5月多級放大電路ppt

1、,——2016年5月語音答疑——,模擬電子技術基礎 ——多級放大電路 時 間：2016-05-05 19：00 — 20：30,,1.1 多級放大電路的耦合方式,1.2 多級放大電路的動態(tài)分析,1.3 直接耦合放大電路分析,主要內容:,需要了解的內容：,1.1多級放

2、大電路的耦合方式,多級放大電路有四種常見的耦合方式:直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合和光電耦合。,1.1.1 直接耦合,將前一級的輸出端直接連接到后一級的輸入端，稱為直接耦合。圖中所示電路省去了第二級的基極電阻，而使Rc1既作為第一級的集電極電阻，又作為第二級的基極電阻，只要Rc1取值合適，就可以為T2管提供合適的基極電流。,直接耦合放大電路靜態(tài)工作點的設置,靜態(tài)時：T1管的管壓降Uce等于T2 管的b-e點間電壓Ubeq2。若T1

3、為硅管, 當Ubeq2約為0.7V，則T1管的靜態(tài)工作點靠近飽和區(qū)，在動態(tài)信號作用時容易引起飽和失真。 因此，為使第一級有合適的靜態(tài)工作點，就要抬高T2管的基極電位。為此，可以在T2管的發(fā)射極加電阻Re2，如圖(b)所示。,增加Re2后，在參數取值恰當時，兩級均可有合適的靜態(tài)工作點; 但是Re2的接入會使第二級的電壓放大倍數大大下降，從而影響整個電路的放大能力。因此，需要選擇一種器件取代Re2 ，這種器件對

4、直流量和交流量呈現出不同的特性， 對直流量，它相當于一個電壓源; 對交流量，它等效成一個小電阻。這樣，既可以設置合適的靜態(tài)工作點，又對放大電路的放大能力影響不大。綜合考慮后，二極管和穩(wěn)壓管都具有上述特性.,當二極管流過直流電流時，伏安特性可以確定它的端電壓為UD。在這個直流信號上疊加一交流信號時，二極管的動態(tài)電阻為duD/diD。若要求T1管的管壓降UCEQ的數值小于2V，則可用一只或兩只二極管取代Re2。,

5、當穩(wěn)壓管工作在擊穿狀態(tài)時，在一定的電流范圍內，其端電壓基本不變。并且動態(tài)電阻也僅為十幾至幾十歐，所以可用穩(wěn)壓管取代Re2，如圖(C)所示。為了保證穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，圖(C) 中，電阻R的電流IR流經穩(wěn)壓管，使得穩(wěn)壓管中的電流大于最小穩(wěn)定電流(一般為5mA或10mA)。,或者用穩(wěn)壓管取代Re2,在圖 (a),(b),(c)所示電路中，為使各級晶體管都工作在放大區(qū)，必然要求T2管的集電極靜態(tài)電位高于其基極電位，也就是要高于T1管的集

6、電極靜態(tài)電位。如果級數增多，且均為NPN管構成的共射極電路，那么由于集電極電位逐級升高，以至于接近VCC，會使后級的靜態(tài)工作不合適。因此，直接耦合多級放大電路中常采用NPN型和PNP型管混合使用的方法解決上述問題；如圖(d）所示，在所示電路中，為使T2工作在放大區(qū)，T2管的集電極電位應低于T1管的集電極電位。,直接耦合方式的優(yōu)缺點,優(yōu)點： (1)直接耦合放大電路的突出優(yōu)點是具有良好的低頻特性， 以放大變化緩慢的

7、信號；(2)由于電路中沒有大容量電容，所以易于將全部電路集成 在一片硅片上，構成集成放大電路。缺點：(1)采用直接耦合方式使各級之間的直流通路相連，因而就 給電路的分析、設計和調試帶來一定的困難；(2)在求解靜態(tài)工作點時，應寫出直流通路中各個回路的方 程，然后求解，難度大。,1.1.2 阻容耦合,將放大電路的前級輸出端通過電容接到后級輸入端，稱為阻容耦合方式.圖示為兩級阻容

