模拟电子技术基础课件--清华大学--华成英--3-多级放大电路

null第三章 多级放大电路第三章 多级放大电路第三章 多级放大电路第三章 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 差分放大电路§3.4 互补输出级§3.5 直接耦合多级放大电路读图§3.1 多级放大电路的耦合方式§3.1 多级放大电路的耦合方式一、直接耦合二、阻容耦合三、变压器耦合一、直接耦合一、直接耦合既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻 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。 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。Q1合适吗？直接连接求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。如何设置合适的静态工作点？如何设置合适的静态工作点？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多？若要UCEQ＝5V，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特点？必要性？ UCEQ1太小→加Re（Au2数值↓）→改用D→若要UCEQ1大，则改用DZ。NPN型管和PNP型管混合使用NPN型管和PNP型管混合使用 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=1～N），以致于后级集电极电位接近电源电压，Q点不合适。UCQ1 （ UBQ2 ） ＞ UBQ1 UCQ2 ＜ UCQ1 UCQ1 （ UBQ2 ） ＞ UBQ1 UCQ2 ＞ UCQ1 二、阻容耦合二、阻容耦合 Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。有零点漂移吗？ 利用电容连接信号源与放大电路、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻容耦合。三、变压器耦合三、变压器耦合 可能是实际的负载，也可能是下级放大电路 理想变压器情况下，负载上获得的功率等于原边消耗的功率。从变压器原边看到的等效电阻讨论：两级直接耦合放大电路讨论：两级直接耦合放大电路选择合适参数使电路正常工作电位高低关系 从Multisim “参数扫描” 结果分析两级放大电路Q点的相互影响。 R1取何值时T2工作在饱和区？ 从Multisim “参数扫描” 结果分析两级放大电路Q点的相互影响。 R1取何值时T2工作在饱和区？ §3.2 多级放大电路的动态分析§3.2 多级放大电路的动态分析二、分析举例一、动态参数分析一、动态参数分析一、动态参数分析1.电压放大倍数2. 输入电阻3. 输出电阻 对电压放大电路的要求：Ri大， Ro小，Au的数值大，最大不失真输出电压大。二、分析举例二、分析举例讨论一 失真分析：由NPN型管组成的两级共射放大电路讨论一 失真分析：由NPN型管组成的两级共射放大电路共射放大电路共射放大电路饱和失真？截止失真？ 首先确定在哪一级出现了失真，再判断是什么失真。 比较Uom1和Uim2，则可判断在输入信号逐渐增大时哪一级首先出现失真。 在前级均未出现失真的情况下，多级放大电路的最大不失真电压等于输出级的最大不失真电压。讨论二：放大电路的选用讨论二：放大电路的选用1. 按下列要求组成两级放大电路： ① Ri＝1～2kΩ，Au 的数值≥3000； ② Ri ≥ 10MΩ，Au的数值≥300； ③ Ri＝100～200kΩ，Au的数值≥150； ④ Ri ≥ 10MΩ ，Au的数值≥10，Ro≤100Ω。①共射、共射；②共源、共射；③共集、共射；④共源、共集。2. 若测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空载电压放大倍数，则如何求解它们连接后的三级放大电路的电压放大倍数？注意级联时两级的相互影响！§3.3 差分放大电路§3.3 差分放大电路一、零点漂移现象及其产生的原因二、长尾式差分放大电路的组成三、长尾式差分放大电路的分析四、差分放大电路的四种接法五、具有恒流源的差分放大电路六、差分放大电路的改进一、零点漂移现象及其产生的原因一、零点漂移现象及其产生的原因1. 什么是零点漂移现象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的现象。产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。 典型电路：差分放大电路二、长尾式差分放大电路的组成二、长尾式差分放大电路的组成零点漂移零输入零输出理想对称共模信号：大小相等，极性相同。差模信号：大小相等，极性相反.典型电路典型电路在理想对称的情况下： 1. 克服零点漂移； 2. 零输入零输出； 3. 抑制共模信号； 4. 放大差模信号。三、长尾式差分放大电路的分析 三、长尾式差分放大电路的分析 Rb是必要的吗？1. Q点：通常，Rb较小，且IBQ很小，故选合适的VEE和Re就可得合适的Q2. 抑制共模信号 2. 抑制共模信号 2. 抑制共模信号 ：Re的共模负反馈作用2. 抑制共模信号 ：Re的共模负反馈作用Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号对于每一边电路，Re=?如 T(℃)↑→IC1↑ IC2 ↑→UE↑→ IB1 ↓IB2 ↓→ IC1 ↓ IC2 ↓抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。3. 放大差模信号3. 放大差模信号△iE1=－△ iE2，Re中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。