模電課件第三章多級放大電路

第三章多級放大電路3—1多級放大電路的耦合方式

3—2多級放大電路的動態(tài)分析3—3直接耦合放大電路本章要求

（2）各種耦合方式的優(yōu)缺點，能夠正確估算多級放大電路的Au、Ri和R0

。（3）

雙端輸入差動放大電路的靜態(tài)工作點和動態(tài)參數(shù)Au、Ri、R0的計算。了解：共模抑制比的意義及計算方法掌握（1）零點漂移與溫度漂移，共模信號與共模放大倍數(shù)，差模信號與差模放大倍數(shù)，共模抑制比的概念。（4）掌握互補輸出級的正確接法和輸入輸出關(guān)系3—1多級放大電路的耦合方式例：實際電子電路Ri＞2MΩ，Au＞2000，R0＜100Ω等。耦合方式：多級放大電路級與級之間的連接方式（阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合、光電耦合）。

多級放大電路的連接，產(chǎn)生了單元電路間的級聯(lián)問題，即耦合問題。放大電路的級間耦合必須要保證信號的傳輸，且保證各級的靜態(tài)工作點正確。

根據(jù)輸入信號的性質(zhì)，決定級間耦合電路的形式。電抗性元件耦合，只能傳輸交流信號，漂移信號和低頻信號不能通過。直接耦合電路可傳輸?shù)皖l甚至直流信號，因而緩慢變化的漂移信號也可以通過直接耦合放大電路。使T1退出飽和3.1.1直接耦合——將前一級的輸出端直接連接到后一級的輸入端的連接方式圖3.1.1(a)直接耦合Rb2Rc1+VccuiT1+-+-uoRb1Rc2T21.直接耦合放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置使T1飽和在T2的射極加ReReD或圖3.1.2(c)第二級電路發(fā)射極加穩(wěn)壓管Rb2Rc1+VccuiT1+-+-uoRb1Rc2T2RiRiEiDZDZ→UCEQ1↑Rc2作用?2.特點：（1）各級靜態(tài)工作點彼此影響（2）能放大緩慢變化信號，宜集（3）存在零點漂移及電平轉(zhuǎn)移成化輸入短路時，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生（溫度變化）

圖3.1.2兩級阻容耦合放大電路R1R3+VccuiT1+-C1+C2R2R4C3++-uoRLC4T2+R5R63.1.2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的連接方式直流通路R1R3T1R2R4+Vcc+VccT2R5R6+特點（1）各級靜態(tài)工作點彼此獨立（2）不能放大緩慢變化信號，低頻特性差（3）不宜集成化RＬN1N2RＬ’3.1.3變壓器耦合——將放大電路的前級輸出端通過變壓器接入后級輸入端或

圖3.1.3(a)變壓器耦合共射放大電路Rb2+VccuiT+-C1+Rb1ReCe+RLN1N2

圖3.1.3(b)交流等效電路RLN1N2Rb2+-Rb1rbe特點（1）各級靜態(tài)工作點彼此獨立（2）不能放大緩慢變化信號，低頻特性差（3）不易集成化（4）可實現(xiàn)阻抗變換負載上的連接方式。3.1.4光電耦合——以光信號為媒介來實現(xiàn)電信號的耦合和傳遞，從而

一、光電耦合器uCEiC0圖3.1.5(b)光電耦合器傳輸特性ID1ID2ID3ID4ID增大DT1T2iDiCce+-uD圖3.1.4(a)光電耦合器內(nèi)部組成DT1T2ce圖3.1.6光電耦合放大電路

RsV+Vccus+_Rc+-uo二、光電耦合放大電路注意：信號源部分和輸出提高抗干擾能力?；芈凡糠謶?yīng)采用獨立電源，并且應(yīng)分別接不同的“地”，即使是遠距離信號傳輸，也可避免受到各種電干擾。3—2多級放大電路的動態(tài)分析Rs+-A1+-A2+-+An-+-RL圖3.2.1多級放大電路方框圖即——對于第一級到第(n-1)級，每一級的放大倍數(shù)均應(yīng)該是以后級輸入電阻作為負載時的放大倍數(shù)。輸入電阻Ri=Ri1輸出電阻Ro=Ron(第一級輸入電阻)(最后一級輸出電阻)ui

