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文档简介

第三章多级放大器第三章多级放大器引言多级放大器往往要求能够提供合适的输入、输出阻抗以及足够的电压电流增益,这可以通过将不同组态的放大器进行级联(共射放大器及跟随器)来实现。多级放大器中必须考虑的问题:输入级和输出级往往采用电压跟随器,目的在于使放大器具有较高的输入电阻和较低的输出电阻。级间耦合方式:直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合。第三章多级放大器引言变压器耦合和光电耦合可以实现前后级的地线隔离;而阻容耦合和变压器耦合则会使得放大器的低频相应变差。多级放大器的带宽窄于单级放大器,放大器的级数越多,则带宽越窄。直接耦合放大器有一个特殊问题,那就是前级静态工作点的变动会被后级放大器放大,从而导致后级放大器静态工作点的较大偏移,乃至使其无法正常工作,从而引出一种特殊放大器形式——差分放大器。第三章多级放大器3.2多级放大器的动态分析3.2多级放大器的动态分析输入、输出电阻多级放大器的输入电阻就是第一级放大器的输入电阻;多级放大器的输出电阻就是末级放大器的输出电阻。第三章多级放大器3.2多级放大器的动态分析电压增益多级放大器的电压增益等于单级放大器电压增益之积。注意:后级放大器的输入电阻就是前级放大器的负载电阻。计算时必须考虑下级放大器的输入电阻。第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路3.3直接耦合放大电路直接耦合放大电路的特殊问题——零点漂移。零点——直接耦合放大电路中一般要求输入电压为零时输出静态电位也为零,这个输出零电位称为零点。零点漂移——即使在设计上使得直接耦合放大电路的输出静态电位为零,但是,由于温度变化、电源电压的变化以及器件参数的变化等等所引起的输出静态电位偏离零点的现象,称为“零点漂移”。3.3.1基本概念第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路在多极直接耦合放大器中,前级放大器静态工作点的漂移将会被后级放大器逐级放大,从而使得末级放大器严重偏离正常静态,甚至不能正常工作。显然,多级放大器的增益越高,则零点漂移现象越是严重;同时,越是前级放大器,则静态工作点的漂移对末级放大器的影响越是严重,所以,工程上希望前级放大器能够提供高增益,但是又要具有较小的静态工作点的漂移。在影响零点漂移的因素中,温度的影响为主要因素,所以零点漂移也称为温度漂移,简称“温漂”。3.3直接耦合放大电路第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路3.3直接耦合放大电路差分放大器具有良好的抑制零点漂移的作用,但是有一个条件,那就是电路参数的对称性,集成工艺则容易实现这一点。在高增益的多极直接耦合放大器中,第一级电路往往采用高增益的差分放大器,以保证整个多级放大器具有良好的抑制零点漂移特性,而中间级则起到缓冲和转换的作用,输出级则提供电流放大和较低的输出电阻。差分放大器是运算放大器的基础电路,而运算放大器则是现代线性模拟电路的重要器件。第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路3.3直接耦合放大电路3.3.2差分放大器

3.3.2差分放大器的形成1该电路的静态工作点的稳定完全是依靠电阻Re的负反馈调节作用实现的,但是发射级电阻Re的接入使得放大器的增益大大下降。

输出静态电位依然受温度影响。

信号源和基极电源不共地。第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路3.3.2差分放大器

3.3.2差分放大器的形成2将输入信号分成两个互为反相的信号,则可以实现差动输出。如果电路完全对称,则差动输出就可以克服温漂。但是依然存在下述缺点发射级电阻Re的接入使得放大器的增益大大下降。

信号源和基极电源不共地。第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路3.3.2差分放大器

3.3.2差分放大器的形成3如果电路完全对称,则发射级电阻Re上的差动电流为零,输入信号将直接作用到管子的发射结,从而发射级电阻Re对放大器差动增益的影响消失。发射级电阻Re对温漂的抑制作用依然有效(即负反馈调节作用依然存在),所以电路既保留了对温漂的强烈的抑制作用,又保证了电路的高增益。但是依然存在下述缺点

