模拟电路备课教案第三章-多级放大电路

第三章多级放大电路一、内容提要：本章介绍由基本放大电路为单元电路组成的多级放大电路的耦合方式及分析方法；直接耦合多级放大电路的组成及分析；零点漂移的基本概念；差分放大电路的分析计算；互补输出级电路。二、重点和难点：本章是学习集成运算放大电路的基础。本章的重点是多级放大电路的耦合方式及特点，多级放大电路的动态参数与组成它的各级电路的关系，差分放大电路工作原理和静态工作点、差模放大倍数、共模放大倍数、共模抑制比、输入电阻、输出电阻的分析和估算，互补输出级的工作原理。难点：组成多级放大电路的各级电路的输入电阻和输出电阻对多级放大电路动态参数的影响，单端输出差分放大电路静态和动态的分析，为什么在直流信号作用时的输出电压需用交流等效电路来分析等问题。作业：3.1（A）（B）（C），3.2（A），3.5，3.6，3.1多级放大电路的耦合方式级间耦合：多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级；级与级之间的连接称之为耦合。多级放大电路有四种基本耦合方式：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。3．1．1直接耦合将前一级的输出用导线直接连接到后一级的输入端的耦合方式，称之为直接耦合。一．直接耦合放大电路静态工作点的设置例3.1计算图3.1所示直接耦合放大电路的静态工作点，并在输出特性曲线上标出该静态工作点，进行动态范围和失真的定性分析。计算放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。已知：Rs=1.5k，Rb1=20k，Rc1=2.2k，Rc2=720，Vcc=12V，1=2=50，T1、T2均为硅管。1115()CBIImA120.7()CEBEVVV从计算的过程可以看出，直接耦合放大电路的静态工作点是相互影响的；从图中可以看出，T1的静态工作点靠近饱和区，容易产生饱和失真。22231210107204.8()CECCCCVVIRV2211120.75200()2.2CCBEBCCVVIIRAk22210()CBIImA22222111211112112221212(//)(//)obeccbecbevibebebebebecbecvvbebeVIRRIRrAVIrIrrRrRAArr2ocrR直接耦合放大电路的改进形式：问题：DZ的接入将逐级抬高集电极的静态电位，使之接近于电源电压，引起后级的静态工作点不合适。二、直接耦合放大电路的优缺点优点：具有良好的低频特性，可以放大缓慢变化的信号；无大电容和电感，容易集成。缺点：静态工作点相互影响，分析、计算、设计较复杂；存在零点漂移。3．1．2阻容耦合将前一级的输出用电容连接到后一级的输入端的耦合方式，称之为阻容耦合。例3.2图3.5所示阻容耦合放大电路，推导静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。提示：（1）在直流通路上求解静态工作点，此时电容相当于开路；（2）在微变等效电路上求解交流参数，此时电容和直流电源均相当于短路。阻容耦合放大电路的直流通路是相互独立的，电路的分析、计算和调试比较容易，是分立元件放大电路的主要耦合方式。其缺点是低频特性差，不能放大缓慢变化的信号；由于耦合电容容量较大，所以不便于集成化。3．1．3变压器耦合将前一级的输出通过变压器连接到后一级的输入端（或负载上）的耦合方式，称之为变压器耦合。例3.3对图3.6所示放大电路进行静态和动态分析。提示：（1）在直流通路上求解静态工作点，此时电容相当于开路，电感相当于短路；（2）在微变等效电路上求解交流参数，此时电容和直流电源均相当于短路，变压器相当于阻抗变换器。2'212LLLNRnRRN变压器耦合放大电路的直流通路也是相互独立的，电路的分析、计算和调试比较容易；可以实现阻抗变换，在分立元件功率放大电路中应用广泛。其缺点是低频特性差，不能放大缓慢变化的信号；体积大，而且非常笨重，不能集成化。3．1．4光电耦合以光信号为媒质来实现电信号的耦合与传递。输出特性：()DCCEIifu传输比：(0.1~1.5)CECBUiCTRi只有光电耦合放大电路的最大优点是可以实现输入回路和输出回路的电气隔离，从而可有效地抑制电干扰。但其放大能力较差，可用集成光电耦合放大器解决。差分放大电路1.直接耦合放大电路的零点漂移现象一、直接耦合放大电路的零点漂移零漂：输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产生。主要原因：温度变化引起，也称温漂。