第3章多级放大电路

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1、第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路3.1 多级放大电路概述多级放大电路概述3.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析3.3 直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路巡必雪识沧电鸭赎裔邓篓侯悠诈胃铜顾胚驻金语绷绘狭钉芳持砧盏躺蹲马第3章多级放大电路第3章多级放大电路3.1.1 3.1.1 耦合形式耦合形式3.1.2 3.1.2 零点漂移零点漂移 3.1 多级放大电路概述问题提出问题提出 前面所述的单管放大电路，在实际运用中各前面所述的单管放大电路，在实际运用中各项性能指标很难满足要求，所以需要采用多级放项性能指标很难满足要求，所以需要采用多级放大电路，来满足实际要求。大电路，来满

2、足实际要求。 多级放大器级间耦合的条件是把前级的输出多级放大器级间耦合的条件是把前级的输出信号尽可能多地传给后级，同时要保证前后级晶信号尽可能多地传给后级，同时要保证前后级晶体管均处于放大状态，实现不失真的放大。体管均处于放大状态，实现不失真的放大。瑶哪妄项交戚宾漠茸藻采厕年完仅示镜媒溉遣姑蛛敖蹋酥炎舒吻镇饮埂萌第3章多级放大电路第3章多级放大电路3.1.1 耦合形式 多级放大电路的连接，产生了单元电路间的级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，且保证各级的静态工作点正要保证信号的传输，且保

3、证各级的静态工作点正确。确。 耦合电路采用直接连接或电阻连接，耦合电路采用直接连接或电阻连接，不采用电抗性元件。不采用电抗性元件。级间采用电容或变压器耦合。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，电抗性元件耦合，只能传输交流信号，漂移信号和低频信号不能通过。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。缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。直接耦合直接耦合电抗性元件耦合电抗性元件耦合根据输入信号的根据输入信号的性质性质，就可决定级间耦合电路的形式。，就可决定级

4、间耦合电路的形式。雀伙赖圆揍免潞傻层宠畅受篓韭栖辗以疯绑韧奢区亥者皋佑藻揭禽纠阎陕第3章多级放大电路第3章多级放大电路 耦合电路的简化形式如耦合电路的简化形式如图图07.0107.01所示。所示。 直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响，直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响，应认真加以解决；阻容耦合使前后级相对独立，静态工作应认真加以解决；阻容耦合使前后级相对独立，静态工作点点Q互不影响，可抑制温漂；变压器耦合可实现阻抗变换互不影响，可抑制温漂；变压器耦合可实现阻抗变换（不常用）。（不常用）。 (a)阻容耦合 (b)直接耦合 (c)变压器耦合 图07.01 耦合电路的形式戏痒臭烦

5、篡瓷娩厩点钓推疆皋赌幕骚案耽涪抢骡良撒彬蝴翻铃饶葬躺添祟第3章多级放大电路第3章多级放大电路3.1.2 3.1.2 零点漂移零点漂移零点漂移零点漂移 是三极管的工作点随时间而是三极管的工作点随时间而逐渐偏离原有静态值的现象。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产生零点漂移的主要原因是温度的影响，所以有时也用所以有时也用温度漂移温度漂移或或时间漂移时间漂移来表示。来表示。工作点参数的变化往往由相应的指标来衡量。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化值除以放大倍数，范围内的输出

6、级工作点的变化值除以放大倍数，即将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。即将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。例如例如 V/ C 或或 V/min 。抓婪坡帆奠沥证偶冉丛诚杉砷从划容摆颊秒击唯佰恢荔瞪腥汰拖垃褥恨旋第3章多级放大电路第3章多级放大电路3.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析1.多级放大电路的构成可用如下方框图表示：多级放大电路的构成可用如下方框图表示：UoA1A2AnRL-+-+Ui2.多级放大电路的放大倍数：多级放大电路的放大倍数：3.输入电阻与输出电阻：输入电阻与输出电阻：Ri = Ri1 , Ro = Rno?搔湾典炔聂拘希伸拇囊刚磊儿艘氨遁砰扇猩婶闻茧箱召聪

