清华大学模拟电子技术课件-第三章多极放大电路.ppt

1、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,一、直接耦合,二、阻容耦合,三、变压器耦合,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？,对哪些动态参数产生影响？,用什么元

2、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UCEQ5V，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？,Re,必要性？,稳压管伏安特性,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,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=1N），以致于后级集电极电位接近电源电压，Q点不合适。,UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1,UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1,二、阻容耦合,Q点相互独立。不能放大变化缓

3、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。,可能是实际的负载，也可能是下级放大电路,三、变压器耦合,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,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？,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,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：R

4、i大， Ro小，Au的数值大，最大不失真输出电压大。,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,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。,清华大学 华成英 ,讨论二：放大电路的选用,1. 按下列要求组成两级放大电路： Ri12k，Au 的数值3000； Ri 10M，Au的数值300； Ri100200k，Au的数值150； Ri 10M ，Au的数值10

5、，Ro100。,共射、共射；共源、共射；共集、共射；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,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,1. 什么是零点漂移现象：uI0，uO0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

6、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,零点漂移,零输入零输出,理想对称,二、长尾式差分放大电路的组成,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,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,Rb是必要的吗？,1. Q点：,晶体管输入回路方程：,通常，Rb较小，且IBQ很小，故,选合适的VEE和Re就可得合适的Q,2. 抑制共模信号,共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即,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

7、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,iE1= iE2，Re中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。,差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即,为什么？,差模信号作用时的动态分析,差模放大倍数,4. 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

8、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,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：共模信号作用下的分析,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,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.

9、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？,测试:,静态时的值,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,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

10、代Re！,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,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。,六、差分放大电路的改进,1. 加调零电位器 RW,2. 场效应管差分放大电路,若uI1=10mV，uI2=5mV，则uId=？ uIc=？,uId=5mV ，uIc=7.5mV,讨论一,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？,1、uI=10mV，则uId=? uIc=? 2、若Ad=102、KCMR103用直流表测uO ，uO=?,uId=10mV ，uIc=5mV,uO= A

11、d uId+ Ac uIc+UCQ1,=?,=?,=?,讨论二,3.4 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,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。,一、对输出级的要求,不符合要求！,二、基本电路,静态时T1、T2均截止，UB= UE=0,1. 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,ui正半周，电流通路为 +VCCT1RL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

12、为 地 RL T2 -VCC， uo = ui,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,开启电压, 静态时T1、T2处于临界导通状态，有信号时至少有一只导通； 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,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,一、放大电路的读图方法,二、例题,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,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,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。,清华大学 华成英 ,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。,