第3章多级放大电路(江苏师范).ppt

第3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 直接耦合多级放大电路,3.1 多级放大电路的耦合方式,知识要点： 掌握四种多级放大电路耦合方式的特点（优缺点）,,将两个或两个以上的单管放大电路通过一定的方式合理的连接起来，即构成多级放大电路 组成多级放大电路的每一个单管放大电路称为一级；级与级之间的连接称为级间耦合 多级放大电路四种常见的耦合方式为：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合基本概念：,3.1.1 直接耦合方式,思考： 此直接耦合式多级放大电路进行几次结构改进？原因何在？措施如何？,,直接耦合式两级共射放大电路,B2,共进行3次结构改进：,第一次改进原因：因为,容易导致T1管产生饱和失真改进措施：T2管增加发射极电阻，抬升 UB2Q 值 ，即可解决Re2,,UCEQ1,+,_,0.2V,,直流通路,第二次改进原因：由于T2管增加了发射极电阻，导致第二级放大电路电压放大能力下降改进措施：用普通二极管或稳压二极管取代Re2即可，因为对于直流量，两种类型的二极管均可等效为直流电压源，对动态信号，两种类型的二极管均可等效为阻值很小的动态电阻，因而对电压放大倍数数值影响较小。

B2,Re2,,为确保两个NPN的BJT均处于放大状态，即其集电结反向偏置，则其各自的集电极电位必须高于本管的基极电位UCQ2,+,_,UBQ1,+,_,第三次改进原因：因原电路均由NPN型三极管构成，会导致后一级电路的集电极电位逐级升高，最终导致电位值接近直流电压源VCC电压，从而令其Q点设置不合适改进措施：前后级放大电路由NPN型和PNP型三极管交替构成，即可解决此问题直接耦合方式优缺点：,优点： 低频特性良好，可以放大缓慢变化的信号甚至是直流信号；由于没有大容量电容，因此易于集成化缺点： 1、前后级静态工作点互相影响，不独立，分析、设计、调试困难； 2、存在“零点漂移”问题广泛应用于集成放大电路中3.1.2 阻容耦合方式：,优点：前后级Q点互相独立，设计与调试方便缺点：具有大容量电容，不便于集成；低频特性差应用于分立元件构成的放大电路中阻容耦合式共射——共集放大电路,,3.1.3 变压器耦合方式：,,,可接后级放大电路输入端,变压器耦合方式优点： 前后级为磁路耦合，各级放大电路Q点相互独立，便于分析设计和调试；可以实现阻抗变换缺点： 低频特性差，不能放大变化缓慢的信号，不能集成化，体积大、份量重。

应用于分立元件构成的功率放大电路中3.1.4 光电耦合方式：,典型应用：光电耦合器,,特点： 以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递，各级放大电路Q点相互独立，便于分析设计和调试；抗干扰能力强电转换为光,光转换为电,,光电耦合放大电路,,3.2 多级放大电路动态分析,知识要点：,了解多级放大电路动态分析的基本思路,多级放大电路交流等效电路（以两级为例）,* 前级的输出电阻是后级的信号源内阻,* 后级的输入电阻是前级的负载,1、 电压放大倍数,,结论： 多级放大电路总的放大倍数为各级放大电路放大倍数的乘积2、多级放大电路的输入电阻是第一级放大电路的输入电阻：,3、多级放大电路的输出电阻为最后一级放大电路的输出电阻 ：,,注意： 1. 计算放大倍数，是把后一级输入电阻作为前一级负载的；,,当共集放大电路作为输入级（即第一级）时，它的输入电阻 与其负载（即第二级的输入电阻）有关；而当共集放大电路 作为输出级（即最后一级）时，它的输出电阻与其信号源内 阻（即倒数第二级的输出电阻）有关微变等效电路,,,,,,,,【例1】,第一级,第二级,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,+VCC,ui,uo,RB1,RB2,RC1,RE2,T1,T2,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,RE1,RB3,+,+,+,,+,C1,C2,C3,CE1,,,RL,,,RS,+,_,us,1. 求静态值：,这是一阻容耦合放大电路，第一级为共射放大电路，第二级为共集放大电路，各级静态值可按单级计算。

