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1、第三章 多极放大电路,3.1多极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,3.1多极放大电路的耦合方式,单管放大电路Au可达几十倍。但实际应用中，则明显不够大，或性能不够稳定，或某些指标达不到要求。 所以实际中一般是多极基本电路的组合及其改进型组合。于是出现了级与级之间的连接问题耦合问题。,多级放大电路的作用及结构,为了获得更高的电压放大倍数，可以把多个基本放大电路连接起来，组成“多级放大电路”。其中每一个基本放大电路叫做一“级”，而级与级之间的连接方式则叫做“耦合方式”。,3.1.1 级间耦合问题,极间耦合形式：,直接 耦合,阻容 耦合,变压 器 耦合,两极
2、阻容耦合放大电路,1）各级的直流工作点相互独立。由于电容器隔直流而 通交流，所以它们的直流通路相互隔离、相互独立的，这样就给设计、调试和分析带来很大方便。,2）在传输过程中，交流信号损失少。只要耦合电容选得 足够大，则较低频率的信号也能由前级几乎不衰减地 加到后级，实现逐级放大。,优点：,3）电路的温漂小。 4）体积小，成本低。,缺点：,2）低频特性差；,1）无法集成；,3）只能使信号直接通过，而不能改变其参数。,2、 变压器耦合,变压器可以通过磁路的耦合把一次侧的交流信号传送到二次侧，因此可以作为耦合元件。,为什么要用变压器耦合？因为变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换
3、。,图4-5 变压器的等效电路,工作原理：,优点：,1）变压器耦合多级放大电路前后级的静态工作点是相互独立、互不影响的。因为变压器不能传送直流信号。,2）变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。,3）变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。,缺点：,1）低频性能很差；,2）体积大，成本高，无法集成。,3 直接耦合,存在两个问题：,1）第一级的静态工作点已接近饱和区。,2）由于采用同种类型的管子，级数不能太多。,（1）直接耦合 的具体形式,电路的构成原则： 同前面的一样 1.静态时保证有合适的静态工作点。 2.动态时要使放大的信号不失真。,为了解决第一个问题：可以采用如下的
4、办法。,（a）,R,R,B1,C1,u,i,u,o,T,T,1,2,U,CE1,R,C2,(a) 加入电阻RE2,R,R,B1,C1,R,C2,u,i,u,o,T,T,1,2,R,Uz,+V,Dz,CC,（b）在T2的发射极加入稳压管,R,R,B1,C1,R,E2,u,i,u,o,T,T,1,2,R,C2,为了解决第二个问题：可以在电路中采用不同类型的管子，即NPN和PNP管配合使用，如下图所示。,（1）电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。由于级间是直接耦合，所以电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。,（2）便于集成。由于电路中只有晶体管和电阻，没有电容器和电感器，因此便于集成。,缺点：,优
5、点：,（1）各级的静态工作点不独立，相互影响。会给设计、计算和调试带来不便。,（2）引入了零点漂移问题。零点漂移对直接耦合放大电路的影响比较严重。,（2）直接耦合放大电路的优缺点,思路：根据电路的约束条件和管子的IB、IC和IE的相互关系，列出方程组求解。如果电路中有特殊电位点，则应以此为突破口，简化求解过程。,3.2 多级放大电路的分析,1、静态工作点的分析,变压器耦合 同第二章单级放大电路 阻容耦合 直接耦合,多级放大电路的动态分析,一个n级放大电路的交流等效电路可用下图所示的方框图所示。,由图可知，放大电路中前级的输出电压就是后级的输入电压， 即,所以，多级放大电路的电压放大倍数为,即,
6、多级放大电路的电压放大倍数就是各级放大倍数的乘积。 输入电阻就是第一级的输入电阻，即 输出电阻就是最后一级的输出电阻，即,例1 已知如图所示电路中，R1=15k，R2=R3=5k， R4=2.3k , R5=100k, R6=RL=5k；Vcc=12V；晶体管的均为50，rbe1=1.2k。 是估计电路的Q点、 、 、,解：（1）求解Q点：由于采取阻容耦合方式，所以每一 级的Q点都可以按单管放大电路的求解。 第一级为典型的Q点稳定电路，根据参数取值可以认为,第二级为共集放大电路，根据其基极回路方程求出IBQ2，便可得到IEQ2，和UCEQ2。即,（2）求解 、 、 画出交流等效电路图,为了求出
7、第一级的电压放大倍数 首先应求出其负载电阻，即第二级的输入电阻：,第二级的电压放大倍数应接近1，根据电路,将 与 相乘，便可得出整个电路的电压放大倍数,根据输入电阻的物理意义，可知,电路的输出电阻 与第一级的输出电阻 有关，,考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理!,例2,如图所示的两级电压放大电路， 已知1= 2 =50, T1和T2均为3DG8D。,（1）求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。 （2）求放大电路的输入电阻和输出电阻,（1）求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数,2,b,I,2,c,I,rbe2,RC2,rbe1,RB1,1,b,
