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1、1,第三章 多级放大电路,2,重点及难点:直接耦合 阻容耦合 静态与动态分析2.差分放大电路的静态与动态分析3.直接耦合互补输出级电路,3,复合管构成原理,复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。,不同类型的管子复合后，其类型决定于T1管。,目的：增大，减小前级驱动电流，改变管子的类型。,4,讨论一判断下列各图是否能组成复合管,在合适的外加电压下，每只管子的电流都有合适的通路，才能组成复合管。,5,Ri=?Ro=?,讨论二,6,第三章 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,7,3.1 多级放大电路的耦合方式,实际应用工作中对放
2、大电路有多方面要求。如：某一放大器具有高Au、大Ri、小Ro。仅靠一种电路不可能同时满足多种要求，为此可选择将几种基本放大电路进行适当组合，从而构成多级放大电路。,多级放大电路中的每一个基本放大电路称为一级。级与级之间的联接称为级间耦合。,8,常见耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。,多级放大电路对耦合电路要求：,1.静态：保证各级Q点正确设置,2.动态:传送信号要求波形不失真，尽量减少压降损失。,9,一、直接耦合,用导线将一个放大电路与另一放大电路直接连接的耦合方式称为直接耦合,10,静态时，UCEQ1=UBEQ2=0.7V T1 接近饱和区；UCEQ1的降低又会使ICQ1=
3、IBQ2增大，使T2易工作在饱和区。,要使电路能正常工作必须对电路进行调整。,1、电路构成,既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻,第一级,第二级,能够放大变化缓慢的信号，便于集成化，Q点相互影响，存在零点漂移现象。,输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移,当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。,11,(a),(b),调整方法：,增加Re2使T2的Q点提高，但会降低电路的Au。,采用D或DZ取代Re2，因D或DZ工作在静态和动态时可表现出不同特性，从而可保证电路在静态工作时有合适Q点、动态工作时Au下降不大。,以上方法均存在后级Q点高于前级的问题。,12,
4、(c),图中UC1UB1，UC1=UB2，UC2UB2。这样就可保证每一级BJT均有合适Q点。,2、Q点计算,多级放大电路的Q点计算是逐级计算，后一级输入要考虑前一级输出的影响。,13,3、如何设置合适的静态工作点？,Q1合适吗？,对哪些动态参数产生影响？,用什么元件取代Re既可设置合适的Q点，又可使第二级放大倍数不至于下降太大？,若要UCEQ5V，则应怎么办？用多个二极管吗？,二极管导通电压UD？动态电阻rd？,Re,14,UCEQ1太小加Re（Au2数值）改用D若要UCEQ1大，则改用DZ。,稳压管伏安特性,小功率管多为5mA,由最大功耗得出,必要性？,rzu/i，小功率管多为几欧至二十几
5、欧。,15,4、NPN型管和PNP型管混合使用,（1）问题的提出：在用NPN型管组成N级共射放大电路，由于UCQi UBQi，所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致于后级集电极电位接近电源电压，Q点不合适。,UCQ1（UBQ2）UBQ1UCQ2 UCQ1,16,（2）动态参数计算,画出交流通路h参数等效图,17,优点:,良好的低频特性，可放大直流和交流信号,易于集成，做成集成电路芯片,缺点:,易产生漂移,（温漂、零漂）,（3）电路特点,18,具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；电路中没有C、L等元件，便于集成。各个放大级之间的Q点相互影响，分析计算困难，存在零点漂移现象。,
