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1、,第3章 多级放大电路,内容简介 本章介绍: 1.多级放大电路的耦合方式及分析方法； 2.直接耦合多级放大电路的组成及分析； 3.零点漂移的基本概念； 4.差分放大电路的分析计算； 5.互补输出级电路。,为什么要多级放大？ 由一个晶体管组成基本放大电路的电压放大倍数一般只有几十倍。但是在实际应用中，往往需要放大非常微弱的信号，上述的放大倍数是远远不够的。 为了获得更高的电压放大倍数，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”。,第 3 章多级放大电路,3.1 多级放大电路的耦合方式,3.1.1直接耦合,一、直
2、接耦合放大电路静态工作点的设置,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。,UCEQ1,UBEQ2,为了解决第一个问题：可以采用如下的办法。,（b）,R,R,b1,C1,u,i,u,o,T,T,1,2,R,C2,加入电阻Re2,R,R,B1,C1,R,C2,ui,u,o,T,T,1,2,R,Uz,+V,Dz,CC,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。,利用NPN型管和PNP型管进行电平移动
3、,（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。,二、直接耦合放大电路的优缺点,3.1.2 阻容耦合,图3.1.2 两级阻容耦合放大电路,一、电路图,1）各级的直流工作点相互独立。由于电容器对直流 量的电抗为无穷大，因而隔直流而通交流，所以它们的直流通路相互隔离、相互独立的。,2）在传输过程中，交流信
4、号损失少。只要输入信号频率较高，耦合电容容量较大，前级的输出信号就可以几乎没有衰减地传递到后级的输入端，实现逐级放大。,优点：,3）电路的温漂小。,二、阻容耦合电路的优缺点：,缺点：,1）低频特性差；不能放大变化缓慢的信号。,2）无法集成；在集成电路中制造大容量电容很困难。,3.1.3 变压器耦合,一、电路图,图3.1.3 变压器耦合共射放大电路,变压器通过磁路的耦合把一次侧的交流信号传送到二次侧。,为什么要讲变压器耦合？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。,二、电路特点：,1.用于阻抗变换,图3.1.4 变压器耦合的阻抗变换,U1,U2,阻抗比等于圈数比的平方,L
5、,P140页书中漏掉,变压器耦合的电压放大倍数,（3.1.2）,2. 用于选频放大电路,晶体管收音机的 中频放大级,只对465KHz的信号有放大作用,三、变压器耦合电路的优缺点,1. 由于变压器耦合电路的前后级靠磁路耦合，所以与阻容耦合电路一样，它的各级放大电路的静态工作点相互独立，便于分析、设计和调试。 2. 可以实现阻抗变换。 3. 可以组成LC谐振电路，用于选频放大。 4. 低频特性差，不能放大变化缓慢的信号。 5. 非常笨重，不能集成化。,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，因其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。 一、光电耦合器 光电耦合器是实现
6、光电耦合的基本器件，它将发光元件（发光二极管）与光敏元件（光电三极管）相互绝缘地组合在一起。发光元件为输入回路，它将电能转换成光能；光敏元件为输出回路，它将光能再转换成电能，实现了两部分电路的电气隔离，从而可有效地抑制电干扰。在输出回路常采用复合管（也称达林顿结构）形式以增大放大倍数。,（3.1.3）,光电耦合器的传输比,当管压降UCE为定值（足够大）时，iC的变化量与iD的变化量之比称为传输比CTR，即：,(3.1.4),光电耦合器及其传输特性,CTR值在0.11.5之间,二、光电耦合放大电路,图3.1.6 光电耦合放大电路,图3.1.6 光电耦合放大电路,隔离电压可达到2000V,3.2
7、多级放大电路的动态分析,一、多级放大电路的放大倍数 Au,1. 单级放大电路的方框图和放大倍数,Ri,Ro,2. 多级放大电路的方框图和电压放大倍数,Ui1=Ui ; Ui2=Uo1 ; Ui3=Uo2 ; Uo=Uo3,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!,（2）输入和输出电阻的计算,多级放大电路的输入电阻为第一级放大电路的输入电阻。,多级放大电路的输出电阻为最后一级放大电路的输出电阻。,Ri=Ri1,Ro=Ron,【例3.2.1】,如图所示的两级电压放大电路， 已知1= 2 =50，rbe1=1.2k, rbe1=1k,估算电路的Q点、电
8、压放大倍数AU、输入电阻Ri和输出电阻Ro,图3.1.2 两级阻容 耦合放大电路,解：求Q点,图3.2.2 图3.2.1 所示电路的交流等效电路,Ro,图3.2.2 图3.2.1 所示电路的交流等效电路,-1,3.3 直接耦合放大电路,工业控制中的很多物理量均为模拟量，如温度、流量、压力、液面、长度等等，它们通过各种不同传感器转化成的电量也均为变化缓慢的非周期性信号，而且比较微弱，这类信号只有通过放大才能驱动负载；由于信号变化缓慢；所以采用直接耦合放大电路将其放大最为方便。,图3.3.1 零点漂移现象,3.3.1 直接耦合放大电路的零点漂移现象,一、零点漂移现象及其发生的原因,在直接耦合放大电
