模拟电子技术基础多级放大电路.ppt

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1、课程回顾,一.典型电路,二.典型电路,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 直接耦合放大电路,3.1 多级放大电路的耦合方式,、直接耦合,、阻容耦合,、变压器耦合,、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,Q1合适吗?,直接连接,如何设置合适的静态工作点?,对哪些动态参数产生影响?,Re,必要性?,UCEQ1太小加Re(Au2数值)改用D若要UCEQ1大,则改用DZ。,要求:对直流相当于一个电压源;对交流等效于一个小电阻。,NPN型管和PNP型管混合使用,UCQ1(UBQ2)UBQ1UCQ2 UCQ1,UCQ1(UBQ2)

2、UBQ1UCQ2 UCQ1,Re,解决:集电极电位逐级升高的问题。,直接耦合的优缺点:,缺点:静态工作点相互影响。,优点:良好的低频性能;适合于集成电路。,直接耦合的优缺点:,缺点:静态工作点相互影响。,优点:良好的低频性能;适合于集成电路。,、阻容耦合,Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号,低频特性差,不能集成化。,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。,、变压器耦合,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,电压放大倍数:,1、直接耦合,2、阻容耦合,3、变压器耦合,课程回顾,缺点:静态工作点相互影响。,优点:

3、良好的低频性能;适合于集成电路。,Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号,低频特性差,不能集成化。,主要用在高频大功率放大电路中。在这里,集成电路无法满足要求,采用分立元件构成变压器耦合放大电路实现。,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。,1、静态分析,二、分析举例,2、动态分析,先画交流通路:,3.3直接耦合放大电路(差分放大电路),、直接耦合放大电路的零点漂移现象,、差分放大电路,、直接耦合互补输出级,适用范围:频率过低的信号或

4、集成电路,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,晶体管的特性参数对温度敏感,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(热敏元件或差分放大器);典型电路:差分放大电路,、直接耦合放大电路的零点漂移现象,、差分放大电路,一、电路的组成,演义过程如下:,a图:Q点基本稳定,但仔细研究,温度变化时,ICQ会有微小的变化。可以想象,只要采用直接耦合方式,这种变化就会逐级放大。,b图:寻找一个受温度控制的直流电源。,(a)带有Re负反馈电阻,(b)带有温控的电压

5、源,零点漂移,零输入零输出,演义过程:,C图:寻找管子特性完全相同的相同电路,以集电极电位差作为输出。,(c)对称电路加共模信号,理想对称,(d)加差模信号,共模信号:大小相等,极性相同。,差模信号:大小相等,极性相反.,d图:(1)输出电压uo=uC1-uC2=2uC1;(2)在差模信号作用下,Re中的电流变化率为零,即提高了对差模信号的放大能力。,e图:为了简化电路,便于调解Q点,也为了是直流电源与信号源“共地”。,(d)加差模信号,(e)实用差模放大电路,演义过程:,信号特点?能否放大?,解释:(1)差动:是指当两个输入端之间有差别(即变化量)时,输出电压才有变动(变化量)的意思。(2)

6、由于Re接负电源 VEE,拖一个尾巴,故称长尾式电路。,典型电路,二、长尾式差分放大电路的组成,Rb很小,通常为信号源内阻。,电路参数理想对称。,Q点:,晶体管输入回路方程:,通常,Rb较小,且IBQ很小,故,晶体管输入回路方程:,晶体管输入回路方程:,通常,Rb较小,且IBQ很小,故,晶体管输入回路方程:,通常,Rb较小,且IBQ很小,故,晶体管输入回路方程:,通常,Rb较小,且IBQ很小,故,晶体管输入回路方程:,通常,Rb较小,且IBQ很小,故,晶体管输入回路方程:,1.课程回顾,(1)、零点漂移现象及其产生的原因,适用范围:频率过低的信号或集成电路,零点漂移现象:uI0,uO0的现象。

7、,产生原因:晶体管的特性对温度敏感,故也称零漂为温漂。,(2)长尾式差分放大电路的Q点:,然后,得出晶体管输入回路方程:,通常,Rb较小,且IBQ很小,故,先画直流通路;,(3).长尾式差分放大电路的动态分析,共模信号:大小相等,极性相同。,差模信号:大小相等,极性相反.,2.抑制共模信号,共模信号:数值相等、极性相同。分析思路:先画共模时的交流通路。输入信号:在交流通路中,可写为,继续讲课,Re的共模负反馈作用:与第2章静态工作点稳定电路(图2.4.2)的原理一样。,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,如 T()uIC iB1 iB2 iC1 iC2 uE uBE1 u

