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第 3 章 多级放大电路

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第 3 章 多级放大电路 - PowerPoint PPT Presentation


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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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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1
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

slide2
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

slide3
+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;

slide4
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
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。

slide6
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。

slide7
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

slide8
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

slide10
+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

slide11
+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

slide12
+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

slide13
+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。

slide14
+

+

RS

+

+

RC

RB

R1

R2

RE2

-

-

RL

-

-

2、动态分析

1

slide15
+

+

RS

+

+

RC

RB

R1

R2

RE2

-

-

RL

-

-

2、动态分析

1

slide16
+

+

RS

+

+

RC

RB

R1

R2

RE2

-

-

RL

-

-

2、动态分析

2

slide17
+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

slide18
+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

slide19
RS

R1

RC2

R2

R3

RL

RE1

(1) Ri=

其中: RL1= Ri2 = R2 // R3//rbe2rbe2= 1.7k

Ri=1000//(2.9+51×1.7)  82k

(2) Ro= Ro2 = RC2= 10k

slide20
RS

R1

RC2

R2

R3

RL

RE1

(3) 电压放大倍数:

slide21
+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。

slide22
+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。

slide23
+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。

slide24
(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

3 3 2
+

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。

slide26
+

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)

slide27
+

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。

slide28
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

slide29
+

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 ICQUCQ

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。

slide30
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

slide31
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。

slide32
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
slide33
+

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

slide34
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。

slide35
+

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

slide36
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

slide37
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

slide38
+

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

slide39
(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

slide41
(3)单端输入双端输出

同双端输入、双端输出

slide42
(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。

slide43
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:

slide44
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:

slide45
+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。

slide46
+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

slide47
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

UB3UE3 IE3 IC3

slide48
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

ad