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1、第3章 多级放大电路 差分放大电路 功率放大电路,3.1 多级放大电路 3.2 差分放大电路的分析 3.3 功率放大电路,返回目录,3.1 多级放大电路,3.1.1 多级放大电路组成及耦合方式,3.1.2 阻容耦合多级放大电路,3.1.3 直接耦合多级放大电路,返回首页,2 耦合形式,3.1.1多级放大电路的组成及耦合方式,1 组成,1 组成,第一级,第二级,第n-1级,第n级,RL,输入级,中间级,输出级（末级）,前置级（放大电压）,放大功率,耦合两单级放大电路间的连接,耦合电路实现两单级放大电路间连接 的电路,对耦合电路的要求： 耦合电路能保证各级有合适的静态工作点。 耦合电路能保证不引起
2、失真。 尽量减小信号在耦合电路上的损失。,2 耦合形式,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要保证信号的传输，并且必须保证各级的静态工作点正确。,耦合电路采用直接连接或电阻连接， 不采用电抗性元件。,级间采用电容或变压器耦合。,电抗性元件耦合，只能传输交流信号， 但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 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,电抗性元件耦合,根据输入信号的性质，就可决定级间耦合电路的形式。,(c)变压器耦合,(a)阻容耦合,(b)直接耦合,三种耦合电路,阻容耦合的特点,各级静态工作
3、点不互相影响,不能集成。,不能传送直流、变化缓慢的信号。,变压器耦合的特点,不能传送直流、变化缓慢或高频信号。另变压器需用有色金属和磁性材料，体积大，成本高。,传递电压的同时，还可进行 电压、电流和阻抗变换,各级静态工作点不互相影响,不能集成。,直接耦合的特点,各级静态工作点互相影响,产生零点漂移。,可放大直流和变化缓慢的信号。,便于集成。,零点漂移,零点漂移,是三极管的静态工作点随时间而逐渐偏离原有静 态值的现象。产生零点漂移的主要原因是温度的 影响，所以有时也用温度漂移或时间漂移来表示。 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 范围内的输出级工作点的变
4、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。 例如 V/C 或 V/min 。,返回,阻容耦合多级放大电路的结构特点,两极之间用电容耦合。前级的输出电压是通过耦合电容C和后级的输入电阻耦合到后级的。故叫阻容耦合,3.1.2 阻容耦合多级放大电路,阻容耦合多级放大电路的分析,静态分析,两级电路分别分析，相当 于分析两个单级电路,动态分析,总电压放大电路的放大倍数,总输入电阻,总输出电阻,在求分立元件多级放大电路的动态参数时可将电路作两种等效。,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 阻等效为第一级的负载电 阻RL1=Ri2。,第1种等效,将后一级与前一级
5、 开路，前一级的输 出电阻等效为后一 级的信号源内阻。,第2种等效,例：电路如图，问第一级的交流负载电阻是多少？第二级的信号源内阻是多少？设：1=2=50，rbe1=rbe2 = 1.2k,求两个管子的总的电压放大倍数，输入电阻，输出电阻。,PNP管的微变等效电路与NPN管的完全相同,第一级的交流负载电阻就等于第二级的输入电阻,Ri2=RB3|RB4|rbe2=657,第二级的信号源电阻就等于第一级的输出电阻,Ro1=Rc1=3.3k,例：电路如图，设：1=2=50，rbb=300 ，1、计算各级静态工作点；设UBE=0.6V。2、画微变等效电路。3、求两个管子的总的电压放大倍数，输入电阻，输
