第11講31~32 多級(jí)放大電路的耦合方式

1、 第三章第三章 多級(jí)放大電路多級(jí)放大電路概述 當(dāng)單級(jí)放大電路不能滿(mǎn)足多方面的性能要求當(dāng)單級(jí)放大電路不能滿(mǎn)足多方面的性能要求（如（如Au104、Ri=2M、 Ro=100）時(shí)，應(yīng)考時(shí)，應(yīng)考慮采用多級(jí)放大電路。組成多級(jí)放大電路時(shí)首慮采用多級(jí)放大電路。組成多級(jí)放大電路時(shí)首先應(yīng)考慮如何先應(yīng)考慮如何“連接連接”幾個(gè)單級(jí)放大電路，耦幾個(gè)單級(jí)放大電路，耦合方式即連接方式。合方式即連接方式。 常見(jiàn)耦合方式有：直接耦合、阻容耦合、變常見(jiàn)耦合方式有：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合、光電耦合等。壓器耦合、光電耦合等。組成多級(jí)放大電路的每一個(gè)基本電路稱(chēng)為一組成多級(jí)放大電路的每一個(gè)基本電路稱(chēng)為一級(jí)，級(jí)與級(jí)之間的連接稱(chēng)為

2、級(jí)，級(jí)與級(jí)之間的連接稱(chēng)為級(jí)間耦合。級(jí)間耦合。3.1.1 直接耦合直接耦合將前一級(jí)的輸出端將前一級(jí)的輸出端直接直接連接到后一級(jí)的輸入端。連接到后一級(jí)的輸入端。直接耦合兩級(jí)放大電路直接耦合兩級(jí)放大電路Rc1Rb2+VCC+T1+ iUOUT2Rc2Rb1 RC1既作為第一級(jí)的集電級(jí)電阻又作為第二級(jí)的既作為第一級(jí)的集電級(jí)電阻又作為第二級(jí)的基極電阻?；鶚O電阻。靜態(tài)：靜態(tài)：T2管正常工作管正常工作UBEQ2=0.7VT1管：管：UCEQ1=UBEQ2=0.7V，靠近飽和區(qū)，靠近飽和區(qū)在動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)容易產(chǎn)生飽和失真在動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)容易產(chǎn)生飽和失真存在兩個(gè)問(wèn)題：存在兩個(gè)問(wèn)題：1）第一級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)接近飽和

3、區(qū)。）第一級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)接近飽和區(qū)。2）由于采用同種類(lèi)型的管子，級(jí)數(shù)不能太多。）由于采用同種類(lèi)型的管子，級(jí)數(shù)不能太多。VC1=VB2VC2VB2即即 VC2VC1后極的集電極電位會(huì)逐極升高，以至于接近電源。后極的集電極電位會(huì)逐極升高，以至于接近電源。 能夠放大變化緩慢的信號(hào)，便于集成化，能夠放大變化緩慢的信號(hào)，便于集成化，Q點(diǎn)相點(diǎn)相互影響，互影響，存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。輸入為零，輸出產(chǎn)生變輸入為零，輸出產(chǎn)生變化的現(xiàn)象稱(chēng)為零點(diǎn)漂移。化的現(xiàn)象稱(chēng)為零點(diǎn)漂移。Rc1Rb2+VCCT1+ iUOUT2Rc2Rb1Re2+_改進(jìn)改進(jìn)1：抬高抬高T2管的基極電位，管的基極電位，T2端增加發(fā)射極

4、電阻端增加發(fā)射極電阻Re2。結(jié)果：兩極均可得到合適的結(jié)果：兩極均可得到合適的Q點(diǎn)點(diǎn) 但電壓放大倍數(shù)大大下降，影響整個(gè)電路的放大能力。但電壓放大倍數(shù)大大下降，影響整個(gè)電路的放大能力。改進(jìn)改進(jìn)2：使用二極管或穩(wěn)壓二極管取代使用二極管或穩(wěn)壓二極管取代T2的發(fā)射極電阻的發(fā)射極電阻Re2結(jié)果：既可以設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，對(duì)放大電路結(jié)果：既可以設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，對(duì)放大電路 的放大能力影響也不大。的放大能力影響也不大。Rc1Rb2T1+ iUOUT2Rc2Rb1+_RDZ UCEQ1太小太小加加Re（Au2數(shù)值數(shù)值）改用改用D若要若要UCEQ1大大，則改用，則改用DZ。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管伏安特性伏安特性小功率

