ch3多級放大電路直接耦合2

1、3.3 直接耦合放大器,這種耦合方式可放大交流信號、緩慢變化信號、直流信號，且便于集成。 由于前后級之間的直流連通，使各級工作點(diǎn)互相影響，不能獨(dú)立。因此，必須考慮各級間直流電壓的配置問題,以使每一級都有合適的工作點(diǎn)。,3.3.1 直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象,一.零點(diǎn)漂移現(xiàn)象和產(chǎn)生原因,影響：前級工作點(diǎn)隨溫度的變化會被后級傳遞并逐級放大，使得輸出端產(chǎn)生很大的漂移電壓。顯然級數(shù)越多，放大倍數(shù)越大，則零點(diǎn)漂移就越嚴(yán)重。因此，在直接耦合電路中，如何穩(wěn)定前級工作點(diǎn)，克服其漂移，成為至關(guān)重要的問題。,零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：直接耦合時，輸入電壓為零，但輸出電壓不為零，并緩慢地發(fā)生不規(guī)則變化的現(xiàn)象。,任何參數(shù)變化

2、，如電源電壓波動、元件老化、半導(dǎo)體元件參數(shù)隨溫度變化而產(chǎn)生的變化（主要原因，也稱溫漂），都將產(chǎn)生輸出電壓的漂移。,二.抑制溫漂的方法,1.在電路中加入直流負(fù)反饋以穩(wěn)定Q點(diǎn)。,穩(wěn)定工作點(diǎn)原理 目標(biāo)：溫度變化時，使IC維持恒定。 溫度變化時，b點(diǎn)電位基本不變，由此實(shí)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定。,2.采用溫度補(bǔ)償?shù)霓k法，利用熱敏元件補(bǔ)償放大器的零漂。,(1-4),a利用二極管的反向特性進(jìn)行溫度補(bǔ) （二極管反向電流的改變導(dǎo)致IB的改變）,靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路,b利用二極管的正向特性進(jìn)行溫度補(bǔ)償（二極管正向UD的改變導(dǎo)致UB的改變）,利用一個元件參數(shù)隨溫度的變化所引起的溫漂來抵消另一個元件參數(shù)隨溫度的變化所引起的

3、溫漂，從而達(dá)到穩(wěn)定工作點(diǎn)的目的，這就是溫度補(bǔ)償法的基本思想。,采用差分放大電路！,3.3.2 差分放大電路,差分放大電路是構(gòu)成多級直接耦合放大電路的基本單元電路,一、電路的組成,帶有Re負(fù)反饋電阻：可以穩(wěn)定Q點(diǎn)，但仍存在零點(diǎn)漂移問題,帶有溫控的電壓源：UCQ變化時，直流電源V始終與之保持相等。,輸出電壓中就只有動態(tài)信號uI作用的部分了,采用與圖（a）所示電路參數(shù)完全相同，管子特性也相同的電路,差分放大電路的組成(c),電路以兩只管子集電極電位差為輸出，可克服溫度漂移。,uo= UC1 - UC2 = 0,uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0,一定溫度時，若ui

4、1=ui2=0，則有,當(dāng)溫度變化時,差分放大電路的組成(c),共模信號：輸入信號ui1和ui2大小相等，極性相同。,差模信號：輸入信號ui1和ui2大小相等，極性相反。,又稱差動放大電路：輸入端信號有差別，輸出電壓才變動。,在參數(shù)完全對稱的情況下,共模輸出為零。,iB1=-iB2,iC1=-iC2,uC1=-uC2,uO=uC1-uC2=2uC1,缺點(diǎn)：Re1和Re2的存在會分掉一部分輸出電壓信號，使電路的電壓放大能力變差，當(dāng)它們數(shù)值較大時，甚至不能放大。,也可用公式理解(實(shí)質(zhì)一樣)，直流負(fù)反饋分 壓式偏置電路動態(tài)參數(shù),差分放大電路的改進(jìn)圖,將發(fā)射極電阻合二為一,典型差分放大電路,長尾式差分放

5、大電路,加入負(fù)電源-VEE ，正負(fù)雙電源供電，使信號變化幅度加大:,IB1、IB2由負(fù)電源-VEE提供；,簡化電路，便于調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)；,電源和信號源共接一個零地位。,在差模信號作用下Re 中的電流變化為零，即Re 對差模信號無反饋?zhàn)饔茫?，相?dāng)于被短路。,動態(tài)分析,1. 輸入信號分類,(1)差模(differential mode)輸入,ui1 = -ui2= ud,(2)共模( common mode) 輸入,ui1 = ui2 = uc,差模電壓 放大倍數(shù):,共模電壓 放大倍數(shù):,電路參數(shù)理想對稱情況下，Ac0,結(jié)論：任意輸入的信號: ui1 , ui2 ，都可分解成共模信號和差模信號。,

6、注意：ui1 = uc + ud /2 ；ui2 = uc - ud /2,例: ui1 = 20 mV=15+5 mV ui2 = 10 mV=15-5 mV,共模信號:,差模信號:,差模、共模信號動畫片,二、長尾式差分放大電路（雙入雙出型）,長尾式差分放大電路,1.靜態(tài)Q點(diǎn)分析（無負(fù)載情況）,IE1=IE2(VEEUBE)2Re ；,UCE1=UCE2VCC+VEE(RC+2Re)IE1,Uo=UCQ1-UCQ2=0；,IB1=IB2 =IE1/(1+ ),由于Rb較小(很多情況下Rb為信號源內(nèi)阻)，其上的電壓降可忽略不計。,或,有負(fù)載呢？,參照后面雙入單出情況，分析差異,對稱性決定Q點(diǎn)不

