模電電子教案第3章.ppt

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第三章多級放大電路,一、多級放大電路的耦合方式,二、多級放大電路的動(dòng)態(tài)分析,三、差分放大電路,四、互補(bǔ)輸出級,3.1多級放大電路的耦合方式,一、耦合方式,當(dāng)單級放大電路不能滿足多方面的性能要求（如Au＝104、Ri=2MΩ、Ro=100Ω）時(shí)，應(yīng)考慮采用多級放大電路。組成多級放大電路時(shí)首先應(yīng)考慮如何“連接”幾個(gè)單級放大電路，耦合方式即連接方式。,常見耦合方式有：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合、光電耦合等。,1.直接耦合,,既是第一級的集電極電阻，又是第二級的基極電阻,能夠放大變化緩慢的信號，便于集成化，Q點(diǎn)相互影響，存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。,當(dāng)輸入信號為零時(shí)，前級由溫度變化所引起的電流、電位的變化會逐級放大。,輸入為零，輸出產(chǎn)生變化的現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移,第二級,第一級,如何設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)？,Q1合適嗎？,對哪些動(dòng)態(tài)參數(shù)產(chǎn)生影響？,用什么元件取代Re既可設(shè)置合適的Q點(diǎn)，又可使第二級放大倍數(shù)不至于下降太大？,若要UCEQ＝5V，則應(yīng)怎么辦？用多個(gè)二極管嗎？,二極管導(dǎo)通電壓UD＝？動(dòng)態(tài)電阻rd＝？,Re,如何設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)？,UCEQ1太小→加Re（Au2數(shù)值↓）→改用D→若要UCEQ1大，則改用DZ。,穩(wěn)壓管伏安特性,小功率管多為5mA,由最大功耗得出,必要性？,rz＝Δu/Δi，小功率管多為幾歐至二十幾歐。,NPN型管和PNP型管混合使用,問題的提出：在用NPN型管組成N級共射放大電路，由于UCQi＞UBQi，所以UCQi＞UCQ(i-1）（i=1～N），以致于后級集電極電位接近電源電壓，Q點(diǎn)不合適。,UCQ1（UBQ2）＞UBQ1UCQ2＜UCQ1,2.阻容耦合,Q點(diǎn)相互獨(dú)立。不能放大變化緩慢的信號，低頻特性差，不能集成化。,共射電路,共集電路,有零點(diǎn)漂移嗎？,利用電容連接信號源與放大電路、放大電路的前后級、放大電路與負(fù)載，為阻容耦合。,3.變壓器耦合,從變壓器原邊看到的等效電阻,可能是實(shí)際的負(fù)載，也可能是下級放大電路,理想變壓器情況下，負(fù)載上獲得的功率等于原邊消耗的功率。,3.2多級放大電路的動(dòng)態(tài)分析,1.電壓放大倍數(shù),2.輸入電阻,3.輸出電阻,對電壓放大電路的要求：Ri大，Ro小，Au的數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。,分析舉例,討論一失真分析：由NPN型管組成的兩級共射放大電路,,,,共射放大電路,,共射放大電路,,,,,飽和失真？截止失真？,首先確定在哪一級出現(xiàn)了失真，再判斷是什么失真。,比較Uom1和Uim2，則可判斷在輸入信號逐漸增大時(shí)哪一級首先出現(xiàn)失真。,在前級均未出現(xiàn)失真的情況下，多級放大電路的最大不失真電壓等于輸出級的最大不失真電壓。,討論二放大電路的選用,按下列要求組成兩級放大電路：①Ri＝1～2kΩ，Au的數(shù)值≥3000；②Ri≥10MΩ，Au的數(shù)值≥300；③Ri＝100～200kΩ，Au的數(shù)值≥150；④Ri≥10MΩ，Au的數(shù)值≥10，Ro≤100Ω。,①共射、共射；②共源、共射；③共集、共射；④共源、共集。,一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因,1.什么是零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的現(xiàn)象。,產(chǎn)生原因：溫度變化，直流電源波動(dòng)，元器件老化。其中晶體管的特性對溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂。,克服溫漂的方法：引入直流負(fù)反饋，溫度補(bǔ)償。典型電路：差分放大電路,3.3差分放大電路,二、長尾式差分放大電路的組成,零輸入零輸出,若V與UC的變化一樣，則輸出電壓就沒有漂移,零點(diǎn)漂移,參數(shù)理想對稱：Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，Re1=Re2;T1、T2在任何溫度下特性均相同。,長尾式差分放大電路的組成特點(diǎn),典型電路,在理想對稱的情況下：1.克服零點(diǎn)漂移；2.零輸入零輸出。,三、長尾式差分放大電路的分析1.Q點(diǎn)：令uI1=uI2=0,1.Q點(diǎn),晶體管輸入回路方程：,通常，Rb較小，且IBQ很小，故,2.抑制共模信號,共模信號：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號，即,2.抑制共模信號：Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔?Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔茫簻囟茸兓鸬淖兓刃楣材Ｐ盘?對于每一邊電路，Re=?,如T(℃)↑→IC1↑IC2↑→UE↑→IB1↓IB2↓→IC1↓IC2↓,抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。,3.放大差模信號,△iE1=－△iE2，Re中電流不變，即Re對差模信號無反饋?zhàn)饔谩?差模信號：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號，即,為什么？,差模信號作用時(shí)的動(dòng)態(tài)分析,差模放大倍數(shù),4.動(dòng)態(tài)參數(shù)：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR,共模抑制比KCMR：綜合考察差分放大電路放大差模信號的能力和抑制共模信號的能力。