8、耦合放大電路，第一級為共射極放大電路，第二級為共集電極放大電路。,優(yōu)點：（1）各級之間的直流通路各不相通，各級的靜態(tài)工作點相互獨 立，在求解或實際調試Q點時可按單級處理；（2）只要輸入信號頻率較高，耦合電容容量較大，前級的輸出 信號就可以幾乎沒有衰減地傳遞到后級的輸入端。缺點：（1）阻容耦合放大電路的低頻特性差，不能放大變化緩慢的信 號。對這類信號呈現出很大的容抗，信號的一部分甚至全部都 衰減在耦合電容上，而根

9、本不向后級傳遞；（2）在集成電路中制造大容量電容很困難，甚至不可能，所以 這種耦合方式不便于集成化。,阻容耦合方式的優(yōu)缺點,1.1.3 變壓器耦合,將放大電路前級的輸出端通過變壓器接到后級的輸入端或負載電阻上，稱為變壓器耦合。圖（A）所示為變壓器耦合共射放大電路RL既可以是實際的負載電阻，也可以代表后級放大電路，圖(b)是它的交流等效電路。,優(yōu)點：由于變壓器耦合電路的前后級靠磁路耦合 ，所以與阻容耦合電路一樣，它的各級放大電路的靜

10、態(tài)工作點相互獨立，便于分析、設計和調試。 可以實現阻抗變換，因而在分立元件功率放大電路中得到廣泛應用。缺點：變壓器耦合的低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號，且非常笨重，更不能集成化。,變壓器耦合方式的優(yōu)缺點,1.1.4 光電耦合,一、光電耦合器,發(fā)光元件為輸入回路，它將電能轉換成光能;光敏元件為輸出回路，它將光能再轉換成電能，實現了兩部分電路的電氣隔離，從而可有效地抑制電干擾。光電耦合器的傳輸特性如圖(b

11、)所示，它描述當發(fā)光二極管的電流為一個常量ID時，集電極電流Ic與管壓降Uce;之間的函數關系，即,1.2 多級放大電路的動態(tài)分析,在多級放大電路中，放大倍數計算為：,通過多級放大器的輸入輸出依序相連形成：,上式表明，多級放大電路的電壓放大倍數等于組成它的各級放大電路電壓放大倍數之積。對于第一級到第(n一1)級，每一級的放大倍數均應該是以后級輸入電阻做為負載時的放大倍數。,即為：,另外：,例題分析：,求解Au、Ri和RO, 交流等效電

12、路如圖所示(小信號模型),,第二級的電壓放大倍數,整個電路的電壓放大倍數,輸入電阻,輸出電阻,1.3 直接耦合放大電路分析,當信號變化比較緩慢，采用直接耦合放大電路將其放大最為方便。本節(jié)將對直接耦合放大電路存在的問題、解決方法以及基本電路形式一一加以介紹。,1.3.1直接耦合放大電路的零點漂移現象,一、零點漂移現象及其產生的原因,如圖(b)所示，這種輸入電壓為零而輸出電壓不為零且緩慢變化的現象，稱為零點漂移現象。溫度變化是產生零點漂

13、移現象的主要原因，因而也稱零點漂移為溫度漂移，簡稱溫漂。,抑制溫度漂移的方法,抑制溫度漂移的方法歸納如下:1. 在電路中引人直流負反饋，例如典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路中Re所起的作用；2.采用溫度補償的方法。利用熱敏元件來抵消放大管的變化；3.采用特性相同的管子，使它們的溫漂相互抵消，構成“差分放大電路”，這個方法也可歸結為溫度補償。,1.3.2 差分放大電路(多級直接耦合放大電路的基本單位),,變化會逐級放大。,通過接入電阻Re來

14、抑制溫漂,穩(wěn)定,一、電路的組成,受溫度控制的電源，V與VCQ變化保持相等。那么輸出只有動態(tài)的部分了。,如果采用與圖(a)所示電路參數完全相同，管子特性也完全相同的電路，那么兩只管子的集電極靜態(tài)電位在溫度變化時也將時時相等，電路以兩只管子集電極電位差作為輸出，就克服了溫度漂移，實現了抑制溫漂中（3）的構想，如圖(c)所示。,即：?1=?2=? UBE1=UBE2= UBE rbe1= rbe2= rbe

15、 RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb,ui1=ui2 =uic，(大小、極性相同，共模信號),,說明差分放大電路對共模信號具有很強的抑制作用，在參數完全對稱的情況下，共模輸出為零.,（C）對稱式電路加共模信號,當UI1與UI2所加信號為大小相等極性相反的輸人信號(稱為差模信號)時，,從而實現電壓的放大。,,由于Re1和Re2的存在使電路的電壓放大能力變差，當它們數值較大時，甚至不能放大。,,若將T1管和

