1、第三章 多级放大电路,内容提要,本章首先介绍以单管放大电路为单元电路所组成的多级放大电路的藕合方式及分析方法，然后阐明直接藕合放大电路的温漂问题，以及组成直接藕合多级放大电路的输入级差分放大电路和输出级互补电路。,第三章 目录,3.1 多级放大电路的藕合方式 3.2 多级放大电路的分析方法 3.3 直接耦合放大电路 3.4 直接耦合互补输出级 3.5 直接耦合多级放大电路,在第二章我们介绍了单管基本电压放大电路，由不同管子构成的各种接法的电路具有不同的特点。在实际应用中，为了进一步改善放大电路的性能，常根据具体需要将不同种接法组合起来构成多级放大电路，以得到多方面性能俱佳的放大电路。,组成多级
2、放大电路的每一个基本放大电路称为一级，级与级之间的连接方式称为藕合方式。,常见的藕合方式,直接藕合,阻容藕合,变压器藕合,光电藕合,3.1 多级放大电路的藕合方式,直接藕合:,优点：1. 低频特性好；2. 可以放大变化缓慢的信号；3. 易于制作集成电路。,【例如】,缺点：1. 前后级静态工作点相互影响，这就给电路的分析、设计、 和调试带来一定的困难；2. 存在零点漂移现象。,阻容藕合：,缺点：1. 低频特性差，不能放大变化缓慢的信号；2. 不便于集成,【例如】,优点：各级的静态工作点相互独立，所以电路的分析、设计和调试简单易行。因此，在分立元件电路中阻容藕合方式应用非常广泛主要用于小信号电压放
3、大。,变压器藕合：,优点：1、靠磁耦合，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，常用于功放电路,【例如】,RL=n2RL,缺点：1、低频特性差，不能放大变化缓慢的信号2、生产工艺复杂，笨重3、不能集成化。,光电藕合：,光电耦合放大电路抗干扰能力强，价格便宜，但其线性度不好。 注意：1.两边的“地”不相同；2.两边的电源必须隔离,信号源,光电藕合器,输出回路,【例如】,3.2 多级放大电路的分析方法 3.2.1 多级放大电路的静态分析,利用直流通路求解。 1、对于直接藕合放大电路,2、对于阻容藕合放大电路,列出电路 方程组 ，然后求解。,各级的静态工作点独立计算。,3.2.2
4、 多级放大电路的动态分析,一、多级放大电路交流等效电路（以两级为例）,* 前级的输出电阻是后级的信号源内阻,* 后级的输入电阻是前级的负载,二、动态参数的计算,1. 电压放大倍数,多级放大电路的电压放大倍数等于各级放大倍数的乘积。,2. 输入电阻,ri = ri1,多级放大电路的输入电阻等于第一级的输入电阻。,3. 输出电阻,ro = ro2,多级放大电路的输出电阻等于最后一级的输出电阻。,当共集放大电路作第一级时，输入电阻与其负载，即第二级的输入电阻有关；而当共集放大电路作最后一级时，它的输出电阻与其信号源内阻，即倒数第二级的输出电阻有关。,【例1】,第一级,第二级,+VCC,ui,uo,R
5、B1,RB2,RC1,RE2,T1,T2,RE1,RB3,+,+,+,+,C1,C2,C3,CE1,RL,RS,+,_,us,1. 求静态值：,这是一阻容藕合放大电路，第一级为共射放大电路，第二级为共集放大电路，各级静态值可单独计算。,2. 求动态参数：,第一级,第二级,其中RL1=ri2=RB3/rbe2+(1+2) (RE2/RL ),ri=ri1=RB1/RB2/rbe1,其中 RS=ro1=RC1,【例2】,1. 求静态值：,这是一直接藕合放大电路，第一级为共漏放大电路，第二级为共集放大电路。,直流通路,UGS= (ID+IB)RS,(1+)IBRE+UBE+(ID+IB)RS=VCC
