1、第三章多级放大器 多级放大器往往要求能够提供合适的输入 输出阻抗以及足够的电压电流增益 这可以通过将不同组态的放大器进行级联 共射放大器及跟随器 来实现 多级放大器中必须考虑的问题 输入级和输出级往往采用电压跟随器 目的在于使放大器具有较高的输入电阻和较低的输出电阻 级间耦合方式 直接耦合 阻容耦合 变压器耦合 光电耦合 变压器耦合和光电耦合可以实现前后级的地线隔离 而阻容耦合和变压器耦合则会使得放大器的低频相应变差 多级放大器的带宽窄于单级放大器 放大器的级数越多 则带宽越窄 直接耦合放大器有一个特殊问题 那就是前级静态工作点的变动会被后级放大器放大 从而导致后级放大器静态工作点的较大偏移
2、乃至使其无法正常工作 从而引出一种特殊放大器形式 差分放大器 3 2多级放大器的动态分析 输入 输出电阻 多级放大器的输入电阻就是第一级放大器的输入电阻 多级放大器的输出电阻就是末级放大器的输出电阻 电压增益 多级放大器的电压增益等于单级放大器电压增益之积 注意 后级放大器的输入电阻就是前级放大器的负载电阻 计算时必须考虑下级放大器的输入电阻 3 3直接耦合放大电路 直接耦合放大电路的特殊问题 零点漂移 零点 直接耦合放大电路中一般要求输入电压为零时输出静态电位也为零 这个输出零电位称为零点 零点漂移 即使在设计上使得直接耦合放大电路的输出静态电位为零 但是 由于温度变化 电源电压的变化以及器
3、件参数的变化等等所引起的输出静态电位偏离零点的现象 称为 零点漂移 3 3 1基本概念 在多极直接耦合放大器中 前级放大器静态工作点的漂移将会被后级放大器逐级放大 从而使得末级放大器严重偏离正常静态 甚至不能正常工作 显然 多级放大器的增益越高 则零点漂移现象越是严重 同时 越是前级放大器 则静态工作点的漂移对末级放大器的影响越是严重 所以 工程上希望前级放大器能够提供高增益 但是又要具有较小的静态工作点的漂移 在影响零点漂移的因素中 温度的影响为主要因素 所以零点漂移也称为温度漂移 简称 温漂 3 3直接耦合放大电路 3 3直接耦合放大电路 差分放大器具有良好的抑制零点漂移的作用 但是有一个
4、条件 那就是电路参数的对称性 集成工艺则容易实现这一点 在高增益的多级直接耦合放大器中 第一级电路往往采用高增益的差分放大器 以保证整个多级放大器具有良好的抑制零点漂移特性 而中间级则起到缓冲和转换的作用 输出级则提供电流放大和较低的输出电阻 差分放大器是运算放大器的基础电路 而运算放大器则是现代线性模拟电路的重要器件 3 3直接耦合放大电路 3 3 2差分放大器 3 3 2差分放大器的形成1 该电路的静态工作点的稳定完全是依靠电阻Re的负反馈调节作用实现的 但是发射级电阻Re的接入使得放大器的增益大大下降 输出静态电位依然受温度影响 信号源和基极电源不共地 3 3 2差分放大器 3 3 2差
5、分放大器的形成2 将输入信号分成两个互为反相的信号 则可以实现差动输出 如果电路完全对称 则差动输出就可以克服温漂 但是依然存在下述缺点发射级电阻Re的接入使得放大器的增益大大下降 信号源和基极电源不共地 3 3 2差分放大器 3 3 2差分放大器的形成3 如果电路完全对称 则发射级电阻Re上的差动电流为零 输入信号将直接作用到管子的发射结 从而发射级电阻Re对放大器差动增益的影响消失 发射级电阻Re对温漂的抑制作用依然有效 即负反馈调节作用依然存在 所以电路既保留了对温漂的强烈的抑制作用 又保证了电路的高增益 但是依然存在下述缺点信号源和基极电源不共地 3 3 2差分放大器 3 3 2差分放
