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1、第三章 多级放大电路,3.1 多级放大电路的耦合方式,3.3 直接耦合放大电路,3.2 多级放大电路的动态分析,本章重点和考点：,1、掌握多级放大电路的耦合方式，为集成电路的学习打好基础,2、掌握直接耦合放大电路中差分放大电路的组态及动态参数的计算,3、了解多级放大电路中的互补输出级,本章讨论的问题：,1.单管放大电路为什么不能满足多方面性能的要求？,2.如何将多个单级放大电路连接成多级放大电路？各种连接方式有和特点？,3.直接耦合放大电路的特殊问题是什么？如何解决？,4.差分放大电路与其它基本放大电路有什么区别？为什么它能抑制零点漂移？,5.直接耦合放大电路输出级的特点是什么？如何根据要求组
2、成多级放大电路？,3.1 多级放大电路的耦合方式,将多个单级基本放大电路合理联接，构成多级放大电路,组成多级放大电路的每一个基本电路称为一级，级与级之间的连接称为级间耦合。,四种常见的耦合方式：直接耦合阻容耦合变压器耦合光电耦合,3.1.1直接耦合,图 3.1.1（a)两个单管放大电路简单的直接耦合,特点：,(1) 可以放大交流和缓慢变化及直流信号；(2) 便于集成化。,(3)各级静态工作点互相影响；基极和集电极电位会随着级数增加而上升； (4)零点漂移（如何克服）。,一、 直接耦合放大电路静态工作点的设置,改进电路(b),电路中接入 Re2，保证第一级集电极有较高的静态电位，但第二级放大倍数
3、严重下降。,改进电路(c1),稳压管动态电阻很小，可以使第二级的放大倍数损失小。但集电极电压变化范围减小。,改进电路(c2),+VCC,改进电路(d),可降低第二级的集电极电位，又不损失放大倍数。但稳压管噪声较大。,NPN管和PNP管混合使用，可获得合适的工作点。为经常采用的方式。,(c),图 3.1.1直接耦合放大电路静态工作点的设置,3.1.2阻容耦合,图 3.1.2阻容耦合放大电路,第 一 级,第 二 级,特点：静态工作点相互独立，在分立元件电路中广泛使用。在集成电路中无法制造大容量电容，不便于集成化。无法放大直流及变化缓慢的信号,3.1.3变压器耦合,图 3.1.3变压器耦合共射放大电
4、路,以前功率放大电路广泛采用此耦合方式。可以较好的实现阻抗匹配。由于变压器体积庞大，目前较少使用,变压器耦合放大电路,选择恰当的变比，可在负载上得到尽可能大的输出功率。,变压器耦合放大电路,第二级VT2、VT3组成推挽式放大电路，信号正负半周VT2、VT3 轮流导电。,3.1.4光电耦合,光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的，因而其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。,一、光电耦合,图3.1.5光电耦合器及其传输特性,发光元件,光敏元件,二、光电耦合放大电路,图3.1.6光电耦合放大电路,目前市场上已有集成光电耦合放大电路，具有较强的放大能力。,3.2多级放大电路的动态分析,一、
5、电压放大倍数,总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即,其中， n 为多级放大电路的级数。,二、 输入电阻和输出电阻,通常，多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻；输出电阻就是输出级的输出电阻。,具体计算时，有时它们不仅仅决定于本级参数，也与后级或前级的参数有关。,如图所示的两级电压放大电路，已知1= 2 =50, T1和T2均为3DG8D。计算前、后级放大电路的静态值(UBE=0.6V)及电路的动态参数。,例:1,两级放大电路的静态值可分别计算。,RB1,C1,C2,RE1,+,+,+,RC2,C3,CE,+,+,+24V,+,T1,T2,1M,27k,82k,43k,7.5k,51