8、BE2 iB1 iB2 iC1 iC2,抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。,3.差模信号的动态分析,差模信号:数值相等,极性相反的输入信号,即,注:图中的iE1等为瞬时信号。,瞬时电路图,(1)电路构成:,注意讨论的思路,iE1=iE2,Re中差模电流为零,即Re 对差模信号无反馈作用。,注:差模信号下,E点等效于接“地”;同时,负载电阻的中点在差模信号作用下不变,也相当于接“地”。,差模信号:可看成一种交流信号处理,先画差模交流通路。,(2)Re 对差模信号的作用,(3)差模信号作用时的动态分析,差模放大倍数,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

9、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,双端输入单端输出,首先,进行电路的分析、解剖,瞬时电路,瞬时电路,根据戴维南定理:,瞬时电路,瞬时电路,(1)Q点分析,瞬时电路,直流通路,由于输入回路参数对称,所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但是输出回路不对称,所以UCQ1 UCQ2,从而使 UCEQ1 UCEQ2。,直流通路,(2)差模信号作用下的动态分析,差模信号下的交流通路,瞬时

10、电路,差模交流通路,差模交流通路,差模微变等效电路,课程回顾,双端输入双端输出,课程回顾,差分放大电路的四种接法,(2)差模信号作用时,(1)共模信号作用时,双端输入单端输出:(1)差模信号作用下,(2)共模信号作用下的分析,瞬时电路,瞬时电路(注:三极管发射极与电源-VEE之间的电压不变。),瞬时电路,共模交流通路,共模信号下,T1管一边的交流通路,共模信号下,T1管一边的微变等效电路,共模信号下,T1管一边的交流通路,3.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.若输入交流信号为uI,则uId=uI,uIc=uI/2.,测试:,差模输出,共模输出,4.单端输入单端输出,由

11、于单端输入可以等效成双端输入形式,然后在按照双端输入,单端输出情况进行动静态的分析。,单端输入、单端输出与双端输入、单端输出的静态工作点、动态参数分析完全相同。,5.四种接法的比较: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

12、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,若UBE的变化可忽略不计,IE3、IC3基本不随温度变化。,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,若uI1=10mV,uI2=5mV,则uId=?uIc=?,uId=5mV,uIc=7.5mV,讨论一,讨论二,1、uI=10mV,则uId=?uIc=?,uId=10mV,uIc=5mV,例3.3.1,解:(1),(2),(2)分析:用直流电表测得的输出电压既含有直

13、流量又含有变化量。,首先计算T1管的直流集电极电位:,然后用所测电压计算T1管的差模集电极电位:,3.3.3 直接耦合互补输出级,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,一是输出电阻低;二是最大不失真输出电压尽可能大。,一、对输出级的要求,不符合要求!,共射、共基电路不合适;共集电路有点谱,但带上负载后静态工作点会产生变化,且输出不失真电压也将减少,需要改进。,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。输入电压为零时,输出电压也为零。,2.静态分析,T1的输入特性,3.瞬时分析(定性分析时),ui正半周,电

14、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,1.差分放大电路的四种接法总结,输入方式:Ri 均为2(Rb+rbe)+(1+)Rw;,输出方式:Q点、Ad、Ac、KCMR、Ro均与之有关。,课程回顾,输入电阻大、输出电阻低;最大不失真输出电压尽可能大、输出电流大。,2、直接耦合互补输出级,(1)目标要求,(2)交越失真(仔细分析时),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。,(3)思路要清晰:,1)定性分析电压的高低、电流的流向时,用瞬时电路、瞬时信号。2)定量分析电压的高低、电流的流向时,可根据叠加原理,分别采用直流通路、交流通路,以及直流信号、交流信号。3)瞬时电压、电流均为正;直流电压、电流均为正;交流电压、电流可正、可负;直流电压、直流电流的绝对值一定分别大于交流电压、交流电流的绝对值。,三、消除交越失真的互补输出级,(1)一般电路,(2)集成电路中,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。,

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