第3章 多级放大电路

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1、第三章 多级放大电路 为为什什么么要要多多级级放放大大？在第2章，我们主要研究了由一个晶体管组成基本放大电路，它们的电压放大倍数一般只有几十倍。但是在实际应用中，往往需要放大非常微弱的信号，上述的放大倍数是远远不够的。为了获得更高的电压放大倍数，可以把多个基本放大电路连接起来，组成“多级放大电路”。其中每一个基本放大电路叫做一“级”，而级与级之间的连接方式则叫做“耦合方式”。实际上，单级放大电路中也存在电路与信号源以及负载之间的耦合问题。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 级间耦合问题级间耦合问题 极间耦合形式：极间耦合形式：直接直接耦合耦合A1A2电路简单，能放大

2、交、直流电路简单，能放大交、直流信号，信号，“Q”互相影响，零互相影响，零点点漂移严重。漂移严重。阻容阻容耦合耦合A1A2各级各级“Q”独立，只放大交独立，只放大交流流信号，信号频率低时耦合电信号，信号频率低时耦合电容容抗大。容容抗大。变压变压 器器耦合耦合A1A2用于选频放大器、用于选频放大器、功率放大器等。功率放大器等。第三章 多级放大电路1、阻容耦合、阻容耦合阻阻容容耦耦合合是是通通过过电电容容器器将将后后级级电电路路与与前前级级相相连连接接，其其方方框图所示。框图所示。阻容耦合放大电路的方框图第三章 多级放大电路单级阻容耦合放大电路两极阻容耦合放大电路第三章 多级放大电路1）各级的直流

3、工作点相互独立。由于电容器隔直流而 通交流，所以它们的直流通路相互隔离、相互独立的，这样就给设计、调试和分析带来很大方便。2）在传输过程中，交流信号损失少。只要耦合电容选得 足够大，则较低频率的信号也能由前级几乎不衰减地 加到后级，实现逐级放大。优点：优点：3）电路的温漂小。4）体积小，成本低。第三章 多级放大电路缺点：缺点：2）低频特性差；1）无法集成；3）只能使信号直接通过，而不能改变其参数。2、变压器耦合变压器耦合变压器可以通过磁路的耦合把一次侧的交流信号传送到二次侧，因此可以作为耦合元件。变压器耦合的两级放大电路第三章 多级放大电路为什么要讲变压器耦合？为什么要讲变压器耦合？因为变压器

4、在传送交流信号的因为变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。图4-5 变压器的等效电路工作原理：第三章 多级放大电路优点优点：1）变压器耦合多级放大电路前后级的静态工作变压器耦合多级放大电路前后级的静态工作点是相互独立、互不影响的。点是相互独立、互不影响的。因为变压器不能传送直流信号。2）变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。3）变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、）变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。电压以及阻抗变换。缺点：缺点：1）高频和低频性能都很差；）高

5、频和低频性能都很差；2）体积大，成本高，无法集成。）体积大，成本高，无法集成。第三章 多级放大电路3、光电耦合放大电路、光电耦合放大电路光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的，因光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的，因而其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。而其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。目前市场上已有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。集成光电耦合放大电路，具有较强的放大能力。第三章 多级放大电路4 直接耦合直接耦合直接耦合和两级放大电路存在两个问题：存在两个问题：1）第一级的静态工作点已接近饱和区。2）由于采用同种类型的管子，级数不能太

6、多。（1）直接耦合的具体形式第三章 多级放大电路为了解决第一个问题：可以采用如下的办法。为了解决第一个问题：可以采用如下的办法。（a）RRB1C1uiuoTT12UCE1E2RRC2(a)加入电阻加入电阻RE2第三章 多级放大电路RRB1C1R C2uiuoTT12RUz z+VDz zCC（b）在）在T2的发射极加入稳压管的发射极加入稳压管第三章 多级放大电路RRB1C1R E2uiuoTT12RC2VCC+为了解决第二个问题：可以在电路中采用不同类型为了解决第二个问题：可以在电路中采用不同类型的管子，即的管子，即NPN和和PNP管配合使用，如下图所示管配合使用，如下图所示。利用利用NPN型