6、,UGS、ID、IB,UDS=VCC (ID+IB)RS,UCE=VCC (1+)IBRE,2. 求动态参数：,ri2=rbe+(1+)(RE/RL),ri=ri1=RG,其中 RS=ro1=RS,3.2.3 多级放大电路的频率特性,Au,0.707Aum,0.5Aum,Aum,0,fL1,fL,fH1,fH,中频段两级阻容耦合放大电路总电压放大倍数:,在下限频率 fL1 = fL2 处,总电压放大倍数下降为,故通频带变窄了,f,3.3 直接耦合放大电路,零点温漂问题的解决方案差动放大电路,直接藕合放大电路的起因,信号变化缓慢,IC中不便制作大电容,直接藕合放大电路的问题零点温漂,3.3.1
7、直接耦合放大电路静态工作点的设置,UCE1=UBE2,T1的静态工作点接近饱和区,由于直接耦合使前后级之间存在着直流通路，造成各级工作点相互影响，为了使直接耦合的放大电路各自有合适的静态工作点，可采用下面几种解决办法。,一、提高后一级的射极电位,RE2,UCE1=UBE2+IE2RE2,RE2的引入使第二级的放大倍数大大下降,1. 在T2管射极加电阻RE2,2. 为解决第二级放大倍数下降的问题，可在T2管射极加稳压管或二极管。,DZ,二、采用NPNPNP的藕合方式,T2,采用NPNPNP藕合方式，由于PNP管的集电极电位比基极电位低，即使藕合的级数必较多，也可使歌级获得合适的静态工作点。而不至
8、于造成集电极电位逐级上升。,3.3.2 直接藕合放大电路的零点漂移现象,一、零点漂移现象,ui=0时，理论上uo应为常数，但实际上uo不为常数，而是缓慢无规则地变化着，这种现象称零点漂移。,二、零点漂移的危害,轻微时，难以区分信号和燥声，使执行机构误动作,严重时，阻塞信号通道使自控系统完全瘫痪,三、产生零点漂移的原因,起零点漂移的原因很多，如电源电压的波动、元器件的老化、半导体元件参数随温度的变化，都将产生uo的漂移。,采用高质量的稳压电源和使用经过老化实验的元器件可以大大减小由此而产生的漂移。所以由温度变化引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移的主要原因，因而零点漂移也称温度漂移，简称温漂
9、。,四、零点漂移的衡量指标,uid= uod/A等效的输入温漂电压 或 uid= uod/A/oC,五、抑制零点漂移的方法,采用差分式放大电路,用非线性元件进行温度补偿,在电路中引入直流负反馈,3.3.3 差分放大电路,一、基本电路,特点： 结构对称双入双出,uo,ui,1 、零点漂移的抑制,(1) 静态时, ui1 = ui2 = 0,IC1 = IC2,uo = uo1 uo2 = 0,uo1 = uo2,1 、零点漂移的抑制(续),(2) 温度变化时,IC1 = IC2,uo = uo1 uo2 = 0,uo1 = uo2,靠对称性消除零点漂移!,2 、输入信号,(1) 共模信号,ui1
10、 = ui2,由对称性,uo1 = uo2,uo = uo1 uo2 = 0,AC = uo / ui= 0,对共模信号无放大能力,事实上， 温漂共模信号,(2) 差模信号,ui1 = ui2,ui1 0,iC1 uo1 ,ui2 0,iC1 uo1 ,uo=uo1 uo2= 2uo1,由等效电路可知：,uo1/ui1 RC /(RB2 + rbe),而 ui= ui1 ui2 = 2 ui1,Ad = uo/ui =uo1/ui1= RC /(RB2 + rbe),与单管共射电路相同,ui,放大倍数如何？,(RB 1rbe),(3) 比较信号,ui1、ui2 任意,uo= Ad (ui1 u
