低频电子线路 教学课件 ppt 作者 刘树林 程红丽 5-1多级放大电路
1,在实际的电子设备中，为了得到足够大的放大倍数或者使输入电阻和输出电阻达到指标要求，一个放大电路往往由多级组成。,多级放大电路一般由输入级、中间级及输出级组成，如图所示：,5.1.1多级放大电路的组成,2,阻容耦合是利用电容器作为耦合元件将前级和后级连接起来的耦合方式。,5.1.2 多级放大电路的耦合方式,图5-2 阻容耦合放大电路,1.阻容耦合,3,1）各级的直流工作点相互独立。由于电容器隔直流而通交流，所以它们的直流通路相互隔离、相互独立的，这样就给设计、调试和分析带来很大方便。,2）在传输过程中，交流信号损失少。只要耦合电容选得足够大，则较低频率的信号也能由前级几乎不衰减地 加到后级，实现逐级放大。,优点：,3）电路的温漂小。 4）体积小，成本低。,缺点：,2）低频特性差；,1）无法集成；,4,2. 直接耦合,直接耦合是将前级放大电路和后级放大电路直接相连的耦合方式 。,图5-3 直接耦合放大电路,5,1）电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。由于级间是直接耦合，所以电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。,2）便于集成。由于电路中只有晶体管和电阻，没有电容器和电感器，因此便于集成。,缺点：,优点：,1）各级的静态工作点不独立，相互影响。会给设计、计算和调试带来不便。,2）引入了零点漂移问题。零点漂移对直接耦合放大电路的影响比较严重。,6,变压器耦合是利用变压器将前级的输出端与后级的输入端连接起来的耦合方式,3. 变压器耦合,图5-4 变压器耦合放大电路,7,优点：,1）变压器耦合多级放大电路前后级的静态工作点是相互独立、互不影响的。因为变压器不能传送直流信号。,2）变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。,3）变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、 电压以及阻抗变换。,缺点：,1）低频性能很差；,2）体积大，成本高，无法集成。,8,5.1.3 多级放大电路的分析方法,一、静态分析,1.阻容、变压器耦合放大电路的Q点,对于阻容耦合和变压器耦合的多级放大电路，由于各级的工作点相互独立，静态工作点的计算与第二章的计算方法相同。,2. 直接耦合放大电路的Q点,直接耦合使各放大级的工作点互相影响，这是构成直接耦合多级放大电路时必须要加以解决的问题。,9,对于直接耦合放大电路，放大电路的各级工作点会互相影响，如下图所示。为了使T1管的UCEQ有23V，以保证较大的动态范围，脱离饱和状态，就必须在T2管的发射极上串接电阻Re2来提高其基极的静态电位。,于是: VC1=VB2, VC2= VB2+ VCB2VB2 这样，集电极电位就要逐级提高，为此后面的放大级要加入较大的发射极电阻，从而无法设置正确的工作点。这种方式只适用于级数较少的电路。,10,级间采用NPN管和PNP管搭配的方式，如图所示。由于NPN管集电极电位高于基极电位，PNP管集电极电位低于基极电位， 它们的组合使用 可避免集电极电 位的逐级升高。,电路的优化,11,二、动态分析,1.输入电阻和输出电阻,图52两级阻容耦合放大电路的微变等效电路如图55 (a)所示。根据输入电阻、输出电阻的概念，由图5.5 (a)可以看出整个多级放大电路的输入电阻即为从第一级看进去的输入电阻。对于图5.5有 其中：Rl = R11/ R12 为第一级的等效偏流电阻。 同理多级放大电路的输出电阻即为从最后一级看进去的输出电阻，对于图55 (a)有： RO = RO2 RC2,12,图5.5 两级耦合电路的微变等效电路,13,2.电压放大倍数,在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数时有两种处理方法。,输入电阻法,开路电压法,一是将后一级的输入电阻作为前一级的 负载考虑，即将第二级的输入电阻与第一级 集电极负载电阻并联。,二是将后一级与前一级开路，计算前 一级的开路电压放大倍数和输出电阻，并 将其作为信号源内阻加以考虑，共同作用 到后一级的输入端。,14,例：用输入电阻法为例求图5.5的电压增益,图55 (b)为图55 (a)的简化电路，其中Rl = R11/ R12，Ri2 = R21/R22/r be2 ，RO =RC2，由图55 (b)为可知，第一、二级的电压放大倍数分别为：,总的电压放大倍数为：,推广到n级放大电路，总的电压放大倍数为：,15,需要强调的是，在计算每一级的电压放大倍数时，要把后一级的输入电阻视为它的负载电阻 ！,那么根据图5.5有：,其中：R/L1 = RC1/ Ri 2，即R/L1为RC1、R21、R22和r be2四个电阻并联。,其中：R/L2 = RC2/ RL，所以,16,5.1.4 各类耦合方式存在的问题,1.阻容耦合,它不适合于传送缓慢变化的信号，因为这一类信号在通过耦合电容加到下一级时，将受到很大的衰减。至于直流成分的变化，则根本不能通过电容。更重要的是，在集成电路中，要想制造大容量的电容是很困难的，因而这种耦合方式在线性集成电路中无法采用。,2. 直接耦合,直接耦合带来的零点漂移问题，是直接耦合电路最突出的问题。如果将一个直接耦合放大电路的输入端对地短路，并调整电路使输出电压也等于零。从理论上说，输出电压应一直为零保持不变，但实际上，输出电压将离开零点，缓慢地发生不规则的变化，如图58所示，这种现象称为零点漂移。,17,图58零点漂移现象,产生零点漂移的主要原因是放大器件的参数受温度的影响而发生波动，导致放大电路的静态工作点不稳定，而放大电路级与级之间又采用直接耦合方式，使静态工作点的变化逐级传递和放大。因此，一般来说，直接耦合放大电路的级数愈多，放大倍数愈高，则零点漂移问题愈严重。而且控制多级直接耦合放大电路中第一级的漂移至关重要。,零点漂移的技术指标通常用折合到放大电路输入端的零漂来衡量，即将输出端的漂移电压除以电压放大倍数得到的结果。对于一个高质量的直接耦合放大电路，要求它既有很高的电压放大倍数，而零点漂移又比较低。,18,为了抑制零点漂移，常用的措施有以下几种： 第一，引入直流负反馈以稳定Q点来减小零点漂移。分压式工作点稳定电路就是基于这种思想而引出的电路。 第二，利用热敏元件补偿放大管的零漂，例如，在放大电路中接入另一个对温度敏感的元件，如热敏电阻、半导体二极管等，使该元件在温度变化时产生的零漂，能够抵消放大三极管产生的零漂。在集成运算放大电路中常常采用这种措施以抑制零漂。 第三，将两个参数对称的单管放大电路接成差分放大的结构形式，使输出端的零漂互相抵消。这种措施十分有效而且比较容易实现，实际上，集成运算放大电路的输入级基本上都采用差分放大的结构。,19,3. 变压器耦合,变压器耦合方式可以实现阻抗变化作用，各级直流通路互相隔离，各级静态工作点互相独立。其主要缺点是使用变压器比较笨重，更无法集成化，而且，缓慢变化和直流信号也不能通过变压器。目前，即使是功率放大电路也较少采用变压器耦合方式。,
