模拟电子技术基础第4章.

第4章多级放大电路和集成运算放大电路15-6学时24.1多级放大电路的耦合方式及分析4.2差动放大电路4.3集成运算放大电路第4章多级放大电路和集成运算放大电路作业4-34-74-84-134-143重点与难点第3章目录本章的重点:1.多级放大电路的耦合方式及其特点，多级放大电路的动态参数与组成它的各级电路的关系。2.差动放大电路工作原理、静态工作点、差模放大倍数、输入电阻、输出电阻的分析和估算。3.集成运放的特点、组成及主要参数4本章学习的难点:1.组成多级放大电路的各级电路的输入电阻和输出电阻及其对多级放大电路动态参数的影响。2.单端输出差动放大电路静态和动态的分析。5常见耦合方式有四种:直接耦合阻容耦合变压器耦合光电耦合多个基本放大电路连接构成了“多级放大电路”，每一个基本放大电路叫一“级”，级与级之间的连接方式叫“耦合方式”。4.1.1多级放大电路的耦合方式及分析64.1.1多级放大电路的耦合方式及分析1.直接耦合UCE1=UBE20.7V,使VT1接近饱和区,动态时易产生饱和失真。前一级输出直接接后一级输入解决办法：(提高UB2)(1)加入电阻RE2(影响Au2).7多级放大电路耦合时，要保证各级都要有合适的静态工作点。（2）在VT2的发射极加稳压管电阻R保证稳压管的电流大于最小稳压稳定电流.直流有压降(恒压),动态电阻小，对放大能力影响小。（3）NPN型和PNP型管配合使用问题：集电极电位逐级升高，级数受到限制UC2UB2(UC1)8（2）直接耦合方式的特点1）低频特性较好，可以放大变化缓慢的信号；2）电路中没有大电容，易于集成。3）各级静态工作点相互影响，电路的分析、设计和调试较困难。9零点漂移：输入电压为零而输出电压不为零，且缓慢变化的现象ut0o（3）直接耦合放大电路的零点漂移产生的原因：电源波动、元件老化、半导体元件参数随温度变化而产生变化。放大电路的漂移逐级放大，会造成电路无法正常工作。10抑制零点漂移的方法1）恒温室；2）温度补偿法；用热敏元件抵消温度的变化；采用“差动放大电路”3）引入直流负反馈稳定静态工作点主要原因：温度变化引起半导体器件参数的变化又称温度漂移（简称温漂）112.阻容耦合将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端。12特点：1）各级静态工作点相互独立，静态分析、设计和调试方便；2)电容容量较大，交流信号在传输过程中损失小；3）低频特性差，不能放大变化缓慢的信号；4）耦合电容的隔直作用使电路的温漂很小；5）大电容的存在，阻容耦合放大电路难集成。133.变压器耦合前级输出端通过变压器接到后级输入端或负载电阻上，前后级通过磁路耦合。14变压器耦合方式的特点：（1）各级静态工作点相互独立，设计、计算、调试方便；（2）只能放大交流信号，所以几乎没有零点漂移；15（3）低频特性差，不能用来放大直流和缓慢变化的信号。（4）变压器的存在，不便集成，用于分立元件电路中。（5）最大特点可以实现电流、电压和阻抗变换。164.光电耦合(1)光电耦合器以光信号为媒介实现电信号的耦合与传递。将发光元件与光敏元件相互绝缘地组合在一起。发光元件为输入回路：将电能转换为光能；光敏元件为输出回路：将光能转换为电能。DT1T2iciDceuD+-光电耦合器17传输特性描述了光电晶体管集电极电流及管压降与发光二极管电流的关系。iC几乎仅由iD决定DT1T2iciDceuD+-uCEID3ID2ID1增大IDic传输特性18(2)光电耦合放大电路光电耦合电路输入回路与输出回路间没有电气连接，靠光耦合，具有较强的抗干扰能力。DT1T2usVRs+-+-uo+VCC信号源光电耦合器输出回路1920四种耦合方式的特点直接耦合：直流工作点相互影响，存在零点漂移的问题；便于集成。阻容耦合：静态工作点相互独立，零点漂移不明显；不易集成。变压器耦合：静态工作点相互独立，零点漂移弱，可实现阻抗变换；不易集成。光电耦合：电气连接，适于设备之间信号的传输。4.1.2多级放大电路的分析1.静态工作点的分析阻容耦合电路各级静态工作点相互独立，计算方法同单管放大电路。直接耦合电路各级静态工作点相互影响，需列方程组求解。常以特殊电位点做为突破口，简化求解过程。21例4-1某放大电路直流通路如图所示，求解其静态工作点，已知1=50,2=35,UZ=4VCC1B21V0.7I0.12mAR0.7I0.1mARBQ112CQ11BQ1III0.02mAII1mA22BQCQCEQI,I,UOQCCCQ2C2UVIR=7.1VCCCEQ13C1VUI1.07mARBQ23CQ1III=0.07mACQ22BQ2II2.45mACEQ1BEQ2ZUUU4.7V23(2)动态性能的分析多级放大电路方框图1)电压增益24oo1o2onuu1u2uniii2inUUUUAAAAUUUU总电压增益等于组成它的各级放大电路电压增益的乘积。注意:计算时注意前后级的相互影响。可以采用：每一级的Au必须将后一级的输入电阻作为前一级的负载。252）输入电阻ii1RR注意:I多级放大电路输入电阻为第一级的输入电阻。II将后一级的输入电阻作为前一级的负载。263）输出电阻OOnRR注意:I多级放大电路输出电阻为最后一级的输出电阻。II将前一级的输出电阻作为后一级的信号源内阻。27例:写出图示电路的电压增益、输入电阻和输出电阻，已知三个管子的参数分别为：1，2，3，rbe1,rbe2,rbe3。解：画出多级放大电路的微变等效电路，逐级进行计算过程复杂。根据所学知识，直接写出总电路的各参数的表达式。