7、管和型管和PNP型管进行电平移动型管进行电平移动第三章 多级放大电路（1）电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。由于级间是直接耦合，所以电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。（2）便于集成便于集成。由于电路中只有晶体管和电阻，没有电容器和电感器，因此便于集成。缺点：缺点：优点优点：（1）各级的静态工作点不独立，相互影响。会给设计、计算和调试带来不便。（2）引入了零点漂移问题。零点漂移对直接耦合放大电路的影响比较严重。（2）直接耦合放大电路的优缺点）直接耦合放大电路的优缺点第三章 多级放大电路（3）直接耦合放大电路中的零点漂移问题）直接耦合放大电路中的零点漂移

8、问题1）何谓零点漂移？）何谓零点漂移？2）产生零点漂移的原因）产生零点漂移的原因3）零点漂移的严重性及其抑制方法）零点漂移的严重性及其抑制方法电阻，管子参数的变化，电源电压的波动。如果采用高精度电阻并经经过老化处理和采 用高稳定度的电源，则晶晶体管参数随温度的变化将成为产生零点漂移的主要原因。体管参数随温度的变化将成为产生零点漂移的主要原因。如果零点漂移的大小足以和输出的有用信号相比拟，就无法正确地将两者加以区分。因此，为了使放大电路能正常工作，必须有效地抑制零点漂移。前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当当 ui 等等于零时，于零时，uo不等于零。

9、不等于零。第三章 多级放大电路注意：为什么只对直接耦合多级放大电路注意：为什么只对直接耦合多级放大电路提出这一问题呢？原来温度的变化和零点提出这一问题呢？原来温度的变化和零点漂移都是随时间缓慢变化的，如果放大电漂移都是随时间缓慢变化的，如果放大电路各级之间采用阻容耦合，这种缓慢变化路各级之间采用阻容耦合，这种缓慢变化的信号不会逐级传递和放大，问题不会很的信号不会逐级传递和放大，问题不会很严重。但是，对直接耦合多级放大电路来严重。但是，对直接耦合多级放大电路来说，输入级的零点漂移会逐级放大，在输说，输入级的零点漂移会逐级放大，在输出端造成严重的影响。特别时当温度变化出端造成严重的影响。特别时当温

10、度变化较大，放大电路级数多时，造成的影响尤较大，放大电路级数多时，造成的影响尤为严重。为严重。第三章 多级放大电路抑制零点漂移的方法：抑制零点漂移的方法：1）采用恒温措施，使晶体管工作温度稳定。需要恒温室或槽，因此设备复杂，成本高。2）采用温度补偿法。就是在电路中用热敏元件或二极管（或晶体管的发射结）来与工作管的温度特性互相补偿。最有效的方法是设计特殊形式的放大电路，用特性相同的两个管子来提供输出，使它们的零点漂移相互抵消。这就是“差动放大电路”的设计思想。3）采用直流负反馈稳定静态工作点。4）各级之间采用阻容耦合。第三章 多级放大电路4）零点漂移大小的衡量）零点漂移大小的衡量uIdr=uOd

11、r/Au TuOdr是输出端的漂移电压；uIdr就是温度每变化1折合到放大电路输入端的漂移电压。T是温度的变化；Au是电路的电压放大倍数；第三章 多级放大电路思路：根据电路的约束条件和管子的思路：根据电路的约束条件和管子的IB、IC和和IE的相互的相互关系，列出方程组求解。如果电路中有特殊电位点，则关系，列出方程组求解。如果电路中有特殊电位点，则应以此为突破口，简化求解过程。应以此为突破口，简化求解过程。3.2 多级放大电路的分析多级放大电路的分析1、静态工作点的分析、静态工作点的分析变压器耦合变压器耦合 同第二章单级放大电路同第二章单级放大电路阻容耦合阻容耦合直接耦合直接耦合第三章 多级放大

12、电路2、动态性能分析、动态性能分析Au1第一级第一级Au2第二级第二级Aun末末 级级uiuo1RLRSuousuo2ui2uinii=Au1Au2 AunAu1(dB)=Au1(dB)+Au2(dB)+Aun(dB)考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理!（1）放大倍数的计算第三章 多级放大电路（2）输入和输出电阻的计算多级放大电路的多级放大电路的输入电阻输入电阻为第一级放大电路的输入电阻。为第一级放大电路的输入电阻。多级放大电路的多级放大电路的输出电阻输出电