8、I,1,c,I,RE1,+,_,+,_,+,_,(2) 计算 r i和 r 0,3.3直接耦合放大电路,3.3.1 直接耦合放大电路的零点漂移现象,一、零点漂移现象及其产生的原因,1）何谓零点漂移？,零点漂移现象: 这种输入电压输入电压为零而输出电压不为零且缓慢变化的现象。称为,在直接耦合放大电路中，即使将输入端短路，用灵敏的直流表测量输出端，也会有变化缓慢的输出电压，如图所示。,2）零点漂移产生的原因: 温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移现象的主要原因，因而也称零点漂移为温度漂移。简称温漂。,注意：为什么只对直接耦合多级放大电路提出这一问题呢？,在阻容耦合放大电路中，这种缓慢
9、的变化会降落在 耦合电容上，而不会传递到下一级电路进一步扩大。但 是，在直接耦合中，会被逐级放大，以至于放大电路不 能工作。,二、抑制零点漂移的方法：,1） 采用恒温措施，使晶体管工作温度稳定。需要恒温 室或槽，因此设备复杂，成本高。,2）采用直流负反馈稳定静态工作点。,3）采用特性相同的管子，使它们的温漂相互抵消构成“差分放大电路”。这个方法也可归结为温度补偿法。也就是用特性相同的两个管子来提供输出，使它们的零点漂移相互抵消。,一、电路的组成 Ce（旁路电容）在直流放大状态不起旁路作用略去，设一可调的V（电压源） 令 及 随 而变。即 则 这样，直流分量和漂移 量均被抵消了。,3.3.2差分
10、放大电路,选 Rb1=Rb2，Rc1=Rc2 ， Re1=Re2 ， T2与T1性能一样 接法也一样。则 uc1=uc2 且变化相同。故uo=uc1-uc2=0但需要的信号也无法取得,将左图中的VBB合并成右图的VBB T1，T2的输入信号极性相反。 即 则 所以 Re1反馈，Re2反馈使 导致,将Re1，Re2，合并成 Re iE1，iE2流过同一条电路Re，且 iE1=-iE2 iE=0 Re不起反馈交流的作用 即e点的交流电位=地（为零） 而直流电位地 静态工作点Q仍然稳定,ui，VCC，VEE共地减少了不共地时，产生干扰一起的电压差，使Q不稳定。 差动两个输入端之间有差别才有变动。,典
11、型的双入双出差动放大电路,特点： a.两只完全相同的管子； b.两个输入端， 两个输出端； c.元件参数对称；,二.静态工作点的分析,画出直流等效电路,令,得,忽略 则 即B点电势为零 所以E点电势为 即,很大仍可起稳定静态工作点的作用,（对地）,静态输入为零，不影响后一级,三.交流性能的分析 画出交流通路 差模放大倍数Ad输入差模信号时的放大倍数,可见：用两个晶体管组成的双端输入双端输出差动放大电路，其放大倍数和单管相同，实际上是通过牺牲一个管子的放大倍数去换取低温漂的效果。,E点 偏大,或,A点 时,只有静态,B点到D点,T1趋近于饱和区 T2趋近于截止区,但上升幅度减小,F点 过大， T
12、1饱和 T2截止 不变,四 .差模信号和共模信号,差模信号vid是指在两个输入端加上幅度相等，极性相反的信号。 vid = vi1 vi2,共模信号vic是指在两个输入端加上幅度相等，极性相同的信号。,差分放大电路能放大差模信号，抑制共模信号。,五. 抑制温漂的性能指标及衡量方法 理想情况下，温漂为零。 实际情况下，温漂不为零。,温漂对于T1，T2来说 当 幅性相等，方向相同共模信号,理想情况下,实际情况下,衡量实际情况好坏，用共模信号Ac表示,共模电压放大倍数,Ac越小，表示电路抑制温漂的能力越强,六.共模抑制比KCMR Ad差放的有用信号，大一些好 Ac温漂的程度，越小越好 但两者有一定的
13、联系，Ad大时Ac相应也大。 综合指标：KCMR,KCMR越大，电路抑制共模信号的性能越好,因为信号源和负载往往都是接地的。上面的双入双出方法输入输出信号都不接地。 所以，对某些实际电路来说是不合适的。于是就有 双入双出 单入双出 双入单出 单入单出 共四种接法。,七.四种接法(差分放大电路的输入输出方式),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，仅从集电极 C1或C2 对地输出称为单端输出。,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，称为双端输入； 若信号仅从一个输入端对地加入，称为单端输入。,1.双端输入单端输出电
14、路 静态性能 时,交流性能 因为有T2管存在，所以差模输入时，UE不变。 因为 与 大小相等方向相反， 所以e点接地。,因为共模信号输入时， 与 幅值相等方向相同。所以， ，相当于电流 时，电阻为,因为 很大 所以Ac不大，即温漂不大。尽管是单管输出，温漂仍能得到很好的控制，比起共对基本电路Ac要小得多。,温漂情况,可见： Re上升对减小Ac和增大KCMR都有好处/ 这种电路又称为长尾式差放电路。Re比作一对管子的尾巴，尾巴越长，对抑制温漂越有利。 若从T2管输出，则,2.单端输入双端输出电路 如图3-7（b）所示： T1得到 T2得到,差放电路,对于信号源进行等效变换,差分放大电路的输出电压
15、vo构成,输入信号：vi1，vi2,共模输入：,例如：vi1=10mV， vi2=15mV 则： vid=10-15=-5mV vic=(10+15)/2=12.5mV vi1=12.5+(-5/2)=10mV vi2=12.5-(-5/2)=15mV,八.改进型差动放大电路(一举三得),R3可以抑制温漂且越大越好，但R3太大，VEE选定后， 下降很多导致Ad下降，太大的R3集成电路不易制作。所以，用恒流源IC3代替。,2）直流压降不大,效果 1）交流等效电阻rce很 大， 可以最大限度抑制共模， 对差模无影响,解决方法： 用一个可变电阻，当 使,调零采取调节IC的电路,调零采取调节RC的电路,元件不完全对称造成的,九.场效应管组成的差动放大电路 结构形式，性能与晶体管双极型类似 不同处： 1）Ri比晶体管电路大 2）温漂较大,恒流源差分放大电路举例,视Re求性能参数， 即AC=0, KCMR .,例：电路如图所示，所有晶体管均为硅管，均为60，,=100，静态时UBEQ0.7V。试求： （1）静态时T1管和T2管的发射极电流。 （2）