7、饶拧掸涩拼癌独第3章多级放大电路第3章多级放大电路4. 多级放大电路电压放大倍数的计算多级放大电路电压放大倍数的计算 在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数时有两种处理方法。时有两种处理方法。输入电阻法输入电阻法开路电压法开路电压法 一是将后一级的输入电阻作为前一级的一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与第一级负载考虑，即将第二级的输入电阻与第一级集电极负载电阻并联。集电极负载电阻并联。 二是将后一级与前一级开路，计算前二是将后一级与前一级开路，计算前一级的开路电压放大倍数和输出电阻，并一级的开路电压放大倍数和输出电阻，并将其作

8、为信号源内阻加以考虑，共同作用将其作为信号源内阻加以考虑，共同作用到后一级的输入端。到后一级的输入端。缝甭威蓄安晓芒哀径莉匠阵异得废尸孩镣纽诞升酪剧芭从拢郭漱盈螟焉尚第3章多级放大电路第3章多级放大电路 现以图现以图07.0507.05的两级放大电路为例加以说明，的两级放大电路为例加以说明，三极管的参数为三极管的参数为: : 1= 2= =100，VBE1=VBE2=0.7=0.7 V。计算总电压。计算总电压放大倍数。放大倍数。用输入电阻法用输入电阻法计算。计算。 图07.05 两级放大电路计算例 倪掏窃沤彻沽掀墨乡狠陛铱舅悄频汲仅扳痹兄隘正司肝膳旦二麦掀船之万第3章多级放大电路第3章多级放大

9、电路用输入电阻法求电压增益用输入电阻法求电压增益（1 1）求静态工作点）求静态工作点芝绑款掣这婶挑丧躬捅炒绷连攒玲闰困鞭祭稠霍锻咀孵围玉乐乡稗梁运懈第3章多级放大电路第3章多级放大电路抽萝尹亡镑映仓醉铡颐戌吗换赊宇责馋孔丛彪近盐素怂首荐撬晾架阶建安第3章多级放大电路第3章多级放大电路（2 2）求电压放大倍数）求电压放大倍数先计算三极管的输入电阻先计算三极管的输入电阻电压增益电压增益挨弹非推枝憋渣垛浅准宁冠陇和杆赂诌逻掠焊养沼蕾览幂篆炽刷涎水岛费第3章多级放大电路第3章多级放大电路 如果求从VS算起的电压增益，需计算第一级的输入电阻 Ri1 =rbe1 / Rb1 / Rb2 =3.1/51/2

10、0 =3.1/14.4=2.55 k 对于多级放大电路可认为：前级是后级的信号对于多级放大电路可认为：前级是后级的信号源，后级是前级的负载。源，后级是前级的负载。 多级放大器可使放大倍数提高，但是靠牺牲多级放大器可使放大倍数提高，但是靠牺牲通频带来实现的。通频带将在频率响应中介绍。通频带来实现的。通频带将在频率响应中介绍。请痈南攻甄米蹭蛤萨滓驴陡兹淫耀粗腿折捅瑶历咐躬支碱糯很埠邵害冉讽第3章多级放大电路第3章多级放大电路3.3 直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路3.3.1 复合管放大电路复合管放大电路3.3.2 差分放大电路差分放大电路3.3.3 直接耦合互补输出级直接耦合互补输出级3.

11、3.4 直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路弯郑看专欺雾痕咽砖酪崎从芍吾疑疫耕抱硒铬囊绪咕孝猾各受嘻热宽良腑第3章多级放大电路第3章多级放大电路3.3.1 复合管放大电路复合管放大电路一、一、复合管（复合管（Dartington管）管）（一）、为什么要组成复合管？ 1、用以提高输入电阻和电流放大系数。 2、在电路结构有时需要组合器件。（运放输出级） bec1ib1(1+1)ib1ib1(1+1)(1+ 2)ib1(1+1)2ib1ic（二）、复合管的结构和参数 1、结构如图所示becibieic为腔晴帅右保植豢午跨根渍法铝牌麓坚懂桃猎廉碑孺叭处测蕴皂逮诚焕奈第3章多级放大电路第3章多级放大

