模拟电子技术第三章.ppt

第三版童诗白 第三章多级放大电路 3 1多级放大电路的耦合方式 3 3直接耦合放大电路 3 2多级放大电路的动态分析 第三版童诗白 本章重点和考点 1 掌握多级放大电路的耦合方式 为集成电路的学习打好基础 2 掌握直接耦合放大电路中差分放大电路的组态及动态参数的计算 3 了解多级放大电路中的互补输出级 本章教学时数 4学时 第三版童诗白 本章讨论的问题 1 单管放大电路为什么不能满足多方面性能的要求 2 如何将多个单级放大电路连接成多级放大电路 各种连接方式有和特点 3 直接耦合放大电路的特殊问题是什么 如何解决 4 差分放大电路与其它基本放大电路有什么区别 为什么它能抑制零点漂移 5 直接耦合放大电路输出级的特点是什么 如何根据要求组成多级放大电路 3 1多级放大电路的耦合方式 将多个单级基本放大电路合理联接 构成多级放大电路 组成多级放大电路的每一个基本电路称为一级 级与级之间的连接称为级间耦合 四种常见的耦合方式 直接耦合阻容耦合变压器耦合光电耦合 3 1 1直接耦合 图3 1 1 a 两个单管放大电路简单的直接耦合 特点 1 可以放大交流和缓慢变化及直流信号 2 便于集成化 3 零点漂移 如何克服 4 各级静态工作点互相影响 基极和集电极电位会随着级数增加而上升 一 直接耦合放大电路静态工作点的设置 改进电路 b 电路中接入Re2 保证第一级集电极有较高的静态电位 但第二级放大倍数严重下降 改进电路 c1 稳压管动态电阻很小 可以使第二级的放大倍数损失小 但集电极电压变化范围减小 改进电路 c2 VCC 改进电路 d 可降低第二级的集电极电位 又不损失放大倍数 但稳压管噪声较大 NPN管和PNP管混合使用 可获得合适的工作点 为经常采用的方式 c 图3 1 1直接耦合放大电路静态工作点的设置 3 1 2阻容耦合 图3 1 2阻容耦合放大电路 第一级 第二级 特点 静态工作点相互独立 在分立元件电路中广泛使用 在集成电路中无法制造大容量电容 不便于集成化 尽量不用 3 1 3变压器耦合 图3 1 3变压器耦合共射放大电路 以前功率放大电路广泛采用此耦合方式 目前基本不用 变压器耦合放大电路 选择恰当的变比 可在负载上得到尽可能大的输出功率 变压器耦合放大电路 第二级VT2 VT3组成推挽式放大电路 信号正负半周VT2 VT3轮流导电 3 1 4光电耦合 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 一 光电耦合 图3 1 5光电耦合器及其传输特性 发光元件 光敏元件 二 光电耦合放大电路 图3 1 6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 3 2多级放大电路的动态分析 一 电压放大倍数 总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积 即 其中 n为多级放大电路的级数 二 输入电阻和输出电阻 通常 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 具体计算时 有时它们不仅仅决定于本级参数 也与后级或前级的参数有关 如图所示的两级电压放大电路 已知 1 2 50 T1和T2均为3DG8D 计算前 后级放大电路的静态值 UBE 0 6V 及电路的动态参数 例 1 两级放大电路的静态值可分别计算 RB1 C1 C2 RE1 RC2 C3 CE 24V T1 T2 1M 27k 82k 43k 7 5k 510 10k 解 第一级是射极输出器 第二级是分压式偏置电路 计算ri和r0 小信号等效电路 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ri1 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ri2 2 b I 2 c I rbe2 RC2 rbe1 RB1 1 b I 1 c I RE1 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 2 b I 2 c I rbe2 RC2 rbe1 