5、管多為小功率管多為5mA由由最大功耗得出最大功耗得出必要性？必要性？rzu /i，小功率管多為幾歐至二十幾歐。小功率管多為幾歐至二十幾歐。改進(jìn)改進(jìn)3：為了解決第二個(gè)問(wèn)題，可以在電路中采用不同類(lèi)為了解決第二個(gè)問(wèn)題，可以在電路中采用不同類(lèi)型的管子，即型的管子，即NPN和和PNP管配合使用管配合使用 。Rc1Rb2+VCCT1+ iUOUT2Re2Rb1Rc2+_利用利用NPN型管和型管和PNP型管進(jìn)行電平移動(dòng)型管進(jìn)行電平移動(dòng)問(wèn)題的提出：?jiǎn)栴}的提出： 在用在用NPN型管組成型管組成N級(jí)共射放大電路，由于級(jí)共射放大電路，由于UCQi UBQi，所以，所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致于

6、后級(jí)），以致于后級(jí)集電極電位接近電源電壓，集電極電位接近電源電壓，Q點(diǎn)不合適。點(diǎn)不合適。UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 直接耦合的特點(diǎn)：直接耦合的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1）便于集成化）便于集成化2）低頻特性好，能放大低頻甚至直流信號(hào)）低頻特性好，能放大低頻甚至直流信號(hào)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1）存在直流靜態(tài)工作點(diǎn)配置問(wèn)題。）存在直流靜態(tài)工作點(diǎn)配置問(wèn)題。各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，難設(shè)計(jì)和調(diào)試。2）存在著嚴(yán)重的零點(diǎn)漂移問(wèn)題。）存在著嚴(yán)重的零點(diǎn)漂移問(wèn)題。Rc1Rb2+VCCT1+ iUOUT2Rc2Rb1+_已知：已知：Rb1=20k，Rb2=150k，Rc1=3k，Rc2=2k，VCC=12

7、V，1=2=50，UBEQ1=UBEQ2=0.7V前級(jí)的集電極電位恒等于后級(jí)的基極電位前級(jí)的集電極電位恒等于后級(jí)的基極電位VC1=VB2=0.7VmAbRBEQUbRBEQUCCVBI046. 0121mABICI3.211BSIBI2晶體管處于飽和狀態(tài)，失去放大作用。晶體管處于飽和狀態(tài)，失去放大作用。解：解：mAKICRVCCVBICC5 . 13 . 237 . 0121211解：增加穩(wěn)壓管解：增加穩(wěn)壓管DZ，穩(wěn)定電壓為，穩(wěn)定電壓為4V前級(jí)的集電極電位前級(jí)的集電極電位VC1=DZ+VB2=4.7VRc1Rb2+VCCT1+ iUOUT2Rc2Rb1+_RDZIBQ1=0.046mA，ICQ

8、1=2.3mA不變，不變，mAKICRVCCVBICC17. 03 . 237 . 4121211vCRCQICCVOU75. 722處于放大狀態(tài)。處于放大狀態(tài)。3.1.2 阻容耦合阻容耦合放大電路的前級(jí)輸出端放大電路的前級(jí)輸出端通過(guò)電容通過(guò)電容接到后級(jí)輸入端。接到后級(jí)輸入端。典型的典型的Q點(diǎn)穩(wěn)定電路點(diǎn)穩(wěn)定電路兩級(jí)阻容耦合放大電路兩級(jí)阻容耦合放大電路C2C1 C2 C4的作用的作用?+_uiR1R3+_c1R2R4+c3+Vcc+_uoT1ui+_uo+Vcc+R5R6RLc4+共集放大電路共集放大電路T2 由于電容隔直流由于電容隔直流 ，所以它們的直流通路各不相，所以它們的直流通路各不相通，

