3多级放大电路1014PPT学习教案

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1、会计学13多级放大电路多级放大电路10143.1 3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式3.2 3.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析3.3 3.3 差分放大电路差分放大电路3.4 3.4 互补输出级互补输出级3.5 3.5 直接耦合多级放大电路读图直接耦合多级放大电路读图第1页/共54页将多个单级基本放大电路合理联接，构成多级将多个单级基本放大电路合理联接，构成多级放大电路放大电路组成多级放大电路的每一个基本电路称为组成多级放大电路的每一个基本电路称为一级一级，级与级之间的连接称为级与级之间的连接称为级间耦合级间耦合。要求设计：一个放大电路输入电阻大于要求设计：一

2、个放大电路输入电阻大于2M，电压放大倍数大于电压放大倍数大于2000，输出电阻小于，输出电阻小于100任何一个基本放大电路都不可能满足设计要求任何一个基本放大电路都不可能满足设计要求！第2页/共54页一、直接耦合一、直接耦合二、阻容耦合二、阻容耦合三、变压器耦合三、变压器耦合四、光电耦合四、光电耦合第3页/共54页既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻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，能够放大变化缓慢的信号，便于集成化， Q点相互影响，点相互影响，存在零点漂移现象。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

3、会逐级放大。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。第二级第二级第一级第一级Q1合适吗？合适吗？直接连接直接连接输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移求解求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。第4页/共54页对哪些动态参数产生影响？对哪些动态参数产生影响？ 用什么元件取代用什么元件取代Re既可设置合适的既可设置合适的Q点，又可使第二级放大倍数不至于下降太多？点，又可使第二级放大倍数不至于下降太多？若要若要UCEQ5V，则应怎么办？用多个二极管吗？，则应怎么办？用多个二极

4、管吗？二极管导通电压二极管导通电压UD？动态电阻？动态电阻rd特点？特点？Re必要性？必要性？稳压管稳压管伏安特性伏安特性 UCEQ1太小太小加加Re（Au2数值数值）改用改用D若要若要UCEQ1大，则改用大，则改用DZ。第5页/共54页 在用在用NPN型管组成型管组成N级共射放大电路，由于级共射放大电路，由于UCQi UBQi，所以，所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致于后级集电极电位接近电源电压，），以致于后级集电极电位接近电源电压，Q点不合适。点不合适。UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 第6页/共

5、54页 Q点相互独立点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不易不易集成化。集成化。共射电路共射电路共集电路共集电路有零点漂移吗？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。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。第7页/共54页 可能是实际的负载，也可能是下级放大电路可能是实际的负载，也可能是下级放大电路L2L2c21RIRIPPl， 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。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。221LLL2c2()

6、lINRRRIN可实现阻，抗变换！从变压器原边看到的等效电阻从变压器原边看到的等效电阻第8页/共54页发光元发光元件件光敏元光敏元件件第9页/共54页光电耦合放大电路光电耦合放大电路目前市场上已有集成光电耦合放大电路，目前市场上已有集成光电耦合放大电路，具有较强的放大能力。具有较强的放大能力。第10页/共54页二、分析举例二、分析举例一、动态参数分析一、动态参数分析第11页/共54页ioUUAAuuuioIIAAiiiioIUAuiioUIAiu电压放大倍数是最常被研究和测试的参数电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源信号源信号源内阻内阻输入电压输入电压输入电流输入电流输出电压输出电

7、压输出电流输出电流对信号而言，任何放大电路均可对信号而言，任何放大电路均可等效等效成二端口网络。成二端口网络。第12页/共54页 将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。LooLoooo) 1(RUURUUUR空载时输出电压有效值空载时输出电压有效值带带RL时的输出电压有效值时的输出电压有效值iiiIUR 输入电压与输入电流输入电压与输入电流有效值有效值之比。之比。从输入端看进去的从输入端看进去的等效电阻等效电阻第13页/共54页1.电压放大倍数 njujnuAUUUUUUUUA1ioi2o2io1io2. 输入电阻i1iRR 3. 输出电阻

8、nRRoo 对电压放大电路的要求：对电压放大电路的要求：Ri大，大， Ro小，小，Au的数值的数值大，最大不失真输出电压大。大，最大不失真输出电压大。多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻;输出电阻就是输出级的输出电阻。第14页/共54页如图所示的两级电压放大电路，如图所示的两级电压放大电路，已知已知1= 2 =50, T1和和T2均为均为3DG8D。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+B1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.第15页/共54页 两级放大电路的静态值可分别计算两级放大电路的静态值可分别计算。 R

9、B1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+B1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.解解: :第16页/共54页A8 . 9mA2750)(110000.624) (1E1B1BECCB1 RRUUImA 49. 0mA 0098. 050)(1)1(B1E1 II V77. 10V2749. 024E1E1CCCE RIUU第17页/共54页V26.843V438224B2B2B1CCB2 RRRUVmA 96. 0mA5 . 751. 06 . 026. 8E2E2BE2B2C2 RRUUIV71. 6)V5 . 751.

