第三章多级放大和功率放大电路

第三章多级放大和功率放大电路3.1多级放大电路++++第一级A1第二级A2An第n级uoiu1.阻容耦合优点：•各级放大器静态工作点独立。•输出温度漂移比较小。缺点：•不适合放大缓慢变化的信号。•不便于作成集成电路。+—++Re1b12Rb11Rc1RRb2b1Cb2CT1ou_uib3LTV2CRCCRe2一.多级放大电路的耦合方式2.直接耦合优点：•各级放大器静态工作点相互影响。•输出温度漂移严重。缺点：•可放大缓慢变化的信号。•电路中无电容，便于集成化。+++—-uR21oVTTRie1e2CCuc1RRb11EEV二、直接耦合放大电路的特殊问题—零点漂移零点漂移——当把一个直接耦合放大电路的输入端短路时，即输入信号为零时，由于种种原因引起输出电压发生漂移（波动）。零点漂移严重时，有用信号完全被漂移电压淹没，使放大器无法正常工作。产生原因——晶体管参数随温度变化、电源电压波动等。直接耦合放大电路中，抑制零点漂移最有效的方法——采用差动式放大电路。三.多级放大电路的分析方法两级之间的相互影响注意：在算前级放大倍数时，要把后级的输入阻抗作为前级的负载！++++io1Ruo1-u+i1Ro2oR-LuuRA2+o1i2oRR-u+负载o2A1iR•后级的输入阻抗是前级的负载•前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗i.o.uUUAo1.o.i.o1.UUUUu2u1AA电压放大倍数（以两级为例）扩展到n级：unu2u1uAAAA输入电阻输出电阻Ri=Ri（最前级）(一般情况下）Ro=Ro（最后级）(一般情况下）++++io1Ruo1-u+i1Ro2oR-LuuRA2+o1i2oRR-u+负载o2A1iR设：1=2==50，UBE1=UBE2=0.6V。举例1：两级放大电路如下图示，求Q、Au、Ri、Ro+++++Rb1Vi+c1R’Rub2e1b1Te1CCCR-CRb2e2R+ou-1T239k13k3k1k120k2.4k+LR2.4k+Re11.5k解：（1）求静态工作点2.09mA115.06.03'21e1BEB11CQ1eEQRRUUI、IuA42/3CQ1BQ1I、IV79.4)115.03(09.212)'(411c1CQ1ccCEQ1EERRRIV、U3V13*133913=1b2b1b2CCB1RRRV、U+++++++Rb1Vi+c1R’Rub2e1b1Te1CCCR-CRb2e2R+ou-1T239k13k3k1k120k2.4kLR2.4kRe11.5kmA4.24751)1(3BQCQ2EQ2II、I22BE22BQ2CC1EEQBRIURI、VV24.64.24.2124E22CCCEQ2RIU、UEQuARRUV、IEBBECC474.2511206.012)1(222BQ2+++++Rb1Vi+c1R’Rub2e1b1Te1CCCR-CRb2e2R+ou-1T239k13k3k1k120k2.4kLR2.4kRe11.5k（2）求电压放大倍数先计算三极管的输入电阻Ωk835)501(047.02651300mA)(mV)(26)1(=Ωk919)501(042.02651300mA)(mV)(26)1(=E2bbbe2E1bbbe1IrrIrr+++++Rb1Vi+c1R’Rub2e1b1Te1CCCR-CRb2e2R+ou-1T239k13k3k1k120k2.4kLR2.4kRe11.5k画微变等效电路：iii++++b1b2b1+ib1c1iii-rb1c1RuRbe1RRc1rib2c2c2be2b2b2-oRRe2uo+RLRe1b2R+++++Rb1Vi+c1R’Rub2e1b1Te1CCCR-CRb2e2R+ou-1T239k13k3k1k120k2.4kLR2.4kRe11.5k电压增益：,3.1615.051919.0)79.250)1('=1be111eLuRrRA986.02.151853.02.151')1(')1(=2be22u2LLRrRA07.16986.03.1621uuuAAAiii++++b1b2b1+ib1c1iii-rb1c1RuRbe1RRc1rib2c2c2be2b2b2-oRRe2uo+RLRe1b2RRi2=Rb2//[rbe+(1+)(Re2//RL)=120//[0.853+51(2.4//2.4)]=40.9KR’L1=RC1//Ri2=3//40.9=2.79KR’L2=Re2//RL=2.4//2.4=1.2K（3）求输入电阻Ri=Rb1//Rb2//[rbe1+(1+)Re1]=4.56k（4）求输出电阻iii++++b1b2b1+ib1c1iii-rb1c1RuRbe1RRc1rib2c2c2be2b2b2-oRRe2uo+RLRe1b2R,9.7151853.0)120//3(//4.21)//(//R221e2bebcorRRR)()(||)(ffAfAUU其中：称为放大器的幅频响应)(||fAU称为放大器的相频响应)(f1、频率响应——放大器的电压放大倍数及输入与输出相位差和频率的关系3.2放大电路的频率特性一、频率的基本概念2、完整的共射放大电路的频率响应)j1(1)j1(1HLusmusffffAAf-180°fHfL-225°-270°-135°-90°十倍频/45十倍频/45BW=fh-flAuuAffHfL）（dB||lg20UA-20dB/十倍频程||lg20usmA20dB/十倍频程0.707Aum二.单级阻容耦合放大电路的低频特性对于如图所示的共射放大电路，分低、中、高三个频段加以研究。1.中频段所有的电容均可忽略。