2019多级放大电路2 课件

第三章 多级放大电路,当单级放大电路不能满足多方面的性能要求（如Au104、Ri=2M、 Ro=100）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，耦合方式即连接方式。,三种接法的比较：空载情况下,接法 共射 共集 共基 Au 大 小于1 大 Ai 1 Ri 中 大 小 Ro 大 小 大 频带 窄 中 宽,多级放大电路输入电阻的大小取决于输入级所用放大管的类型和电路的基本形式。 带负载的能力（输出电阻的大小）取决于输出级电路的基本形式。 放大倍数取决于各级电路的放大倍数。 低频特性取决于电路的耦合方式及耦合电容、旁路电容的大小。,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 差分放大电路,3.4 互补输出级,3.5 直接耦合多级放大电路读图,3.1 多级放大电路的耦合方式,一、直接耦合,二、阻容耦合,三、变压器耦合,一、直接耦合,既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻,能够放大变化缓慢的信号，便于集成化， Q点相互影响，存在零点漂移现象。,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。,Q1合适吗？,直接连接,求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。,如何设置合适的静态工作点？,Q1合适吗？,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UCEQ5V，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？,Re,如何设置合适的静态工作点？,UCEQ1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？,rzu /i，小功率管多为几欧至二十几欧。,NPN型管和PNP型管混合使用,在用NPN型管组成N级共射放大电路，由于UCQi UBQi，所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致于后级集电极电位接近电源电压，Q点不合适。,UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1 UCQ2 UCQ1,UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1 UCQ2 UCQ1,二、阻容耦合,Q点相互独立。低频时容抗太大，不能放大变化缓慢的信号，所以低频特性差，集成电路中制造大容量电容很困难，不能集成化。只有信号频率很高、输出功率很大的特殊情况下，才使用阻容耦合方式的分立元件电路。,有零点漂移吗？,利用电容连接信号源与放大电路、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻容耦合。,三、变压器耦合,电路的前后级靠磁路耦合，所以与阻容耦合的电路一样，各级静态工作点相互独立，便于分析、设计和调试。,但是电路的低频特性差，且笨重，更不能集成化。,可能是实际的负载，也可能是下级放大电路,电路分析,理想变压器情况下，负载上获得的功率等于原边消耗的功率。,从变压器原边看到的等效电阻,光电耦合,光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。,四、光电耦合,光电耦合器内部结构,普通光电耦合器,以单只光敏三极管作输出级，通常是密封在一个六引脚的封装之内，而光敏三极管的基极被引到封装的外面以备使用。在平常的使用中，基极是开路不用的，在此情况下，光电耦合器具有300kHz的有效带宽。,若将基极(引脚6)和发射极(引脚4)的引出端短接在一起即可将光敏三极管能够转换为光敏二极管，在这种情况下，带宽却上升到约30MHz。,达林顿光电耦合器,密封在一个六引脚的封装当中，而且其光敏三极管的基极亦引到封装之外以供使用。其有效带宽仅为30kHz。,双光和四光电耦合器都是利用单只光敏三极管作为输出级的，而这些光敏三极管的基极却不能外部引用。,双光和四光电耦合器,以上四种器件里，输入引脚都是在封装的某一边上而输出引脚则是在封装的另一边上。这种结构有利于增加隔离电压的最大可能值。前后级间电阻可达到10913欧姆。因此又统称为隔离光电耦合器,双光和四光电耦合器件中，尽管它们具有1.5KV的隔离电压值，但是在相邻通道之间所出现的电位差却绝对不允许超过500V。,注意：,3.2 多级放大电路的动态分析,二、分析举例,一、动态参数分析,一、动态参数分析,1.电压放大倍数,2. 输入电阻,3. 输出电阻,对电压放大电路的要求：Ri大， Ro小，Au的数值大，最大不失真输出电压大。,二、分析举例,第一级：,第二级：,动态分析,讨论一 失真分析：由NPN型管组成的两级共射放大电路,共射放大电路,共射放大电路,饱和失真？截止失真？,首先确定在哪一级出现了失真，再判断是什么失真。,比较Uom1和Uim2，则可判断在输入信号逐渐增大时哪一级首先出现失真。,在前级均未出现失真的情况下，多级放大电路的最大不失真电压等于输出级的最大不失真电压。,清华大学 华成英 hchyatsinghua.edu,讨论二：放大电路的选用,1. 按下列要求组成两级放大电路： Ri12k，Au 的数值3000； Ri 10M，Au的数值300； Ri100200k，Au的数值150； Ri 10M ，Au的数值10，Ro100。,共射、共射；共源、共射；共集、共射；共源、共集。,2. 若测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空载电压放大倍数，则如何求解它们连接后的三级放大电路的电压放大倍数？,注意级联时两级的相互影响！,3.3 差分放大电路,一、零点漂移现象及其产生的原因,二、长尾式差分放大电路的组成,三、长尾式差分放大电路的分析,四、差分放大电路的四种接法,五、具有恒流源的差分放大电路,六、差分放大电路的改进,一、零点漂移现象及其产生的原因,1. 什么是零点漂移现象：uI0，uO0的现象。