6、0,10k,解:,第一级是射极输出器:,第二级是分压式偏置电路,计算 r i和 r 0,小信号等效电路,由等效电路可知，放大电路的输入电阻 ri 等于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器，它的输入电阻ri1与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻 ri2。,2,b,I,2,c,I,rbe2,RC2,rbe1,RB1,1,b,I,1,c,I,RE1,+,_,+,_,+,_,求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数,第一级放大电路为射极输出器,2,b,I,2,c,I,rbe2,RC2,rbe1,RB1,1,b,I,1,c,I,RE1,+,_,+,_,+,_,第二级放大电路为共发射极放大电
7、路,总电压放大倍数,一、 零点漂移现象及其产生的原因,直接耦合时，输入电压为零，但输出电压离开零点，并缓慢地发生不规则变化的现象。,原因：放大器件的参数受温度影响而使 Q 点不稳定。也称温度漂移。,图 3.3.1零点漂移现象,放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。,3.3直接耦合放大电路,3.3.1直接耦合放大电路的零点漂移现象,二、抑制温度漂移的方法：,(1) 引入直流负反馈以稳定 Q 点；,(2) 利用热敏元件补偿放大器的零漂；,图 利用热敏元件补偿零漂,R2,R1,+VCC,+,T2,+,Rc,T1,uI,uO,iC1,Re,R,uB1,(3) 采用差分放大电路。,3.3.
8、2 差分放大电路,差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路,一、电路的组成,利用射极电阻稳定Q点但仍存在零点漂移问题,T的UCQ变化时，直流电源V始终与之保持一致。,采用与图（a）所示电路参数完全相同，管子特性也相同的电路,图 3.3.2差分放大电路的组成(c),电路以两只管子集电极电位差为输出，可克服温度漂移。,共模信号输入信号uI1和uI2大小相等，极性相同。,差模信号输入信号uI1和uI2大小相等，极性相反。,差分放大电路也称为差动放大电路,动画avi6-2.avi,差分放大电路的改进图,将发射极电阻合二为一、对差模信号Re相当于短路。,典型差分放大电路,长尾式差分放大电路,
9、便于调节静态工作点，电源和信号源能共地,二、长尾式差分放大电路,图 3.3.3长尾式差分放大电路,1.静态分析,IE1=IE2=(UEEUBE)2Re ；,UCE1=UCE2UCC+UEE(RC+2Re)IE1,Uo=0；,IB1=IB2 =IE1/(1+ ),由于Rb较小，其上的电压降可忽略不计。,（动画avi6-1.avi）,2.对共模信号的抑制作用,共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。,所以,共模增益,电路参数的理想对称性，温度变化时管子的电流变化完全相同，故可以将温度漂移等效成,射极电阻Re对共模信号的负反馈作用，抑制了每只晶体管集电极电流的变化，从而抑制集电极的电位的变化。,
10、共模信号，差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用。,3.对差模信号的放大作用,图3.3.5差分放大电路加差模信号（a),分析时注意二个“虚地”,E点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。,负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。,差模信号作用下的等效电路,图3.3.5差分放大电路加差模信号（b),动态参数,Rid=2(Rb +rbe;),Rod=2RC,共模抑制比,双端输出，理想情况,4.电压传输特性,放大电路的输出电压和输入电压之间的关系曲线。,uo f( uI ),如改变uI的极性，可得另一条图中虚线所示的曲线，它与实线完全对称。,三、 差分放大电路的四种接法, 双入、
11、双出, 双入、单出, 单入、双出, 单入、单出,基于不同的应用场合，有双、单端输入和双、单端输出的情况。,所谓“单端”指一端接地。,“单端”的情况，还具有共模抑制能力吗？,如何进一步改进呢？,静态工作点,IE1=IE2=(UEEUBE)2RE,UCE1=Uo+UEEREIE,1. 双端输入单端输出电路,图3.3.7双端输入单端输出差分放大电路,IB1=IB2 =IE1/(1+ ),注意：由于输出回路的不对称性，UCEQ1UCEQ2。,图3.3.9图3.3.7所示电路对差模信号的等效电路,动态分析,Rid=2(Rb +rbe;),Rod=RC,问题：如输出信号取自T2管的集电极，动态分析结果如何
