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1、模 拟 电 子 技 术 多级放大电路和集成多级放大电路和集成 电电路运算放大器路运算放大器第第 三三 章章3.1多级放大电路多级放大电路3.3 集成电路运算放大器集成电路运算放大器小结小结3.2差分放大电路差分放大电路第1页，共91页。模 拟 电 子 技 术 引言引言 3.1.1 级间耦合问题级间耦合问题 3.1.2 多级放大电路的分析多级放大电路的分析3.1多级放大电路多级放大电路第2页，共91页。模 拟 电 子 技 术 为为什什么么要要多多级级放放大大？在第2章，我们主要研究了由一个晶体管组成基本放大电路，它们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
2、的放大倍数是远远不够的。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”。实际上，单级放大电路中也存在电路与信号源以及负载之间的耦合问题。引言引言第3页，共91页。模 拟 电 子 技 术3.1.1 级间耦合问题级间耦合问题级间耦合问题级间耦合问题 极间耦合形式：极间耦合形式：直接直接耦合耦合A1A2电路简单，能放大交、直流电路简单，能放大交、直流信号，信号，“Q”互相影响，零点互相影响，零点漂移严重。漂移严重。阻容阻容耦合耦合A1A2各级各级“Q”独立，只放大交流独立，只放大交流信号，
3、信号频率低时耦合电信号，信号频率低时耦合电容容抗大。容容抗大。变压变压 器器耦合耦合A1A2用于选频放大器、用于选频放大器、功率放大器等。功率放大器等。第4页，共91页。模 拟 电 子 技 术1、阻容耦合、阻容耦合阻阻容容耦耦合合是是通通过过电电容容器器将将后后级级电电路路与与前前级级相相连连接接，其其方方框框图所示。图所示。阻容耦合放大电路的方框图第5页，共91页。模 拟 电 子 技 术单级阻容耦合放大电路两极阻容耦合放大电路第6页，共91页。模 拟 电 子 技 术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
4、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：优点：3）电路的温漂小。4）体积小，成本低。第7页，共91页。模 拟 电 子 技 术缺点：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。变压器耦合的两级放大电路第8页，共91页。模 拟 电 子 技 术为什么要讲变压器耦合？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，可以因为变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、
5、电压以及阻抗变换。实现电流、电压以及阻抗变换。图4-5 变压器的等效电路工作原理：第9页，共91页。模 拟 电 子 技 术优点优点：1）变压器耦合多级放大电路前后级的静态工作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。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。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）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。抗变换。缺点：缺点：1）高频和低频性能都很差；）高频和低频性能都很差；2）体积大，成本高，无法集成。）
6、体积大，成本高，无法集成。第10页，共91页。模 拟 电 子 技 术3 直接耦合直接耦合直接耦合和两级放大电路存在两个问题：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第11页，共91页。模 拟 电 子 技 术为了解决第一个问题：可以采用如下的办法。为了解决第一个问题：可以采用如下的办法。（a）RRB1C1uiuoTT12UCE1E2RRC2(a)加入电阻加入电阻RE2第12页，共91页。模 拟 电 子 技 术RRB1C1R C2uiuoTT12RUz z+VDz zCC（b）在）在T2的发射极加入稳压管的发射极加入稳压管
7、第13页，共91页。模 拟 电 子 技 术RRB1C1R E2uiuoTT12RC2VCC+为了解决第二个问题：可以在电路中采用不同类型的管为了解决第二个问题：可以在电路中采用不同类型的管子，即子，即NPN和和PNP管配合使用，如下图所示管配合使用，如下图所示。利用利用NPN型管和型管和PNP型管进行电平移动型管进行电平移动第14页，共91页。模 拟 电 子 技 术（1）电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号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
8、：缺点：优点优点：（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。（2）直接耦合放大电路的优缺点）直接耦合放大电路的优缺点第15页，共91页。模 拟 电 子 技 术（3）直接耦合放大电路中的零点漂移问题）直接耦合放大电路中的零点漂移问题1）何谓零点漂移？）何谓零点漂移？2）产生零点漂移的原因）产生零点漂移的原因3）零点漂移的严重性及其抑制方法）零点漂移的严重性及其抑制方法电阻，管子参数的变化，电源电压的波动。如果采用高精度电阻并经经过老化处理和采 用高稳定度的电源，则晶体管参晶体管参数随温度的变化将成为产
9、生零点漂移的主要原因。数随温度的变化将成为产生零点漂移的主要原因。如果零点漂移的大小足以和输出的有用信号相比拟，就无法正确地将两者加以区分。因此，为了使放大电路能正常工作，必须有效地抑制零点漂移。第16页，共91页。模 拟 电 子 技 术注意：为什么只对直接耦合多级放大电路提注意：为什么只对直接耦合多级放大电路提出这一问题呢？原来温度的变化和零点漂移出这一问题呢？原来温度的变化和零点漂移都是随时间缓慢变化的，如果放大电路各级都是随时间缓慢变化的，如果放大电路各级之间采用阻容耦合，这种缓慢变化的信号不之间采用阻容耦合，这种缓慢变化的信号不会逐级传递和放大，问题不会很严重。但是，会逐级传递和放大，