RB1 1 b I 1 c I RE1 第二级放大电路为共发射极放大电路 总电压放大倍数 一 零点漂移现象及其产生的原因 直接耦合时 输入电压为零 但输出电压离开零点 并缓慢地发生不规则变化的现象 原因 放大器件的参数受温度影响而使Q点不稳定 也称温度漂移 图3 3 1零点漂移现象 放大电路级数愈多 放大倍数愈高 零点漂移问题愈严重 3 3直接耦合放大电路 3 3 1直接耦合放大电路的零点漂移现象 二 抑制温度漂移的方法 1 引入直流负反馈以稳定Q点 2 利用热敏元件补偿放大器的零漂 图利用热敏元件补偿零漂 R2 R1 VCC T2 Rc T1 uI uO iC1 Re R uB1 3 采用差分放大电路 3 3 2差分放大电路 差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路 一 电路的组成 利用射极电阻稳定Q点但仍存在零点漂移问题 T的UCQ变化时 直流电源V始终与之保持一致 采用与图 a 所示电路参数完全相同 管子特性也相同的电路 图3 3 2差分放大电路的组成 c 电路以两只管子集电极电位差为输出 可克服温度漂移 共模信号输入信号uI1和uI2大小相等 极性相同 差模信号输入信号uI1和uI2大小相等 极性相反 差分放大电路也称为差动放大电路 动画avi 6 2 avi 差分放大电路的改进图 将发射极电阻合二为一 对差模信号Re相当于短路 典型差分放大电路 长尾式差分放大电路 便于调节静态工作点 电源和信号源能共地 二 长尾式差分放大电路 图3 3 3长尾式差分放大电路 1 静态分析 IE1 IE2 UEE UBE 2Re UCE1 UCE2 UCC UEE RC 2Re IE1 Uo 0 IB1 IB2 IE1 1 由于Rb较小 其上的电压降可忽略不计 动画avi 6 1 avi 2 对共模信号的抑制作用 共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化 所以 共模增益 电路参数的理想对称性 温度变化时管子的电流变化完全相同 故可以将温度漂移等效成共模信号 差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用 射极电阻Re对共模信号的负反馈作用 抑制了每只晶体管集电极电流的变化 从而抑制集电极的电位的变化 3 对差模信号的放大作用 图3 3 5差分放大电路加差模信号 a 分析时注意二个 虚地 E点电位在差模信号作用下不变 相当于接 地 负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变 相当于接 地 差模信号作用下的等效电路 图3 3 5差分放大电路加差模信号 b 动态参数 Rid 2 Rb rbe Rod 2RC 共模抑制比 双端输出 理想情况 4 电压传输特性 放大电路的输出电压和输入电压之间的关系曲线 uo f uI 如改变uI的极性 可得另一条图中虚线所示的曲线 它与实线完全对称 三 差分放大电路的四种接法 双入 双出 双入 单出 单入 双出 单入 单出 基于不同的应用场合 有双 单端输入和双 单端输出的情况 所谓 单端 指一端接地 单端 的情况 还具有共模抑制能力吗 如何进一步改进呢 静态工作点 IE1 IE2 UEE UBE 2RE UCE1 Uo UEE REIE 1 双端输入单端输出电路 图3 3 7双端输入单端输出差分放大电路 IB1 IB2 IE1 1 注意 由于输出回路的不对称性 UCEQ1 UCEQ2 图3 3 9图3 3 7所示电路对差模信号的等效电路 动态分析 Rid 2 Rb rbe Rod RC 问题 如输出信号取自T2管的集电极 动态分析结果如何 共模电压增益 如输入共模信号 uoc ICR L uic IB rbe 1 2Re 图3 3 10共模信号作用下的双入单出电路 增大Re是改善共模抑制比的基本措施 静态分析 2 单端输入 双端输出 与双入双出的一样 IE1 IE2 VEE VBE 2RE VCE1 VCE2 VCC VEE RC 2RE IE Vo 0 IB1 IB2 IE1 1 图3 3 11单端输入 双端输出电路a 动态分析 运用叠加定理 与双入双出的一样 