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第 3 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 直接耦合放大电路. 输入. 推动级. 输出级. 输入级. 第二级. 3 .1 多级放大电路的耦合方式. 输出. 耦合方式:信号源与放大电路之间、两级放大电路之间、放大器与负载之间的连接方式。. 常用耦合方式:直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合。. 静态:保证各级有合适的 Q 点. 对耦合电路的要求. 动态 : 传送信号. + V CC. R B. R B. R C. R 1. C 2. C 3. C 1. C 4. T 3.
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第3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直接耦合放大电路
输入 推动级 输出级 输入级 第二级 3.1 多级放大电路的耦合方式 输出 耦合方式:信号源与放大电路之间、两级放大电路之间、放大器与负载之间的连接方式。 常用耦合方式:直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合。 静态:保证各级有合适的Q点 对耦合电路的要求 动态: 传送信号
+VCC RB RB RC R1 C2 C3 C1 C4 T3 T1 T2 RS R2 RE1 ui RL RE2 RE2 uo us CE 3.1.1 阻容耦合 放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端。 优点:各级的静态工作点彼此独立;
A f 阻容耦合电路的频率特性: 三极管结电容造成 耦合电容造成 缺点:不能传送缓慢变化信号和直流信号。 要求:耦合电容容量较大。 用于:分立元件电路。
3.1.2 变压器耦合 级与级之间通过变压器连接。 优点: ①各级的工作点彼此独立 ②具有阻抗变换作用 缺点: ①不能传送缓慢变化信号和直流信号。 ②不能集成。
变压器原、副边阻抗关系 (变阻抗) 从原边等效: 结论:变压器原边的等效负载,为副边所带负载乘以变比的平方。
发 光 二极管 光 电 三极管 光电耦合器件 前 级 放大电路 后 级 放大电路 3.1.3 光电耦合 以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递,其抗干扰能力强。 光电三极管符号 特点: ①光耦合,电隔离性能好; ②可传送直流信号; ③光电耦合器件可以集成,广泛用于集成电路中
前级的输出端和后级的输入端直接连接 优点 ①低频特性好 ②便于集成 缺点 各级Q点相互影响 3.1.4 直接耦合
方法: 考虑级间影响 3.2 多级放大电路的动态分析
+VCC RB R1 RC C1 T2 C3 C2 T1 + + RS R2 RE1 ui uo + RE2 us CE RL - - - 3.2 多级放大电路的动态分析 信号源 第二级 第一级 负载
+VCC RB R1 RC C1 T2 C3 C2 T1 + + RS R2 RE1 ui uo + RE2 us CE RL - - - 1、静态分析 阻容耦合:各级放大电路的静态工作点相互独立 ----分别估算
+VCC +VCC RB R1 RC ICQ2 ICQ1 T2 IBQ1 + + IBQ2 T1 UCEQ2 UCEQ1 - - R2 RE1 RE2 1、静态分析 阻容耦合:各级放大电路的静态工作点相互独立 ----分别估算
+VCC RB R1 RC C1 T2 C3 C2 T1 + + RS R2 RE1 ui uo + RE2 us CE RL - - - 2、动态分析 根据多级放大电路的特点,考虑级间影响。
+ + RS + + RC RB R1 R2 RE2 - - RL - - 2、动态分析 1
+ + RS + + RC RB R1 R2 RE2 - - RL - - 2、动态分析 1
+ + RS + + RC RB R1 R2 RE2 - - RL - - 2、动态分析 2 ③
+VCC RC2 R2 R1 (+24V) C2 82k 1M 10k C1 C3 T2 T1 RL RS 10k 20k R3 RE2 RE1 CE 8k 27k 43k 练习:多级放大电路动态分析 NEXT
+VCC RC2 R2 R1 (+24V) C2 82k 1M 10k C1 C3 T2 T1 RL RS 10k 20k R3 RE2 RE1 CE 8k 27k 43k 微变等效电路: RS R1 RC2 R2 R3 RL RE1