6、零点漂移：是三极管的工作点随时间而逐渐偏离原有静态值的现象。产生零点漂移的主要原因是温度的影响，所以有时也用温度漂移或时间漂移来表示。工作点参数的变化往往由相应的指标来衡量。,19,二、阻容耦合前后级以电容相连,阻容耦合的特点,优点:,1.各级Q点独立,2.中高频特性好,缺点:,1低频特性差,2不便于集成,20,三、变压器耦合前级输出端通过变压器接到后级,级间采用磁路耦合，故各级放大电路Q点独立。,低频特性差，不能放大直流信号；变压器体积大，不易集成化。,21,变压器耦合的另一特点是能实现阻抗变换作用。,音响扬声器的阻抗一般为48，若通过直接耦合或阻容耦合放大电路输出时，会因RO很小而使Au过
7、小，无法使负载获得较大功率。,22,采用变压器耦合，忽略自身损耗，根据能量守恒定律，变压器原边消耗功率与副边产生功率相等。,这样就将负载的变化转变成了变压器匝数的比，只要匝数匹配得当即可在负载上获得任意大功率。,23,四、光电耦合以光信号实现电信号的耦合和传递,光电耦合器将发光器件(发光二极管)与光敏器件(光电三极管)相互绝缘地组合在一起,利用光电转换实现电气隔离.光电耦合能有效抵制电磁干扰,24,25,26,当多级放大电路的输出波形产生失真时，应首先确定是在哪一级先出现的失真，然后再判断是产生了饱和失真还是截止失真。,1、零点漂移现象及其产生的原因,五 直接耦合放大电路的零点漂移现象,27,
8、2、抑制零点漂移的方法,（1）在电路中引入直流负反馈，如静态工作点 稳定电路。（2）采用温度补偿电路。（3）采用特性相同的管子，使它们的温漂相互 抵消，构成“差分放大电路”。,28,3.2 多级放大电路的动态分析,ui2,A2,A1,An,uin,Ri,可写为：,电路的Ri和Ro均与电路的组态形式有关。,29,例1：,30,关键:考虑级间影响。,1.静态:Q点同单级。,2.动态性能:,方法:,Ri2=RL1,31,考虑级间影响,1,32,动态分析：微变等效电路,33,Ri=R1/rbe1+（+1)RL1,其中:RL1=RE1/Ri2=RE1/R2/R3/rbe1=RE1/RL1=RE1/Ri2
9、=27/1.7 1.7k,Ri=1000/(2.9+511.7)82k,Ro=RC2=10k,34,对电压源放大倍数:,其中：,35,36,多级阻容耦合放大器的特点：,(1)由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。(2)前一级的输出电压是后一级的输入电压。(3)后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(4)总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。(5)总输入电阻 Ri 即为第一级的输入电阻Ri1。(6)总输出电阻即为最后一级的输出电阻。,37,例2：放大电路由下面两个放大电路组成。已知EC=15V，R1=100k，R2=33k，RE1=2.5k，RC=5k，1=60，；RB=
10、570k，RE2=5.6k，2=100，RS=20k，RL=5k,38,求直接采用放大电路一的放大倍数Au和Aus。若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数Au、ri和ro。若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，求放大倍数Aus。,39,ri=R1/R2/rbe=1.52 k,(1)由于RS大，而ri小，致使放大倍数降低；(2)放大倍数与负载的大小有关。例：RL=5k 时,Au=-93；RL=1k 时,Au=-31。,求直接采用放大电路一的放大倍数Au和Aus。,rbe1=1.62 k，rbe2=2.36 k,40,2.若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求
11、放大倍数Au、ri和ro。,41,42,讨论：带负载能力。,2.输出不接射极输出器时的带负载能力：,RL=5k 时：Au=-93RL=1k 时：Au=-31,即：当RL由5k变为1k时，放大倍数降低到原来的92.3%。,放大倍数降低到原来的30%,RL=5 k时：Au1=-185，Au2=0.99，ri2=173 k,RL=1 k时：Au1=-174，Au2=0.97，ri2=76 k,1.输出接射极输出器时的带负载能力：,可见输出级接射极输出器后，可稳定放大倍数Au。,43,3.若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，求放大倍数Aus。,Au2=-93 ri2=1.52 k,Au1=
