电压放大倍数:共模抑制比:（Common-ModeRejectionRatio)odduiduA=occuicuA=（3）主要性能指标大！

0！

！两边完全对称差分放大电路放大差摸信号，抑制共摸信号。注意！零漂是一种共摸信号，差分放大电路能很好地抑制零漂=KCMR35电路特征

电路理想对称Rb1=Rb2=Rb，

Rc1=Rc2=Rc；Re为公共的发射极电阻。T1管与T2管的特性相同：

1=2=，rbe1=rbe2=rbe；

双端输入，双端输出二、长尾式差分放大电路Rb1Rc1uI1T1+uoRe-Rb2Rc2+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiB1iB2iC1iC2uC1uC236由于电路对称：所以静态时：Rb1Rc1uI1T1+uoRe-Rb2Rc2+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiB1iB2iC1iC2uC1uC2动态：静态：Ad，Ri

，Ro，Ac，KCMR371.静态分析Rb1Rc1T1+uoRe-Rb2Rc2+VCCT2-VEEUC1UC2IEQ1IEQ2IBQ1IBQ2ICQ1ICQ2Rb1Rc1uI1T1+uoRe-Rb2Rc2+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiB1iB2iC1iC2uC1uC2通常，Rb较小，且IBQ很小，故晶体管输入回路方程：382.对共模信号的抑制作用1）利用了电路参数对称性所起的补偿作用，使两只晶体管的集电极电位变化相等0=)()(2211D+-D+=CCCCuUuU21-=CCocuuu21D=DCCuu21D=DCCii21D=DBBiiRb1Rc1uI1T1+uoRe-Rb2Rc2+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiB1iB2iC1iC2uC1uC2392）利用了射极电阻Re对共模信号的负反馈作用。

对于每边晶体管而言，发射极等效电阻为2Re。Re阻值愈大，负反馈作用愈强，集电极电流变化愈小，因而集电极电位的变化也就愈小。Rb1Rc1uI1T1+uoRe-Rb2Rc2+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiB1iB2iC1iC2uC1uC2iC1↓uIc

↑→iB1↑→iC1↑(iE1)↑→uE

↑→uBE1↓→iB1↓

uIc

↑→iB2↑→iC2↑(iE2)↑→uE

↑→uBE2↓→iB2↓

iC2↓40共模放大倍数Ac

uIc——共模输入电压

uOc——uIc作用下的输出电压差分放大电路中，在电路参数理想对称的情况下，Ac=0。Rb1Rc1uI1T1+uoRe-Rb2Rc2+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiB1iB2iC1iC2uC1uC2413.对差模信号的放大作用差分放大电路加差模信号Rb1Rc1T1+uOd-Rb2Rc2+VCCT2iE1iE2Re-VEEiB1iB2iC1iC2uI1uI2+-EuC1uC2+-2Idu+-RL差模信号作用下的等效电路△iE1=－△iE2，Re中电流不变，即Re

对差模信号无反馈作用。rbe1Rb2Rc2

2

iB2

uId+-Rb1Rc1rbe2+-

uOd

1

iB1

iB2

iB142差模放大倍数Ad：

uId——差模输入电压

uOd——uId作用下的输出电压rbe1Rb2Rc2

2

iB2

uId+-Rb1Rc1rbe2+-

uOd

1

iB1

iB2

iB143输入电阻：输出电阻：rbe1Rb2Rc2

2

iB2

uId+-Rb1Rc1rbe2+-

uOd

1

iB1

iB2

iB144KCMR愈大，说明电路性能愈好。对于差分放大电路，在电路参数理想对称的情况下，KCMR=

。共模抑制比：KCMR454.电压传输特性线性关系uOduId0差分放大电路的电压传输特性——放大电路差模输出电压与差模输入电压之间的关系曲线称为电压传输特性，即：uod=f(uId)46