13、阻为最后一级放大电路的输出电阻。为最后一级放大电路的输出电阻。第三章 多级放大电路1、静态分析、静态分析+_+RB1RB2RC1+RC2+由于电容的隔直作用，各级单独分析由于电容的隔直作用，各级单独分析第三章 多级放大电路+_+RB1RB2RC1+RC2+第一级：第一级：第二级的分析完全类似于第一级第二级的分析完全类似于第一级第三章 多级放大电路2、动态分析、动态分析AuAu1Au2推广到多级：推广到多级：第三章 多级放大电路注意：注意：*在计算每一级的放大倍数时，要考虑前后级的相互影响在计算每一级的放大倍数时，要考虑前后级的相互影响*后级的输入电阻为前级的负载电阻后级的输入电阻为前级的负载电

14、阻*前级的输出电阻等效于后级的信号源内阻前级的输出电阻等效于后级的信号源内阻第三章 多级放大电路Au1Au2+_级间关系级间关系后级的后级的ri等效为前级的等效为前级的RL 前级的前级的ro等效为后级的等效为后级的RS+_ri2_+_第三章 多级放大电路+_+RB1RB2RC1+RC2+_+第三章 多级放大电路先由各级的静态值计算出先由各级的静态值计算出 rbe1 和和 rbe2第二级的输入电阻为第二级的输入电阻为+_+_第三章 多级放大电路+_+_第三章 多级放大电路+_+_第三章 多级放大电路例例例例: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T

15、2均为均为3DG8D。RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.（1 1）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总电压放大倍数。）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总电压放大倍数。（2 2）求放大电路的输入电阻和输出电阻）求放大电路的输入电阻和输出电阻）求放大电路的输入电阻和输出电阻）求放大电路的输入电阻和输出电阻第三章 多级放大电路（1 1）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总电压放大倍数第一级放大电路为射极输出器第一级放大电路为射极输

16、出器第一级放大电路为射极输出器第一级放大电路为射极输出器2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.第三章 多级放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路总电压放大倍数总电压放大倍数2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.第三章 多级放大电路(2)(2)计算计算计算计算 r r i i和和和和 r r 0 0微变等效电路微变等效电路微变等效电路微变等效电路2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cI

17、RE1+_+_+_Ui.oU.o1U.第三章 多级放大电路 由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻 ri 等等于第一级的输入电阻于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器，它。第一级是射极输出器，它的输入电阻的输入电阻ri1与负载有关，而射极输出器的负载即与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻是第二级输入电阻 ri2。第三章 多级放大电路2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.第三章 多级放大电路2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.第三章 多

18、级放大电路3、三种耦合方式放大电路的应用场合、三种耦合方式放大电路的应用场合阻容耦合放大电路：用于交流信号的放大。阻容耦合放大电路：用于交流信号的放大。变压器耦合放大电路：用于功率放大及调谐放大。变压器耦合放大电路：用于功率放大及调谐放大。直接耦合放大电路：一般用于放大直流信号或缓慢直接耦合放大电路：一般用于放大直流信号或缓慢变化的信号。变化的信号。集成电路中的放大电路都采用直接耦合方式。为了抑制集成电路中的放大电路都采用直接耦合方式。为了抑制零漂，它的输入级采用特殊形式的差动放大电路。零漂，它的输入级采用特殊形式的差动放大电路。第三章 多级放大电路3.2 3.2 差分放大电路差分放大电路第三

19、章 多级放大电路一、结构一、结构特点：特点：结构对称。结构对称。3.2.1 基本型差分放大电路基本型差分放大电路ui1ui2uoRCR1T1RBRCR1T2RB3.2 3.2 差分放大电路差分放大电路第三章 多级放大电路二、二、抑制零漂的原理抑制零漂的原理uo=UC1-UC2 =0uo=(UC1+uC1 )-(UC2+uC2)=0当当 ui1=ui2=0 时：时：当温度变化时：当温度变化时：+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2第三章 多级放大电路三、三、共模电压放大倍数共模电压放大倍数AC+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2共模输入信号：共模输入信号：u