电源电压波动、元件老化等也会产生输出电压的漂移。温漂指标：温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。二、抑制零点漂移的方法（1）在电路中引入直流负反馈。（2）采用温度补偿。（3）采用差分式放大电路。2.差分放大电路一、电路的组成和抑制温漂的原理电路特点：T1、T2所在的两边电路参数完全对称。温度变化和电源电压波动，都将使T1、T2集电极电流产生变化，且变化趋势是相同的，因此当从T1、T2集电极输出信号时，其变化量相互抵消，理想情况下，没有温漂。二、差放电路的分析计算1、静态分析1111111122(1)2(1)BbBEeEEEEEBEEEBEBbeeIRVRIVVVVVIRRR111CBII122CE1CCCcE1eEECCEEC1ceVVIRIRVVVI(RR)2、动态分析（1）共模输入：△uI1=△uI2=△uIc，称之为共模输入信号。共模电压放大倍数：+uo-+us-图3.9光电耦合放大电路Rc+VccRs111212(1)OOccIIccbbeeauuAAuuRRrR（）单端输出时：11112()0OOOcIIcccbuuuAuuAA双端输出时：以上计算结果表明：（1）单端输出时，差放电路对共模信号的抑制是通过Re的强烈负反馈实现的；（2）双端输出时，差放电路对共模信号的抑制主要是通过电路参数的对称性实现的；在电路参数不完全对称时，通过Re的强烈负反馈作用，进一步抑制共模信号。（2）差模输入：△uI1=-△uI2=△uId/2，称之为差模输入信号。差模电压放大倍数：1112()12/212OOddIdIdcbbeauuAAuuRRr单端输出时：2()IdidbbeBurRriodcrR12121()2OOOdIdIddddbuuuAuuAAA双端输出时：2()IdidbbeBurRri2odcrR思考题（1）为什么差放可以抑制零漂？（2）当输出端接负载电阻RL时，静态工作点和差模电压放大倍数如何？共模抑制比：dCMRCMRcAKKA，理想情况下，三、差放电路的四种接法前面我们已经介绍了双入双出和双入单出两种接法。输入信号除了可以接在差放电路的两个输入端之间，还可以单端输入（如图3.19所示），输出也可以采用单端和双端两种形式，从而构成单入双出和单入单出两种接法。单端输入可以等效为图3.20所示输入方式：既有差模输入信号uI，又有共模输入信号uI/2；输出电压既包括差模信号，又包括共模信号。单入单出、单入双出情况下的静态分析和差模信号的分析对应于双入单出、双入双出时的情况，没有差别。对共模信号而言，单入双出在理想情况下，其共模信号完全被抑制，可以等效为双入双出的情况；但在电路参数不完全一致时，存在共模双出电压。而单入单出就一定存在共模输出电压，共模电压放大倍数的计算与双入单出相同。四、差放电路的改进形式差放电路依靠电路的对称性抑制零漂，当电路对称性不好时，将产生零漂，故在两管发射极之间增加一阻值很小的调零电位器Rw，以使uI1=uI2=0时，uO=0。此外，增加Re的阻值，可以增加抑制零漂的效果，但同时需要提高电源电压，并且在集成电路中，大阻值电阻制作困难，所以改用恒流源代替Re。Rw的接入对差模电压放大倍数、输入和输出电阻有何影响？例3.4图3.22所示电路中，已知VCC=VEE=9V，VBE=0.7V，Rc=4.7k，Rb=Rw=100，RL=10k，I=1.2mA，Rw的滑动端位于中点，晶体管=50，rbb’=300，uI=0.02V，求：（1）静态工作点；（2）差模输出电压uO。解：（1）求Q点0.62EIImA121EBIIA6.2()CECECCCcBEBbVVVVIRVIRV(2)求uO：'26(1)26300(150)2.5()0.6bebbErrIk/2/2//223.5(1)2OOdIILcwbbeuuAuuRRRRr0.47()OdIuAuV例3.5如图3.23所示电路，求：（1）静态工作点；（2）Au、ri、ro的表达式。解:(1)求Q点：3333143134()/()/CEBBECCEEBEIIVVRRVVVRRR123/2CCCIII111CECCECCBEVVVVV224212422()()(1)CECCCBECCCBBEVVIIRVVIIRV54657()/ECBEIIRVR557CECCEEEVVVIR22454(1)(2)CEBECCBBEVVVIRV（2）动态分析545424522445246557445575572(/2)22[//((1))][//((1))](1)(1)(1)OuIOIIIIIuuubebebebebeuAuuuuuuuAAARrRrRrRrRRrR6575//1beoRrrR12ibeberrr