,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，信號源需要有“接地”點(diǎn)，以避免干擾；或負(fù)載需要有“接地”點(diǎn)，以安全工作。,根據(jù)信號源和負(fù)載的接地情況，差分放大電路有四種接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。,四、差分放大電路的四種接法1.雙端輸入單端輸出：Q點(diǎn)分析,由于輸入回路沒有變化，所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時(shí)一樣。但是UCEQ1≠UCEQ2。,1.雙端輸入單端輸出：差模信號作用下的分析,1.雙端輸入單端輸出：共模信號作用下的分析,1.雙端輸入單端輸出：問題討論,（1）T2的Rc可以短路嗎？（2）什么情況下Ad為“＋”？（3）雙端輸出時(shí)的Ad是單端輸出時(shí)的2倍嗎？,2.單端輸入雙端輸出,輸入差模信號的同時(shí)總是伴隨著共模信號輸入：,在輸入信號作用下發(fā)射極的電位變化嗎？說明什么？,3.單端輸入單端輸出,靜態(tài)時(shí)的值,問題討論：（1）UOQ產(chǎn)生的原因？（2）如何減小共模輸出電壓？,3.四種接法的比較：電路參數(shù)理想對稱條件下,輸入方式：Ri均為2(Rb+rbe)；雙端輸入時(shí)無共模信號輸入，單端輸入時(shí)有共模信號輸入。,輸出方式：Q點(diǎn)、Ad、Ac、KCMR、Ro均與之有關(guān)。,五、具有恒流源的差分放大電路為什么要采用電流源？,Re越大，共模負(fù)反饋越強(qiáng)，單端輸出時(shí)的Ac越小，KCMR越大，差分放大電路的性能越好。但為使靜態(tài)電流不變，Re越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。需在低電源條件下，得到趨于無窮大的Re。,解決方法：采用電流源！,五、具有恒流源的差分放大電路,等效電阻為無窮大,近似為恒流,1)RW取值應(yīng)大些？還是小些？2)RW對動(dòng)態(tài)參數(shù)的影響？3)若RW滑動(dòng)端在中點(diǎn)，寫出Ad、Ri的表達(dá)式。,六、差分放大電路的改進(jìn)1.加調(diào)零電位器RW,2.場效應(yīng)管差分放大電路,討論一,若uI1=10mV，uI2=5mV，則uId=？uIc=？,uId=5mV，uIc=7.5mV,討論二,1、uI=10mV，則uId=?uIc=?2、若Ad=－102、KCMR＝103用直流表測uO，uO=?,uId=10mV，uIc=5mV,uO=AduId+AcuIc+UCQ1,一、對輸出級的要求,互補(bǔ)輸出級是直接耦合的功率放大電路。對輸出級的要求：帶負(fù)載能力強(qiáng)；直流功耗?。回?fù)載電阻上無直流功耗；最大不失真輸出電壓最大。,3.4互補(bǔ)輸出級,二、基本電路,靜態(tài)時(shí)T1、T2均截止，UB=UE=0,1.特征：T1、T2特性理想對稱。,2.靜態(tài)分析,T1的輸入特性,理想化特性,3.動(dòng)態(tài)分析,ui正半周，電流通路為+VCC→T1→RL→地，uo=ui,兩只管子交替工作，兩路電源交替供電，雙向跟隨。,,,ui負(fù)半周，電流通路為地→RL→T2→-VCC，uo=ui,4.交越失真,消除失真的方法：設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。,,,信號在零附近兩只管子均截止,開啟電壓,三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級,對偏置電路的要求：有合適的Q點(diǎn)，且動(dòng)態(tài)電阻盡可能小，即動(dòng)態(tài)信號的損失盡可能小。如果信號為零時(shí)兩只管子處于臨界導(dǎo)通或微導(dǎo)通狀態(tài)，那么當(dāng)有信號輸入時(shí)兩只管子中至少有一只導(dǎo)通，因而消除了交越失真。二極管導(dǎo)通時(shí)，對直流電源的作用可近似等效為一個(gè)0.6～0.8V的直流電池，對交流信號的作用可等效為一個(gè)數(shù)值很小的動(dòng)態(tài)電阻。,三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級,四、準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級,,,,為保持輸出管的良好對稱性，輸出管應(yīng)為同類型晶體管。,五、直接耦合多級放大電路1.放大電路的讀圖方法,（1）化整為零：按信號流通順序?qū)級放大電路分為N個(gè)基本放大電路。（2）識別電路：分析每級電路屬于哪種基本電路，有何特點(diǎn)。（3）統(tǒng)觀總體：分析整個(gè)電路的性能特點(diǎn)。（4）定量估算：必要時(shí)需估算主要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)。,2.例題,第一級：雙端輸入單端輸出的差放,,,,,,第二級：以復(fù)合管為放大管的共射放大電路,第三級：準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級,,動(dòng)態(tài)電阻無窮大,（1）化整為零，識別電路,（2）基本性能,輸入電阻為2rbe、電壓放大倍數(shù)較大、輸出電阻很小、最大不失真輸出電壓的峰值接近電源電壓。,,,（3）判斷電路的同相輸入端和反相輸入端,,,＋,－,－,＋,＋,整個(gè)電路可等效為一個(gè)雙端輸入單端輸出的差分放大電路。,＋,同相輸入端,反相輸入端,（4）交流等效電路,,,,可估算低頻小信號下的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等。,差動(dòng)放大電路如圖所示，已知β1=β2=100，UCC=UEE=12V，UBE=0.7V，rbb’=300Ω，Rb=5kΩ，RC=10kΩ，Re=11.3kΩ，RL=10kΩ,試求：差模電壓放大倍數(shù)；共模電壓放大倍數(shù)；當(dāng)ui=10mV時(shí)，求輸出電壓uo的值。,兩級放大電路如圖1所示，已知β=100，UBE=0.7V，rbb’=200Ω（1）求各級的靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）畫出微變等效電路；（3）求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。,