20、i1=ui2=uC（大小相等，极性相同）大小相等，极性相同）理想情况：理想情况：ui1=ui2 uC1=uC2 uo=0 共模电压放大倍数：共模电压放大倍数：（很小，很小，1)设设uC1=UC1+uC1，uC2=UC2+uC2。因因ui1=-ui2，uC1=-uC2 uo=uC1-uC2=uC1-uC2=2 uC1 差模电压放大倍数：差模电压放大倍数：+UCC第三章 多级放大电路五、共模抑制比五、共模抑制比(CMRR)的定义的定义例例:Ad=-200 Ac=0.1 KCMRR=20 lg (-200)/0.1 =66 dBCMRR Common Mode Rejection Ratio KCM

21、RR=KCMRR(dB)=(分贝分贝)第三章 多级放大电路一、结构一、结构为了使左右平衡，可为了使左右平衡，可设置调零电位器设置调零电位器:3.2.2 双电源长尾式差放双电源长尾式差放特点：特点：加入射极电阻加入射极电阻RE；加入负电源加入负电源-UEE，采用正负双电源供电。采用正负双电源供电。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE第三章 多级放大电路双电源的作用：双电源的作用：（1）使信号变化幅度加大。）使信号变化幅度加大。（2）IB1、IB2由负电源由负电源-UEE提供。提供。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE第三章 多级放大电路二、二、静态分析

22、静态分析 温度温度TICIE =2ICUEUBEIBIC1.RE的作用的作用 设设ui1=ui2=0自动稳定自动稳定RE 具有强负反馈作用具有强负反馈作用 抑制温度抑制温度漂移，稳定静漂移，稳定静态工作点。态工作点。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE第三章 多级放大电路2.Q点的计算点的计算直流通路直流通路uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEEIBIC1IC2IBIEIC1=IC2=IC=IB UC1=UC2=UCCICRC UE1=UE2=IBRBUBE UCE1=UCE2=UC1UE1第三章 多级放大电路三、三、动态分析动态分析1.输入信号分类输

23、入信号分类(1)差模差模(differential mode)输入输入ui1=-ui2=ud(2)共模共模(common mode)输入输入ui1=ui2=uC差模电压差模电压放大倍数放大倍数:共模电压共模电压放大倍数放大倍数:第三章 多级放大电路结论：结论：任意输入的信号任意输入的信号:ui1,ui2，都可分解成都可分解成差模分量和共模分量。差模分量和共模分量。注意：注意：ui1=uC+ud ；ui2=uC-ud例例:ui1=20 mV,ui2=10 mV则：则：ud=5mV,uc=15mV 差模分量差模分量:共模分量共模分量:第三章 多级放大电路(一一)差模输入差模输入均压器均压器RRuo

24、ui+UCCRCT1RBRCT2RBREUEE第三章 多级放大电路RE 对差模信号作用对差模信号作用 ui1 ui2ib1,ic1ib2 ,ic2ic1 =-ic2iRE=ie1+ie2=0uRE =0 RE对差模信号对差模信号不起不起作用作用RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUEEib2ib1ic2ic1iRE第三章 多级放大电路差模信号通路差模信号通路T1单边微变单边微变等效电路等效电路uod1RBB1EC1RC ib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E第三章 多级放大电路1.放大倍数放大倍数单边差模放大

25、倍数单边差模放大倍数:uod1RBB1EC1RC ib1ui1rbe1ib1第三章 多级放大电路若差动电路带负载若差动电路带负载RL(接在接在 C1 与与 C2 之间之间),对于差对于差动信号而言，动信号而言，RL中点电位为中点电位为 0,所以放大倍数：所以放大倍数：即：总的差动电即：总的差动电压放大倍数为：压放大倍数为：差模电压放大倍数差模电压放大倍数:RRuodui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E第三章 多级放大电路ro=2RC ri ri ro输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：2.输入输出电阻输入输出电阻RRuoui1+UCCRCT1RBR