6、大器的形成4 负电源的引入使得输入信号和电源得以共地 负电源的引入还使得两个管子的集电极静态电位可以设置为零电位 对于直接耦合放大器来说 这一点很有必要 这种差分放大电路称为 长尾式 差分放大电路 对于基极直流偏置而言 基极电阻Rb1和Rb2完全不必要 而且基极电阻会降低放大器增益 所以实际电路中 基极电阻往往是信号源的内阻 而不是偏置所需电阻 实际电路往往是 3 3 2差分放大器 3 3 3差分放大器的静态分析 3 3 2差分放大器 3 3 4差分放大器的动态分析 共模信号 无论是温度还是电源电压等对静态工作点的影响 对两管的影响是完全相同的 将这种影响等效为幅度相等 极性相同的输入信号 这
7、种信号称为共模信号 共模增益 共模输出电压 uoc与共模输入电压 uic之比称为共模增益Ac 如果电路完全对称 则共模增益为零 3 3 2差分放大器 3 3 4差分放大器的动态分析 差模信号 将输入的有用信号分为两个幅度相等但互为反相的信号作用到管子的基极回路 这种信号称为差模信号 差模增益 差模输出电压 uod与差模输入电压 uid之比称为差模增益Ad 3 3 2差分放大器 3 3 4差分放大器的动态分析 共模抑制比CMRR KCMR 差模增益Ad与共模增益Ac之比称为共模抑制比 如果电路完全对称 则共模抑制比为无穷大 3 3 2差分放大器 3 3 4差分放大器的动态分析 差模增益的求解 输
8、入电阻 输出电阻 3 3 2差分放大器 3 3 5差分放大器的四种接法 1 双端输入 双端输出 平衡输入 平衡输出 3 3 2差分放大器 3 3 5差分放大器的四种接法 2 双端输入 单端输出 平衡输入 非平衡输出 3 3 2差分放大器 3 3 5差分放大器的四种接法 3 单端输入 双端输出 非平衡输入 平衡输出 3 3 2差分放大器 3 3 5差分放大器的四种接法 4 单端输入 单端输出 非平衡输入 平衡输出 3 3 2差分放大器 3 3 5差分放大器的四种接法 各种输入方式的特点 双端输入 平衡输入 具有良好的抗共模干扰的能力 如果输出端也是平衡输出 要求信号源两端都是 热端 单端输入 非
9、平衡输入 单端输入总存在着一定的共模输入 共模输入的幅度为差模输入幅度的一半 单端输入与双端输入的差模输入电阻相同 线性电路满足叠加原理 差模输入电压 Uid Ui 共模输入电压 Uic Ui 2 各种输入方式的特点 双端输出 平衡输出 双端输出具有良好的共模抑制能力 双端输出两个端子都是 热端 4 单端输出 非平衡输出 单端输出共模抑制能力大大下降 但是依然具有一定的共模抑制能力 单端输出的差模增益比共模输出降低一半 3 3 2差分放大器 3 3 5差分放大器的四种接法 3 3 2差分放大器 3 3 6恒流源偏置的差分放大器 由于 发射极电阻Re的大小对于抑制工作点的漂移具有很大影响 但是如
10、果Re太大则将导致静态管子的静态集电极电流过小 从而导致放大器的输出电流太小 恒流源则既可以设置合适的电流 同时又具有相当大的动态电阻 从而使得差分放大器具有很低的共模增益 即相当高的共模抑制比 同样 恒流源不仅可以用来取代差分放大器的发射极电阻Re 同样 也可以用来取代放大器的集电极电阻Rc 以使得放大器获得合适的静态工作点的同时 能够获得相当高的增益 3 3 3互补输出级 由于 对于输出级的要求是 能够提供较大的输出电流 能够提供较小的输出电阻 能够设置较小的静态工作电流 从第 点和第 点来看 输出级必须是共集电极组态 即射极跟随器 从第 点来看 则一般采用互补输出级来解决 偏置 Ube倍增电路 当I1 I2 Ib3时 即 该电路还具有自动稳定功能 作业