在实际应用时，信号源需要有“接地”点，以避免干扰；或负载需要有“接地”点，以安全工作。

根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：

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。47三、差分放大电路的四种接法1.双端输入双端输出电路RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RL输入电阻：输出电阻：电压放大倍数：静态计算同前482.双端输入单端输出电路uI1uI2+-RbT1RbT2Re-VEERcRc+VCCuC1uC2+-RL49利用戴维南定理可知直流通路RbT1RbT2Re-VEEuI1uI2Rc'Rc2+VCCUCQ1UCQ2+V'CCIBQ1IBQ2ICQ1ICQ21）静态分析uI1uI2+-RbT1RbT2Re-VEERcRc+VCCuC1uC2+-RL50输入回路参数对称输出回路不对称所以RbT1RbT2Re-VEEuI1uI2Rc'Rc2+VCCUCQ1UCQ2+V'CCIBQ1IBQ2ICQ1ICQ251rbeRbRc

iB

uId+-RbRcrbe+-

uOd

iB

iB

iBRL2）动态性能分析1差模信号等效电路1uI1uI2+-RbT1RbT2Re-VEERcRc+VCCuC1uC2+-RL52输入电阻输出电阻差模电压放大倍数rbeRbRc

iB

uId+-RbRcrbe+-

uOd

iB

iB

iBRL53rbeRbRc

iB

uId+-RbRcrbe+-

uOd

iB

iB

iBRLRbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RL差模信号等效电路2差模电压放大倍数54RbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RLuI1uI2+-RbT1RbT2Re-VEERcRc+VCCuC1uC2+-RL注意：如果输入差模信号极性不变，输出信号若取自T1管的集电极，则输出与输入反相，输出信号若取自T2管的集电极，则输出与输入同相。若输出端不变（设取自T1管的集电极），则输出极性与哪个输入端相同？与哪个输入端相反？552）动态性能分析2共模信号等效电路RbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RLuIcuOuI1uI2+-RbT1RbT2Re-VEERcRc+VCCuC1uC2+-RL+-Rb+-RcRL2Re

iB

uIc

uOc

iB56共模电压放大倍数+-Rb+-RcRL2Re

iB

uIc

uOc

iB57共模抑制比Re愈大，Ac的值愈小，KCMR愈大，电路的性能愈好。因此，增大Re是改善共模抑制比的基本措施。583.单端输入、双端输出电路RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2uC1uC2RLuO+-uI59单端输入、双端输出差分放大电路输入差模信号的等效变换1.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。2.在差模信号输入的同时，伴随着共模输入。

RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2uC1uC2RLuO+-uIRbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RLuO+-++--60RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RLuO+-++--单端输入电路与双端输入电路的区别在于：在差模信号输入的同时，伴随着共模信号输入。61RbT1RbT2Re-VEERc+VCCuC1uC2+-RLuI1uI2+-４.单端输入、单端输出电路62因与双端输入、单端输出电路的直流通路相同，所以静态工作点Q求法也相同RbT1RbT2Re-VEERc+VCCuC1uC2+-RLuI1uI2+-直流通路RbT1RbT2Re-VEEuI1uI2Rc'Rc2+VCCUCQ1UCQ2+V'CCIBQ1IBQ2ICQ1ICQ21）静态分析63单双端输入、单端输出差分放大电路输入信号的等效电路RbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+Rc+VCCuC1uC2RL--+--++RbT1RbT2Re-VEERc+VCCuC1uC2+-RLuI1uI2+-因与双端输入、单端输出电路的差模（共模）信号通路相同，所以动态分析结果相同1）动态分析64uI1uI2+-RbT1RbT2Re-VEERcRc+VCCuC1uC2+-RL共模信号等效电路差模信号等效电路RbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RLuO65四种接法的动态参数特点归纳（1）输入电阻均为2(Rb+rbe)。（2）Ad、Ac

、

Ro与输出方式有关，单端输出时双端输出时（3）单端输入时，若输入信号为

uI，其差模输入电压uId=

uI；而与此同时，伴随着共模输入电压，输出电压表达式为（4）单端输出时，输出信号包含三部分，输出电压表达式为差模输出共模输出静态值66注意：单端输出时问题讨论：（1）UOQ产生的原因？（2）如何减小共模输出电压？测试:差模输出共模输出静态时的值67

Re越大，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。但为使静态电流不变，Re越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。

