《电子技术基础与技能》 课件 2-4 多级放大电路

电子技术基础与技能2-4多级放大电路教学活动1：多级放大电路的级间耦合2.4多级放大电路2.4.1多级放大电路的级间耦合信号的级间“传送”，称为耦合。级间耦合通常有3种方式：阻容耦合、直接耦合与变压器耦合，分别如图2­4-1（a）、（b）、（c）所示。下面对这3种常见耦合电路的特点和应用做简要说明。一、阻容耦合利用电容器的隔直通交特性，一方面实现对交流信号的传送；另一方面也使得各级电路的静态工作点相互独立、互不影响，为偏置电路的设计提供了方便。电子线路与最初的信号源及最终的负载之间，往往采用阻容耦合方式。阻容耦合电路的缺点是要使用大容量的耦合电容（以减小低频信号在电容上的衰减），这在集成电路中难以实现。同时，这种电路的低频特性差（频率越低，衰减越大，电路的电压放大倍数越小）。在选用电解电容作为耦合电容时，连接时一定要注意电容的极性，以免电解电容被击穿。教学活动1：多级放大电路的级间耦合2.4多级放大电路2.4.1多级放大电路的级间耦合二、直接耦合直接耦合的级与级之间没有电抗元件，所以具有良好的频率特性，对缓慢变化的信号也能进行放大，它常用于集成电路。但它存在着两方面的问题：一是各级静态工作点相互影响、相互牵制，为偏置电路的设计带来了不便；二是存在着“零点漂移”问题（在后面的集成运放中会谈到）。三、变压器耦合采用变压器耦合，一方面可使各级静态工作点相互独立；另一方面还能通过阻抗变换来达到级间的阻抗匹配，从而输出最大功率。此外，由于变压器的线圈直流电阻很小，当它作为三极管的集电极负载时，电源功耗小。因此，这种耦合方式多用于大功率放大器的耦合。但是，变压器的体积大，频率特性（尤其是高频特性）差，同时还有电感，在集成电路中不宜使用。教学活动2：多级放大电路的性能指标2.4多级放大电路2.4.2多级放大电路的性能指标一、电压放大倍数Au二、输入电阻ri与输出电阻ro教学活动2：多级放大电路的性能指标2.4多级放大电路2.4.2多级放大电路的性能指标多级放大器的输入电阻即为首级放大器的输入电阻，多级放大器的输出电阻即为末级放大器的输出电阻。用表达式表示如下：ri＝ri1、ro＝ron（对于n级放大器）。在工程应用中，射极跟随器（共集放大器）常用作多级放大器的输入级或输出级，其目的正是为了提高整个电路的输入电阻或降低整个电路的输出电阻。三、通频带BW对于多级放大器，其通频带不会比其中任何一级电路的通频带更宽。用表达式表示如下：BW≤min［BW1，BW2，…，BWn］（对于n级放大器）。对于很多电子产品（如各种音视频电子产品）来说，电路所处理的信号都存在着一定的频率覆盖范围，这就要求整个电路有足够宽的通频带。否则，信号中的各频率分量不能得到相同的放大倍数，势必导致信号失真。教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路2.4.3多级放大电路的级间反馈一、反馈的定义将电路输出量（电压或电流）的一部分或全部，经过一定的路径“回送”到它的输入端，这种信号反向传送的方式就称为反馈（Feedback）。信号反馈所经过的路径，称为反馈网络。有些反馈网络，只能实现直流量的“回送”，这种反馈就称为直流反馈。而所谓交流反馈，是指反馈网络只能实现交流量的“回送”。二、反馈放大器的组成由基本放大器和反馈网络所组成的电路，称为反馈放大器。其组成框图如图所示。x泛指电压或电流信号：xi是指整个电路的输入信号；xia是指基本放大器的“净”输入信号；xo是指电路的输出信号；xf是经反馈网络“回送”至输入端的反馈信号。三、反馈极性教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路2.4.3多级放大电路的级间反馈从本质上讲，基本放大器与反馈网络都是信号变换电路。各自的变换系数（输出量与输入量之比）分别为放大倍数A和反馈系数F，即A＝xo/xia，F＝xf/xo。若A或F大于零，说明各自的输出信号与输入信号同相；若A或F小于零，说明各自的输出与输入反相。反馈信号xf在输入端与电路的输入信号xi比较后，形成基本放大器的“净”输入信号xia（xia＝xi＋xf）。这种“比较”通常分为两种情况：当xf与xi同相时，xia相对于xi得到增强（│xia│＝│xi│＋│xf│），此时的反馈称为正反馈；当xf与xi反相时，xia相对于xi被削弱（│xia│＝│xi│－│xf│），这种反馈称为负反馈。教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路2.4.3多级放大电路的级间反馈四、闭环放大倍数基本放大器与反馈网络共同构成一个环路。整个反馈放大器对信号的作用用闭环放大倍数Af表示AF（AF＝xf/xia）被称为环路增益，用它可以衡量信号从送入基本放大器直至“回送”到输入端这一过程中环路对信号的作用。针对环路增益AF的不同取值情况，做简要说明：教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路2.4.3多级放大电路的级间反馈五、反馈放大器的电路类型根据反馈放大器在输入回路中的信号比较方式，以及在输出回路中反馈网络的信号取样方式，可将反馈分为串联/并联反馈和电压/电流反馈，组合起来有4种类型：电压串联反馈、电流串联反馈、电压并联反馈和电流并联反馈。1.按输入电路形式分为串联反馈与并联反馈，如图2­4-5（a）、（b）所示为反馈放大器的两种输入电路形式。其判断依据可简记为：“并联、串联看输入”。教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路2.4.3多级放大电路的级间反馈五、反馈放大器的电路类型显然，串联反馈时，反馈信号与电路输入信号的比较是以电压形式来进行的。而并联反馈时，反馈信号与电路输入信号则是以电流形式来比较的。教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路2.4.3多级放大电路的级间反馈五、反馈放大器的电路类型2.