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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. 3.2 多级放大电路的动态分析. 第三版童诗白. 3.3 直接耦合放大电路. 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. 第三版童诗白. 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. 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？.

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  1. 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 第三版童诗白 3.3直接耦合放大电路

  2. 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 第三版童诗白 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

  3. 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？ 第三版童诗白 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？

  4. 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

  5. +VCC Rc1 Rc2 Rb2 Rb1 +  +  T1 T2 3.1.1　直接耦合 T1靠近饱和区 图 3.1.1（a)　两个单管放大电路简单的直接耦合 特点： (3)各级静态工作点Q点互相影响；基极和集电极电位会随着级数增加而上升； (4)不便于分析、设计和调试。 (5)零点漂移（如何克服）。 (1)低频特性好,可以放大交流和缓慢变化及直流信号； (2)便于集成化。

  6. +VCC Rc1 Rc2 Rb1 +  +  T1 T2 Re2 (b) +VCC Rc1 Rc2 R Rb1 +  +  T1 T2 DZ (c1) 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。当级数较多时，后级静态工作点不合适。

  7. Rc2 Rc1 Rb1 Dz +  T1 T2 +  +  Rb2 +VCC Re2 Rc1 Rb1 T2 + T1 Rc2 (d) - +VCC 改进电路—(c2) 　　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。 (c2) 改进电路—(d) 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。 图 3.1.1　直接耦合放大电路静态工作点的设置

  8. +  +VCC RC1 Rc2 Rb2 C3 Rb1 C2 + +  + C1 + T1 T2 RL 3.1.2　阻容耦合 第 一 级 第 二 级 图 3.1.2　阻容耦合放大电路 特点： 静态工作点Q点相互独立，便于分析、设计和调试,在分立元件电路中广泛使用。 　　低频特性差；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。

  9. 3.1.3　变压器耦合 (b)交流等效电路 (a)电路 图 3.1.3　变压器耦合共射放大电路 优点：Q点相互独立, 便于分析、设计和调试；实现阻抗变换。 缺点：低频特性差；不便于集成化；笨重。 以前功率放大电路广泛采用此耦合方式。目前基本不用。

  10. 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。 　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。 　变压器耦合放大电路

  11. 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 发光元件 光敏元件 图3.1.5光电耦合器及其传输特性

  12. 二、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。

  13. 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。　

  14. 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。 注意：必须将后级输入电阻作为前级的负载；前级输出电阻视为后级的信号源内阻。

  15. 例1 小信号等效电路

  16. 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； +VCC Rc R1 iC1 +  R uB1 T1 +  T2 uO Re uI R2 图 　利用热敏元件补偿零漂 (3)采用差分放大电路。

  17. - + uO V T T Re Re 图 3.3.2差分放大电路的组成(a) 图 3.3.2差分放大电路的组成(b) 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。

  18. Rb2 Rb1 + uI2 - + uI1 - VBB VBB 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 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。 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。 差分放大电路也称为差动放大电路 动画avi\6-2.avi

  19. Rb1 Rb1 Rb2 Rb2 Re Re -VEE 图 3.3.2差分放大电路的组成(d) 图 3.3.2差分放大电路的组成(e) - uI2 + - uI2 + + uI1 - + uI1 - VBB 差分放大电路的改进图 典型差分放大电路 将发射极电阻合二为一、 对差模信号Re相当于短路。 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

  20. RC1 RC2 Rb1 Rb2 uI2 uI1 Re -VEE 二、长尾式差分放大电路 1.　静态分析 由于Rb较小，其上的电压降可忽略不计。 IE1=IE2=(VEE―UBE)∕2Re ； IB1=IB2 =IE1/(1+ β) UCE1=UCE2≈VCC+VEE―(RC+2Re)IE1 图 3.3.3　长尾式差分放大电路 Uo=0； （动画avi\6-1.avi）

  21. Rb1 Rb2 △ + uI1 - + uI1 - △ Re -VEE 图 3.3.4差分放大电路输入共模信号 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。 在uic作用下，△iB1= △iB2, △iC1= △iC2,所以, △uC1= △uC2, 双端输出： 抑制共模信号 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。

  22. Rb1 Rb2 △ + uI1 - + uI1 - △ Re -VEE 2.对共模信号的抑制作用 共模增益 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。

  23. RC1 RC2 + uod- Rb1 Rb2 uI2 + uI1 E Re + - -VEE + uId - - 3.对差模信号的放大作用 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”。 图3.3.5差分放大电路加差模信号（a)

  24. Rb1 + + - - Rb2 动态参数 差模信号作用下的等效电路 Rid=2(Rb +rbe) Rod=2RC 图3.3.5差分放大电路加差模信号（b) 共模抑制比 双端输出，理想情况

  25. uo uI 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。

  26. 三、 差分放大电路的四种接法 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。 <A> 双入、双出 <B> 双入、单出 <C> 单入、双出 <D> 单入、单出 “单端”的情况，还具有共模抑制能力吗？ 如何进一步改进呢？