可用前面讲的h参数等效电路分析180+TVCb2u+b1RCRoCC-Rb1cLS+-R-+SuuibeLiSirRRRRuuASOusm中频电压放大倍数：低频段在低频段，三极管的极间电容可视为开路，耦合电容C1、C2不能忽略。为方便分析，现在只考虑C2=10uF1L]//[(211CRrRfCSbeb）只考虑该电路有一个RC高通环节。有下限截止频率：632C210101014.311211000uffcXHzf中频KuffcXHzf59.110101014.3112110622低频22L(212CRLRfCC）只考虑21L//////1(21bbSsebeSERRRRCRrRfCe）只考虑≈15.9Ω＜＜RL＝2kΩ++S-u+iS+R-uubiLRr-beiiobbbRcc+ReC¦ÂC22umuL1AAffL＋＝ffLLarctgbes1LrRC2＋１＝f为下限截止频率。当Lff＝时，电压放大倍数AuL＝0.707Aum，附加相移oL45＝＋0foL90＝＋当时，AuL＝0，当Lff时，oL0＝，AuL＝Aum。只考虑C2的影响时，下限截止频率为)RR(C21L2c2Lf只考虑Ce的影响时，下限截止频率为eebesLC)R1rR[(21∥＋＋f＝sRRs∥Rb1∥Rb2在高频段，耦合电容C1、C2可以可视为短路，三极管的极间电容不能忽略。电压放大倍数在高频区下降的原因是由于三极管的结电容这时要用混合π等效电路，画出高频等效电路如图所示。高频段为了便于分析只考虑电容Ci的影响时，忽略Co的影响。根据高频区等效电路分析，考虑Ci影响时的高频区电压放大倍数的模和附加相移分别为iRsUsRbrb'eCUb'eUb'egmLiUebb'cUorb'b++££+Cb'c.....+£RcRicbb'eCiCo2HumuH1AAff＋＝HHarctgff＝－besiHrRC∥＝21f为上限截止频率。当f＝fH时，电压放大倍数AuH＝0.707Aum，附加相移oH45＝－foH90＝－当时，AuH＝０，当f＜＜fH时，AuH＝Aum，0H＝。由两个相同单级放大电路组成的两级放大电路中，若每一级的中频电压放大倍数为AU1，则两级放大电路的下限、上限频率都是对应于电压放大倍数为0.707Aum1。AU=(0.707Aum1)2级数越多，通频带越窄四、多级放大电路的频率特性例：扩音系统什么是功率放大电路？在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器3.3功率放大电路功率放大电压放大信号提取功放电路的特点（2）功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM、UCEM、PCM。ICMPCMUCEM（1）输出功率Po尽可能大。输出功率大Icuce(3)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真非线性失真小。(4)电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）效率高。Po:负载上得到的交流信号功率。PE：电源提供的直流功率。%100EOPP（5）功放管散热和保护问题互补对称功放的类型互补对称功放的类型双电源电路又称OCL电路（无输出电容）单电源电路又称OTL电路（无输出变压器）LCCoRVP22maxLCCoRVP82max二、OCL电路—无输出电容直接耦合的功放电路＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR组合特性分析——图解法负载上的最大不失真电压为Uom=VCC-UCESiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUomT1T2=PP)4(22omomCCLUUVR输出功率最大输出功率单管管耗两管管耗L2CCL2cemL2omomR21R21R21PUUU＝＝LomLomomoooRRP2U212U2UIU＝＝＝)4(R1P2omomCCLT1UUU－iC1uCEiC2QVCCUCESUCESUomCComEo4=VUPP最大功率直流电源供给的功率效率利用二极管进行偏压的OCL电路LomCCToR2PPPUUu＝＋＝L2CCmR2PUu＝当Uom≈UCC时，则4u＝＝PPo78.5％理想值uuVT1VT2+VCC-VCCoiLR1、基本原理.单电源供电；.输出加有大电容。（1）静态偏置三.OTL电路调整RW阻值的大小，可使CCP21VU此时电容上电压CCC21VU+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO（2）动态分析（电容起到了负电源的作用）Ui负半周时，T1导通、T2截止；Ui正半周时，T1截止、T2导通。+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO（3）输出功率及效率若忽略交越失真的影响。则：LCCLooRVRUP8)2(22maxmax%5.78max2maxCCoVU此电路存在的问题：输出电压正方向变化的幅度受到限制，达不到VCC/2。+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO四、BTL电路—用两组对称和互补电路组成，输出功率可增大好几倍（比OTL电路提高4倍）。优点：综合了OTL和OCL接法的优点，并避免了电容对信号频率特性的影响，可使用单电源，也可以使用双电源。一、放大电路中的干扰及其抑制方法3.4放大电路工程应用技术干扰（噪声）—一切能影响电子设备正常工作的无用信号。抑制方法—避开干扰源；屏蔽；滤波；选用低噪声元器件；调整电路布局和布线方式二、功率管的并联和散热问题功率管的并联应用—输出功率加倍散热—加装铝散热片三、放大电路故障分析和