圖3.1.2兩級阻容耦合放大電路R1R3+VccT1+-C1+C2R2R4C3++-uoRLC4T2+R5R6解：（1）求解Q點+VccT2R5R6直流通路R1R3T1R2R4+Vcc+

[例3.2.1]

已知圖3.1.2所示電路中，R1=15k，

R2=R3=5k，R4=2.3k，R5=100k，R6=RL=5k；VCC=12V；晶體管的均為150，rbe1=4k

rbe2=2.2k，UBEQ1=UBEQ2=0.7V。試估算電路的

Q點、、Ri和Ro。

（2）求解、Ri和Ro。Ri2第一級的電壓放大倍數(shù)第二級的電壓放大倍數(shù)整個電路的電壓放大倍數(shù)R2+-R3+-R1交流等效電路+-R5RLR6becrbe2RiR2+-R3+-R1+-R5RLR6becrbe2交流等效電路輸入電阻輸出電阻R0×3.3.1直接耦合放大電路的零點漂移現(xiàn)象3.3.2差分放大電路3.3.3直接耦合互補輸出級3.3.4直接耦合多級放大電路3—3

直接耦合放大電路3.3.1直接耦合放大電路的零點漂移現(xiàn)象1.零點漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因=0圖3.3.1零點漂移現(xiàn)象零點漂移（零漂）

（1）零點漂移輸入電壓等于零時，輸出電壓偏離某一值且緩慢變化的現(xiàn)象→零點漂移直接耦合放大電路+-uo+-mV（a）測試電路uIuo0t（b）輸出電壓的漂移（2）產(chǎn)生零點漂移的原因主要原因：環(huán)境溫度溫度漂移（溫漂）2.抑制溫度漂移的方法（1）在電路中引入直流負反饋（2）采用溫度補償?shù)姆椒ǎɡ脽崦粼淼窒糯蠊艿淖兓?）采用“差分放大電路”RbRc+VccuiT+-+-uoC1+ＤuiRb2Rc+VccT+-+-uoC1++C2Rb1ReCeRLＤ→IC↑→UE↑→UD↓→UB↓T(℃)↑→UBE↓→IC↓IC↑→ID↑→IB↓→IC↓T(℃)↑例如若第一級漂了100uV，則輸出漂移1V。若第二級也漂了100uV，則輸出漂移10mV。假設(shè)漂了100uV漂移10mV+100uV漂移1V+10mV漂移1V+10mV3.衡量零漂的方法多級放大電路中，第一級漂移最嚴重，減小零點漂移，應(yīng)減小第一級零漂3.3.2差分放大電路→放大兩個輸入信號之差+uoiC1iC2Rb1Rc1uI1T1Re-Rb2Rc2+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiB1iB2uC1uC21.信號的輸入方式T1

、T2為對管，β1=β2=β(1)共模信號(2)

差模信號(3)比較輸入+uoiC1iC2Rb1Rc1uI1T1Re-Rb2Rc2+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiB1iB2uC1uC2(1)共模信號兩管集電極電位呈等量同向變化，所以輸出電壓為零，即對共模信號沒有放大能力。uI1=uI2大小相等、極性相同兩管集電極電位一減一增，呈等量異向變化，(2)

差模信號uo=(VC1－VC1

)－(VC2+

VC１)=－2VC1即對差模信號有放大能力。ui1=–ui2大小相等、極性相反(3)比較輸入

uI1、uI2大小和極性是任意的。例1:

uI1=10mV,uI2=6mVuI2=8mV－2mV例2:

uI1=20mV,uI2=16mV可分解成:

uI1=18mV+2mVuI2=18mV－2mV可分解成:

uI1=8mV+2mV共模信號差模信號放大器只放大兩個輸入信號的差值信號—差動放大電路。任意輸入的信號:ui1,ui2，都可分解成差模分量和共模分量。在差模和共模輸入并存的條件下，2.長尾式差分放大電路（1）靜態(tài)分析由于所以直流通路Rb1Rc1T1+uoRe-Rb2Rc2+VCCT2IEQ1IEQ2IBQ1IBQ2ICQ1ICQ2-VEE-VEE通常Rb很小，很多情況為信號源內(nèi)阻+uo-T2-VEEIBQ1Rb1Rc1T1ReRb2Rc2+VCCIEQ1IEQ2IBQ2ICQ1ICQ2-VEE=0（2）對共模信號的作用圖3.3.4差分放大電路輸入共模信號Rb1Rc1T1+uocRe-Rb2Rc2+VCCT2iE1iE2-VEEiB1iB2iC1iC2uI1uI2+-uIcEuC1uC2對共模信號（無放大作用）起抑制作用特性，較好的抑制了零點漂移利用T1管T2和管具有相同的溫度圖3.3.4差分放大電路輸入共模信號Rb1Rc1T1+uocRe-Rb2Rc2+VCCT2iE1iE2-VEEiB1iB2iC1iC2uI1uI2+-uIcEuC1uC2射極電阻Re對共模信號的負反饋作用共模放大倍數(shù)AcuIc——共模輸入電壓uIc↑→iB1↑→iC1↑(iE1)↑uIc↑→iB2↑→iC2↑(iE2)↑→uE↑→uBE2↓→iB2↓

在圖所示差分放大電路中iC2↓iC1↓uOc——uIc作用下的輸出電壓理想對稱的情況下Ac=0。實際上

Ac≠0溫度漂移可等效為輸入端的一對共模信號，

Ac越小，抑制零漂作用愈強?！鷘E↑→

uBE1↓→iB1↓

(3)對差模信號的放大作用圖3.3.5

差分放大電路加差模信號Rb1Rc1T1+uOd-Rb2Rc2+VCCT2iE1iE2Re-VEEiB1iB2iC1iC2uI1uI2+-EuC1uC2+-+-RLrbe1Rb2Rc22iB2uId+-Rb1Rc1rbe2+-uOd1iB1iB2iB1流過Re的電流增量Re對交流信號視為短路RL中間位置相當(dāng)于交流地差模放大倍數(shù)Ad輸入電阻輸出電阻（4）共模抑制比在電路參數(shù)理想對稱的情況下，KCMR=。（5）電壓傳輸特性線性關(guān)系uOduId0圖3.3.6差分放大電路的電壓傳輸特性——放大電路輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系曲線稱為電壓越大，抑制溫漂能力越強傳輸特性，即uO=f(uI)3.差分放大電路的四種接法（1）雙端輸入雙端輸出電路RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RL輸入電阻輸出電阻電壓放大倍數(shù)（2）雙端輸入單端輸出電路RbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RLa.靜態(tài)工作點分析RbT1RbT2Re-VEEuI1uI2Rc'Rc2+VCCUCQ1UCQ2+V'CCIBQ1IBQ2ICQ1ICQ2由戴維南定理得輸入回路參數(shù)對稱輸出回路不對稱所以雙端輸入、單端輸出差分放大電路RbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RLrbeRbRc-iBuId+-RbRcrbe+-uOdiB-iBiBRL輸入電阻輸出電阻電壓放大倍數(shù)b.動態(tài)性能分析負載電阻接至T2的C極輸出信號極性將怎樣？差模電壓放大倍數(shù)

雙端輸入、單端輸出差分放大電路RbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RLrbeRbRc-iBuId+-RbRcrbe+-uOdiB-iBiBRL注意：如果輸入差模信號極性不變，輸出信號若取自T1管的集電極，則輸出與輸入反相，的集電極，則輸出與輸入同相。輸出信號若取自T2管RbT1+-RbT22Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RLuIc2ReuORbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RLuIcuO共模電壓放大倍數(shù)+-Rb+-Rc共模信號作用下的等效電路RL2ReiBuIcuOciB（3）單端輸入、雙端輸出電路輸入差模信號RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RLuOuI靜態(tài)分析同雙端輸入、雙端輸出電路輸入差模信號的等效變換RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RLuO+-++--動態(tài)分析單端輸入電路與雙端輸入電路的區(qū)別在于：輸入電阻輸出電阻伴隨著共模信號輸入。在差模信號輸入的同時，差分放大電路RbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-Rc+VCCuC1uC2RL（４）單端輸入、單端輸出電路