26、CT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E思考题：思考题：电路去掉电路去掉RB能正常工作吗？能正常工作吗？RB的的作用是什么？作用是什么？第三章 多级放大电路(二二)共模输入共模输入RE对共模信号有抑制作用（原理静态分析，即由于对共模信号有抑制作用（原理静态分析，即由于RE的负反馈作用，使的负反馈作用，使IE基本不变）基本不变）。uC ic1、ic2 iRE、uRE +UCCuocRCT1RBRCT2RBREUEEuC uoc2 uoc1ic1 ic2iREuRE第三章 多级放大电路共共模信号通路模信号通路:uocRCT1RBRCT2RB2REuc1 uoc2 uoc1ic1

27、ic2uc22RE第三章 多级放大电路T1单边微变等效电路单边微变等效电路RCRB2REic1uc1uc2ib1 ib1ie1rbe1第三章 多级放大电路KCMRR AC 0问题：问题：负载影响共模放大倍数吗？负载影响共模放大倍数吗？不影响！不影响！第三章 多级放大电路RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC3.2.3 恒流源式差放电路恒流源式差放电路电路结构电路结构:IC3R2T3R1R3-UEE第三章 多级放大电路 rce3 1M 恒流源恒流源T3:放大区放大区RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3

28、R1R3-UEEuCEIB3iCUCE3IC3Q UCE3静态分析：静态分析：主要分析主要分析T3管。管。VB3VE3 IE3 IC3第三章 多级放大电路电路改进：电路改进：加入温度加入温度补偿三极管补偿三极管T4（BC短短接，相当于二极管）接，相当于二极管）IE4温度温度 IE3 温度温度 UBE4 UB3 IE3 结论结论：T4稳定稳定IE3。RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3-UEET4IE3 UBE4 Q变化变化第三章 多级放大电路1.恒流源相当于阻值很大的电阻。恒流源相当于阻值很大的电阻。2.恒流源不影响差模放大倍数。

29、恒流源不影响差模放大倍数。3.恒流源影响共模放大倍数，使共模放恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比，大倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷的电理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。阻，所以共模抑制比是无穷。恒流源的作用恒流源的作用第三章 多级放大电路3.2.4 差放电路的几种接法差放电路的几种接法输入端输入端 接法接法双端双端单端单端输出端输出端 接法接法双端双端单端单端双端输入双端输出：双端输入双端输出：Ad =Ad1双端输入单端输出：双端输入单端输出：ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3

30、-UEE第三章 多级放大电路双端输出：双端输出：Ad =Ad1单端输出：单端输出：对对Ad而言，双端而言，双端输入与单端输入输入与单端输入效果是一样的。效果是一样的。ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE ib2 ib1ud=0.5ui ,uc=0双端输入：双端输入：ui1=-ui2=0.5uiud=0.5ui ,uc=0.5ui 单端输入：单端输入：ui1=-ui，ui2=0第三章 多级放大电路3.3直接耦合互补输出级直接耦合互补输出级一、基本电路一、基本电路在在输输入入信信号号的的正正半半周周，T1 导通，导通，iC1 流过负载；流过负载；负负半半

31、周周，T2导导通通，iC2 流流过负载。过负载。在信号的整个周期都有在信号的整个周期都有电流流过负载，负载上电流流过负载，负载上 iL 和和 uO 基本上是正弦波。基本上是正弦波。存在的问题：存在的问题：交越失真交越失真交越交越失真失真基本要求：输出电阻低，最大不失真输出电压尽可能大。基本要求：输出电阻低，最大不失真输出电压尽可能大。VCC静态时，输入输出电静态时，输入输出电压均为零。压均为零。第三章 多级放大电路二、消除交越失真的互补输出级二、消除交越失真的互补输出级给给 T1、T2 提提供静态电压供静态电压 tiC0 ICQ1ICQ2消除交越失真思路：消除交越失真思路：电路：电路：RLRD