11、i2),放大的是输入信号的差,差动AMP,对于任意的ui1、ui2有：,如 ui1= 4V， ui2= 8V,则 uc= 6V， ud= 2V,当 uc单独作用时，,uo= 0,当 ud单独作用时，,uo= 2 Adud= Ad(ui1 ui2),差动AMP常用于自控中,(4) 共模拟制比CMRR,(dB),二、改进电路,基本电路靠对称性拟制零漂，单端输出时无能为力。,改进措施：,(1) 引入VEE ，使ui1 = ui2 = 0时uo1 = uo2 = 0,(2) 引入RE ，稳定T1、T2 的工作点减小T1、T2 自身的零漂,当温度时，,二、改进电路(续),对于差模信号，,IC1= IC2
12、,IE= 0,E点仍为动态接地,双端输出，AC= 0,对于共模信号，,考虑到平衡电阻RP的影响,单端输出时， AC大大减小,三、理想电路,1.问题的提出,对于共模信号 IC1=IC2=IS/2，并且不变,2.改进电路,RE越大,抑制零漂越好,但RE越大 要求负电源VEE越高不实际。,对于差模信号 IC1 = IC2 IE = 0, E点动态接地,则 uo1 = uo2 = 0,不论双出/单出，AC= 0,仍有 Ad = RC/(RB+rbe), AC = 0,E,3.实例分析,静态分析,忽略IB3 ，则,IC3IE3=(UB3UBE3VEE )/RE3=0.37mA,动态分析,rBE1=rBE
13、2 =300+(1+)26/IE1=7.46k,IC1= IC2= IC3/2 = 0.185mA,UC1=UC2=VCC RCIC1 =2.3V,UB1= UB20, UE1 = UE2 0.7V,UCE1 = UCE2 =3V,双端输出时Ad= RC/(RB+ rBE1) = 133,单端输出时Ad= Ad /2 = 66.6,四、差放的四种接法,1.双端输入双端输出（ui输入、uo输出）,2.双端输入单端输出（ui输入、uo1或uo2输出）,3.单端输入双端输出（b点接地ui输入、uo输出）,4.单端输入单端输出（b点接地ui输入、uo1或uo2输出）,反相输出端,同相输出端,五、差放四
14、种接法的放大倍数计算,1.双入双出,2.双入单出,3.单入双出,效果与双入相同,4.单入单出,效果与单出相同,结论：,(1) Ad仅与输出方式有关，与输入无关！,(2) 单入/双入在效果上相同，但E点的电位不同。,六、负载对放大倍数的影响,反相端输出,同相端输出,单端输出时，差模放大倍数等于单管放大倍数的一半,b.单端输出：,a.双端输出：,七、差动放大电路的输入、输出电阻,1、输入电阻,=2(RB+rbe),与输入方式无关,a.双端(差模)输入：,a.单端输入：,=2(RB+rbe),差动放大电路的输出电阻,a.双端输出：,b.单端输出：,输出电阻ro=,2RC（双端输出） RC （单端输出
15、）,2、输出电阻,八、差分放大电路的传输特性,uo = f (ui),3.4 直接耦合互补输出级 3.4.1 基本电路,t,iL,0,交越失真,T1 、 T2 轮流导通,出现交越失真,3.4.2 消除交越失真,1. 利用二极管,rD1、rD2非常小，近似于短路,2. 利用UBE倍增电路,If I1I2IB ，则 Ubb(UBE/R4)(R3+R4) Ubb可以为UBE的任意倍数！,3.5 直接耦合多级放大电路 3.5.1 电路结构,3.5.2 实例分析,动态分析,各级的输入电阻分别为：,第一级：ri1= rbe1,第二级：ri2= rbe3 +(1+4)rbe4,第三级：ri3= rbe6+ (1+6)rbe7+(1+7)RL,各级的电压放大倍数分别为,Au1= 1/21(R1/ri2)/rbe1,Au2(34ib3ri3)/(ib3ri2)= (34 ri3)/ri2,Au3 1,若各管相同，且R1 ri2,Au= Au1Au2Au3,则 Au 1/2(3ri3)/rbe1 电压放大的作用来自于晶体管的,