RS R1 RC2 R2 R3 RL RE1 (1) Ri= 其中: RL1= Ri2 = R2 // R3//rbe2rbe2= 1.7k Ri=1000//(2.9+51×1.7) 82k (2) Ro= Ro2 = RC2= 10k
RS R1 RC2 R2 R3 RL RE1 (3) 电压放大倍数:
+VCC R1 RC1 RC2 R2 T1 T2 uo ui RE2 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问题 问题1 :前后级Q点相互影响。 增加RE2:用于设置合适的Q点。
+VCC R1 RC1 RC2 R2 T1 T2 uo ui RE2 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问题 问题1 :前后级Q点相互影响。 NPN型和PNP型混合使用:用于设置合适的Q点。
+VCC R1 RC1 RC2 R2 T1 T2 uo ui uo RE2 t 0 有时会将信号淹没 问题2 :零点漂移。 当ui等于零时, uo不等于零。
(1) 产生零漂的原因 放大电路的Q点不稳定 前一级的漂移作为后一级的输入信号被逐级放大。 温度变化导致零点漂移的主要原因---- 温漂 (2) 减小零漂的措施 • 分压偏置电路,引入直流负反馈 稳定Q点 • 用非线性元件进行温度补偿 • 差分式放大电路 ----采用特性相同的管子,使温漂相互抵消
+ V CC R R c1 c2 + - u o R R b1 b2 + + T T u u 1 2 i1 i2 - - R e - V EE --长尾式差分放大电路 3.3.2 差分放大电路 1、对称电路: 两个三极管T1、T2的特性一致,电路参数对应相等。 1=2 UBE1=UBE2 rbe1= rbe2 Rc1=Rc2 Rb1=Rb2 VCC=VEE 双电源的作用: ① 使信号变化幅度加大。 ②IB1、IB2由负电源 –VEE 提供。
+ V CC R R c1 c2 + - u o R R b1 b2 + + T T u u 1 2 i1 i2 - - R e - V EE 2. 工作原理 (1) 输入共模信号 即:ui1 = ui2 大小相等、极性相同 = uic uC1 = uC2 uo=0 = uoc 差分放大电路抑制共模信号,反映了抑制零点漂移的能力。 (很小,<1)
+ V CC R R c1 c2 + - u o R R b1 b2 + + T T u u 1 2 i1 i2 - - R e - V EE 2. 工作原理 (2) 输入差模信号 即:ui1 = – ui2 大小相等、极性相反 uid = ui1– ui2 uC1 = -uC2 uo= (uC1-uC1)-(uC2 +uC2 ) =-2 uC1 (很大,>1) = uod 即差分放大电路放大差模信号。
2. 工作原理 ui1 、ui2 大小和极性任意。 (3) 任意输入 放大电路 只放大两 输入信号 的差模信 号—差分 放大电路。 例:ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV 可分解成:ui1 = 8 mV + 2 mV ui2 = 8 mV - 2 mV 共模信号 差模信号
+ V CC R R c1 c2 + - u o R R b1 b2 + + T T u u 1 2 i1 i2 - - R e - V EE (4)差分放大电路对温漂的抑制作用 ①利用电路的对称性 静态时,ui1= ui2= 0 uO= UCQ1 - UCQ2= 0 T ICQUCQ UCQ1 = UCQ2 uO=(UCQ1 + UCQ1)-(UCQ2 + UCQ2 )=0 温度的影响相当于给差分放大电路加入了共模信号,所以差分放大电路能够抑制温漂。
② RE的作用 + V CC R R c1 c2 + - u o R R b2 b1 + + T T u u 1 2 i1 i2 - - R e - V EE Q点稳定 (4)差分放大电路对温漂的抑制作用 —— 抑制温度漂移,稳定静态工作点。 UE 对IE1来说, 等效2Re ui1= ui2= 0 UE IC IRe= 2IC 温度T IC IB UBE RE 具有强负反馈作用
共模抑制比(KCMR) CMRR — Common Mode Rejection Ratio KCMR = KCMR(dB) = (分贝) 例:Ad=-200 Ac=0.1 KCMR=20 lg (-200)/0.1 =66 dB 共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。