差模信号作用时的动态分析差模信号作用时的动态分析为什么？4. 动态参数：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR4. 动态参数：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR 共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。 在实际应用时，信号源需要有“ 接地”点，以避免干扰；或负载需要有“ 接地”点，以安全工作。 根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。四、差分放大电路的四种接法四、差分放大电路的四种接法 由于输入回路没有变化，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但是UCEQ1≠ UCEQ2。1. 双端输入单端输出：Q点分析1. 双端输入单端输出：差模信号作用下的分析1. 双端输入单端输出：差模信号作用下的分析1. 双端输入单端输出：共模信号作用下的分析1. 双端输入单端输出：共模信号作用下的分析1. 双端输入单端输出：问题讨论1. 双端输入单端输出：问题讨论（1）T2的Rc可以短路吗？ （2）什么情况下Ad为“＋”？ （3）双端输出时的Ad是单端输出时的2倍吗？2. 单端输入双端输出2. 单端输入双端输出 输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入： 在输入信号作用下发射极的电位变化吗？说明什么？2. 单端输入双端输出2. 单端输入双端输出问题讨论： （1）UOQ产生的原因？ （2）如何减小共模输出电压？静态时的值3. 四种接法的比较：电路参数理想对称条件下3. 四种接法的比较：电路参数理想对称条件下输入方式： Ri均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。输出方式：Q点、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均与之有关。五、具有恒流源的差分放大电路五、具有恒流源的差分放大电路 Re 越大，每一边的漂移越小，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。 但为使静态电流不变，Re 越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。 需在低电源条件下，设置合适的IEQ，并得到得到趋于无穷大的Re。解决方法：采用电流源取代Re！具有恒流源差分放大电路的组成具有恒流源差分放大电路的组成等效电阻为无穷大近似为 恒流六、差分放大电路的改进六、差分放大电路的改进1) RW取值应大些？还是小些？ 2) RW对动态参数的影响？ 3) 若RW滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。1. 加调零电位器 RW2. 场效应管差分放大电路2. 场效应管差分放大电路讨论一讨论一若uI1=10mV，uI2=5mV，则uId=？ uIc=？uId=5mV ，uIc=7.5mV 若将电桥的输出作为差放的输入，则其共模信号约为多少？如何设置Q点时如何考虑？讨论二讨论二1、uI=10mV，则uId=? uIc=? 2、若Ad=－102、KCMR＝103用直流表测uO ，uO=?uId=10mV ，uIc=5mVuO= Ad uId+ Ac uIc+UCQ1=?=?=?§3.4 互补输出级§3.4 互补输出级二、基本电路三、消除交越失真的互补输出级四、准互补输出级一、对输出级的要求一、对输出级的要求一、对输出级的要求 互补输出级是直接耦合的功率放大电路。 对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；负载电阻上无直流功耗； 最大不失真输出电压最大。不符合要求！二、基本电路二、基本电路静态时T1、T2均截止，UB= UE=01. 特征：T1、T2特性理想对称。2. 静态分析T1的输入特性3. 动态分析3. 动态分析ui正半周，电流通路为 +VCC→T1→RL→地， uo = ui 两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。ui负半周，电流通路为 地→ RL → T2 → -VCC， uo = ui4. 交越失真4. 交越失真消除失真的方法： 设置合适的静态工作点。信号在零附近两只管子均截止① 静态时T1、T2处于临界导通状态，有信号时至少有一只导通； ② 偏置电路对动态性能影响要小。三、消除交越失真的互补输出级三、消除交越失真的互补输出级四、准互补输出级 四、准互补输出级 为保持输出管的良好对称性，输出管应为同类型晶体管。§3.5 直接耦合多级放大电路读图§3.5 直接耦合多级放大电路读图一、放大电路的读图方法二、例题一、放大电路的读图方法一、放大电路的读图方法1. 化整为零：按信号流通顺序将N级放大电路分为N个基本放大电路。 2. 识别电路：分析每级电路属于哪种基本电路，有何特点。 3. 统观总体：分析整个电路的性能特点。 4. 定量估算：必要时需估算主要动态参数。二、例题二、例题第一级：双端输入单端输出的差放第二级：以复合管为放大管的共射放大电路第三级：准互补输出级动态电阻无穷大1. 化整为零，识别电路2. 基本性能分析2. 基本性能分析 输入电阻为2rbe、电压放大倍数较大、输出电阻很小、最大不失真输出电压的峰值接近电源电压。 整个电路可等效为一个双端输入单端输出的差分放大电路。3. 交流等效电路3. 交流等效电路 可估算低频小信号下的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。