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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 ) UBQ1 UCQ2 UCQ1,UCQ1 ( UBQ2 ) UBQ1 UCQ2 UCQ1,二、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。,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:Ri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 hchyatsinghua.edu.cn,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,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. 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= Ad 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 hchyatsinghua.edu.cn,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。,
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