第3章多级放大电路.ppt

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1、第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路3.1 多级放大电路概述多级放大电路概述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 直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路3.1.1 3.1.1 耦合形式耦合形式3.1.2 3.1.2 零点漂移零点漂移 3.1 多级放大电路概述问题提出问题提出 前面所述的单管放大电路，在实际运用中各前面所述的单管放大电路，在实际运用中各项性能指标很难满足要求，所以需要采用多级放项性能指标很难满足要求，所以需要采用多级放大电路，来满足实际要求。大电路，来满足实际要求。多级放大器级间耦合的条件是把前级的输出多级放大器级间耦合的条件是把前级的输出信号尽可能多

2、地传给后级，同时要保证前后级晶信号尽可能多地传给后级，同时要保证前后级晶体管均处于放大状态，实现不失真的放大。体管均处于放大状态，实现不失真的放大。3.1.1 耦合形式 多级放大电路的连接，产生了单元电路间的级多级放大电路的连接，产生了单元电路间的级联问题，即耦合问题。放大电路的级间耦合必须联问题，即耦合问题。放大电路的级间耦合必须要保证信号的传输，且保证各级的静态工作点正要保证信号的传输，且保证各级的静态工作点正确。确。耦合电路采用直接连接或电阻连接，耦合电路采用直接连接或电阻连接，不采用电抗性元件。不采用电抗性元件。级间采用电容或变压器耦合。级间采用电容或变压器耦合。电抗性元件耦合，只能传

3、输交流信号，电抗性元件耦合，只能传输交流信号，漂移信号和低频信号不能通过。漂移信号和低频信号不能通过。直接耦合电路可传输低频甚至直流信号，因而直接耦合电路可传输低频甚至直流信号，因而缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。直接耦合直接耦合电抗性元件耦合电抗性元件耦合根据输入信号的根据输入信号的性质性质，就可决定级间耦合电路的形式。，就可决定级间耦合电路的形式。耦合电路的简化形式如耦合电路的简化形式如图图07.0107.01所示。所示。直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响，直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响，应认真加以解决；阻

4、容耦合使前后级相对独立，静态工作应认真加以解决；阻容耦合使前后级相对独立，静态工作点点Q互不影响，可抑制温漂；变压器耦合可实现阻抗变换互不影响，可抑制温漂；变压器耦合可实现阻抗变换（不常用）。（不常用）。(a)阻容耦合 (b)直接耦合 (c)变压器耦合 图07.01 耦合电路的形式3.1.2 3.1.2 零点漂移零点漂移零点漂移零点漂移 是三极管的工作点随时间而是三极管的工作点随时间而逐渐偏离原有静态值的现象。逐渐偏离原有静态值的现象。产生零点漂移的主要原因是温度的影响产生零点漂移的主要原因是温度的影响，所以有时也用所以有时也用温度漂移温度漂移或或时间漂移时间漂移来表示。来表示。工作点参数的变

5、化往往由相应的指标来衡量。工作点参数的变化往往由相应的指标来衡量。一般将在一定时间内，或一定温度变化一般将在一定时间内，或一定温度变化范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数，范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数，即将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。即将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。例如例如 V/C 或或 V/min。3.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析1.多级放大电路的构成可用如下方框图表示：多级放大电路的构成可用如下方框图表示：UoA1A2AnRL-+-+Ui2.多级放大电路的放大倍数：多级放大电路的放大倍数：niinAAAAAA1=3213.输入电阻与输出电

6、阻：输入电阻与输出电阻：Ri=Ri1,Ro=Rno?4.多级放大电路电压放大倍数的计算多级放大电路电压放大倍数的计算 在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数时有两种处理方法。时有两种处理方法。输入电阻法输入电阻法开路电压法开路电压法 一是将后一级的输入电阻作为前一级的一是将后一级的输入电阻作为前一级的负载考虑，即将第二级的输入电阻与第一级负载考虑，即将第二级的输入电阻与第一级集电极负载电阻并联。集电极负载电阻并联。二是将后一级与前一级开路，计算前二是将后一级与前一级开路，计算前一级的开路电压放大倍数和输出电阻，并一级的开路电压放大倍数和输出电阻，并将其作为