10、问题不会很严重。但是，对直接耦合多级放大电路来说，输入级的零对直接耦合多级放大电路来说，输入级的零点漂移会逐级放大，在输出端造成严重的影点漂移会逐级放大，在输出端造成严重的影响。特别时当温度变化较大，放大电路级数响。特别时当温度变化较大，放大电路级数多时，造成的影响尤为严重。多时，造成的影响尤为严重。第17页，共91页。模 拟 电 子 技 术抑制零点漂移的方法：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）采用温度补偿法。就是在电路中用热敏元件或二极管（或晶体管的发射结）来与工作管的温度特性互相补偿。最有效的方法是设计特殊形式的放大电路，
11、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。这就是“差动放大电路”的设计思想。3）采用直流负反馈稳定静态工作点。4）各级之间采用阻容耦合。第18页，共91页。模 拟 电 子 技 术4）零点漂移大小的衡量）零点漂移大小的衡量uIdr=uOdr/Au TuOdr是输出端的漂移电压；uIdr就是温度每变化1折合到放大电路输入端的漂移电压。T是温度的变化；Au是电路的电压放大倍数；第19页，共91页。模 拟 电 子 技 术思路：根据电路的约束条件和管子的思路：根据电路的约束条件和管子的IB、IC和和IE的相互关系，列的相互关系，列出方程组求解。如果电路中有特殊电位点，则应以此为突出方程组
12、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。破口，简化求解过程。3.1.2多级放大电路的分析多级放大电路的分析1、静态工作点的分析、静态工作点的分析变压器耦合变压器耦合 同第二章单级放大电路同第二章单级放大电路阻容耦合阻容耦合直接耦合直接耦合第20页，共91页。模 拟 电 子 技 术例例例例:1:1如图所示的两级电压放大电路，如图所示的两级电压放大电路，已知已知1=2=50,T1和和T2均为均为3DG8D。计算前、后级放大电路的静态值计算前、后级放大电路的静态值计算前、后级放大电路的静态值计算前、后级放大电路的静态值(U UBEBE=0.6V);=0.6V);RB1C1C2R
13、E1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.第21页，共91页。模 拟 电 子 技 术解解:两级放大电路的静态值可分别计算。两级放大电路的静态值可分别计算。RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.第22页，共91页。模 拟 电 子 技 术第一级是射极输出器第一级是射极输出器第一级是射极输出器第一级是射极输出器:第二级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路解解:第23页，共91页。模 拟 电 子 技 术第24页
14、，共91页。模 拟 电 子 技 术RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+Ui.T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.第25页，共91页。模 拟 电 子 技 术2、动态性能分析、动态性能分析Au1第一级第一级Au2第二级第二级Aun末末 级级uiuo1RLRSuousuo2ui2uinii=Au1Au2 AunAu1(dB)=Au1(dB)+Au2(dB)+Aun(dB)考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大倍数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时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理!（1）放大倍数
15、的计算第26页，共91页。模 拟 电 子 技 术（2）输入和输出电阻的计算多级放大电路的多级放大电路的输入电阻输入电阻为第一级放大电路的输入电阻。为第一级放大电路的输入电阻。多级放大电路的多级放大电路的输出电阻输出电阻为最后一级放大电路的输出电阻。为最后一级放大电路的输出电阻。第27页，共91页。模 拟 电 子 技 术例例例例:2:2如图所示的两级电压放大电路，如图所示的两级电压放大电路，已知已知1=2=50,T1和和T2均为均为3DG8D。RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.（1 1）求各级电压的放大倍数及
16、总电压放大倍数。）求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。）求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。）求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。（2 2）求放大电路的输入电阻和输出电阻）求放大电路的输入电阻和输出电阻）求放大电路的输入电阻和输出电阻）求放大电路的输入电阻和输出电阻第28页，共91页。模 拟 电 子 技 术（1 1）求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数）求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数第一级放大电路为射极输出器第一级放大电路为射极输出器第一级放大电路为射极输出器第一级放大电路为射极输出器2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.第29页，共91页。模 拟 电 子 技 术第二级放大电路为共发射极放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路总电压放大倍数总电压放大倍数2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.第30页，共91页。模 拟 电 子 技 术(2)(2)计算计算计算计算 r r i i和和和和 r r 0 0微变等效电