12、0.98 ri=101 k,44,输入不接射极输出器时：,可见输入级接射极输出器后，由于从信号源取的信号增加，从而可提高整个放大电路的放大倍数Aus。,45,例3：若首级接射极输出器、中间级接共射放大电路、末级接射极输出器，射极输出器和共射放大电路的参数同前。求该三级放大电路的放大倍数Au、Aus、ri和ro。,1=100，2=60，3=100,46,1=100，2=60，3=100,rbe1=2.36 k，rbe2=1.62 k，rbe3=2.36 k,47,48,49,RL=5 k时：ri3=173 k，Au2=-185，Au3=0.99,RL=1 k时：ri3=76 k，Au2=-174
13、，Au3=0.97,50,RL=5 k时：ri2=173 k，Au2=-185，Au3=0.99,RL=1 k时：ri2=76 k，Au2=-174，Au3=0.97,，RS=20k，,RL=5 k时：,RL=1 k时：,51,阻容耦合电路的频率特性：,耦合电容造成,三极管结电容造成,采用直接耦合的方式可放大缓慢变化的信号，扩大通频带。下面将要介绍的差动放大器即采用直接耦合方式。,阻容耦合电路缺点：不能放大直流信号。,52,3-3 差分放大电路,1、静态工作点稳定电路不能使IC绝对不变；2、受温度控制的直流电源来补偿UC的变化；3、用电路参数完全相同、管子特性也完全 相同的电路来补偿差分放大电
14、路。,放大电路遇到的实际问题及改进办法,53,（1）直接耦合的问题：零漂现象,（2）产生零漂的原因：,零漂的衡量方法：,由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。,输入ui=0时，输出有缓慢变化的电压产生。,将输出漂移电压按电压放大倍数折算到输入端计算。,54,例如,若输出有1 V的漂移电压,则等效输入有100 V的漂移电压,假设,第一级是关键,（3)减小零漂的措施,用非线性元件进行温度补偿,采用差分放大电路,等效 100 uV,漂移 1 V,引入直流负反馈，稳定静态工作点,55
15、,56,差分放大电路,即：1=2=UBE1=UBE2=UBE rbe1=rbe2=rbe RC1=RC2=RC Rb1=Rb2=Rb,2023/10/12,1.差动放大电路一般有两个输入端：双端输入从两输入端同时加信号。单端输入仅从一个输入端对地加信号。,2.差动放大电路可以有两个输出端。双端输出从UC1 和UC2输出。单端输出从UC1或UC1对地输出。,二.几个基本概念,2023/10/12,3.差模信号与共模信号,59,对不对称输入的处理,差模信号：,共模信号：,差模电压放大倍数：,共模电压放大倍数：,总输出电压：,4.共模抑制比,60,三.工作原理,1.静态工作点的计算：,忽略Ib，有：
16、Ub1=Ub2=0V,-0.7v,61,2.抑制零漂的原理:,Uo=UC1-UC2=0,当ui1=ui2=0且两管对称时,当温度变化时：,UC1=UC2,设T ic1,ic2 uc1,uc2 uo=uc1-uc2=0,当两管完全对称时,会抑制零漂。,62,(1)加入差模信号,ui1=-ui2=uid/2，,3.电路的动态分析,若ui1,ui2 ib1,ib2 ie1,ie2 IRe不变 UE不变,uic=0。,负载RL对差模信号相当中点接地。,所以，Re对差模信号相当于短路。,63,求差模电压放大倍数：,因为ui1=-ui2,设ui1,ui2 uo1,uo2。电路对称uo1=uo2 uo=uo
17、1 uo2=2 uo1,差模电压放大倍数:,微变等效电路,故可用半边来考虑,64,求差模电压放大倍数：,差模电压放大倍数:,微变等效电路,可考虑半边,可见差分放大电路是以牺牲一个管子放大倍数为代价来换取低温漂的效果,65,差模输入电阻,输出电阻,66,(2)加入共模信号,ui1=ui2=uic，uid=0。,设ui1，ui2 uo1，uo2。因ui1=ui2，uo1=uo2 uo=0(理想化)。,共模电压放大倍数,67,四.差动放大器的输入输出方式,差动放大器共有四种输入输出方式:1.双端输入、双端输出（双入双出）2.双端输入、单端输出（双入单出）3.单端输入、双端输出（单入双出）4.单端输入