9、靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立。通，靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立。1）靜態(tài)工作點(diǎn)）靜態(tài)工作點(diǎn)一、優(yōu)點(diǎn)：一、優(yōu)點(diǎn)：二、缺點(diǎn)：二、缺點(diǎn)：2）低頻特性差）低頻特性差 對(duì)低頻信號(hào)呈現(xiàn)較大容抗，信號(hào)的一部分甚至全對(duì)低頻信號(hào)呈現(xiàn)較大容抗，信號(hào)的一部分甚至全部衰減在耦合電容上，信號(hào)無(wú)法向后級(jí)傳遞。部衰減在耦合電容上，信號(hào)無(wú)法向后級(jí)傳遞。1）有大容量的電容，不便于集成。）有大容量的電容，不便于集成。3.1.3 變壓器耦合變壓器耦合 放大電路的前級(jí)輸出端放大電路的前級(jí)輸出端通過(guò)變壓器通過(guò)變壓器接到后級(jí)輸入接到后級(jí)輸入端或負(fù)載上。端或負(fù)載上。 變壓器利用電磁感應(yīng)原理在原副線(xiàn)圈之間傳遞交流變壓器利用電磁感應(yīng)原理在原副線(xiàn)圈之間傳遞交流電能

10、的，直流電產(chǎn)生的是恒磁場(chǎng)，也就不能在原、副電能的，直流電產(chǎn)生的是恒磁場(chǎng)，也就不能在原、副線(xiàn)圈中傳遞，所以變壓器也能起到隔直流的作用。線(xiàn)圈中傳遞，所以變壓器也能起到隔直流的作用。1.通交流隔直流通交流隔直流2.變壓器能改變電壓和阻抗變壓器能改變電壓和阻抗理想變壓器模型理想變壓器模型變比變比n=N1/N221nuu211ini RniUninnUiUR222221211電壓放大倍數(shù)：電壓放大倍數(shù)：)2)21(LRNNLRberLRuA 根據(jù)所需要的電壓放大倍數(shù)，選擇合適的匝根據(jù)所需要的電壓放大倍數(shù)，選擇合適的匝數(shù)比，使負(fù)載電阻上獲得足夠大的電壓。數(shù)比，使負(fù)載電阻上獲得足夠大的電壓。理想變壓器情況下

11、，負(fù)載上獲得的功率等理想變壓器情況下，負(fù)載上獲得的功率等于原邊消耗的功率。于原邊消耗的功率。變壓器耦合的特點(diǎn)：變壓器耦合的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1）靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立）靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立2）可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換）可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：2）高、低頻率特性都很差）高、低頻率特性都很差1）笨重，不便于集成）笨重，不便于集成 由于信號(hào)的傳送是靠電磁感應(yīng)進(jìn)行，對(duì)于直流或由于信號(hào)的傳送是靠電磁感應(yīng)進(jìn)行，對(duì)于直流或變化緩慢的傳感器信號(hào)無(wú)法順利傳輸過(guò)去；對(duì)于較高變化緩慢的傳感器信號(hào)無(wú)法順利傳輸過(guò)去；對(duì)于較高的信號(hào)頻率，由于變壓器的漏感和分布電容的影響，的信號(hào)頻率，由于變壓器的漏感和分布電容的影響，會(huì)使放大的高頻

12、特性產(chǎn)生畸變。會(huì)使放大的高頻特性產(chǎn)生畸變。用做功率放大器和選頻放大器。用做功率放大器和選頻放大器。三種耦合方式的應(yīng)用：三種耦合方式的應(yīng)用：一、直接耦合一、直接耦合:二、阻容耦合二、阻容耦合:三、變壓器耦合三、變壓器耦合:A1A2A1A2A1A2一般用于放大直流信號(hào)或緩慢變化的信號(hào)。一般用于放大直流信號(hào)或緩慢變化的信號(hào)。集成電路中都采用直接耦合放大電路。集成電路中都采用直接耦合放大電路。用于交流信號(hào)的放大。用于交流信號(hào)的放大。用于功率放大及調(diào)諧放大。用于功率放大及調(diào)諧放大。3.2 多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析一、電壓放大倍數(shù)一、電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)等于各級(jí)電壓放大倍數(shù)的乘積