32、1D2T1T2+VCC+ui+uo VCCV5R R2 2R R1 1ui图3.3.17消除交越失真的互补输出级消除交越失真的互补输出级第三章 多级放大电路消除交越失真的其它电路消除交越失真的其它电路T1T2T3T4T1T2RtB1B2T1T2T3R4R3消除交越失真的互补输出级（消除交越失真的互补输出级（b）UBE倍增电路倍增电路第三章 多级放大电路消除交越失真的消除交越失真的实际电路实际电路为了增大为了增大T1和和T2的电流放大倍数，以减小前级驱动电流，的电流放大倍数，以减小前级驱动电流，常采用复合管结构。常采用复合管结构。RL+VCC+uo T1T2T3T4V5 VCCRRuiT4RL+

33、VCC+uo T1T2T3 VEER*1R2R3R4ui第三章 多级放大电路3.4 3.4 电流源电路电流源电路 电电流流源源电电路路不不仅仅可可以以用用于于各各种种放放大大器器的的偏偏置置电电路路，而而且且可可用用于于取取代代电电阻阻作作为为放放大大电电路路的的有有源源负负载载，因因而而在在集集成成运运算算放放大器中得到了广泛的应用。大器中得到了广泛的应用。第三章 多级放大电路3.4.1镜像电流源电路镜像电流源电路(Current Mirror Source)图所示为镜像电图所示为镜像电流源电路。其中流源电路。其中T1和和T2两管特性两管特性理想对称，完全理想对称，完全一致。一致。T1IC1

34、+VCCIRIOIB1IB2RT2则则UB1=UB2，故，故IB1=IB2=IB，IC1=IC2=IO，那么，那么IR可表示为可表示为 第三章 多级放大电路如如 果果 2，VCCUBE，则，则T1IC1+VCCIRIOIB1IB2RT2第三章 多级放大电路从上式可见，当参从上式可见，当参考电流考电流IR的大小固定的大小固定时，电流源输出电时，电流源输出电流流IO也就相应恒定；也就相应恒定；IR改变，改变，IO也随之改也随之改变，故变，故称为镜像电称为镜像电流源流源。T1IC1+VCCIRIOIB1IB2RT2第三章 多级放大电路优优点点：结结构构简简单单，两两管管参参数数对对称称，符符合合集成

35、电路的特点；集成电路的特点；缺缺点点：IO的的数数值值仍仍受受电电源源电电压压、R和和UBE的的影响。影响。若若想想得得到到小小电电流流(如如微微安安级级)，则则R必必须须很很大，这在集成电路制作上有一定困难。大，这在集成电路制作上有一定困难。第三章 多级放大电路3.4.2微电流源电路微电流源电路(Small Value Current Source)若若想想获获得得小小电电流流的的同同时时仍仍保保持持电电阻阻R阻阻值值不不大大，则则应应使使IOIR,电电路路如如 图图 所所 示示。由由UBE2UBE1，可可 知知IOUT时，时，IRRe2T1+VCC微电流源电路微电流源电路IC1IOIB1I

36、B2RT2IE2IE1第三章 多级放大电路UBE1-UBE2=IE2Re2又又 或或 因因制制作作工工艺艺相相同同，所以所以IS1=IS2IRRe2T1+VCC微电流源电路微电流源电路IC1IOIB1IB2RT2IE2IE1第三章 多级放大电路IR=IE1+IB2IE1，IOIE2 所以所以IRRe2T1+VCC微电流源电路微电流源电路IC1IOIB1IB2RT2IE2IE1第三章 多级放大电路这是一个超越方程，一般可用图解法或累这是一个超越方程，一般可用图解法或累试法求解。在设计中一般是先确定试法求解。在设计中一般是先确定IR和和IO的的数值，再确定数值，再确定R和和Re2的值。的值。第三章

37、 多级放大电路3.4.3多路电流源电路多路电流源电路 可以一个参可以一个参考电流获得考电流获得多个电流多个电流，而且各个电而且各个电流值可以互流值可以互不相同。不相同。T3T2多路电流源电路多路电流源电路T1+VCCRIRR1I2R2R3I3I4R4T4第三章 多级放大电路在镜像电流源在镜像电流源和微电流源的基和微电流源的基础上得到的多路础上得到的多路电流源电路。其电流源电路。其中中T1构成参考电构成参考电流源流源IE1R1IE2R2IE3R3IE4R4T3T2多路电流源电路多路电流源电路T1+VCCRIRR1I2R2R3I3I4R4T4第三章 多级放大电路3.4.4有源负载电路有源负载电路