12、电路等效后的型号：与第一管型号相同等效后的参数： 条件：1）使各管均能处于放大状态，满足三极管Q 点合适条件；2）FET+BJT，应特别注意分析UGS的正负和 IG=0的情况。注意：必须使各管均处于正常的工作状态才能组成复合管。 由复合管组成的放大电路见书中由复合管组成的放大电路见书中113113页说明页说明岔袒碑鹊拣姬羽兹偿肝借捡瘟卞龙邯烧畴卞奎吗骏讹怨拜栏搐稻尿尼大下第3章多级放大电路第3章多级放大电路3.3.2 差分放大电路差分放大电路3.3.2.1 概述3.3.2.2 差分放大电路的静态计算3.3.2.3 差分放大电路的动态计算谴晾纬懒矢毕靖贴狸屉拧渍篱话搞易玻蛮控庙恭球稗崭吨嚎二沿格

13、轧愿爹第3章多级放大电路第3章多级放大电路3.3.2.1 概述 一、一、 差分放大电路的组成差分放大电路的组成 二、二、 差分放大电路的输入和差分放大电路的输入和 输出方式输出方式 三、三、 差模信号和共模信号差模信号和共模信号渴亮翔祁货扑垃晴眩稗猎捆蛤桃氏狱辙谜肛缕笆惫聊珐槐鄂刮念澳跌保峨第3章多级放大电路第3章多级放大电路一、 差分放大电路的组成 差分放大电路是由差分放大电路是由对称对称的两个基本放大电路，的两个基本放大电路，通过射极公共电阻耦合构成的。如图通过射极公共电阻耦合构成的。如图06.0106.01所示。所示。对称的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对称的含义是两个三极管的特性

14、一致，电路参数对应相等。对应相等。 即：即： 1= 2= VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb图06.01差分放大电路白蔫散欧瀑绳陌阮僳瓜件退颠硼乱峻环厚胰鹿渗杰蜒捡尉谷线隆姚赛冕悉第3章多级放大电路第3章多级放大电路二、 差分放大电路的 输入和输出方式 差分放大电路差分放大电路一般有两个输入端：一般有两个输入端： 同相输入端，同相输入端， 反相输入端。反相输入端。 信号的输入方式：若信号同时加到同相输入信号的输入方式：若信号同时加到同相输入端和反相输入端，称为端和反相输入端，称为双端输

15、入；双端输入； 若信号仅从若信号仅从一个输入端对地加入，称为一个输入端对地加入，称为单端输入。单端输入。 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输出称为双端输出双端输出，仅从集电极 C1或C2 对地输出称为单端输出单端输出。 根据规定的正方向，在一个输入端加上一定极性的信号，如果所得到的输出信号极性与其相同，则该输入端称为同相输入端。 反之，如果所得到的输出信号的极性与其相反，则该输入端称为反相输入端。馆袒蚤趾二遗施熔距抄基岗胃诅形销都砍肖筑禁弘楔借漫褥容途联霓伪箩第3章多级放大电路第3章多级放大电路图06.02共模信号和差模信号示意图三、 差模信

16、号和共模信号 差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。对共模信号不予放大。 温度对三极管电流的影响相当于加入了共模温度对三极管电流的影响相当于加入了共模信号。差分放大电路是模拟集成运算放大器输入信号。差分放大电路是模拟集成运算放大器输入级所采用的电路形式。级所采用的电路形式。 差模信号差模信号 共模信号共模信号 是指在两个是指在两个输入端加上幅度输入端加上幅度相等，极性相反相等，极性相反的信号。的信号。 是指在两个是指在两个输入端加上幅度输入端加上幅度相等，极性相同相等，极性相同的信号。的信号。铬鼓糖芽泰峡巳厢苑巾尹叫浓吴募赴弥砌邀菠督承

17、讶伞碱我堰蟹棋衍涩猩第3章多级放大电路第3章多级放大电路图06.03双电源差分放大电路3.3.2.2 差分放大电路的静态计算 差分放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电路基本相同。为了使差分放大电路在静态时，其输入端基本上是零电位，将Re从接地改为接负电源VEE。 由IB的计算式可知，Re对一半差分电路而言，只有2 Re 才能获得相同的电压降。 如图06.03所示。由于接入负电源，所以偏置电阻Rb可以取消，改为VEE和Re提供基极偏置电流。基极电流为:臆勋音样方烧语尸凌酷赔碱屠精等郡霓傻茄肚阻接昂戒层敷瞳颖肌狙配虚第3章多级放大电路第3章多级放大电路3.3.2.3 差分放大电路的动态计算 一

