第三章多级放大电路差动和功放(采用).ppt.ppt

1、(2-1),第三章 多级放大电路,(2-2),3.1 多级放大电路,3.1.1 多级放大电路的耦合方式 常用的耦合方式有三种, 即阻容耦合、直接耦合和变压器耦合。 1. 多级放大电路的组成,图2 29 多级放大电路组成的方框图,信号源,中间级,输出级,负载,输入级,多级放大电路,(2-3),2.5.2 多级放大电路的指标计算 1. 电压放大倍数,由于,则上式可写成,加以推广到n级放大器,(2-4),三级阻容耦合放大电路,(2-5),图2 35 考虑前后级相互影响,(2-6),2. 输入电阻和输出电阻 一般说来, 多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻, 而输出电阻就是输出级的输出电阻。由于

2、多级放大电路的放大倍数为各级放大倍数的乘积, 所以, 在设计多级放大电路的输入级和输出级时, 主要考虑输入电阻和输出电阻的要求, 而放大倍数的要求由中间级完成。 具体计算输入电阻和输出电阻时, 可直接利用已有的公式。但要注意, 有的电路形式, 要考虑后级对输入级电阻的影响和前一级对输出电阻的影响。,(2-7),图为三级放大电路。,图2 36 例5三级阻容耦合放大电路,(2-8),已知:,三极管的电流放大倍数均为=50。试求电路的静态工作点、 电压放大倍数、 输入电阻和输出电阻。 解 图示放大电路, 第一级是射极输出器, 第二、 三级都是具有电流反馈的工作点稳定电路, 均是阻容耦合, 所以各级静

3、态工作点均可单独计算。 ,(2-9),第一级:,(2-10),第二级:,(2-11),第三级:,(2-12),电压放大倍数:,第一级: 第一级是射极输出级, 其电压放大倍数,(2-13),第二级:,(2-14),第三级:,(2-15),输入电阻: 输入电阻即为第一级输入电阻,(2-16),输出电阻: 输出电阻即为第三级的输出电阻 ro=ro3=Rc3=3k,(2-17),Home,1. 直接耦合,Next,级间耦合：多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级；级与级之间的连接称之为耦合。多级放大电路有四种基本耦合方式：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。,将前一级的输出用导线直接连接到后一

4、级的输入端的耦合方式，称之为直接耦合。,一、直接耦合放大电路静态工作点的设置,例3.1 计算图3.1所示直接耦合放大电路的静态工作点，并在输出特性曲线上标出该静态工作点，进行动态范围和失真的定性分析。计算放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。,3.1 多级放大电路的分析计算,(2-18),Home,Next,Back,已知：Rs=1.5k，Rb1=20k，Rc1=2.2k，Rc2=720， Vcc=12V，1= 2=50， T1、T2均为硅管。,3.1 多级放大电路的分析计算,(2-19),Home,Next,Back,从计算的过程可以看出，直接耦合放大电路的静态工作点是相互影响的；从图

5、中可以看出，T1的静态工作点靠近饱和区，容易产生饱和失真。,3.1 多级放大电路的分析计算,(2-20),Home,Next,Back,3.1 多级放大电路的分析计算,(2-21),Home,Next,Back,直接耦合放大电路的改进形式：,问题：Re2的接入将大大降低第二级的电压放大倍数，从而影响整个放大电路的放大能力。,问题：DZ的接入将逐级抬高集电极的静态电位，使之接近于电源电压，引起后级的静态工作点不合适。,3.1 多级放大电路的分析计算,(2-22),二、直接耦合放大电路的优缺点,优点：具有良好的低频特性，可以放大缓慢变化的信号；无大电容和电感，容易集成。,Home,Next,Bac

6、k,缺点：静态工作点相互影响，分析、计算、设计较复杂；存在零点漂移。,2. 阻容耦合,将前一级的输出用电容连接到后一级的输入端的耦合方式，称之为阻容耦合。,例3.2 图3.5所示阻容耦合放大电路，推导静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。,3.1 多级放大电路的分析计算,(2-23),Home,Next,Back,提示：（1）在直流通路上求解静态工作点，此时电容相当于开路；（2）在微变等效电路上求解交流参数，此时电容和直流电源均相当于短路。,阻容耦合放大电路的直流通路是相互独立的，电路的分析、计算和调试比较容易，是分立元件放大电路的主要耦合方式。其缺点是低频特性差，不能放大缓慢

7、变化的 信号；由于耦合电容容量较大，所以不便于集成化。,3.1 多级放大电路的分析计算,(2-24),Home,Next,Back,提示：（1）在直流通路上求解静态工作点，此时电容相当于开路，电感相当于短路；（2）在微变等效电路上求解交流参数，此时电容和直流电源均相当于短路，变压器相当于阻抗变换器。,3. 变压器耦合,将前一级的输出通过变压器连接到后一级的输入端（或负载上）的耦合方式，称之为变压器耦合。,例3.3 对图3.6所示放大电路进行静态和动态分析。,3.1 多级放大电路的分析计算,(2-25),Home,Next,Back,变压器耦合放大电路的直流通路也是相互独立的，电路的分析、计算和