38、用用晶晶体体管管组组成成的的电电流流源源取取代代电电阻阻作作为为放放大大电电路路的的负负载载，称称为为有有源源负负载载(Active Load)。利利用用电电流流源源对对电电流流变变化化量量所所呈呈现现的的很很大大的的输输出出电电阻阻，就就可可以以代代替替共共射射放放大大电电路路中的中的Rc，可有效地提高放大倍数。，可有效地提高放大倍数。利利用用恒恒流流源源来来代代替替差差动动放放大大电电路路中中的的公公共共射射极极电电阻阻Re，提提高高共共模模抑抑制制比比的的电电路路，(已经讨论过已经讨论过)。第三章 多级放大电路如如图图是是在在一一个个单单管管共共射射极极放放大大电电路路中中使使用用有有源

39、源负负载载电电路路。其其中中T2与与T3构构成成镜镜像像电电流流源源，用用它它的的输输出出电电阻阻rce3作作为为T1管管的的集集电电极极负负载电阻载电阻。T1+VIRIORT3T2+_UIUo单管放大电路中的有源负载单管放大电路中的有源负载第三章 多级放大电路如如图图是是在在差差放放电电路路中中使使用用有有源源负负载载电电路路。其其中中T3、T4构构成成电电流流源源作作为为T1和和T2所所构构成成的的差差动动放放大大电电路路的的集集电电极极有有源负载源负载。T1IORLT3T2+V+_UIUo差放的有源负载差放的有源负载T4-VIc1Ic2Ic4IL第三章 多级放大电路具有把差放的双具有把差

40、放的双端输出转变为单端输出转变为单端输出的功能，端输出的功能，而且使单端输出而且使单端输出的电压放大倍数的电压放大倍数增加了一倍。增加了一倍。T1IORLT3T2+V+_UIUo差放的有源负载差放的有源负载T4-VIc1Ic2Ic4IL第三章 多级放大电路当当输输入入信信号号UI=0时时，静态电流静态电流IC1=IC2=IO/2。由由于于T3、T4为为电电流流源源，则则IC1=IC4，那那么么流流过过负负载载电电阻阻RL的的静静态态电电流流IL=IC4-IC2=0。T1IORLT3T2+V+_UIUo差放的有源负载差放的有源负载T4-VIc1Ic2Ic4IL第三章 多级放大电路当当输输入入差差

41、模模信信号号UI时，时，iC1=IC1+IC1iC2=IC2+IC2而而IC1=-IC2，由由于于电电流流源源的的原原因因，使使IC4=IC1，那那 么么 流流过过负负载载电电阻阻RL的的信信号电流号电流T1IORLT3T2+V+_UIUo差放的有源负载差放的有源负载T4-VIc1Ic2Ic4IL第三章 多级放大电路输输出出信信号号电电流流比比单单端端输输出出时时大大了了一一倍倍，则则放放大大倍倍数数也也大大了了一一倍倍。这这种种电电路路也也称称为为单单端端化化电电路路，常常为为集集成运放所采用。成运放所采用。IL=IC4-IC2 =IC1-(-IC1)=2IC1T1IORLT3T2+V+_U

42、IUo差放的有源负载差放的有源负载T4-VIc1Ic2Ic4IL第三章 多级放大电路3.5直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路的构成：直接耦合多级放大电路的构成：输入级输入级：差分放大电路，从而减小温漂，增大共模：差分放大电路，从而减小温漂，增大共模抑制比。抑制比。中间级中间级：共射放大电路，从而获得高电压放大倍数。：共射放大电路，从而获得高电压放大倍数。输出级输出级：采用复合管的准互补输出级电路，从而使：采用复合管的准互补输出级电路，从而使输出电阻小，带负载能力增强，而且最大不失真输出电输出电阻小，带负载能力增强，而且最大不失真输出电压幅值接近电源电压。压幅值接近电源