16、T2管發(fā)射極連在一起，將Re1和Re2合二而一。成為一個電阻Re，如圖(d)所示， 則,在差模信號作用下Re中的電流變化為零，即Re對差模信號無反饋作用， 就是說Re對差模信號相當于短路，因此大大提高了對差模信號的放大能力。 圖（E）是典型的差分放大電路。,,長尾式差分放大電路（Re接負電源）,實際差分電路的參數不可能理想對稱。,1.靜態(tài)分析,-VEE,+VCC,2.對共模信號的抑制作用,,當電路輸入共模信

17、號的時候,(1)對溫度漂移有很強的抑制作用 由于電路參數的理想對稱性，溫度變化時管子的電流變化完全相同，故可將溫度漂移等效成共模信號。,+VCC,-VEE,（2） 射極電阻RE對共模信號的負反饋作用，抑制了每只晶體管集電極電流的變化，從而抑制集電極電位的變化。,+VCC,-VEE,對于每邊晶體管而言，發(fā)射極等效電阻為2RE。 RE阻值愈大，負反饋作用愈強，集電極電流變化愈小，因而集電極電位的變化也就愈小。RE的取值不宜過大，由

18、式 (靜態(tài))可知，它受電源電壓VEE限制。（選擇合適的靜態(tài)工作點）,,為了描述差分放大電路對共模信號的抑制能力，引人共模放大倍數AC,共模輸入和輸出。在理想對稱的情況下，AC=0,3.對差模信號的放大作用,(1)加入差模信號,ui1=-ui2 =uid/2，,電路的動態(tài)分析,E點電位保持不變，相當于接“地”， RL中點電位也不變，也相當于接“地”，RL被分為兩部分，分別接在C-E之間。,,在差模

19、信號作用下的交流等效電路如圖（B）所示。（其中，電源與地短接）,RE？,輸入差模信號時的放大倍數稱為差模放大倍數，記作Ad，定義為,雖然差分放大電路用了兩只晶體管，但它的電壓放大能力只相當于單管共射放大電路。因而差分放大電路是以犧牲一只管子的放大倍數為代價，換取了抵制溫漂的效果。,差模輸入電阻,差模輸入電阻Rid是基本放大電路的兩倍。,,輸出電阻,共模抑制比,共模抑制比KCMR是差分放大器的一個重要指標，其值越大，說明電路的性能越好。

20、,在雙端輸出時，KCMR可認為等于無窮大。,,差模放大倍數,共模放大倍數,4.電壓傳輸特性,放大電路輸出電壓與輸人電壓之間的關系曲線稱為電壓傳輸特性，即,UID,UOD,將差模輸人電壓△uid 按圖(a)接到輸人端，并令其幅值由零逐漸增加時，輸出端的u0。也將出現相應的變化，二者的關系，如圖3.3.6中的實線所示?？梢钥闯?，只有在中間一段二者才是線性關系，斜率就是差模電壓放大倍數。當輸人電壓幅值過大時，輸出電壓就會產生失真，若再加大

21、△uid ，則△u0D將趨于不變，其數值取決于電源電壓VCC。若改變△uid的極性，則可得到另一條如圖中虛線所示的曲線，它與實線完全對稱。,差動放大器的輸入輸出方式,差動放大器共有四種輸入輸出方式:1. 雙端輸入、雙端輸出（雙入雙出）2. 雙端輸入、單端輸出（雙入單出）3. 單端輸入、雙端輸出（單入雙出）4. 單端輸入、單端輸出（單入單出） 主要討論的問題有： 差模電壓放大倍數、共模電壓放大倍數 差模輸入電阻

22、 輸出電阻,1.雙端輸入雙端輸出,(1)差模電壓放大倍數 ui1=-vi2=vid/2, 則，一晶體管的電流增加，另一晶體管減小，ic1=-ic2,ve=0,Avd=u0/ui=(v01-v02)/(vi1-vi2)=-2v01/2vi1=-v01/vi1,如下：,（2）共模電壓放大倍數,（3）差模輸入電阻,（4）輸出電阻,2. 雙端輸入單端輸出,結構：輸出回路不對稱，影響 靜態(tài)工作點。,根據戴維南定