18、、差模状态动态计算 二、共模状态动态计算 三、恒流源差分放大电路 四、差分放大电路的传输特性 在卜甘砒三替娟型踪鄙寡寂翁灾递雍滓汕釜嫩陡绘喇幸肤聂誓拍歼骆披消第3章多级放大电路第3章多级放大电路一、 差模状态动态计算 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 输出电阻瓷挽登呼瓷湖怪棕擅扛逮勤惫丛砷吵戮牲愧侩溶畏从垫损幢窃勋熏误煎毫第3章多级放大电路第3章多级放大电路 图06.04双端输入双端输出(1)差模

19、电压放大倍数Avd 双端输入差放电路如图06.04所示。负载电阻接在两集电极之间。vi 接在两输入端之间，也可看成 vi /2各接在两输入端与地之间。 这种方式适用于双端输入和双端输出，输入、输出均不接地的情况。双端输入双端输出差模电压放大倍数 晶砒浴观渍晌嘎孟疵谊述撒乱岛剐悯救应壮朽韧贰月游苫矽椅耸萝缕寅客第3章多级放大电路第3章多级放大电路(1)差模电压放大倍数Avd双端输入单端输出差模电压放大倍数 这种方式适用于将差分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。 图06.05双端输入单端输出村挫率闽撇冻藤撰赊

20、墅驮濒褪锹稳羞充圆龚辈像酷纪婉闪蔚既驼硕并旬淡第3章多级放大电路第3章多级放大电路 单端输入双端输出差模电压放大倍数 单端输入信号可以转换为双端输入，其转换过程见图06.06。右侧的Rs+rbe归算到发射极回路的值(Rs+rbe) /(1+) Re，故 Re 对 Ie 分流极小，可忽略，于是有 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。图06.06 单端输入转换为 双端输入vi1 = vi2 = vi /2啃逮屉诱韧肤读乒嚏糖首具桌谩阿捷谈柬炬叼鲁蕊桂苛熟华伶秒凳奥简刨第3章多级放大电路第3章多级放大电路单端输入单端输出 通过从 T1 或 T2 的集电极输出，可以

21、得到输出与输入之间或电位反相或电位同相的关系。从T1的基极输入信号，从C1 输出，为反相；从C2 输出为同相。 涤扶辫育邱仗仔喇之镜潭更涡树屉刨漱虽释剪跃闹息匈彬堪目吁即涤滁红第3章多级放大电路第3章多级放大电路 (2)差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。(3)输出电阻 输出电阻在 单端输出时， 双端输出时， 剂淆雁猛烟计洼风帅羽琅忱措克介续层菏割慰亏鸡拔多迸癣城盔禾窑迹掸第3章多级放大电路第3章多级放大电路 二、 共模状态动态计算 问题引出 前面已经介绍差放电路抑制温漂的原理，在理想情况下温漂应为零，但实际电路的器件和参数很难完全对称，因此达不到

22、预期的结果。 怎样来衡量实际效果呢？ 因此提出了共模信号的概念，由于温漂的变化作用于电路的两部分，且T1、T2的 变化相同，可看作在两个输入端同时输入一对极性相同、幅值相同的信号的结果。 于是引入共模电压放大倍数来衡量放大电路抑制温漂的能力。誓剑挎膨贾挛玻杰蠕六针演祭疯皱懊细儡诞患饮萄主曳刀蕾浅凋赔胎崎宰第3章多级放大电路第3章多级放大电路 计算共模放大倍数Avc的微变等效电路，如图 06.08 所示。其中Re用2Re等效，这与差模时不同。Avc的大小，取决于差分电路的对称性，双端输出时可以认为等于零。单端输出时为图06.08 共模微变 等效电路(1) 共模放大倍数Avc譬添柔梦拉滁忱伺蛮慑记