信号源和基极电源不共地。第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路3.3.2差分放大器

3.3.2差分放大器的形成4负电源的引入使得输入信号和电源得以共地。负电源的引入还使得两个管子的集电极静态电位可以设置为零电位,对于直接耦合放大器来说,这一点很有必要。这种差分放大电路称为“长尾式”差分放大电路。对于基极直流偏置而言,基极电阻Rb1和Rb2完全不必要,而且基极电阻会降低放大器增益。所以实际电路中,基极电阻往往是信号源的内阻,而不是偏置所需电阻。实际电路往往是第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路3.3.2差分放大器

3.3.3差分放大器的静态分析第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路3.3.2差分放大器

3.3.4差分放大器的动态分析共模信号——无论是温度还是电源电压等对静态工作点的影响,对两管的影响是完全相同的,将这种影响等效为极性相同的输入信号对放大器输出电压的影响,这种信号称为共模信号。共模增益——共模输出电压Δuoc与共模输入电压Δuic之比称为共模增益Ac。如果电路完全对称,则共模增益为零。第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路3.3.2差分放大器

3.3.4差分放大器的动态分析差模信号——将输入的有用信号分为两个互为反相的信号作用到管子的基极回路,这种信号称为差模信号。差模增益——差模输出电压Δuod与差模输入电压Δuid之比称为差模增益Ad。第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路3.3.2差分放大器

3.3.4差分放大器的动态分析共模抑制比CMRR(KCMR)——差模增益Ad与共模增益Ac之比称为共模抑制比如果电路完全对称,则共模抑制比为无穷大。第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路3.3.2差分放大器

3.3.4差分放大器的动态分析差模增益的求解——输入电阻——输出电阻——第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路3.3.2差分放大器

3.3.5差分放大器的四种接法1.双端输入—双端输出(平衡输入—平衡输出)第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路3.3.2差分放大器

3.3.5差分放大器的四种接法2.双端输入—单端输出(平衡输入—非平衡输出)第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路3.3.2差分放大器

3.3.5差分放大器的四种接法3.单端输入—双端输出(非平衡输入—平衡输出)第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路3.3.2差分放大器

3.3.5差分放大器的四种接法4.单端输入—单端输出(非平衡输入—平衡输出)第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路3.3.2差分放大器

3.3.5差分放大器的四种接法各种输入方式的特点:双端输入(平衡输入) ●具有良好的抗共模干扰的能力(要求输出端也是平衡输出)。 ●要求信号源两端都是“热端”。单端输入(非平衡输入) ●单端输入总存在着一定的共模输入。共模输入的幅度为差模输入幅度的一半。

●单端输入与双端输入的差模输入电阻相同。第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路线性电路满足叠加原理第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路差模输入电压:Uid=Ui第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路共模输入电压:Uic

=Ui/2第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路各种输入方式的特点:双端输出(平衡输出)

●双端输出具有良好的共模抑制能力。

●双端输出两个端子都是“热端”。4.单端输出(非平衡输出)

●单端输出共模抑制能力大大下降,但是依然具有一定的共模抑制能力。

●单端输出的差模增益比共模输出降低一半。3.3.2差分放大器

3.3.5差分放大器的四种接法第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路3.3.2差分放大器

3.3.6恒流源偏置的差分放大器由于:发射极电阻Re的大小对于抑制工作点的漂移具有很大影响,但是如果Re太大则将导致静态管子的静态集电极电流过小,从而导致放大器的输出电流太小。恒流源则既可以设置合适的电流,同时又具有相当大的动态电阻,从而使得差分放大器具有很低的共模增益,即相当高的共模抑制比。同样,恒流源不仅可以用来取代差分放大器的发射极电阻Re,同样,也可以用来取代放大器的集电极电阻Rc,以使得放大器获得合适的静态工作点的同时,能够获得相当高的增益。第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路第三章多级放大器3.3直接耦合放大电路3.3.3互补输出级由于:对于

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