7、信号源内阻加以考虑，共同作用将其作为信号源内阻加以考虑，共同作用到后一级的输入端。到后一级的输入端。现以图现以图07.0507.05的两级放大电路为例加以说明，的两级放大电路为例加以说明，三极管的参数为三极管的参数为:1=2=100，VBE1=VBE2=0.7=0.7 V。计算总电压。计算总电压放大倍数。放大倍数。用输入电阻法用输入电阻法计算。计算。图07.05 两级放大电路计算例 用输入电阻法求电压增益用输入电阻法求电压增益（1 1）求静态工作点）求静态工作点A9.3=0.0093mA=mA7.2101)20/51(7.038.3)+(1+)/(=e1b2b1BECCBQ1RRRVVImA9

8、3.0BQ1CQ1IIV7.48.793.012)()(=e1c1CQ1cce1BQ1CQ1c1CQ1CCCEQ1RRIVRIIRIVVV26.71.593.012c1CQ1ccB2C1RIVVVmA04.19.3/04.49.3/)96.712(/)(e2E2CCCQ2EQ2RVVIIV47.43.404.1c2CQ2C2RIVV96.77.026.7BE2B2E2VVVV45.396.747.4E2C2CEQ2VVV（2 2）求电压放大倍数）求电压放大倍数先计算三极管的输入电阻先计算三极管的输入电阻k8.204.126101300mA)(mV)(26)1(=k1.393.026101300

9、mA)(mV)(26)1(=E2bbbe2E1bbbe1IrrIrr电压增益电压增益be2i2be1i2c11,3.581.3)8.2/1.5(100)/(=rRrRRAv式中6.1538.23.4100)/(=be2Lc22rRRAv8955)6.153(3.5821vvvAAA 如果求从VS算起的电压增益，需计算第一级的输入电阻 Ri1=rbe1/Rb1/Rb2=3.1/51/20 =3.1/14.4=2.55 k6436)6.153(9.419.41)3.58(55.2155.2+=2s1s1i1si1s1vvvvvAAAARRRA 对于多级放大电路可认为：前级是后级的信对于多级放大电路

10、可认为：前级是后级的信号源，后级是前级的负载。号源，后级是前级的负载。多级放大器可使放大倍数提高，但是靠牺牲多级放大器可使放大倍数提高，但是靠牺牲通频带来实现的。通频带将在频率响应中介绍。通频带来实现的。通频带将在频率响应中介绍。3.3 直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路3.3.1 复合管放大电路复合管放大电路3.3.2 差分放大电路差分放大电路3.3.3 直接耦合互补输出级直接耦合互补输出级3.3.4 直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路3.3.1 复合管放大电路复合管放大电路一、一、复合管（复合管（Dartington管）管）（一）、为什么要组成复合管？1、用以提高输入电阻和电流

11、放大系数。2、在电路结构有时需要组合器件。（运放输出级）bec1ib1(1+1)ib1ib1(1+1)(1+2)ib1(1+1)2ib1ic（二）、复合管的结构和参数 1、结构如图所示becibieic等效后的型号：与第一管型号相同等效后的参数：21211bebeberrr条件：1）使各管均能处于放大状态，满足三极管Q 点合适条件；2）FET+BJT，应特别注意分析UGS的正负和 IG=0的情况。注意：必须使各管均处于正常的工作状态才能组成复合管。由复合管组成的放大电路见书中由复合管组成的放大电路见书中113113页说明页说明3.3.2 差分放大电路差分放大电路3.3.2.1 概述3.3.2.