6、出电阻。,解,1、静态分析,动 态 分 析,返回,3.1.3 直接耦合放大电路,1 直接耦合放大电路存在的问题及其解决办法 2 直接耦合放大电路的分析,1、 直接耦合放大电路存在的问题 及其解决办法,前级与后级静态工作点相互影响,第一级:UCE1= UBE2=0.6V,Q1接近饱和区,第二级,IB2很大，Q2进入了饱和区,且深度饱和。,所以，两管均不能正常工作,解决办法,在第二级加射极电阻,RE会使第二级集电极的静态电位提高，使级数受限,?,?,RE会使第二级放大倍数下降,用稳压管代替电阻， 其交流电阻小，直流 电阻大,?,!,PNP和NPN管交替使用，实现电平移动，可解决级数受限的问题,零点
7、漂移是直接耦合放大电路存在的主要问题,3 采用差动放大电路,解决办法,1 采用恒温措施,采用调制和解调的方法，用阻容耦合多级放大电路来放大直流信号或低频信号,2直接耦合两级放大电路的分析,静态分析,画出ui=0时的直流等效电路,解方程组可求得UCE1和IB2,动态分析方法与阻容耦合相同,例:1= 2=100，两管子的rbb相等，均为300,（1）求静态工作点,（2）动态分析,先计算三极管的输入电阻,电压放大倍数,Ri =Rbe1 / RB1 / RB2 =3.1/51/20 =3.1/14.4=2.55 k,Ro =Rc2 =4.3 k,返回,3.2 差动放大电路,返回,1 原理电路,2 典型
8、的差动放大电路长尾电路,3 恒流源差动放大电路,1 原理电路,1) 结构特点,2）对零点漂移的抑制作用,3）对信号的作用,4）共模抑制比,5）原理电路存在的问题,两半电路完全对称 有两个输入端，两个输出端,1)结构特点：,1 原理电路,2） 对零点漂移的抑制作用,T,UO= UO1 - UO2 =0,对零点漂 移有抑 制作用,差放对零漂的抑制动画,3）对信号的作用,输入信号加在1端和2端 有三种输入方式,差模信号输入：ui1=-ui2，即ui1和 ui2为大小相等，相位相反的一对信号。,ui20,ui10,uo=uo1- uo2 0,差模电压放大倍数,差模电压放大倍数等于单管电压放大倍数， 说
9、明用了两倍的电路并没有提高电压放大倍数,ui1=ui2，即ui1和ui2为大小相等， 相位相同的一对信号。,ui20,ui10,uo=uo1- uo2 =0,共模电压放大倍数,对共模电压放大倍数抑制,(2)对共模信号输入：,（3）比较输入信号：,ui1ui2,共模 信号,差模 信号,差模信号共模信号动画,4）共模抑制比,理想：KCMRR,5）原理电路存在的问题,静态没有调零 每个管子的漂移没有被抑制,2 典型的差动放大电路长尾电路,（1）增加元件的作用,（2） 长尾电路的分析,（1）增加元件的作用,对共模信号有很强的负反馈作用，对差模信号短路,调零电位器，使ui=0时uo=0,共模反馈电阻，能
10、区别对待共模和差模信号,提供RE上的直流压降，保证VE0,（2） 长尾电路的分析, 差分放大电路的4种输入输出方式, 长尾电路静态计算, 长尾电路的差模动态计算,差分放大电路的输入方式,信号的输入方式：若信号加到1端和2端之间，称为双端输入,差分放大电路的4种输入输出方式,信号仅从一个输入端和地之间加入，另一端接地，称为单端输入。,差分放大电路有两个输出端，一个是集电极C1，另一个是集电极C2。,从C1（3端）和C2（4端）之间输出称为双端输出，,差分放大电路的输出方式,同相输入端-输出信号一定时，输入信号与输出信号极性相同的那个输入端。 反之，为反之为反相输入端。,仅从集电极C1或C2 对地
11、输出，另一端开路，称为单端输出。, 长尾电路 的静态计算,由IB的计算式可知，RE对一半差分电路而言，只有2RE 才能获得相同的电压降。,双端输出时,画出半边电路的直流等效电路,思考：接入负载后，静态工作点有无变化？,T2管的静态工作点与T1管的相同,单端输出时,画半边电路的直流等效电路,可求出VC1,长尾电路的差模动态计算,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,这种方式适用于双端 输入，输