電路的直流通路

RbT1RbT2Re-VEEuI1uI2Rc'Rc2+VCCUCQ1UCQ2+V'CCIBQ1IBQ2ICQ1ICQ2靜態(tài)分析：同雙端輸入、單端輸出電路動態(tài)分析：可視為存在一對共模輸入及差模輸入的雙輸入、單輸出電路四種接法的動態(tài)參數(shù)特點歸納如下：單端輸出時，雙端輸出時，（3）單端輸入時，若輸入信號為uI，其差模輸入電壓uId=uI；而與此同時，（1）輸入電阻均為2(Rb+rbe)。（2）Ad、Ac、Ro與輸出方式有關(guān)，共模輸入電壓，輸出電壓表達式為4.改進型差分放大電路

RbRcuI1T1+uoRe-RbRc+VCCuI2T2iE1iE2-VEEiE單端輸出時同時在集成電路中制做大電阻受限R3-VEET3IE3R2R1IB3I1I2恒流源IC3I長尾式差分放大電路存在的問題

恒流源電路的簡化畫法及電路調(diào)零措施uI1RbRcT1+uo-RbRc+VCCuI2T2iE1iE2I-VEERw靜態(tài)時較好的抑制了零漂場效應(yīng)管差分放大電路uI1RbRcT1+uo-RbRc+VCCuI2T2iD1iD2I-VEE調(diào)零電阻(阻值很小的電位器)[例3.3.1]電路如圖所示，已知Rb=1k，

Rc=10k，RL=5.1k，VCC=12V，VEE=6V；晶體管的=100，rbe=2k，UBEQ=0.7V;T1管和T2管的發(fā)射極靜態(tài)電流均為0.5mA。（1）Re的取值應(yīng)為多少？T1管和T2管的管壓降UCEQ等于多少？（2）計算、Ri和Ro的數(shù)值。（3）若將電路改成單端輸出，用直流表測得輸出電壓uO=3V，試問輸入電壓uI約為多少？設(shè)IEQ=0.5mA，且共模輸出電壓可忽略不計。RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RL解：（1）（2）電壓放大倍數(shù)輸入電阻輸出電阻RbRcT1+-RbRc+VCCT2Re-VEEuI1uI2+uC1uC2-RL

因為用直流表測得的輸出電壓中既含有直流（靜態(tài)）量又含有變化（信（3）RL=5.1k

10k1k=100，rbe=2k

號作用的結(jié)果）量，所以首先應(yīng)計算出靜態(tài)時管子的集電極電位，然后用所測電壓減去靜態(tài)電位就可得到動態(tài)電壓。利用戴維南定理可知RbT1+-RbT2Re-VEEuI1uI2+-RcRc+VCCuC1uC2RLRbT1RbT2Re-VEEuI1uI2Rc'Rc2+VCCUCQ1UCQ2+V'CCIBQ1IBQ2ICQ1ICQ2RL=5.1k

10k1k=100，rbe=2k

3.3.3直接耦合互補輸出級對電壓放大電路的輸出級一般有兩個基本要求：1.基本電路uI0tuO0t交越失真uIT1T2uO+--VCC+VCCRLT1、T2特性參數(shù)相同(設(shè)開啟電壓Uon=0)（1）靜態(tài)時：uI=0,（2）動態(tài)時：uI＞0,uI＜0,uI0tuO0t而實際上，T1、T2開啟電壓uon≠0T1、T2均截止T1、T2截止，u0=0T1導(dǎo)通、T2截止，u0=uI一是輸出電阻低，二是最大不失真輸出盡可能大。T1截止、T2導(dǎo)通，u0=uI2.消除交越失真的互補輸出級(a)利用二極管消除交越失真T1T2uIuO+--VCC+VCCR1R2D2D1RLb1b2靜態(tài)時，VCC(-VCC)使從而T1、T2微導(dǎo)通

動態(tài)時，D1、D2的動態(tài)電阻很小，b1、b2點交流電位近似相等當(dāng)uI＞0,T1從微導(dǎo)通→導(dǎo)通,T2從微導(dǎo)通→截止;u0=uI當(dāng)uI＜0,T2從微導(dǎo)通→導(dǎo)通,T1從微導(dǎo)通→截止;u0