13、?？傠妷悍糯蟊稊?shù)等于各級(jí)電壓放大倍數(shù)的乘積。其中，其中， n 為多級(jí)放大電路的級(jí)數(shù)。為多級(jí)放大電路的級(jí)數(shù)。Au1第一級(jí)第一級(jí)Au2第二級(jí)第二級(jí)Aun末末 級(jí)級(jí)uiuo1RLRSuousuo2ui2uiniiunAuAuAnuuuuuuuuiuouuA21ion.i3o32i2oi1o二、二、 輸入電阻和輸出電阻輸入電阻和輸出電阻 通常，多級(jí)放大電路的輸入電阻是通常，多級(jí)放大電路的輸入電阻是第一級(jí)放大第一級(jí)放大電路的輸入電阻電路的輸入電阻；輸出電阻就是；輸出電阻就是最后一級(jí)放大電路最后一級(jí)放大電路的輸出電阻的輸出電阻。 具體計(jì)算時(shí)，有時(shí)它們不僅僅決定于本級(jí)參數(shù)，具體計(jì)算時(shí)，有時(shí)它們不僅僅決定于本

14、級(jí)參數(shù)，也與后級(jí)或前級(jí)的參數(shù)有關(guān)。也與后級(jí)或前級(jí)的參數(shù)有關(guān)。 考慮級(jí)與級(jí)之間的相互影響，計(jì)算各級(jí)電壓放大考慮級(jí)與級(jí)之間的相互影響，計(jì)算各級(jí)電壓放大倍數(shù)時(shí)，應(yīng)把后級(jí)的輸入電阻作為前級(jí)的負(fù)載處理！倍數(shù)時(shí)，應(yīng)把后級(jí)的輸入電阻作為前級(jí)的負(fù)載處理！nRRooi1iRR 對(duì)電壓放大電路的要求：對(duì)電壓放大電路的要求：Ri大，大， Ro小，小，Au的數(shù)的數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。值大，最大不失真輸出電壓大。設(shè)計(jì)多級(jí)放大電路設(shè)計(jì)多級(jí)放大電路一、確定耦合方式一、確定耦合方式直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合二、確定每一級(jí)的基本放大電路類(lèi)型二、確定每一級(jí)的基本放大電路類(lèi)型多級(jí)放大電路輸

15、出電阻大?。河奢敵黾?jí)決定多級(jí)放大電路輸出電阻大?。河奢敵黾?jí)決定多級(jí)放大電路輸入電阻大?。河奢斎爰?jí)決定多級(jí)放大電路輸入電阻大小：由輸入級(jí)決定多級(jí)放大電路放大能力：由各級(jí)電路決定多級(jí)放大電路放大能力：由各級(jí)電路決定多級(jí)放大電路低頻特性：電路的耦合方式及耦多級(jí)放大電路低頻特性：電路的耦合方式及耦合電容的大小合電容的大小注意：考慮前后幾級(jí)的相互影響注意：考慮前后幾級(jí)的相互影響基本基本接法接法電壓放電壓放大倍數(shù)大倍數(shù)輸入電阻輸入電阻輸出電阻輸出電阻共射共射100幾百幾百幾幾K幾百幾百幾幾K共基共基100最小可達(dá)十幾歐最小可達(dá)十幾歐幾百幾百幾幾K共集共集1幾十幾十K100K以上以上最小可達(dá)十幾最小可達(dá)十幾