12、出均不接地 的情况。,a 双端输入双端输出,差模输入电阻,输出电阻,差模电压放大倍数,差模输入电阻,差模电压放大倍数,输出电阻,半边电路的微变等效电路,差模信号输入时，RE上的交流信号抵消，虽然RE上没并联电容，但对交流信号仍短路。 差模电压放大倍数=单管的电压放大倍数。 RB影响电压放大倍数 外接负载时，负载分到每个管子的输出端为RL/2,b 双端输入 单端输出,这种方式适用于将 差模信号转换为单 端输出的信号。,双端输入单端输出因只利 用了一个集电极输出的变化量， 所以它的差模电压放大倍数是 双端输出的二分之一。,若从3端输出,若从4端输出,输出电阻,差模电压放大倍数,差模输入电阻,1 R
13、L对静态工作点有影响。 2 差模电压放大倍数=单管的电压放大倍数的一半。 3 Ad可正可负： 若信号从3端输出，则1端为反相输入端，2端为同相输入端。 若信号从4端输出，则2端为反相输入端，1端为同相输入端。 4 单端输出时，只靠射极电阻RE来抑制零漂，两管零漂互相补偿的作用消失，故其零漂较大，共模电压放大倍数较大,c 单端输入 双端输出,单端输入信号可以转换为双端输入,这种方式用于将单端信号转换成双端差分信号, 可用于输出负载不接地的情况。,ui1 = ui2 = ui /2,单端输入双端输出与双端输入双端输出结果一样,d 单端输入单端输出,单端输入单端输出与双端输入单端输出一样,3 恒流源
14、差动放大电路,1 问题的提出,提高共模抑制比，有两个途径，一是增大差模电压放大倍数，一是减小共模电压放大倍数,为了提高共模抑制比应加大Re 。但Re加大后，为保证工作点不变，必须提高负电源，这是不经济的。能否找到一个器件交流电阻大，直流电阻小？,直流电阻,交流电阻,用恒流源T3来代替RE 。恒流源动态电阻大，可提高共模抑制比。同时恒流源的管压降只有几伏，可不必提高负电源之值。这种电路称为恒流源差分放大电路，电路如图。,利用三极管CE两端的恒流特性代替RE,电路分析,静态分析：从T3开始,动态分析与长尾电路一样，即增加的元件不影响动态参数,返回,3.3.1 概述 3.3.2 变压器耦合功率放大电
15、路 3.3.3 无输出变压器 乙类互补功率放大电路 -（OTL电路） 3.3.4 无输出电容乙类互补功率放大电路 -（OCL电路） 3.3.5 复合管 3.3.6 功放电路的分析计算,3.3 功率放大电路,返回,2、效率要高：放大电路输出给负载的功率是由直流电源提供的，若效率不高，则能量浪费，管子温度升高，减短管子的寿命，放大电路的效率用表示，为： =POMAX/PE，其中POMAX为最大输出功率，等于输出电压和输出电流有效值的乘积，PE为电源提供的功率,多级放大电路的末级是功率放大电路，功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。该电路应达到的基本要求：,一、基本要求,1、为了获得尽可
16、能大的输出功率，必须使 输出信号 电压和电流都要大；三极管工作在极限状态，要选用 功率管，放大电路的输出电阻与负载匹配,3.3.1 概述,4、要考虑管子的散热,3、尽量减小非线性失真,二、功放的工作状态,三极管根据导通时间可分为如下三个状态， 甲类-三极管360导电； 甲乙类-三极管180360导电 乙类-三极管180导电,甲乙类180360导电,乙类180导电,图4.01 三极管的工作状态,甲类360导电,2、乙类、甲乙类：静态工作点设 在截止区或在交流负载线的下半 部分，信号出现了部分失真。,1、甲类：静态工作点大致在交流负载线的中点，甲类放大的效率不高，理论上不超过50%。,无论有无信号输入，电源都 提供功率PE=VCCIC ，