按输出电路形式分为电压反馈与电流反馈，图2­4-6（a）、（b）所示为反馈放大器的两种输出电路形式。若将电路的输出电压作为反馈网络的输入信号，则为电压反馈，此时反馈信号与电路的输出电压成正比；若将电路的输出电流作为反馈网络的输入信号，则为电流反馈，此时的反馈信号与电路的输出电流成正比。其判断依据可简记为：“电压、电流看输出”。教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路2.4.3多级放大电路的级间反馈六、反馈类型的判别1．直/交流反馈的判别分别画出电路的直流通路与交流通路。若信号的反向传送在直流通路中可实现，则有直流反馈；若在交流通路中存在信号的反向传送，则有交流反馈。2．串/并联反馈的判别通过观察反馈信号与电路输入信号在输入回路中的比较形式（是以电压形式还是电流形式比较？），通常就能完成串/并联反馈的判别。若以电压形式比较，则为串联反馈；若以电流形式比较，则为并联反馈。此外，也可短路反馈放大器的输入端（ui=0）。若反馈网络与输入回路的连接点电压随之为零，则为并联反馈；否则为串联反馈。教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路2.4.3多级放大电路的级间反馈六、反馈类型的判别3．电压/电流反馈的判别短路反馈放大器的输出端或短路负载RL（uo=0）。若反馈信号随之消失，则说明反馈信号与电路的输出电压成正比，应为电压反馈；否则，为电流反馈。此外，也可取走负载（io=0）。若反馈信号随之消失，则说明反馈信号与电路的输出电流成正比，应为电流反馈；否则，为电压反馈。4．反馈极性的判别判别电路中的反馈是正反馈还是负反馈，关键是看反馈信号在输入回路的作用，是使放大器的“净”输入量增强了还是减弱了。若“净”输入量增强了，则为正反馈；否则，为负反馈。通常，可采用“瞬时极性法”对反馈极性作简明判别。所谓的瞬时极性，是指电路中的某点在某一瞬间的电位（即对“地”电压）变化趋势，用“+”、“-”表示。“+”代表上升；“-”代表下降。若电位不变，则用“0”表示。“瞬时极性法”的判别过程，分为以下四步：第1步，假设放大器的输入端瞬时极性。第2步，沿信号正向传送的路径逐点标瞬时极性，直至反馈网络与输出回路的连接点。第3步，沿信号反向传送的路径，逐点标瞬时极性，直至反馈网络与输入回路的连接点，由此得到反馈信号的极性。第4步，根据反馈信号极性与所设输入极性的比较结果来判别是正反馈还是负反馈。对于串联反馈，当反馈的极性与输入极性一致时，为负反馈；否则，为正反馈。对于并联反馈，当反馈的极性与输入极性一致时，为正反馈；否则，为负反馈。教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路2.4.3多级放大电路的级间反馈六、反馈类型的判别教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路2.4.3多级放大电路的级间反馈【实践应用】负反馈对放大器性能的影响教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路2.4.3多级放大电路的级间反馈引入负反馈，电路对各种频率信号的放大能力均下降了，电路的幅频特性曲线将发生如图2-­4-7所示的变化，由此可见电路的通频带得到了扩展。3．减小了放大器的非线性失真2．扩展了电路的通频带如果在合理设置静态工作点Q之后，放大器出现非线性失真，那么主要原因就在于输入信号过强。以电压放大器为例，引入电压负反馈前后的电路电压传输特性曲线如图2­-4-8所示。负反馈的引入，使得电压增益下降，但同时也扩展了不失真放大下的输入电压允许范围，也就减小了同样输入下的非线性失真。【实践应用】负反馈对放大器性能的影响教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路2.4.3多级放大电路的级间反馈【实践应用】负反馈对放大器性能的影响4．抑制了环内噪声当负反馈放大器中的放大器件产生噪声时，可等效为基本放大器有一个噪声输入。那么，经过负反馈网络“回送”至输入端的反馈信号中也就包含有反相的噪声，从而实现了补偿作用，削弱和抑制了环内所产生的噪声。5．改变了电路的输入电阻和输出电阻（1）输入电阻ri的改变。串联负反馈的引入将使电路的输入电阻增大，并联负反馈的引入将使电路的输入电阻减小。（2）输出电阻ro的改变。电压负反馈的引入将使电路的输出电阻减小，电流负反馈的引入将使电路的输出电阻增大。教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路2.4.3多级放大电路的级间反馈【经典例题】例2-7试判别图2-4-9所示电路中的Rf1、Cf1网络和Rf2、Cf2网络的反馈类型。解：（1）Rf1、Cf1网络反馈类型的判别教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路2.4.3多级放大电路的级间反馈【经典例题】教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路2.4.3多级放大电路的级间反馈【经典例题】教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路实训：制作与测试多级放大电路【实训目标】（1）能在多功能电路板上完成多级放大电路的制作；（2）会用万用表对电路进行静态工作点测试；（3）正确使用电子仪器仪表，完成电路性能指标的测试；（4）探究负反馈对放大器性能的影响；（5）实训过程中，积极探索，团结协作，规范操作，遵守“6S”管理制度。【实训设备与器材】学生分为若干组，每组提供直流稳压电源、函数信号发生器、示波器各一台，万用表一块，电路装接所用的元器件及器材见表2-4-1（学生自备焊接工具）。教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路实训：制作与测试多级放大电路序