  27. Rb1 Rb2 - + uI - 1. 双端输入单端输出电路 静态工作点 IE1=IE2=(UEE―UBE)∕2RE (和双入双出相同) IB1=IB2 =IE1/(1+ β) UCE1=Uo+UEE―REIE (和双入双出不同) 注意：由于输出回路的不对称性，UCEQ1≠UCEQ2。 　　　　图3.3.7双端输入单端输出 差分放大电路

  28. + - Rb1 RL + + - - Rb2 双端输入单端输出电路 动态分析 Rid=2(Rb +rbe) Rod=RC 图3.3.9　图3.3.7所示电路对差模信号的等效电路 问题：如输出信号取自T2管的集电极，动态分析结果如何？

  29. 如输入共模信号： 共模电压增益 • uoc=―ICR'L; • uic=―IB[rbe+(1+β)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

  30. uI 2. 单端输入、双端输出 静态分析 IE1=IE2=(VEE―VBE)∕2RE ； IB1=IB2 =IE1/(1+ β) VCE1=VCE2≈VCC+VEE―(RC+2RE)IE Vo=0 图3.3.11单端输入、双端输出电路a 与双入双出的一样

  31. 图3.3.11 单端输入、双端输出电路 动态分析 与双入双出的一样 (AU看输入出端)

  32. uI 3. 单端输入、单端输出 静态分析 IE=(VEE―VBE)∕2RE ； IB1=IB2 =IE1/(1+ β) Vo=VCCRL∕(RC+RL)―ICRLRC∕(RC+RL) 图3.3.12单端输入单端输出电路 (叠加定理) VCE1=Vo+VEE―REIE 与双入单出的一样 动态分析：与双入单出的一样。（略）

  33. 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： 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：

  34. (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 单端输出时 双端输出时

  35. (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：

  36. +VCC Rc Rc + uo uI1 uI2 Rb2 R R T1 T2 T3 Rb1 Re VEE 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

  37. +VCC Rc Rc + uo uI1 uI2 Rb2 R R T1 T2 T3 Rb1 Re VEE 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

  38. Rc Rc uo + uI2 uI1 R R T1 T2 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

  39. +VCC +VCC RC RC RC RC uo uo ui2 ui1 T2 T1 IREF ui1 ui2 T2 IC3 T1 R1 I T3 IC4 T4 R2 R3 VEE VEE 具有电流源的差分放大电路 简化 画法

  40. 双端输入、双端输出； iD2 双端输入、单端输出； 单端输入、双端输出； 单端输入、单端输出。 Rc Rc +VCC + uo +VCC I0 Rc +VCC Rc +VCC VDD Rc Rc R + uo uI1 VT1 VT2 Rd Rd uI2 Rb2 + + uo Rc2 + Rc1 ~ uI2 Rb1 uId Rb2 + uo R R VT2 + VT1 iD2 VT1 VT2 ~ + R R R1 Re R VT2 -VEE Vo2 uI VT1 VT3 + + ~ I Rb1 uId R Re + VEE ~ vid R2 VEE T1 T2 Rg2 Rg1 -VEE 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 FET差分放大电路 2.差分放大电路的接法

  41. +VCC Rc Rc uo + uI2 uI1 RW R R T1 T2 I VEE 带调节电位器RW的恒流源电路的简化画法 图3.3.14　恒流源电路的简化画法及电路调零措施 调节电位器RW的滑动端位置可使电路在uI1=uI2=0时，uO=0。

  42. iD2 I0 VDD Rd Rd iD2 Vo2 vid T1 T2 Rg2 Rg1 -VEE 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，JEFT 1012欧姆 MOSFET 1015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

  43. VCC 3.3.3　直接耦合互补输出级 基本要求：输出电阻低，最大不失真输出电压尽可能大。 一、基本电路 　静态时，输入输出电压均为零。 交越失真 　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。 图3.3.16 存在的问题：交越失真

  44. +VCC R iC 给 T1、T2 提 供静态电压 T1 D1 R1 ICQ1 + uo  t 0 ICQ2 D2 RL ui T2 + ui  V5 VCC R2 图3.3.17消除交越失真的互补输出级 二、消除交越失真的互补输出级 消除交越失真思路： 电路：

  45. T1 B1 R3 T1 T1 T3 T3 R4 Rt T2 T4 T2 B2 T2 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

  46. ui ui +VCC +VCC R R3 R T1 T3 T3 T1 R*1 + uo  T4 + uo  RL T4 R2 RL T2 T2 V5 R4 VCC VEE 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。

  47. 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。

  48. 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。

  49. P168 3.7 解： 双入双出差分放大电路

  50. P168 3.8 解： 双入单出差分放大电路

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