23、巫从词栏通箔烛弗仁网诽窗铣袄期当寒棘栓铅舶第3章多级放大电路第3章多级放大电路(2)共模抑制比 共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。，或 双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比馈赠绢度讲澳咕蔓析哩爽蒸翌譬居亦遥勃桂斜动畸鄂浴输竭三眉玻苍酣搽第3章多级放大电路第3章多级放大电路三、 恒流源差分放大电路 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。为此可用恒流源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06.09所示。恒

24、流源电流数值为IE =(VZ - VBE3 )/ Re 图06.09恒流源差分放大电路伎拇好条澈砸腰厅栽凛复掺盆钡虾莹聪绅裤图叭屏阐漏吉射势谦黑氏枷殿第3章多级放大电路第3章多级放大电路四、差分放大电路的传输特性四、差分放大电路的传输特性 差分放大器的四种典型电路，可看书中238页表 6.2.1，加以比较应用。由BJT组成的差分电路对共模输入信号有相当强的抑制能力，但它的Ri较低，因此在高输入阻抗的模拟集成电路中，常采用FET构成的差分电路，Rid大、输入偏置电流很小，书中237页有介绍，大家自学。 由差分放大电路的特性曲线可知： （1）输入信号只有在很小的范围内(Uid)，输出与输入有线性关

25、系； （2）当输入信号幅值过大时，输出会产生失真，Uod趋于饱和值（Uom）。撅览津浅协申摄炎贱脏缺菱杂脐备盅荤椎努问氖匝坞弥熄纺撬凡冷离浑墩第3章多级放大电路第3章多级放大电路3.3.3 直接耦合互补输出级直接耦合互补输出级一、电路组成 乙类互补功率放大电路如图17.02所示。它由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成。这种电路也称为OCL互补功率放大电路。图17.02 乙类互补功率放大电路及波形董皿拓辈诽恫瑚宅病胞藏震齐杨厅靛涣杰假巡薄帆虎晕辖图喜米份践未么第3章多级放大电路第3章多级放大电路二、工作原理 当输入信号处于正半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时NPN型三极管导电，有

26、电流通过负载RL，按图中方向由上到下，与假设正方向相同。 当输入信号为负半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时PNP型三极管导电，有电流通过负 载RL，按图中方向由下到上，与假设正方向相反。于是两个三极管一个正半周，一个负半周轮流导电，在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。既喻平兴额咋宽庞伊睬柜摘议吝货令毗象础蕴眉贷荷放搓睬锭痔秒察盈逗第3章多级放大电路第3章多级放大电路 严格说，输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电。因此在正、负半周交替过零处会出现一些非线性失真，这个失真称为交越失真。如图17.03所示。图17.03 交越失真开徘斑莉霖扎忘讶钎葡孝

27、仕袄坷斋抢答瓢娱臼敬种盯绦州革青履哩苦憨湛第3章多级放大电路第3章多级放大电路 为解决交越失真，可给三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类。此时的互补功率放大电路如图17.04所示。也称为也称为OCL电路，有关计算在电路，有关计算在 第九章介绍。第九章介绍。 (a)利用二极管提供偏置电压 (b)利用三极管恒压源提供偏置 图17.04 甲乙类互补功率放大电路自氧类念爽第豹虎若考澡退砍晚酷痘晦谱奉澈磁锻棚娇厦才誊婪雅牡浙笼第3章多级放大电路第3章多级放大电路3.3.4 直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路 直接耦合多级放大电路常用差直接耦合多级放大电路常用差分放大电路作为输入级，可减小电分放大电路作为输入级，可减小电路的温漂，提高共模抑制比；输出路的温漂，提高共模抑制比；输出级一般采用级一般采用OCL电路，以提高整电路，以提高整个电路的带负载能力，为得到更高个电路的带负载能力，为得到更高的电压放大倍数往往采用共射放大的电压放大倍数往往采用共射放大电路作为中间级。电路作为中间级。逐脚配央溪兑裙栽仪雹乳禽估碗剪角职拟鸣惜藕琴麦芍名疽巳静恒挡驻悯第3章多级放大电路第3章多级放大电路