23、律：,,2.1直流通路,根據戴維南定律：,輸入回路對稱,輸出回路不對稱,2.2 靜態(tài)工作點的計算,,因為在差模信號作用時，負載電阻僅取得T1管集電極電位的變化量，所以與雙端輸出電路相比。其差模放大倍數的數值減小。,在差模信號作用時，由于T1管與T2管中電流大小相等方向相反，所以發(fā)射極相當于接地。輸出電壓、輸入電壓和差模放大倍數為；,,2.3 動態(tài)分析,2.4 雙端輸入單端輸出小結（差模信號）,(1)差模電壓放大倍數,（2）差模輸入電阻,

24、（3）輸出電阻,如果輸入差模信號極性不變，而輸出信號取自T2管的集電極，則輸出與輸入同相。,ui1=ui2 =uic,設ui1 ?，ui2 ? ? ie1 ? ， ie1 ? 。 ? iRe （=2 ie1 ）?,當輸入共模信號，求共模電壓放大倍數,求共模電壓放大倍數：,,T1邊電路的等效電路,共模抑制比,可以看出，RE愈大，AC的值愈小，KCMR愈大，電路的性能也就愈好。因此，增大RE是改善共模抑制比的基本措施。,,帶

25、恒流源的差動放大電路,根據共模抑制比公式：,加大Re，可以提高共模抑制比。若Re無限大AC為0，故障時，差分管承受高壓。(根據IEQ 公式),為了既能采用較低的電源電壓，又能有很大的等效電阻Re，可采用恒流源電路來取代Re。晶體管工作在放大區(qū)時，其集電極電流幾乎僅決定于基極電流而與管壓降無關，當基極電流是一個不變的直流電流時，集電極電流就是一個恒定電流。因此，利用工作點穩(wěn)定電路來取代RE，就得到具有恒流源的差分放大電路。,等效很

26、大的交流電阻，直流電阻并不大。,恒流源使共模放大倍數減小，而不影響差模放大倍數，從而增加共模抑制比。,恒流源的作用,I2,IB3,可見, 則T3管集電極電流IC3就基本不受溫度影響。而且，由圖可知，電路的動態(tài)信號不可能作用到T3管的基極或發(fā)射極，因此,可以認為Ic3為一恒定電流，發(fā)射極所接電路可以等效成一個恒流源。T1管和T2管的發(fā)射極靜態(tài)電流,,差模放大倍數：,單出差模放大倍數,1.3.3 直接耦合互補輸出級,工作原理：,ui為

27、正半周時，T1管工作，T2管截止，輸出uo為正；ui為負半周時，T2管工作，T1管截止；輸出uo為負。兩管交替工作，在負載電阻RL上得到完整的正弦波。,1. 互補對稱射極輸出電路,對于電壓放大電路的輸出級一般有兩個基本要求:一、輸出電阻低；二、最大不失真輸出電壓盡可能大。,輸入輸出波形圖,,,,,死區(qū)電壓,當輸人電壓為正弦波時，輸出電壓在ui過零附近將產生失真，這種失真稱為交越失真。,2. 克服交越失真的互補輸出級,靜態(tài)時，T1、T

28、2兩管發(fā)射結電壓分別為二極管D1、 D2的正向導通壓降，致使兩管均處于微弱導通狀態(tài)，以消除交越失真。,電路中增加 D1、D2,工作原理 ：,合理選擇R3和R4，可以得到UBE任意倍數的直流電壓，故稱該電路為UBE倍增電路?？梢杂糜跍囟妊a償。,為了增大T1管和T2管的電流放大系數，以減小前級驅動電流，常采用復合管結構，在實用電路中常采用圖3.3.8所示電路, 圖中T1管和T2管復合而成NPN型管，T3和T4管復合而成PNP.,

29、本節(jié)所介紹的互補輸出級(簡稱互補電路)常做為功率放大電路，也稱為OCL電路。,1.3.4 直接耦合多級放大電路,實際中直接耦合多級放大電路常用差分放大電路做為輸入級，這樣可以減小整個電路的溫漂，增大共模抑制比。如果輸入信號是一個微弱的電壓信號時，則應考慮采用場效應管差分放大電路。而對于輸出級，一般多采用OCL電路，這樣可以使輸出電阻較小，帶負載能力增強，而且最大不失真輸出電壓幅值可接近電源電壓。為了進一步增強放大能力，常用共射放大