,产生原因：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。,克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。 典型电路：差分放大电路,零点漂移,零输入零输出,理想对称,二、长尾式差分放大电路的组成,共模信号：大小相等，极性相同。,差模信号：大小相等，极性相反.,典型电路,在理想对称的情况下： 1. 克服零点漂移； 2. 零输入零输出； 3. 抑制共模信号； 4. 放大差模信号。,三、长尾式差分放大电路的分析,Rb是必要的吗？,1. Q点：,通常，Rb较小，且IBQ很小，故,选合适的VEE和Re就可得合适的Q,晶体管输入回路方程：,2. 抑制共模信号,共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即,2. 抑制共模信号 ：Re的共模负反馈作用,Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号,对于每一边电路，Re=?,如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 ,抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。,3. 放大差模信号,iE1= iE2，Re中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。,差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即,为什么？,差模信号作用时的动态分析,差模放大倍数,4.电压传输特性,放大电路输出电压与输入电压之间的关系曲线称为电压传输特性。,根据图线可以看出，只有中间一段是线性的。斜率表示差模放大倍数。当输入过大时输出电压就会发生失真，以致输出不再发生变化。,5. 动态参数：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR,共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。,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。,四、差分放大电路的四种接法,由于输入回路没有变化，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但是UCEQ1 UCEQ2。,1. 双端输入单端输出：Q点分析,双端输入单端输出：差模信号作用下的动态分析,双端输入单端输出：共模信号作用下的分析,双端输入单端输出：问题讨论,（1）T2的Rc可以短路吗？ （2）什么情况下Ad为“”？从T2输出时。 （3）双端输出时的Ad是单端输出时的2倍吗？,2. 单端输入双端输出,输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：,在输入信号作用下发射极的电位变化吗？说明什么？,单端输入双端输出,问题讨论： （1）UOQ产生的原因？ （2）如何减小共模输出电压？,测试:,静态时的值,3. 单端输入单端输出,4. 四种接法的比较：电路参数理想对称条件下,输入方式： Ri均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。,输出方式：Q点、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均与之有关。,五、具有恒流源的差分放大电路,Re 越大，每一边的漂移越小，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，设置合适的IEQ，并得到得到趋于无穷大的Re。,解决方法：采用电流源取代Re！,具有恒流源差分放大电路的组成,等效电阻为无穷大,近似为 恒流,1) 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。,六、差分放大电路的改进,1. 加调零电位器 RW,2. 场效应管差分放大电路,若uI1=10mV，uI2=5mV，则uId=？ uIc=？,uId=5mV ，uIc=7.5mV,讨论一,若将电桥的输出作为差放的输入，则其共模信号约为多少？如何设置Q点时如何考虑？,1、uI=10mV，则uId=? uIc=? 2、若Ad=102、KCMR103用直流表测uO ，uO=?,uId=10mV ，uIc=5mV,uO= Ad uId+ Ac uIc+UCQ1,=?,=?,=?,讨论二,3.4 互补输出级,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,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。,一、对输出级的要求,不符合要求！,二、基本电路,静态时T1、T2均截止，UB= UE=0,1. 特征：T1、T2特性理想对称。,2. 静态分析,T1的输入特性,3. 动态分析,ui正半周，电流通路为 +VCCT1RL地， uo = ui,两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。,ui负半周，电流通路为 地 RL T2 -VCC， uo = ui,4. 交越失真,消除失真的方法： 设置合适的静态工作点。,信号在零附近两只管子均截止,开启电压, 静态时T1、T2处于临界导通状态，有信号时至少有一只导通； 偏置电路对动态性能影响要小。,三、消除交越失真的互补输出级,四、准互补输出级,为保持输出管的良好对称性，输出管应为同类型晶体管。,3.5 直接耦合多级放大电路读图,一、放大电路的读图方法,二、例题,一、放大电路的读图方法,1. 化整为零：按信号流通顺序将N级放大电路分为N个基本放大电路。 2. 识别电路：分析每级电路属于哪种基本电路，有何特点。 3. 统观总体：分析整个电路的性能特点。 4. 定量估算：必要时需估算主要动态参数。,二、例题,第一级：双端输入单端输出的差放,第二级：以复合管为放大管的共射放大电路,第三级：准互补输出级,动态电阻无穷大,1.