12、2 差分放大电路的静态计算3.3.2.3 差分放大电路的动态计算3.3.2.1 概述 一、一、差分放大电路的组成差分放大电路的组成 二、二、差分放大电路的输入和差分放大电路的输入和 输出方式输出方式 三、三、差模信号和共模信号差模信号和共模信号一、差分放大电路的组成 差分放大电路是由差分放大电路是由对称对称的两个基本放大电路，的两个基本放大电路，通过射极公共电阻耦合构成的。如图通过射极公共电阻耦合构成的。如图06.0106.01所示。所示。对称的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对称的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对应相等。对应相等。即：即：1=2=VBE1=VBE2=VBE rbe1

13、=rbe2=rbe ICBO1=ICBO2=ICBO RC1=RC2=RC Rb1=Rb2=Rb图06.01差分放大电路二、差分放大电路的 输入和输出方式 差分放大电路一般有两个输入端：差分放大电路一般有两个输入端：同相输入端，同相输入端，反相输入端。反相输入端。信号的输入方式：若信号同时加到同相输入信号的输入方式：若信号同时加到同相输入端和反相输入端，称为端和反相输入端，称为双端输入；双端输入；若信号仅从若信号仅从一个输入端一个输入端对地对地加入，称为加入，称为单端输入。单端输入。差分放大电路可以有两个输出端，一个是集电极C1，另一个是集电极C2。从C1 和C2输出称为双端输出双端输出，仅从

14、集电极 C1或C2 对地输出称为单端输出单端输出。根据规定的正方向，在一个输入端加上一定极性的信号，如果所得到的输出信号极性与其相同，则该输入端称为同相输入端。反之，如果所得到的输出信号的极性与其相反，则该输入端称为反相输入端。图06.02共模信号和差模信号示意图三、差模信号和共模信号 差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。对共模信号不予放大。温度对三极管电流的影响相当于加入了共模温度对三极管电流的影响相当于加入了共模信号。差分放大电路是模拟集成运算放大器输入信号。差分放大电路是模拟集成运算放大器输入级所采用的电路形式。级所采用的电路形

15、式。差模信号差模信号 共模信号共模信号 是指在两个是指在两个输入端加上幅度输入端加上幅度相等，极性相反相等，极性相反的信号。的信号。是指在两个是指在两个输入端加上幅度输入端加上幅度相等，极性相同相等，极性相同的信号。的信号。图06.03双电源差分放大电路BEEBECCEEEeCEcCCCCBC+=2=VVVVVVVRIVRIVVIIesBEEEB2)1(=RRVVI3.3.2.2 差分放大电路的静态计算 差分放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电路基本相同。为了使差分放大电路在静态时，其输入端基本上是零电位，将Re从接地改为接负电源VEE。由IB的计算式可知，Re对一半差分电路而言，只有2

16、Re 才能获得相同的电压降。如图06.03所示。由于接入负电源，所以偏置电阻Rb可以取消，改为VEE和Re提供基极偏置电流。基极电流为:3.3.2.3 差分放大电路的动态计算 一、差模状态动态计算 二、共模状态动态计算 三、恒流源差分放大电路 四、差分放大电路的传输特性 一、差模状态动态计算 差分放大电路的差模工作状态分为四种:1.双端输入、双端输出（双-双）2.双端输入、单端输出（双-单）3.单端输入、双端输出（单-双）4.单端输入、单端输出（单-单）主要讨论的问题有：差模电压放大倍数 差模输入电阻 输出电阻 图06.04双端输入双端输出(1)差模电压放大倍数Avd 双端输入差放电路如图06.04所示。负载电阻接在两集电极之间。vi 接在两输入端之间，也可看成 vi/2各接在两输入端与地之间。besLcd)2/(rRRRAv 这种方式适用于双端输入和双端输出，输入、输出均不接地的情况。双端输入双端输出差模电压放大倍数(1)差模电压放大倍数AvdbesLcd2/rRRRAv双端输入单端输出差模电压放大倍数 这种方式适用于将差分信号转换为单端输出的信号。双端输入单端输出因只利用了一个集电