2. 求动态参数：,其中 Ri2=RB3//[rbe2 + （1+2） (RE2//RL）],Ri=Ri1=RB1//RB2//rbe1,第一级,第二级,,,Ri,Ro,,,,,,,,,,,rbe1,,,,,,,,,,,RC1,,RL,,RB2,,,RS,+,,,,,RB1,,,,,,,RB3,rbe2,,,,B1,C1,E1,B2,,E2,C2,,,RE2,其中 Ro1=RC1,,Ro1,知识要点：,1、掌握零点漂移（温度漂移）产生的现象与原因；,2、掌握差分放大电路基本的电路结构、特性与类型3.3 直接耦合多级放大电路,3.3.1 零点漂移,1、特征（现象）：,当直接耦合式多级放大电路输入信号电压为零时，其输出信号电压的变化却不为零，表现出一定的缓慢、不规则的电压变化——电压的漂移，称为 零点漂移 2、原因分析：,电源电压的波动、元器件的老化、环境温度变化导致半导体元器件参数变化其中以环境温度变化影响最大，因此也将“零点漂移”称为“温度漂移”，简称“温漂” ——实质原因：温度变化导致放大电路Q点参数不稳定思考1： 为何只在直接耦合式多级放大电路中产生温度漂移现象，在其它耦合方式的多级放大电路中不会存在温漂现象？,思考2： 温度漂移现象的存在对放大电路的性能是否有影响？如何进行避免与消除？,措施一：添加发射极电阻，构成直流负反馈电路；,措施二：选用半导体二极管等热敏元器件进行温度补偿；,措施三：直接耦合式多级放大电路的输入级选用差分放大电路。

3.3.2 差分放大电路 （差动放大电路）,1、电路类型： 基本形式、长尾式、恒流源式,——直接耦合多级放大电路的输入级，只是它的一个基本单元电路2、基本形式的差分放大电路,（1）结构特点：,元件特性对称； 参数取值对称； 双信号输入端， 双信号输出端若uI1= uI2=0,,,若uI1= uI2≠0,（2）定性分析电路特性：,（3）信号输入方式：,※共模输入方式：两输入信号大小相等，极性相同， uI1= uI2（ uIc共模信号） ； ——为差分放大电路的干扰信号一般是由于温漂等原因自发生成的干扰信号※差模输入方式：两输入信号大小相等，极性相反 uI1= -uI2= uId/2（uId差模信号） ——指差分放大电路的有效信号差动放大电路中的“差动”——两输入信号有差别，电路输出端才有输出电压，才有变化※比较输入方式：两输入信号既非共模，又非差模，两者的大小和相对极性是任意的此种输入方式常用作比较放大 在分析处理时，可将此特点的输入信号分解为差模分量和共模分量两部分ui2 = 8 mV － 2 mV,例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV,可分解成: ui1 = 18 mV + 2 mV,,,,,可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV,共模分量,差模分量,ui2 = 18 mV － 2 mV,例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV,（4）共模、差模输入方式下的动态特性分析：,※当电路以共模方式输入信号时：若电路左右参数完全理想化对称，则输出电压：,说明：差分放大电路对它的干扰信号——共模信号有很强的抑制作用，即有很强的抑制温漂的能力。