需在低电源条件下，得到趋于无穷大的Re。解决方法：采用恒流源！四、改进型差分放大电路1.具有恒流源的差分放大电路为什么要采用电流源？68Rb1Rc1uI1T1+uoRe-Rb2Rc2+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiB1iB2iC1iC2uC1uC2RbRcuI1T1+uo-RbRc+VCCuI2T2iE1iE2具有恒流源的差分放大电路R3IE3R3T3IE3IC3-VEER2R1IB3I1I2-VEE长尾式差分放大电路近似为恒流69RbRcuI1T1+uo-RbRc+VCCuI2T2iE1iE2R3IE3R3T3IE3IC3-VEER2R1IB3I1I2-VEE恒流源R3-VEET3IE3R2R1IB3I1I2IC3I恒流！等效电阻为无穷大70具有恒流源的差分放大电路的简化画法RbRcuI1T1+uo-RbRc+VCCuI2T2iE1iE2具有恒流源的差分放大电路R3IE3R3T3IE3IC3-VEER2R1IB3I1I2-VEEuI1RbRcT1+uo-RbRc+VCCuI2T2I-VEE71uI1RbRcT1+uo-RbRc+VCCuI2T2iE1iE2I-VEERw1)RW取值应大些？还是小些？2)RW对动态参数的影响？3)若RW滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。2.加调零电位器的差分放大电路72特点1）适当选择恒流源电路的参数，可得到合适的静态工作点；2）恒流源内阻无穷大，相当于Re=

,即共模负反馈无穷大，AC=0,KCMR=

;3）Rw:调零电位器。当两边电路不对称时，调整滑动触点的位置，可以使ui=0时uo=0。

Rw一般为几十欧姆。uI1RbRcT1+uo-RbRc+VCCuI2T2iE1iE2I-VEERwRw对差模放大倍数有何影响？?73习题（写在作业本上）P179:3.5，3.6思考题：

自测题：P17874uI1RgRdT1+uo-RgRd+VCCuI2T2iE1iE2I-VEE3.场效应管差分放大电路特点输入电阻无穷大。一般用在直接耦合放大电路的输入级。75电路如所示，已知Rb=1k

，

Rc=10k

，RL=5.1k

VCC=12V，VEE=6V；晶体管的

=100，rbe=2k

。RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RL（1）为使T1管和T2管的发射极静态电流均为0.5mA，Re的取值应为多少？T1管和T2管的管压降等于UCEQ多少？（2）计算、Ri和Ro的数值。例（3）若将电路改成单端输出，用直流表测得输出电压uO=3V，试问输入电压uI约为多少？设IEQ=0.5mA，且共模输出电压可忽略不计。76解：（1）RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RL77（2）电压放大倍数输入电阻输出电阻RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RL78解：（3）

因为用直流表测得的输出电压中既含有直流（静态）量又含有变化（信号变化的结果）量，所以首先应计算出静态时管的集电极电位，然后用所测电压减去静态电位就可得到动态电压。（3）若将电路改成单端输出，用直流表测得输出电压uO=3V，试问输入电压uI约为多少？设IEQ=0.5mA，且共模输出电压可忽略不计。uI1uI2+-RbT1RbT2Re-VEERcRc+VCCuC1uC2+-RL79利用戴维南定理可知RbT1RbT2Re-VEEuI1uI2Rc'Rc2+VCCUCQ1UCQ2+V'CCIBQ1IBQ2ICQ1ICQ280解：（3）uI1uI2+-RbT1RbT2Re-VEERcRc+VCCuC1uC2+-RL811、uI=10mV，则uId=?uIc=?2、若Ad=－102、KCMR＝103用直流表测uO

，uO=?uId=10mV，uIc=5mVuO=AduId+AcuIc+UCQ1=?=?=?讨论82二、基本电路三、消除交越失真的互补输出级四、准互补输出级五、直接耦合多级放大电路一、对输出级的要求3.3.3直接耦合互补输出级83一、对输出级的要求

互补输出级是直接耦合的功率放大电路。对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；负载电阻上无直流功耗；最大不失真输出电压最大。射极输出形式静态工作电流小输入为零时输出为零

双电源供电时Uom的峰值接近电源电压。单电源供电Uom的峰值接近二分之一电源电压。84二、基本电路静态时T1、T2均截止，UB=UE=01.特征：T1、T2特性理想对称。