28静态工作点稳定电路静态工作点稳定电路共集电路293012u1be113RAr(1)R22i2RR//R,i26be227RR//[r(1)R]27u2be227(1)RAr(1)R77i3RR//Ri389be3RR//R//r3112101031033//RRRrRAbeu321uuuuAAAA323312312622789311327893227893310123////[(1)//////](1)(1)//////(1)////////()uuuubebebebebebebeAAAARRrRRRrrRRRRrrRRRrRRr输入电阻ii115be113RRR||R||[r(1)R]34输出电阻OO310RRR35如果输入级（或输出级）为共集电路，则输入电阻（输出电阻）的计算需考虑后（前）级的影响36共集电极放大电路作为输出级共射共集VCCC1RLR1VT1C2R3C3C4R2R4R5R6iUoUVT2LbeiibeuRRRRrRRRRRrRA//],)1(//[,//,66622522331311电压增益622622)1()1(RrRAbeu21uuuAAA37输入电阻1121////ibeiRrRRR共射共集VCCC1RLR1VT1C2R3C3C4R2R4R5R6iUoUVT238输出电阻25362////1berRRR共射共集VCCC1RLR1VT1C2R3C3C4R2R4R5R6iUoUVT2Ro125O162////1beorRRRR考虑前级输出电阻影响注意：计算输出电阻一定去掉RL思考：如果输入级为共集电路？3940补充：2.6.2共射－共基放大电路2212222BBCCBBRRVRU2111211BBCCBBRRVRU7.07.02211121BECEBCCUUURUII基极电位可以求得静态分析404111Lu1be1'RAr2C2u2be2RArbe21L2'1rRbe212C22ube1be21rRArr12C2ube121RAr42组合电路的电压增益与单管共射放大电路近似优点在于有较宽的频带4212C2ube121RAro1C2uibe1URAUr4.2差动放大电路1.电路的组成4.2.1差动放大电路(简称：差放）特性相同的管子，组成结构对称的电路2.抑制零点漂移的原理因为两个管子的特性相同，当外界条件变化时，两管的集电极电位始终相等，使输出端电压为0，因此抑制了零点漂移。433.信号的输入方式和电路的响应（1）共模输入方式两输入端接相同的信号的输入方式共模信号：大小相等、极性相同的信号icU44ici2i1UUU45共模电压增益0干扰信号可等效为共模信号，该差动放大电路输出端的共模电压为零45icoccUUA差模信号：大小相等、极性相反的信号idU（2）差模输入方式加在两管输入端的信号大小相等，极性相反的输入方式idi2i1UUU4647输入信号为idiiUUU221差模电压增益idoddUUA222221111CCBiCCBiuiiuuiiu输出电压不为零，出现差模输出信号47整个差放的电压增益与半电路相等，是增加一半电路以换取对零点漂移的抑制。iddiddiddodododUAUAUAUUU121212)(整个电路的输出电压差放电路的差模电压增益12didoddAUUA48（3）任意输入方式两输入端接的输入信号分别为21iiUU和将任意输入信号看作由共模输入分量和差模输入分量组成)(21),(212121iiidiiicUUUUUU得到：icidiicidiUUUUUU21,49两个输入端之间有差别，输出端才有变动，因此称为差动放大电路。因为共模电压增益为零，输出电压中只有差模分量)(22111iididdoUUAUAU50（4）存在的问题及解决方案两半电路不完全对称或输出信号取自一个管子的集电极时，电路没有抑制零点漂移的能力，必须提高每一半电路静态工作点的稳定性。51在射极接大电阻，同时采用正负电源保证合适的静态电流及动态范围。该电路称为“长尾式差动放大电路”。又称为“射极耦合差动放大电路”。524.2.2射极耦合差动放大电路的分析1.射极耦合差动放大电路的静态分析条件:输入信号为零BQ1BEQEQRPEQEEE1IRUI(R)2IRV253EQEQ2EQ1RE2IIII温度影响小，Q点稳定EEBEQBQ1ERPVUI1R2(1)R(1)(R)254EEEQBQEVI(1)I2RCQ1CQ2CCCQCUUVIRCEQ1CCEECQCEQE()2UVVIRIRCEQ1CQEQCCCQCBEQBQ1UUUVIRUIR或OQCQ1CQ20UUU552.射极耦合差动放大电路的动态分析双端输入、双端输出ii1i2UUU将画成和串联的形式ici1i2idi1i21()21()2UUUUUU共模和差模输入分量分别为56（1）差模电压增益差模信号作用下，两个管子射极电流一个增大一个减小，射极电阻RE上的总电流不变，所以滑动端C电位恒定不变，相当于交流接地.同样两管集电极电位一个升高一个降低，负载电阻RL两端电位一端升高，一端降低，中点电位恒定，相当于交流接地CC点交流接地RL中点交流接地57差模电压增益(2)差模输入电阻:id1beRP12[(1)()]2RRrRodC2RR(3)差模输出电阻:58CLoddid1beRP1(//)212(1)2RRUAURrR(５)共模抑制比KCMR:为了衡量差动放大电路对差模信号的放大能力和对共模信号的抑制能力dCMRcAKA此值越大越好CMRK电路对称且信号双端输出时（4）共模电压增益059(8)电压传输特性线性关系uoduId只在一定范围内才成线