10、 010(96. 024)(E2E2C2C2CCCE2 RRRIUU第18页/共54页2ir1iirr 2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_1ERUi.oU.o1U.由等效电路可知，放大电路的输入电阻由等效电路可知，放大电路的输入电阻 ri 等于第一级的输入电阻等于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器，它的输入电阻第一级是射极输出器，它的输入电阻ri1与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻 ri2。第19页/共54页 k58. 196. 0265120026)1(200Ebe2 I

11、r k 14)1(/E2be2B2B12 RrRRri k 22. 9k14271427/i2E1L1 rRR2ir2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_1ERUi。oU.o1U.第20页/共54页 k 349 02650)(120026) (1200rE11be1 .I k 320)1 (/L1be1B1i1i RrRrr 2oorr k10C2o2o Rrr2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_1ERUi。oU.o1U.第21页/共54页求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数求各级电压的放大倍数及

12、总电压放大倍数 994 022 950)(1322 9)501 ()1 ()1 (L111beL111u.RrRA 2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_1ERUi.oU.o1U.第22页/共54页总电压放大倍数总电压放大倍数2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_1ERUi.oU.o1U. 1851. 050)(179. 11050)1 (2E2be22C2 RrRAu 9 . 1718)(994. 021 uuuAAA第23页/共54页)(1 (L622be5i2RRrRR21L62be2L622

13、1bei231)( ) 1 ()( ) 1 ()( uuuuuAAARRrRRArRRAbe121irRRR1be2536orRRRR第24页/共54页共射放大电路共射放大电路共射放大电路共射放大电路iuou饱和失真？截止失真？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。首先确定在哪一级出现了失真，再判断是什么失真。 比较比较Uom1和和Uim2，则可判断在输入信号逐渐增大时哪一级首先出现失真。，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。在前级均未出现失真的情况下，多级放大电路的

14、最大不失真电压等于输出级的最大不失真电压。第25页/共54页共射、共射共射、共射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？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！注意级联时两级的相互影响！共源、共射共源、共射共集、共射共集、共射共源、共集。共源、共集。第26页/共54页第27页/共54页一、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三、长尾式差分放大电路

15、的分析三、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五、具有恒流源的差分放大电路六、差分放大电路的改进六、差分放大电路的改进第28页/共54页1. 什么是零点漂移现象：uI0，uO0的现象。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，故也称零漂零漂为为温漂温漂。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。 典型电路：差分放大电路典型电路：差分放大电路第29页

16、/共54页零点漂移零点漂移零输入零输入零输出零输出理想对理想对称称信号特点？信号特点？能否放大？能否放大？共模信号：大小相等，极性相同。共模信号：大小相等，极性相同。差模信号：大小相等，极性相反差模信号：大小相等，极性相反.信号特点？能否放大信号特点？能否放大？第30页/共54页02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIII在理想对称的情况下：在理想对称的情况下：2. 零输入零输出；零输入零输出；1. 可克服零点漂移；可克服零点漂移；4. 放大差模信号。放大差模信号。3. 抑制共模信号；抑制共模信号；第31页/共54页eBEQEE

17、EQ2RUVI1EQBQII02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIIIRb是必要的吗？是必要的吗？1. Q点：EEBQBEQEQe2VUUIR晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：通常，通常，Rb较小，且较小，且IBQ很小，故很小，故BEQcCQCCCEQURIVU选合适的选合适的VEE和和Re就可得合适的就可得合适的Q第32页/共54页0 )()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0 cIcOccAuuA，参数理想对称时，参数理想对称时共模放大倍数共模放大倍数C21CC21CB21Buuiiii共模信号：数值相等

18、、极性相同的输入信号，即共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即IcI2I1uuu第33页/共54页0 cIcOccAuuA参数理想对称时参数理想对称时共模放大倍数共模放大倍数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对于每一边电路，电路，Re=?如如 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。抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。第34页/共54页C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiiiiE1= iE2，Re中电流不变，即中电流不变，即Re 对差

19、模信号无反馈作用。对差模信号无反馈作用。2/IdI2I1uuu差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即2Idu2Idu第35页/共54页 )(2bebBIdrRiu为什么？为什么？Lcdbbe ()2RRARr （3.3.7）差模放大倍数差模放大倍数IdOdduuA)2(2LcCOdRRiu 2 )(2cobebiRRrRR，第36页/共54页dCMRcCMR3.3.10AKAK （）在参数理想对称的情况下，。 在实际应用时，信号源需要有在实际应用时，信号源需要有“ 接地接地”点，以避免干扰；或负载需要有点，以避免干扰；或负载需要有“ 接地接地”点，

20、以安全工作。点，以安全工作。 根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法四种接法：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。：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。第37页/共54页cCQCCCQ2LcCQCCLcLCQ1 )(RIVURRIVRRRU 由于输入回路没有变化，所以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点分析点分析第38页/共54页cLdbbe ()1(3.3.16