7、變！ 流經(jīng)負(fù)載電流為0，等于負(fù)載斷路，即空載。,2.對共模信號的抑制作用,一方面：共模信號的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。,所以,電路參數(shù)的理想對稱性，溫度變化時管子的電流變化完全相同，故可以將溫度漂移等效成共模信號，差分放大電路對共模信號有很強(qiáng)的抑制作用。,另一方面：Re對共模信號(動態(tài)情況)的負(fù)反饋?zhàn)饔?，抑制了每只晶體管集電極電流變化，從而抑制集電極電位變化。原理上類似靜態(tài)情況溫度變化時的Q點(diǎn)穩(wěn)定,Re阻值愈大負(fù)反饋?zhàn)饔糜鷱?qiáng)，集電極電流變化愈小，集電極電位變化也愈小。若Re 為無窮大，則可形成恒流源。,3.對差模信號的放大作用,差分放大電路加差模信號（a),分析時注意三個“虛地” 針對

8、差模信號,1、E點(diǎn)電位在差模信號作用下相當(dāng)于接“地”。,2、負(fù)載電阻RL的中點(diǎn)電位在差模信號作用下不變，相當(dāng)于接“地”。,3、輸入信號uid以“地”為中點(diǎn)一分為二：uid/2“地”、“地” -uid/2,RE對差模信號不起作用,虛地1、虛地2、虛地3在描述上實(shí)質(zhì)是一致的，虛地3代表了差模信號，而只有差模信號才能導(dǎo)致虛地1、虛地2的出現(xiàn)。,RE的作用 動畫片,差模信號作用下的等效電路（有負(fù)載） 上下(實(shí)質(zhì)左右)對稱的共射放大電路,差分放大電路加差模信號（b),動態(tài)參數(shù),Rid=2(Rb +rbe),Rod=2Rc根據(jù)定義求解時虛地消失,共模抑制比,其值越大則電路性能越好，理想情況,電壓放大能力相

9、當(dāng)于單管放大能力，以犧牲一只管子的放大倍數(shù)為代價換取低溫漂的效果。,無負(fù)載又如何？,4.電壓傳輸特性,放大電路的輸出電壓和輸入電壓之間的關(guān)系曲線。,uo f( uI ),實(shí)線為差模信號的電壓傳輸特性曲線，中間一段線性關(guān)系，斜率即差模放大倍數(shù)。改變uI極性，對應(yīng)虛線，與實(shí)線完全對稱。,當(dāng)輸入電壓幅值過大時，輸出電壓就會產(chǎn)生失真,若再加大uId，則uOd將趨于不變，其數(shù)值取決于電源電壓VCC。,電路參數(shù)理想對稱，晶體管的均為100，rbb=100，UBEQ0.7V。試求Rw的滑動端在中點(diǎn)時T1管和T2管的發(fā)射極靜態(tài)電流IEQ以及動態(tài)參數(shù)Ad和Ri。,解：Rw滑動端在中點(diǎn)時T1管和T2管的發(fā)射極靜態(tài)

10、電流IEQ分析如下：,動態(tài)參數(shù)Ad和Ri分析如下：,三、 差分放大電路的四種接法, 雙入、雙出前面的長尾式差分放大電路, 雙入、單出, 單入、雙出, 單入、單出,基于不同的應(yīng)用場合，有雙、單端輸入和雙、單端輸出的情況。,所謂“單端輸入”指一端接地。,靜態(tài)工作點(diǎn),IE1=IE2=(VEEUBE)2RE,UCEQ1=UCQ1+VEE2REIE,1. 雙端輸入單端輸出電路,IB1=IB2 =IE1/(1+ ),注：輸出回路不對稱， UCQ1UCQ2, UCEQ1UCEQ2。,戴維南：UCQ1=VCC/-ICRC/=VCCRL(RC+RL)-ICRLRC(RC+RL),UCEQ2=UCQ2+VEE2R

11、EIE,UCQ2=VCCICRC,UCEQ還可怎么寫？,UCEQ=UCQ-UEQ=UCQ+UBEQ,無負(fù)載又如何？,電路對差模信號的等效電路,動態(tài)分析（差模信號）,Rid=2(Rb +rbe),Rod=RC,問：如輸出信號取自T2管的集電極，動態(tài)分析結(jié)果如何？,無負(fù)載又如何？,uoc=icRL;,uic=ibrbe+Rb+(1+)2Re,增大Re是改善共模抑制比的基本措施,共模信號下的電壓放大倍數(shù),無負(fù)載如何？,Re為無窮大又如何？Ac為零！,靜態(tài)分析：,2. 單端輸入、雙端輸出,動態(tài)分析：與雙入雙出情況相同,IE1=IE2(VEEUBE)2RE,UCE1=UCE2VCC+VEE(RC+2RE)IE,Uo=0,IB1=IB2 =IE1/(1+ ),單端輸入等效于： 輸入相同大小的雙端差模信號和一半大小的雙端共模信號,靜態(tài)分析,IE=(VEEUBE)2RE,3. 單端輸入、單端輸出,動態(tài)分析與雙入單出情況相同,IB1=IB2 =IE1/(1+ ),單端輸入等效于：輸入相同大小的雙端差