8、调试比较容易；可以实现阻抗变换，在分立元件功率放大电路中应用广泛。其缺点是低频特性差，不能放大缓慢变化的 信号；体积大，而且非常笨重，不能集成化。,4. 光电耦合,光电耦合：以光信号为媒质来实现电信号的耦合与传递。,3.1 多级放大电路的分析计算,(2-26),Home,Next,Back,输出特性：,3.1 多级放大电路的分析计算,传输比：,光电耦合放大电路的最大优点是可以实现输入回路和输出回路的电气隔离，从而可有效地抑制电干扰。但其放大能力较差，可用集成光电耦合放大器解决。,(2-27),特点：结构对称。,3.9 差动放大电路,3.9.1 差动放大电路的工作情况,(2-28),一. 抑制零

9、漂的原理,+UCC,(2-29),二. 输入信号分类,(1)差模(differential mode)输入,ui1 = -ui2= ud,(2)共模( common mode) 输入,ui1 = ui2 = uC,任意输入的信号 ui1 , ui2 ，都可分解成差模分量和共模分量。,(3)比较 输入,(2-30),ui1 = uC + ud ；ui2 = uC - ud,例: ui1 = 20 mV , ui2 = 10 mV,则：ud = 5mV , uc = 15mV,差模分量:,共模分量:,ui1 = 15mV + 5mV ；ui2 = 15mV - 5mV,(2-31),三. 共模电压

10、放大倍数AC,+UCC,共模输入信号： ui1 = ui2 = uC （大小相等，极性相同）,理想情况：ui1 = ui2 uC1 = uC2 uo= 0,共模电压放大倍数：,（很小，1),但因两侧不完全对称， uo 0,(2-32),四. 差模电压放大倍数Ad,差模输入信号： ui1 =- ui2 =ud （大小相等，极性相反）,(很大，1),设uC1 =UC1 +uC1 ， uC2 =UC2 +uC2 。 因ui1 = -ui2， uC1 =-uC2 uo= uC1 - uC2= uC1- uC2 = 2uC1,差模电压放大倍数：,+UCC,(2-33),五 . 共模抑制比(CMRR)的定

11、义,例: Ad=-200 Ac=0.1 KCMRR=20 lg (-200)/0.1 =66 dB,CMRR Common Mode Rejection Ratio,KCMRR =,KCMRR (dB) =,(分贝),(2-34),为了使左右平衡，可设置调零电位器:,3.9.2 典型差动放大电路（长尾式差动放大电路 ）,特点：加入射极电阻RE ；加入负电源 -UEE ，采用正负双电源供电。,一、静态分析,(2-35),双电源的作用：,（1）使信号变化幅度加大。 （2）IB1、IB2由负电源-UEE提供。,(2-36),RE的作用,设ui1 = ui2 = 0,RE 具有强负反馈作用, 抑制温度

12、漂移，稳定静态工作点。,(2-37),二、动态分析,(2-38),RE 对差模信号作用,ic1 = - ic2,iRE = ie1+ ie2 = 0,uRE = 0,RE对差模信号不起作用,(2-39),差模信号通路,T1单边微变等效电路,(2-40),单边差模放大倍数:,(2-41),即：总的差动电压放大倍数为：,差模电压放大倍数:,若带负载，RL中点电位为 0, 所以放大倍数：,(2-42),差放电路的几种接法,(2-43),对Ad而言，双端输入与单端输入效果是一样的。,(2-44),(1) 功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、UCEM 、

13、 PCM 。,3.10互补对称功率放大电路,3.10.1对功率放大电路的基本要求,(2-45),(2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。,(3) 电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。,Pomax : 负载上得到的交流信号功率。 PE ： 电源提供的直流功率。,(2-46),(2-47),uo的取值范围,直流负载线,交流负载线,若忽略晶体管的饱和压降和截止区，输出信号uo的峰值最大只能为：,放大电路的输出没有失真的工作方式称为甲类放大。,(2-48),如何解决效率低的问题？,办法：降低Q点。,缺点：但又会引起截止失真。,(2-49)

14、,互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、 PNP各一支；两管特性一致。,类型：,(2-50),3.10.2 互补对称功放电路,一、特点,1. 单电源供电；,2. 输出加有大电容。,二、静态分析,T1、T2 特性对称，,1.无输出变压器的乙类互补对称功放电路,(2-51),三、动态分析,设输入端在 0.5USC 直流电基础上加入正弦信号。,若输出电容足够大， UC基本保持在0.5USC ，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。,时，T1导通、T2截止；,两个晶体管都只在半个周期内工作，称为乙类放大。,(2-52),2. 无输出电容的乙类互补对称功放电路,一、工作原理（设ui为正弦波

15、）,电路的结构特点：,1. 由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。,2. 双电源供电。,3. 输入输出端不加隔直电容。,(2-53),动态分析：,ui 0V,T1截止，T2导通,ui 0V,T1导通，T2截止,iL= ic1 ;,iL=ic2,因此，不需要隔直电容。,静态分析：,ui = 0V T1、T2均不工作 uo = 0V,(2-54),乙类放大的输入输出波形关系:,死区电压,交越失真：输入信号 ui在零点前后，输出信号出现的失真为交越失真。,(2-55),(1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零； (2) 每管导通时间等于半个周期 ； (3) 存在交越失真。,乙类放大的特点：,(2-56),交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在非线性，ui uT时晶体管截止。,(2-57),3.甲乙类互补对称功率放大电路,静态时 T1、T2两管发射结电位 分别为二极管D1、 D2的 正向导通压降，致使两管 均处于微弱导通状态。,克服交越失真的措施：,(2-58),动态时 设 ui 加入正弦信号。 正