21、)2RRARr cobebi)(2RRrRR，第39页/共54页bebLcd)( 21rRRRAcLcbbee ()(3.3.17)2(1)RRARrR bbeeCMRbbe2(1)(3.3.18)dcARrRKARr第40页/共54页bebLcd)( 21rRRRA（1）T2的的Rc可以短路吗？可以短路吗？（2）什么情况下）什么情况下Ad为为“”？（3）双端输出时的）双端输出时的Ad是单端输出时的是单端输出时的2倍吗？倍吗？bebebebCMR)1 (2rRRrRKcobebi)(2RRrRR，第41页/共54页共模输入电压共模输入电压差模输入电压差模输入电压 输入差模信号的同时总是伴随着共

22、模信号输入：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？在输入信号作用下发射极的电位变化吗？说明什么？2/IIcIIduuuu，第42页/共54页问题讨论：问题讨论：（1）UOQ产生的原因？产生的原因？（2）如何减小共模输出电压？）如何减小共模输出电压？OQIcIdO2UuAuAu测试测试:差模输出差模输出共模输出共模输出静态时的值静态时的值单端输入单端输出的情况请同学们自行分析！第43页/共54页输入方式：输入方式： Ri均为均为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。；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信

23、号输入。输出方式：输出方式：Q点、点、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均与之有关。均与之有关。coCMRcbebLcd2 0 )2(RRKArRRRA双端输出：cobebebebCMRebebLccbebLcd )(2)1 (2 )1 (2)( )(2)(RRrRRrRKRrRRRArRRRA单端输出：第44页/共54页 由前分析可知：由前分析可知：Re 越大，每一边的漂移越小，越大，每一边的漂移越小，共模负反馈越强，共模负反馈越强，Ac越小，越小，KCMR越大，差分放越大，差分放大电路的性能越好。大电路的性能越好。 但为使静态电流不变，但为使静态电流不变，Re 越大，越大，VEE越越大，以大，

24、以至于至于Re太大就太大就不合理了。不合理了。 需在低电源条件下，需在低电源条件下，设置合适的设置合适的IEQ，并得到，并得到得到得到（等效）（等效）趋于无穷大的趋于无穷大的Re。解决方法：采用电流源取代解决方法：采用电流源取代Re！第45页/共54页3BEQEE2123EB32RUVRRRIII，等效电阻为无穷大等效电阻为无穷大近似为近似为恒流恒流第46页/共54页1) RW取值应大些？还是小些？取值应大些？还是小些？2) RW对动态参数的影响？对动态参数的影响？3) 若若RW滑动端在中点，写出滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。的表达式。2)1 (WbebcdRrRRAWbebi)1 (

25、)(2RrRR2、 加调零电位器 RW（改善对称性）（改善对称性）第47页/共54页doidmd2 RRRRgA，第48页/共54页若若uI1=10mV，uI2=5mV，则，则uId=？ uIc=？uId=5mV ，uIc=7.5mVRRRRt+VCCuI 若将电桥的输出作为差放的输入，则其共模信号约为多少？设置若将电桥的输出作为差放的输入，则其共模信号约为多少？设置Q点时如何考虑？点时如何考虑？第49页/共54页1、uI=10mV，则，则uId=? uIc=? 2、若、若Ad=102、KCMR103用直流表测用直流表测uO ，uO=?uId=10mV ，uIc=5mVuO= Ad uId+

26、Ac uIc+UCQ1=?=?=?第50页/共54页例电路如侧。已知1,10,5.1,12 ,6 ,100,2,0.7 ,0.5bcLEEbeBEQEQRkRkRkVccV VVrkUV ImA12 0.5 107CQCQUVccIRcV60.7Re5.322 0.5EEBEQEQVUkI（1）Re的取值应为多少？T1和T2管的UCEQ为多少？（2）试求Au、Ri和Ro ;（3）若将电路改成单端输出（如图），用直流表测得输出电压uo=3V，试问输入电压约为多少？设共模电压可忽略。解： （1）70.77.7CEQCQEQUUUV第51页/共54页例电路如侧。已知1,10,5.1,12 ,6 ,1

27、00,2,0.7 ,0.5bcLEEbeBEQEQRkRkRkVccV VVrkUV ImA2()2(12)6ibbeRRrk10 2.55100(/ /)102.5526812LbbeRRcAuRr （1）Re的取值应为多少？T1和T2管的UCEQ为多少？（2）试求Au、Ri和Ro ;（3）若将电路改成单端输出（如图），用直流表测得输出电压uo=3V，试问输入电压约为多少？设共模电压可忽略。解： （2）据、 、 可得220ocRRk交流等效第52页/共54页例电路如侧。已知1,10,5.1,12 ,6 ,100,2,0.7 ,0.5bcLEEbeBEQEQRkRkRkVccV VVrkUV ImA032.360.64uV动态电压：15.110 5.1(/ /)120.52.36105.1105.1LCQCQCLCLRUVccIRRVRR（3）若将电路改成单端输出（如 图），用直流表测得输出电压 uo=3V，试问输入电压约为多少？设共模电压可忽略。 据、 、 可得0/0.64/( 56)11.4iduuAmV 解： （3）因直流表测得的输出电压包涵静态和动态两部分！再据可得(/ /)11 100 (10/ /5.1)562212CLdbbeRRARr 忽略共模影响有：第53页/共54页