16、共源共源幾幾幾十幾十1M以上，可達(dá)無(wú)窮以上，可達(dá)無(wú)窮 幾百幾百幾幾K共漏共漏3000,則第一級(jí)應(yīng)采用則第一級(jí)應(yīng)采用 ，第二級(jí)應(yīng)采用，第二級(jí)應(yīng)采用 共射、共射；共射、共射；（2）要求輸入電阻大于）要求輸入電阻大于10M，電壓放大倍數(shù)，電壓放大倍數(shù)300,則第一級(jí)應(yīng)采用則第一級(jí)應(yīng)采用 ，第二級(jí)應(yīng)采用，第二級(jí)應(yīng)采用 共源、共射；共源、共射； （3）要求輸入電阻）要求輸入電阻100K200K，電壓放大倍數(shù)，電壓放大倍數(shù)100,則第一級(jí)應(yīng)采用則第一級(jí)應(yīng)采用 ，第二級(jí)應(yīng)采用，第二級(jí)應(yīng)采用 共集、共射；共集、共射； （4）要求輸入電阻）要求輸入電阻10，輸入電阻，輸入電阻10M,輸出電阻輸出電阻Rb1/Rb

17、2VCCVRRRBQU31215552121mAmARBEQUBQUEQI13 . 27 . 0341uAmAEQIBQI7 .615011111VRREQICCVCEQU7 . 4)43(1uARRBEQUCCVBQI1351511007 . 0126)21 (522mAuABQIEQI213)1501 (2212VREQICCVCEQU25212622第二級(jí)為共集放大電路，第二級(jí)為共集放大電路，（2）求解）求解Au、Ri、Ro先先畫(huà)出交流等效電路圖畫(huà)出交流等效電路圖klRRberRiR88/6)21(/52klRRberRiR88/6)21(/521771)2/3(11beriRRuA+_

18、ui_uo+VccR1R3+_c1c2+R2R4R5RL=Ri2c3+對(duì)于信號(hào)源或前級(jí)放大電路來(lái)說(shuō)，放大電路相當(dāng)于對(duì)于信號(hào)源或前級(jí)放大電路來(lái)說(shuō)，放大電路相當(dāng)于負(fù)載，負(fù)載，994. 0)/6)(21 (2)/6)(21 (2lRRberlRRuA第二級(jí)為共集放大電路，電壓放大倍數(shù)接近第二級(jí)為共集放大電路，電壓放大倍數(shù)接近1176994. 017721uAuAuA多級(jí)放大電路的輸入電阻為第一級(jí)的輸入電阻，多級(jí)放大電路的輸入電阻為第一級(jí)的輸入電阻，kberRRiR94.11/2/1多級(jí)放大電路的輸出電阻為第二級(jí)的輸出電阻，多級(jí)放大電路的輸出電阻為第二級(jí)的輸出電阻，歐姆482132215/32/6Rb

19、erRRberRoR注意：注意：共集放大電路共集放大電路作為多級(jí)放大電路的作為多級(jí)放大電路的輸入級(jí)輸入級(jí)和和輸出級(jí)輸出級(jí)，其，其輸入電阻輸入電阻不僅和自身參數(shù)有關(guān)，受到負(fù)不僅和自身參數(shù)有關(guān)，受到負(fù)載電阻影響。其載電阻影響。其輸出電阻輸出電阻和信號(hào)源內(nèi)阻有關(guān)。和信號(hào)源內(nèi)阻有關(guān)。討論討論 失真分析：由失真分析：由NPN型管組成的兩級(jí)共射放大電路型管組成的兩級(jí)共射放大電路共射放共射放大電路大電路共射放共射放大電路大電路iuou飽和失真？截止失真？飽和失真？截止失真？ 首先確定在哪一級(jí)出現(xiàn)了失真，再判斷是什么失真。首先確定在哪一級(jí)出現(xiàn)了失真，再判斷是什么失真。 比較比較Uom1和和Uim2，則可判斷在輸入信號(hào)逐漸增大時(shí)，則可判斷在輸入信號(hào)逐漸增大時(shí)哪一級(jí)首先出現(xiàn)失真。哪一級(jí)首先出現(xiàn)失真。 在前級(jí)均未出現(xiàn)失真的情況下，多級(jí)放大電路的最在前級(jí)均未出現(xiàn)失真的情況下，多級(jí)放大電路的最大不失真電壓等于輸出級(jí)的最大不失真電壓。大不失真電壓等于輸出級(jí)的最大