双端 输入端 接法 + V CC 单端 R R c1 c2 双端 + - u 输出端 接法 o 单端 R R b1 b2 + + + + u u T T u u o2 o1 1 2 i1 i2 - - - - R e - V EE 3.差分放大电路的四种接法
+ V CC IC IC R R c1 c2 u + - o R R RL b1 b2 + + IB IB T T u u 1 2 i1 i2 - - IRe R e - V EE (1)双端输入、双端输出 ①静态分析 直流通路
RL 的中点相当于 交流地,对T1 、 T2 各取 + V CC R R c1 c2 u + - o R R RL b1 b2 + + + + + u T T u 1 2 i1 i2 - - - - R e - u i2 - V EE + - ②动态分析 a.差模输入 输入差模信号时,两集电极电位一个升高(UCQ2增加),一个下降(UCQ1减小),就象跷跷板一样。
+ V CC R R c1 c2 u + - o ib1 ib2 RL R R ic2 ic1 b1 b2 + + + + + u T T u 1 2 i1 i2 - - - - R e - iRE u i2 - V + EE - ②动态分析 a.差模输入 ib1 = - ib2 Re 对差模信号作用 ic1= - ic2 iRE= ie1+ie2= 0 ib1, ic1 ui1 ui2 uRE= 0 RE对差模信号不起作用 ib2, ic2
微变等效电路 + + u od 2 - u od + u od 2 - - • 差模电压放大倍数 i R b1 b + + R r b u i L be R i1 b1 c 2 - u id - R L r u R be i2 2 b c i - + b2 i R b2 b
i R b b + + R r b u i L be R i1 b c 2 - u id - R i L r b u R be i2 2 b c i - + b i R b b • 差模输入电阻: • 差模输出电阻: R R i o + + u od 2 - u od + u od 2 - - 微变等效电路
+ V CC R R c1 c2 u + - o R R RL b1 b2 + + + u T T u 1 2 i1 i2 - - - R e - V EE = u 0 o u u c1 c2 C C 1 2 u oc u u + - i1 i2 ②动态分析 b.共模输入 KCMR =∞ 输入共模信号时,两集电极电位(uc1和uc2)同时以相同幅度、相同方向变化
(2)双端输入、单端输出 ①静态分析(略) ②动态分析 若从T2集电极输出则为正。 差模输入等效电路
双端输出对共模信号有较强的抑制能力,而单端输出对共模信号抑制能力较弱。可增大Re 。 共模输入等效电路
(3)单端输入双端输出 同双端输入、双端输出
(4)单端输入单端输出 计算同双入单出: 注意放大倍数的正负号: 设从T1基极输入,如果从T1集电极输出,为负;从T2集电极 输出为正。
差模电压放大倍数 • 共模电压放大倍数 差分放大电路动态参数计算总结 与单端输入还是双端输入无关,只与输出方式有关: 双出: 单出: 与单端输入还是双端输入无关,只与输出方式有关: 双出: 单出:
差模输入电阻 • 输出电阻 • 共模抑制比 与电路连接方式无关。 双出: 单出: 双出: KCMR =∞ 单出:
+VCC RC RC uo RB RB T2 T1 ui1 ui2 RE –VEE 4. 改进型差分放大电路 (1)加入调零电位器 为了使左右平衡,可设置调零电位器。
+VCC ic2 ic1 RC RC uo RB RB T2 T1 ib2 ib1 ui1 ui2 R R E IC3 R1 T3 R3 R2 -VEE (2)具有恒流源的差分放大电路 加大Re,可以提高共模抑制比。为此可用恒流源T3来代替Re。 电路结构
ic2 ic1 +VCC RC RC uo iC RB RB T2 IB3 T1 Q IC3 ib2 ib1 ui1 ui2 R R uCE E UCE3 IB3 IC3 R1 UCE3 T3 IE3 I2 R3 R2 -VEE T3 :放大区 恒流源 静态分析:主要分析T3管。 rce3 1M UB3UE3 IE3 IC3
恒流源的作用 ①恒流源相当于阻值很大的电阻。 不影响 ② 恒流源______差模放大倍数。(影响,不影响) ③ 恒流源使共模放大倍数______ (增大,减小),从而______(增大,减小)共模抑制比,理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻,其共模抑制比是______。 减小 增大 无穷