模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)：3-多級放大電路

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差分放大電路§3.4互補(bǔ)輸出級§3.5直接耦合多級放大電路讀圖(自學(xué)）§3.1多級放大電路的耦合方式一、直接耦合二、阻容耦合三、變壓器耦合一、直接耦合既是第一級的集電極電阻，又是第二級的基極電阻

能夠放大變化緩慢的信號，便于集成化，Q點(diǎn)相互影響，存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。

當(dāng)輸入信號為零時，前級由溫度變化所引起的電流、電位的變化會逐級放大。第二級第一級Q1合適嗎？直接連接輸入為零，輸出產(chǎn)生變化的現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移求解Q點(diǎn)時應(yīng)按各回路列多元一次方程，然后解方程組。如何設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)？對哪些動態(tài)參數(shù)產(chǎn)生影響？

用什么元件取代Re既可設(shè)置合適的Q點(diǎn)，又可使第二級放大倍數(shù)不至于下降太多？若要UCEQ1＝5V，則應(yīng)怎么辦？用多個二極管嗎？二極管導(dǎo)通電壓UD≈？動態(tài)電阻rd特點(diǎn)？Re必要性？穩(wěn)壓管伏安特性

UCEQ1太小→加Re（Au2數(shù)值↓）→改用D→若要UCEQ1大，則改用DZ。NPN型管和PNP型管混合使用

在用NPN型管組成N級共射放大電路，由于UCQi＞UBQi，所以UCQi＞UCQ(i-1）（i=1～N），以致于后級集電極電位接近電源電壓，Q點(diǎn)不合適。UCQ1

（UBQ2）

＞UBQ1UCQ2＜

UCQ1

UCQ1

（UBQ2）

＞UBQ1UCQ2＞

UCQ1

二、阻容耦合

Q點(diǎn)相互獨(dú)立。不能放大變化緩慢的信號，低頻特性差，不能集成化。共射電路共集電路有零點(diǎn)漂移嗎？

利用電容連接信號源與放大電路、放大電路的前后級、放大電路與負(fù)載，為阻容耦合。

可能是實(shí)際的負(fù)載，也可能是下級放大電路三、變壓器耦合

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。從變壓器原邊看到的等效電阻§3.2多級放大電路的動態(tài)分析二、分析舉例一、動態(tài)參數(shù)分析一、動態(tài)參數(shù)分析Ri2=RL1Ri1=RiRo2=Ro將單級放大電路連接成多級放大電路后，要研究的主要問題:級間的相互影響。一、動態(tài)參數(shù)分析1.電壓放大倍數(shù)2.輸入電阻3.輸出電阻

對電壓放大電路的要求：Ri大，Ro小，Au的數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。二、分析舉例討論一

失真分析：由NPN型管組成的兩級共射放大電路共射放大電路共射放大電路飽和失真？截止失真？

首先確定在哪一級出現(xiàn)了失真，再判斷是什么失真。

比較Uom1和Uim2，則可判斷在輸入信號逐漸增大時哪一級首先出現(xiàn)失真。

在前級均未出現(xiàn)失真的情況下，多級放大電路的最大不失真電壓等于輸出級的最大不失真電壓。討論二：放大電路的選用1.按下列要求組成兩級放大電路：①Ri＝1～2kΩ，Au

的數(shù)值≥3000；②Ri≥10MΩ，Au的數(shù)值≥300；③Ri＝100～200kΩ，Au的數(shù)值≥150；④Ri≥10MΩ，Au的數(shù)值≥10，Ro≤100Ω。①共射、共射；②共源、共射；③共集、共射；④共源、共集。2.若測得三個單管放大電路的輸入電阻、輸出電阻和空載電壓放大倍數(shù)，則如何求解它們連接后的三級放大電路的電壓放大倍數(shù)？注意級聯(lián)時兩級的相互影響！§3.3差分放大電路一、引子二、長尾式差分放大電路的組成三、長尾式差分放大電路的分析四、差分放大電路的四種接法五、具有恒流源的差分放大電路六、差分放大電路的改進(jìn)

517

一、引子：為什么引入差分放大器？

1.直流信號的放大在無線電通信和其他領(lǐng)域中，常常需要對變化十分緩慢的信號進(jìn)行放大。例如生物電的放大，或某些自動控制中的控制信號。把這種變化十分緩慢的信號（頻率很低，幾乎為零，但不能認(rèn)為頻率等于零）稱為

直流信號。直流放大器是放大直流信號的一種放大器（當(dāng)然也可以放大交流信號）。直流信號不同于直流電。

518

一、引子：為什么引入差分放大器？

2.直流放大器面臨的問題電容耦合放大器無法放大直流信號，耦合電容很難傳送緩變信號。直流放大器常常采用直接耦合方式。兩個問題：1）級與級之間的直流工作狀態(tài)互相影響2）零點(diǎn)漂移

519

一、引子：為什么引入差分放大器？

1）級與級之間的直流工作狀態(tài)互相影響調(diào)整某一級工作狀態(tài)就會導(dǎo)致其他各級工作狀態(tài)的改變。這一點(diǎn)對直接耦合放大器的設(shè)計(jì)和調(diào)整帶來很多不便。