图3 3 11单端输入 双端输出等效电路 b 静态分析 与双入单出的一样 IE VEE VBE 2RE VCE1 Vo VEE REIE Vo VCCRL RC RL ICRLRC RC RL 3 单端输入 单端输出 图3 3 12单端输入单端输出电路 动态分析 与双入单出的一样 略 IB1 IB2 IE1 1 双端输出时 单端输出时 2 共模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关 只与输出方式有关 双端输出时 单端输出时 4 差动放大器动态参数计算总结 1 差模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关 只与输出方式有关 3 差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入 差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍 4 输出电阻 5 共模抑制比 共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标 或 双端输出时KCMR可认为等于无穷大 单端输出时共模抑制比 四 改进型差分放大电路 用三极管代替 长尾式 电路的长尾电阻 即构成恒流源式差分放大电路 1 电路组成 T3 恒流管 作用 能使iC1 iC2基本上不随温度的变化而变化 从而抑制共模信号的变化 图3 3 13具有恒流源的差分放大电路 2 静态分析 当忽略T3的基极电流时 Rb1上的电压为 于是得到 图3 3 13具有恒流源的差分放大电路 3 动态分析 由于恒流三极管相当于一个阻值很大的长尾电阻 它的作用也是引入一个共模负反馈 对差模电压放大倍数没有影响 所以与长尾式交流通路相同 差模电压放大倍数为 差模输入电阻为 差模输出电阻为 具有电流源的差分放大电路 简化画法 复习 1 差分放大电路的类别 基本差分放大电路 长尾差分放大电路 恒流源式差分放大电路 2 差分放大电路的接法 FET差分放大电路 图3 3 14恒流源电路的简化画法及电路调零措施 带调节电位器RW的恒流源电路的简化画法 调节电位器RW的滑动端位置可使电路在uI1 uI2 0时 uO 0 FET差分式放大电路 电路图 单入单出 分析方法相同但输入电阻很大 JEFT1012欧姆MOSFET1015欧姆 图3 3 15FET差分式放大电路 FET差分式放大电路常用于集成电路的输入级 3 3 3直接耦合互补输出级 一 基本电路 在输入信号的正半周 T1导通 iC1流过负载 负半周 T2导通 iC2流过负载 在信号的整个周期都有电流流过负载 负载上iL和uO基本上是正弦波 存在的问题 交越失真 交越失真 图3 3 16 基本要求 输出电阻低 最大不失真输出电压尽可能大 静态时 输入输出电压均为零 二 消除交越失真的互补输出级 消除交越失真思路 电路 消除交越失真的其它电路 图3 3 17消除交越失真的互补输出级 b UBE倍增电路 消除交越失真的实际电路 为了增大T1和T2的电流放大倍数 以减小前级驱动电流 常采用复合管结构 如图3 3 18为采用复合管的准互补输出级 OCL电路 3 3 4直接耦合多级放大电路 直接耦合多级放大电路的构成 输入级 差分放大电路或FET差分放大电路 从而减小温漂 增大共模抑制比 中间级 共射放大电路 从而获得高电压放大倍数 输出级 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压幅值接近电源电压 直接耦合多级放大电路分析 三级放大电路 第一级是以T1和T2为放大管 双端输入 单端输出的差分放大电路 第二级是以T3和T4管组成的复合管为放大管的共射放大电路 第三级是准互补电路 R2 R23 和T5为组成UBE倍增电路以消除交越失真 P1683 7 解 双入双出差分放大电路 P1683 8 解 双入单出差分放大电路 P1693 12 解 带恒流源的双入单出差分放大电路 交流等效电路 Ui Uo P1693 13 解 三级放大电路 带恒流源的双入单出差分放大电路 共射放大电路 PNP管 共集放大电路 射集跟随器 交流等效电路