号名

称型号规格数

量配件图号测试结果元件粘贴区1金属膜电阻器RJ－0.25－1k

1只R4

2金属膜电阻器RJ－0.25－2.4k

4只R2

3

R7

4

R8

5

RL

6金属膜电阻器RJ－0.25－100

1只R3

7金属膜电阻器RJ－0.25－5.1k

1只R

8金属膜电阻器RJ－0.25－8.2k

1只Rf

9金属膜电阻器RJ－0.25－10k

1只R6

10金属膜电阻器RJ－0.25－20k

1只R5

11金属膜电阻器RJ－0.25－680k

1只R1

12电解电容器CD－25V－100

F2只C3

13

C4

14电解电容器CD－25V－10

F3只C1

15

C2

16

C5

17电解电容器CD－25V－22

F1只Cf

18三极管90182只VT1

19

VT2

20连接导线

若干

21多功能电路板

1块

教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路实训：制作与测试多级放大电路【实训内容与步骤】1.清点与检测元器件根据元器件及材料清单，清点并检测元器件。将测试结果填入表2-4-1中，正常的填“√”，如元器件有问题，及时提出并更换。将正常的元器件对应粘贴在表2-4-1中。2.在多功能电路板上装接多级放大器多级放大器的电原理图如图2-4-11所示。根据电路图，在多功能电路板上完成电路的布局与装接（反馈网络先断开）。教学活动3：多级放大电路的级间反馈2.4多级放大电路实训：制作与测试多级放大电路【实训注意事项】（1）焊接三极管和电解电容时，引脚极性不能出错；（2）无漏焊、错焊、虚焊和搭锡；（3）元器件排列整齐，并符合工艺要求。3.测试多级放大器的各级静态工作点接通+12V直流电源，用万用表直流电压挡测量两级电路中的晶体管各极对地电压，填入表2.7。计算各级静态工作点Q1、