18、、单端输出（单入单出）主要讨论的问题有：1.差模电压放大倍数、共模电压放大倍数 2.差模输入电阻 3.输出电阻,68,1.双端输入双端输出,(1)差模电压放大倍数,（2）共模电压放大倍数,（3）差模输入电阻,（4）输出电阻,69,例 已知：=80，rbb=200，UBEQ=0.6 V，试求：,(1)静态工作点；,(2)差模电压放大倍数 Aud，,差模输入电阻 Rid，输出电阻Rod。,解,(1)ICQ1=ICQ2(VEE UBEQ)/2REE,=(12 0.6)/2 20,=0.285(mA),UCQ1=UCQ2=VCC ICQ1RC,=12 0.285 10,=9.15(V),(2),=10
19、/10=5(k),Rid=2rbe,=2 7.59=15.2(k),Rod=2RC,=20(k),70,2.双端输入单端输出,这种方式适用于将差分信号转换为单端输出的信号。,71,(1)差模电压放大倍数,（2）差模输入电阻,（3）输出电阻,72,（4）共模电压放大倍数,ui1=ui2=uic，,设ui1，ui2 ie1，ie2。iRe（=2 ie1）,对共模等效电路，Re可分为两个2Re并联。,共模等效电路,73,求共模电压放大倍数：,74,3.单端输入双端输出,单端输入等效双端输入:因为Re从T2发射极看进去的等效电阻，故 Re 可视为开路，于是有,ui1=ui2=ui/2,计算同双端输入双
20、端输出：,75,4.单端输入单端输出,注意放大倍数的正负号：设从T1的基极输入信号，如果从uo1 输出为负号；从uo2 输出为正号。,计算同双入单出：,76,(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：,差动放大器动态参数计算总结,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：,77,(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。,单端输出时，双端输出时，,(4)差模输出电阻,78,(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。,
21、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：,79,根据共模抑制比公式：,加大Re，可以提高共模抑制比，抑制温漂性能变好。,五、具有恒流源的差分放大电路,这样的差分放大电路称为长尾式或长辫式差分放大电路,80,Re越大放大电路抑制温漂性能越好，但大电阻不易集成，集成电路中常用恒流源代替电阻Re作长尾。,81,等效很大的交流电阻，直流电阻并不大。,恒流源使共模放大倍数减小，而不影响差模放大倍数，从而增加共模抑制比。,恒流源的作用,82,基本不变,基本不变，静态工作点稳定，有效抑制温漂,83,恒流源电路的简化画法及电路调零措施,84,六、场效应管取代三极管构成差分放大电路,85,
22、FET差分放大电路差模输入电阻很高，减小了输入偏置电流的不对称性。,86,式中,Rod=2Rd,87,工作原理：,ui为正半周时，T1管工作，T2管截止，输出uo为正；ui为负半周时，T2管工作，T1管截止；输出uo为负。两管交替工作，在负载电阻RL上得到完整的正弦波。,1.互补对称射极输出电路（乙类互补对称电路OCL）,补充：互补输出级,88,输入输出波形图,死区电压,89,2.克服交越失真的互补对电路,静态时，T1、T2两管发射结电压分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态，以消除交越失真。,电路中增加 D1、D2,工作原理：,90,(a)图中 D1、D2可用(b)图所示电路代替,91,很难做到NPN和PNP型单管特性完全对称，采用复合管来实现。,Ube倍增电路,R3、R4的阻值设置合理，可使各管皆有正常的静态偏置电压，从而克服交越失真。,