※当电路以差模方式输入信号时：电路左右对应的参数大小相等，但极性相反，即相差一“-”号，则输出电压：,说明：差分放大电路对它的有效信号——差模信号，具有比单管共射放大电路更强的电压放大能力5）主要动态参数： Ad、 Ac、 KCMRR,※ 共模放大倍数,※ 差模放大倍数,若电路左右参数理想化对称，共模放大倍数 Ac = 0 输出电压 uo = Ad （ui1 － ui2 ） = Ad uid,若电路左右不完全对称，则 Ac 0， 实际输出电压 uo = Ac uic + Ad uid 即共模信号对输出有影响 Common Mode Rejection Ratio),差模放大倍数,共模放大倍数,KCMR越大，说明差分放大电路对 差模信号的放大能力越强，而 对共模信号的抑制能力越强共模抑制比KCMRR,共模抑制比,,※,,基本形式的差分放大电路,输入共模信号：,输入差模信号：,iE1,iE2,,Re1、Re2引入交、直流负反馈,改进电路结构，改善电路特性,3、长尾式差分放大电路：,,,,（1）静态分析：求Q点,IRe,IBQ,IEQ,,E,,,,C,ICQ,,+ UBEQ -,,（2）动态分析——共模输入方式,,在左右参数理想化对称前提下，输入共模信号，输出为0。

求Ad、Ri、 Ro,（2）动态分析——差模输入方式,,,,3. 对差模信号的放大作用,,在两个输入端加差模信号，即Ui1=-Ui2 ，这时一管的射极电流增大，另一管的射极电流减小，且增大量和减小量时时相等因此流过RE的信号电流始终为零，E点电位将保持不变，因此可视为恒压源，在等效电路中Re相当对地交流短路在两个输入端加差模信号，即Ui1=-Ui2 ，这时一管的集电极电压增大，另一管的集电极电压减小，且增大量和减小量时时相等因此RL的中点电位将保持不变，因此可视为恒压源，在等效电路中对地交流短路微变等效电路：,,,,,根据信号输入、输出方式的不同，对应四种具体接法： 双端输入、双端输出(3.3.5-P160) ； 双端输入、单端输出(3.3.7-P162)； 单端输入、双端输出(3.3.11-P164)； 单端输入、单端输出(3.3.12-P165)3）差分放大电路的四种接法：,,1.双端输入—双端输出（ui输入、uo输出）,2.双端输入—单端输出（ui输入、uo1或uo2输出）,3.单端输入—双端输出（b点接地, ui = ui1输入、uo输出）,4.单端输入-单端输出（b点接地, ui = ui1输入、uo1或uo2输出）,二、输入输出方式,四、动态分析,双端输入时:,差模信号uid =ui,共模信号:0,因输入回路电路 参数对称,双端输入只有一对差模信号：,输入信号为ui,a,b,单端输入时:,差模信号uid =ui,共模信号: uic= ui/2,单端输入有： 一对差模信号 和一对共模信号,uic,uic,输入信号为ui,※双端输入，单端输出,,E,直流通路,IRC,IL,,静态分析：,,,※双端输入，单端输出 加差模信号的动态分析：,,,※双端输入，单端输出加共模信号的动态分析：,将Re电阻等效变换后的电路,T1管对应电路的微变等效电路,,,,※ 单端输入，双端输出,,结论：此输入、输出方式电路的动、静态参数求取与双端输入、双端输出的完全一致。

※ 单端输入，单端输出,此输入、输出方式电路的动、静态参数求取与双端输入、单端输出的完全一致如果温度变化，两个差放管的电流 将按相同的方向一起增大或减小， 相当于给放大电路加上一对共模输入信号双端输入时:,单端输入时:,差模信号,共模信号,差模信号,共模信号,一对温漂,uic,uic,一对温漂,+,放大差模信号,抑制共模信号,差分放大电路,人为,不可避免的,uid,uic,四种接法电路动态参数取值规律总结： 1、输入电阻取值一致2(Re+rbe)，与接法无关； 2、Q点、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均与输出方式有关； 3、单端输入时，在输入差模信号的同时，伴有共模信号的输入长尾式差分放大电路,,四、改进型差分放大电路,1. 加调零电位器为了使差分放大电路的性能更好，对共模信号的抑制能力更强，对差模信号的放大能力更大b)集电极调零,(a)射极调零;,,,(1) Rw加在发射极,(2) Rw加在集电极c时,用恒流源电路取代Re，构成 恒流源型差分放大电路,Re为无穷大时，Ac为0，KCMR为无穷大但是，在同样的静态工作电流下，增大Re 势。