43、电压。第三章 多级放大电路直接耦合多级放大电路分析（直接耦合多级放大电路分析（170页）页）三级放大电路三级放大电路第一级第一级是以是以T1和和T2 为放大管，双端输入，单端输出的差分放大为放大管，双端输入，单端输出的差分放大电路。电路。第二级第二级是以是以T3和和T4 管组成的复合管为放大管的共射放大电路。管组成的复合管为放大管的共射放大电路。第三级第三级是准互补电路，是准互补电路，R2、R23、和和T5为组成为组成UBE倍增电路以倍增电路以消除交越失真。消除交越失真。第三章 多级放大电路92将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上集成电路优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小集

44、成电路分类：模拟、数字集成电路；单极型、双极型集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；3.6 集成运算放大器集成电路的概念集 成 电 路:1.电路一般采用直接耦合的电路结构，而不采用阻容耦合结构。2.输入级采用差动放大电路，目的是克服直接耦合电路的零漂。3.NPN管和PNP管配合使用，从而改进单管的性能。4.大量采用恒流源设置静态工作点或做有源负载，提高电路性能。特点：第三章 多级放大电路93集成运算放大器的原理电路T3T4T5T1T2IS与uo反相 u+u反相输入端同相输入端与uo同相输入级中间级输出级对输入级要求：尽量减小零漂,提高KCMRR，输入阻抗ri 尽可能大对中间级要求：足够大的电

45、压放大倍数。对输出级要求：带负载能力强,有足够的输出电流io.输出阻抗ro小第三章 多级放大电路94集成运放芯片uu+uo uo国际符号国内符号三种封装形式：圆外壳封装、扁平管封装、双列直插式封装已经不用正在使用反相输入端同相输入端输出端u+u-u0 均为对地电压 u-u+u+u-uo第三章 多级放大电路95集成运算放大器的理想化条件集成运算放大器的理想化条件uiuo+UOM-UOMuiuo_+Ao例：若Ec=12V，Ao=106，则|ui|12V时，运放 处于线性区。线性放大区饱和区第三章 多级放大电路961.开环差模电压放大倍数Ad趋于无穷4.共模抑制比KCMMR趋于无穷2.差模输入电阻r

46、id趋于无穷3.输出电阻ro趋于0集成运放的理想化条件5.带宽趋于无穷1.理想运放具有如下特点第三章 多级放大电路2 集成运放的两个工作区线性放大区：线性放大区：曲线的斜率为电压放大倍数曲线的斜率为电压放大倍数非线性放大区非线性放大区(饱和区)：输出电压只有两种可能，输出电压只有两种可能，U UOMOM和和-U-UOMOM97第三章 多级放大电路运放工作在线性放大区的特点运放工作在线性放大区的特点运放工作在线性放大区的条件：运放工作在线性放大区的条件：引入（深度）负反馈引入（深度）负反馈集成运放的差模开环放大倍数集成运放的差模开环放大倍数A AOdOd有：有：其中其中A AOdOd非常高非常高

47、 140dB 140dB 因而有：因而有：U UP P-U-UN N0 0 或或 U UP PU UN N “虚短虚短”又因为：又因为：则：则：“虚断虚断”98U U0 0=A AOdOd(U(UP P-U-UN N)第三章 多级放大电路99分析运放组成的线性电路的基本原则虚短路虚开路放大倍数与负载无关。u+uo_+uIi信号的放大、运算滤波电路运放线性应用第三章 多级放大电路运放工作在非线性放大区的特点运放工作在非线性放大区的特点运放工作在非线性放大区的条件运放工作在非线性放大区的条件 ：开环或者引入正反馈开环或者引入正反馈集成运放的差模开环放大倍数集成运放的差模开环放大倍数A AOdOd 则两个输入端只要有则两个输入端只要有无穷小的输入差值电压，输出电压就可以达到最大值或最小无穷小的输入差值电压，输出电压就可以达到最大值或最小值，即输出电压与输入电压不再是线性关系，此时的电压传值，即输出电压与输入电压不再是线性关系，此时的电压传输关系为非线性放大区。输关系为非线性放大区。由此时的电压传输关系可以看出由此时的电压传输关系可以看出 (1)(1)当：当：U U+U U-时，时，U UO O=+U=+UOMOM 当：当：U U+U U-时时,U,UO O=-U=-UOMOM (2)(2)又由于又由于 则：则：“虚断虚断”100