12、？,共模电压增益,如输入共模信号：,uoc=ICRL;,uic=IBrbe+(1+)2Re;,图3.3.10共模信号作用下的双入单出电路,增大Re是改善共模抑制比的基本措施,静态分析,2. 单端输入、双端输出,与双入双出的一样,IE1=IE2=(VEEVBE)2RE ；,VCE1=VCE2VCC+VEE(RC+2RE)IE,Vo=0,IB1=IB2 =IE1/(1+ ),图3.3.11单端输入、双端输出电路a,静态分析,与双入单出的一样,IE=(VEEVBE)2RE ；,VCE1=Vo+VEEREIE,Vo=VCCRL(RC+RL)ICRLRC(RC+RL),3. 单端输入、单端输出,图3.3
13、.12单端输入单端输出电路,动态分析：与双入单出的一样。（略）,IB1=IB2 =IE1/(1+ ),双端输出时：,单端输出时：,(2)共模电压放大倍数,与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：,双端输出时：,单端输出时：,4.差动放大器动态参数计算总结,(1)差模电压放大倍数,与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：,(3)差模输入电阻,不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。,(4)输出电阻,(5)共模抑制比,共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。,或,双端输出时KCMR可认为等于无穷大， 单端输出时共模抑制比：,四、改进型差分放大电路,用三
14、极管代替“长尾式”电路的长尾电阻，即构成恒流源式差分放大电路,1. 电路组成,T3：恒流管,作用：,能使 iC1、iC2基本上不随温度的变化而变化，从而抑制共模信号的变化。,图 3.3.13具有恒流源的差分放大电路,2. 静态分析,当忽略 T3 的基极电流时， Rb1 上的电压为,于是得到,图 3.3.13具有恒流源的差分放大电路,3. 动态分析,由于恒流三极管相当于一个阻值很大的长尾电阻，它的作用也是引入一个共模负反馈，对差模电压放大倍数没有影响，所以与长尾式交流通路相同。,差模电压放大倍数为,差模输入电阻为,差模输出电阻为,具有电流源的差分放大电路,简化画法,FET差分式放大电路,电路图（
15、单入单出）,分析方法相同但输入电阻很大，JEFT 1012欧姆MOSFET 1015欧姆,图3.3.15FET差分式放大电路,FET差分式放大电路常用于集成电路的输入级,3.3.3直接耦合互补输出级,一、基本电路,在输入信号的正半周，T1 导通，iC1 流过负载；,负半周，T2导通，iC2 流过负载。,在信号的整个周期都有电流流过负载，负载上 iL 和 uO 基本上是正弦波。,存在的问题：交越失真,交越失真,图 3.3.16,基本要求：输出电阻低，最大不失真输出电压尽可能大。,静态时，输入输出电压均为零。,二、消除交越失真的互补输出级,消除交越失真思路：,电路：,消除交越失真的其它电路,图3.
16、3.17消除交越失真的互补输出级（b） UBE倍增电路,消除交越失真的实际电路,为了增大T1和T2的电流放大倍数，以减小前级驱动电流，常采用复合管结构。,如图3.3.18为采用复合管的准互补输出级，OCL电路。,3.3.4直接耦合多级放大电路,直接耦合多级放大电路的构成：,输入级：差分放大电路或FET差分放大电路，从而减小温漂，增大共模抑制比。,中间级：共射放大电路，从而获得高电压放大倍数。,输出级：采用复合管的准互补输出级电路，从而使输出电阻小，带负载能力增强，而且最大不失真输出电压幅值接近电源电压。,直接耦合多级放大电路分析,三级放大电路,第一级是以T1和T2 为放大管，双端输入，单端输出的差分放大电路。,第二级是以T3和T4 管组成的复合管为放大管的共射放大电路。,第三级是准互补电路， R2、R23、和T5为组成UBE倍增电路以消除交越失真。,