9、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331所示。这种输入电压(uI)为零而输出电压(uO)不为零且缓慢变化的现象，称为零点漂移现象。,1.何谓零点漂移？,2. 零点漂移发生的原因,在放大电路中，任何参数的变化，如电源电压的波动、元件的老化、半导体元件参数随温度变化而产生的变化，都将产生输出电压的漂移。 在直接耦合放大电路中，由于前后级直接相连，前一级的漂移电压会和有用信号一起被送到下一级，而且逐级放大，以至于有时在输出端很难区分什么是有用信号、什么是漂移电压，放大电路不能正常工作。 由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，
10、因而也称零点漂移为温度漂移，简称温漂。,从某种意义上讲，零点漂移就是Q点的漂移。因此，在第二章24节中所讲到的稳定静态工作点的方法，也是抑制温度漂移的方法。抑制温度漂移的方法归纳如下：,二、抑制温漂的方法,缺点：Re 造成 Au 下降,1在电路中引入直流负反馈，例如典型的静态工作点稳定电路中Re所起的作用。,2采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的变化。例如图245所示电路中的二极管。,温度补偿的原理：,ICQ IDIBQICQ,缺点：开环电路， 很难精确补偿,ID,T,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。,3.3.2 差分放大
11、电路,一、电路的组成,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；,共模信号：Ui1=Ui2,差模信号：Ui1=-Ui2,为使电源与信号源“共地”,长尾式差分放大电路,二、长尾式差分放大电路,1. 静态分析,静态：uI = 0,差放电路Q点计算：,因为UBQ 0 所以 UEQ = UBQ UBEQ = -UBEQ,2. 对共模信号的抑制作用,= 0,返回,uI2,图3.3.4 差分放大电路输入共模信号,差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用,Re的作用：,当,直流负反馈使Q点得到稳定，共模信号进一步被抑制,共模放大倍数Ac,理想情况下，双端输出差放电路共
12、模放大倍数为零。,= 0,3. 对差模信号的放大作用,电路平衡,差模放大倍数Ad,（3.3.6）,（3.3.7）,(Differential),由此可见，虽然差分放大电路使用了两只晶体管，但它的电压放大能力只相当于单管共射放大电路。 因而差分放大电路是以牺牲一只管子的放大倍数为代价，换取了低温漂的效果。,输入电阻与输出电阻,输入电阻：,输出电阻：,（3.3.8）,（3.3.9）,共模抑制比：,（3.3.10）,参数理想对称情况下：KCMR=,图3.3.6 差分放大电路的电压传输特性,4. 电压传输特性,三、差分放大电路的四种接法,1. 双端输入单端输出电路,图3.3.7 双端输入、单端输出差分
13、放大电路,T1的集电极等效电路,vcc,vcc,根据戴维宁定理：,图3.3.8 图3.3.7 所示电路的直流通路,静态工作点可有式(3.3.2)、 (3.3.3) 、 (3.3.4)计算。,动态性能分析： 差模放大倍数,图3.3.9 图3.3.7 所示电路对 差模信号的等效电路,（3.3.16）,与双端输出电路比较,双入单出电路的共模特性,Re越大，Ac越小,2.单端输入双端输出,图3.3.11 单端输入、双端输出电路,共模输入：,差模输入：,单端输入的特点,单端输入电路与双端输入电路的区别在于： 在差模信号输入的同时，伴随着共模信号的输入。,（3.3.19）,差模分量,共模分量,3. 单端输
14、入、单端输出电路,图3.3.12 单端输入、单端输出电路,四种接法的动态参数特点,由以上分析可知，将四种接法的动态参数特点归纳如下： (1) 输入电阻 Ri 均为2(Rb+rbe)。 (2) Ad、Ac、Ro与输出方式有关: a）双端输出时, (337) Ac=0；Ro=2RC (339) b) 单端输出时， (3316) Ro=Rc。 (3) 单端输入时，若输入信号为uI，其差模输入电压Uld=uI； 共模输入电压 ，式(3319)是输出电压表达式。,图3.3.13 具有恒流源的差分放大电路,四、改进型差分放大电路,3.3.3 直接耦合互补输出级,对电压放大电路的输出级两个基本要求： 1)输出电阻低; 2)最大不失真输出电压尽可能大。 共集放大电路满足前一要求，但它带上负载后静态工作点会产生变化，且输出不失真电压也将减小。 为了满足后一要求，并且做到输入电压为零时输出电压为零，便产生了双向跟随的互补输出级。,图3.3.16 互补输出级的基本电路及其交越失真,最大输出电压幅值：(VCC UCES),二、消除交越失真的互补输出级,(3.3.23),图3.3.18 采用复合管的准互补级输出,3.3.4直接耦合多级放大电路,图3.3.19 直流耦合多级放大电路举例,