520

一、引子：為什么引入差分放大器？

現(xiàn)象：輸入電壓為零，輸出端電壓表指針偏離零點(diǎn)或起始值，出現(xiàn)忽大忽小的不規(guī)則擺動。2）零點(diǎn)漂移ΔuI＝0，ΔuO≠0的現(xiàn)象。定義：

輸入電壓為零時，輸出還有緩慢變化的電壓產(chǎn)生，輸出電壓偏離起始值而上下波動，使輸出端產(chǎn)生緩慢變化的電壓。零點(diǎn)漂移簡稱零漂。引起零漂的外界因素：

時間漂移：由于晶體管和其他元件的參數(shù)本身老化作用引起的，與電

路設(shè)計(jì)無關(guān)。

溫度漂移：由于晶體管的參數(shù)隨著環(huán)境溫度的變化而變化所造成的。

電源電壓變化引起的漂移：當(dāng)電源電壓變化時，電路的直流電平配制

受到某種破壞而導(dǎo)致輸出零點(diǎn)的變動。若第一級漂了100uV，則輸出漂移1V。若第二級也漂100uV，則輸出漂移10mV。例如

假設(shè)第一級是關(guān)鍵！=100,AV3=1。AV2

AV1=100,漂移10mV+100uV漂了100uV漂移1V+10mV漂移：1V+10mV

521

一、引子：為什么引入差分放大器？

為什么是矛盾？

為了獲得高的直流增益，可以增加級數(shù)，但同時輸出漂移電壓也加大。

為了減小零漂可以引入負(fù)反饋，但同時放大器對直流信號的放大能力

也減弱了。尋求新方法解決矛盾！抵消采用特殊形式的電路使漂移電壓互相抵消。引入特殊的負(fù)反饋對零點(diǎn)漂移有很強(qiáng)的負(fù)反饋，對有用直流信號無負(fù)反饋。例如乙類推挽功放電路，每個管子產(chǎn)生大量的諧波失真，但在負(fù)載上，偶次諧波互相抵消了。高質(zhì)量的直流放大器應(yīng)該具有高的電壓增益和小的零點(diǎn)漂移。矛盾！調(diào)制型直流放大器（框圖）

522

基本差分電路形式（長尾電路）兩個性能完全相同的共發(fā)射極電路拼接而成。如何消除零漂？

輸入信號為零，電路對稱

某種因素產(chǎn)生零漂，如溫度升高，

電路對稱，晶體管參數(shù)相同，靠電路對稱消除零漂！二、長尾式差分放大電路的組成理想對稱二、長尾式差分放大電路的組成信號特點(diǎn)？能否放大？共模信號：大小相等，極性相同。差模信號：大小相等，極性相反.信號特點(diǎn)？能否放大？共模信號和差模信號示意圖

差分放大電路僅對差模信號具有放大能力，對共模信號不予放大。

溫度對三極管電流的影響相當(dāng)于加入了共模信號。差分放大電路是模擬集成運(yùn)算放大器輸入級所采用的電路形式。二、長尾式差分放大電路的組成StrainGaugeThermalCouple通過電阻應(yīng)變計(jì)測量荷重通過熱電偶測溫度差模信號舉例二、長尾式差分放大電路的組成.TheElectrocardiogram(ECG)位移電流電力線心電測量中的差模信號與共模信號共模干擾舉例二、長尾式差分放大電路的組成差模信號共模信號二、長尾式差分放大電路的組成典型電路在理想對稱的情況下：1.克服零點(diǎn)漂移；2.零輸入零輸出；3.抑制共模信號；4.放大差模信號。二、長尾式差分放大電路的組成三、長尾式差分放大電路的分析

Rb是必要的嗎？1.

Q點(diǎn)：晶體管輸入回路方程：通常，Rb較小，且IBQ很小，故選合適的VEE和Re就可得合適的Q2.抑制共模信號

共模信號：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號，即三、長尾式差分放大電路的分析

2.抑制共模信號：Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔肦e的共模負(fù)反饋?zhàn)饔茫簻囟茸兓鸬淖兓刃楣材Ｐ盘枌τ诿恳贿呺娐罚琑e=?如

T(℃)↑→IC1↑IC2↑→UE↑→IB1↓IB2↓→IC1↓IC2↓抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。三、長尾式差分放大電路的分析

3.放大差模信號△iE1=－△iE2，Re中電流不變，即Re

對差模信號無反饋?zhàn)饔谩２钅Ｐ盘枺簲?shù)值相等，極性相反的輸入信號，即＋－＋－三、長尾式差分放大電路的分析

電阻Re上無交流電流，T1、T2發(fā)射極“虛地”。為什么？差模信號作用時的動態(tài)分析差模放大倍數(shù)三、長尾式差分放大電路的分析

電阻Re上無交流電流，T1、T2發(fā)射極虛地。Ad與單級共射電路的放大倍數(shù)相同，可見，差放電路是用“數(shù)量換質(zhì)量”。4.動態(tài)參數(shù)：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR

共模抑制比KCMR：綜合考察差分放大電路放大差模信號的能力和抑制共模信號的能力。

在實(shí)際應(yīng)用時，信號源需要有“接地”點(diǎn)，以避免干擾；或負(fù)載需要有“接地”點(diǎn)，以安全工作。

根據(jù)信號源和負(fù)載的接地情況，差分放大電路有四種接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。三、長尾式差分放大電路的分析

四、差分放大電路的四種接法（其他三種）由于輸入回路沒有變化，所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時一樣。但是UCEQ1≠UCEQ2。1.雙端輸入單端輸出：Q點(diǎn)分析1.雙端輸入單端輸出：差模信號作用下的分析四、差分放大電路的四種接法（其他三種）1.雙端輸入單端輸出：共模信號作用下的分析四、差分放大電路的四種接法（其他三種）

1.雙端輸入單端輸出：問題討論（1）T2的Rc可以短路嗎？（2）什么情況下Ad為“＋”？（3）雙端輸出時的Ad是單端輸出時的2倍嗎？四、差分放大電路的四種接法（其他三種）2.單端輸入雙端輸出共模輸入電壓差模輸入電壓

輸入差模信號的同時總是伴隨著共模信號輸入：

在輸入信號作用下發(fā)射極的電位變化嗎？說明什么？四、差分放大電路的四種接法（其他三種）2.單端輸入雙端輸出問題討論：（1）UOQ產(chǎn)生的原因？（2）如何減小共模輸出電壓？測試:差模輸出共模輸出靜態(tài)時的值四、差分放大電路的四種接法（其他三種）3.單端輸入單端輸出Q點(diǎn)及動態(tài)性能同雙入單出電路四、差分放大電路的四種接法（其他三種）4.四種接法的比較：電路參數(shù)理想對稱條件下輸入方式：Ri均為2(Rb+rbe)；雙端輸入時無共模信號輸入，單端輸入時有共模信號輸入。輸出方式：Q點(diǎn)、Ad、Ac、KCMR、Ro均與之有關(guān)。四、差分放大電路的四種接法（其他三種）輸入信號分類(1)差模(differentialmode)輸入ui1=－ui2=uid

/2(2)共模(commonmode)輸入ui1

=ui2=uic差模電壓放大倍數(shù):共模電壓放大倍數(shù):(3)任意輸入的信號:ui1,

ui2注意：ui1

=uc+

ud/2

；ui2=uc-

ud

/2首先將信號分解：例:ui1=20mV,ui2=10mV則：ud

/2=5mV,uc=15mV差模分量:共模分量:ui1

=uc+

ud/2=15+5=20mV

；ui2=uc-

ud

/2=15-5=10mV四、差分放大電路的四種接法(補(bǔ)充)四、差分放大電路的四種接法(補(bǔ)充)五、具有恒流源的差分放大電路

為什么要采用電流源？

Re越大，共模負(fù)反饋越強(qiáng)，單端輸出時的Ac越小，KCMR越大，差分放大電路的性能越好。但為使靜態(tài)電流不變，Re越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。

需在低電源條件下，得到趨于無窮大的Re。解決方法：采用電流源取代Re。具有恒流源差分放大電路的組成等效電阻為無窮大近似為恒流五、具有恒流源的差分放大電路1)RW取值應(yīng)大些？還是小些？2)RW對動態(tài)參數(shù)的影響？3)若RW滑動端在中點(diǎn)，寫出Ad、Ri的表達(dá)式。六、差分放大電路的改進(jìn)1.加調(diào)零電位器

RW2.場效應(yīng)管差分放大電路六、差分放大電路的改進(jìn)若uI1=10mV，uI2=5mV，則uId=？uIc=？uId=5mV，uIc=7.5mV討論一

若將電橋的輸出作為差放的輸入，則其共模信號約為多少？如何設(shè)置Q點(diǎn)時如何考慮？1、uI=10mV，則uId=?uIc=?2、若Ad=－102、KCMR＝103用直流表測uO

，uO=?uId=10mV，uIc=5mVuO=AduId+AcuIc+UCQ1=?=?=?討論二作業(yè)：

3.1、3、6、7

§3.4互補(bǔ)輸出級二、基本電路三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級四、準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級一、對輸出級的要求

互補(bǔ)輸出級是直接耦合的功率放大電路。對輸出級的要求：帶負(fù)載能力強(qiáng)；直流功耗??；負(fù)載電阻上無直流功耗；最大不失真輸出電壓最大。一、對輸出級的要求射極輸出形式靜態(tài)工作電流小輸入為零時輸出為零

雙電源供電時Uom的峰值接近電源電壓。單電源供電Uom的峰值接近二分之一電源電壓。不符合要求！二、基本電路靜態(tài)時T1、T2均截止，UB=UE=01.特征：T1、T2特性理想對稱。2.靜態(tài)分析T1的輸入特性理想化特性3.動態(tài)分析ui正半周，電流通路為