《模拟电子技术基础》(第四版) 第3章

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耦合方式及分析方法，然后阐明直接耦合放大电路的温漂问题，以及组成直接耦合多级放大电路的输入级——差分放大电路。第三章目录3.1多级放大电路的耦合方式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耦合方式。常见的耦合方式直接耦合阻容耦合变压器耦合光电耦合3.1多级放大电路的耦合方式输出优点:具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；电路中没有大容量电容，易于构成集成放大电路。缺点:各级之间的直流通路相连，前后级静态工作点相互影响，这就给电路的分析设计带来一定的困难；存在零点漂移现象。直接耦合:前级的输出端直接连接到后级的输入端【例如】+VCCuiuoRB11RB12RC1RC2T1T2uo有无直流量?ui如为低频信号,可否放大?阻容耦合：前级输出端通过电容接到后级输入端缺点:低频特性差，不能放大变化缓慢的信号；在集成电路中不能制造大容量电容，因此阻容耦合放大电路不便于集成化。优点:各级之间的直流通路各不相连，各级的静态工作点相互独立，电路的分析设计和调试简单。在分立元件电路中应用非常广泛。【例如】+VCCuiuoRB11RB12RC1RE2T1T2RE1RB2++++C1C2C3CE1uo有无直流量?ui如为低频信号,可否放大?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多级放大电路各级的静态值也是利用其直流通路来求解。对于直接耦合放大电路而言，应写出直流通路中各个回路的方程，然后求解。而对于阻容耦合放大电路，因其各级之间的直流通路各不相通，各级的静态工作点相互独立，求解静态值时可按单级处理。3.2.2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.Au=Au1Au2••••UoUi.=Uo1Ui.UoUo1.=..在算前级放大倍数时，要把后级的输入电阻作为前级的负载多级放大电路的电压放大倍数等于各级放大倍数的乘积。Ri1RS+_US.Ui.A1RLRo1+Uo1._Ri2Ro2+_Io.Ii.Uo2.Uo.A2RiRo2.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Ri与其负载，即第二级的输入电阻Ri2有关；而当共集放大电路作最后一级时，输出电阻Ro与其信号源内阻，即倒数第二级的输出电阻Ro1有关。(二级)CE,CB作第一级?CE,CB作最后一级?rbeEUo•Ib•Ib•Ui•Us•RCRLRB2RS+RB1Ie•REEBCIo•RiRoIb..Ii+RSusRERCRLrbeUo.Ui.Ib.IeRiBCERoCBCE)1//(beEirRR])1(//[//21EbeBBiRrRRRCoRRCoRRIo•Ib.Ii.RS+RBRERLrbeUs.Ui.Uo.Ib.RiIe.BCEIo.Io.RS+RBRERLrbeUs.Uo.Ib.RoRoBECCC)//)(1(//[LEbeBiRRrRR]1////[sBbeEoRRrRR【例1】第一级第二级+VCCuiuoRB1RB2RC1RE2T1T2RE1RB3++++C1C2C3CE1RLRS+_us1.求静态值：这是一阻容耦合放大电路，第一级为共射放大电路，第二级为共集放大电路，各级静态值可按单级计算。2.求动态参数：Au=Au1Au2••••其中Ri2=RB3//[rbe2+（1+2）(RE2//RL）]Au2•=Uo•Uo1•rbe2+=（RE2//RL）（1+2）（RE2//RL）（1+2）1Uo•Ib2•第一级第二级rbe1Ib1•Ib1•1Ui•Us•RC1RLRB2RS+RB1RB3rbe2Ib2•2Uo1•B1C1E1B2E2C2RE2Ri２11211(//)ociuibeURRAUrRi=Ri1=RB1//RB2//rbe1第一级第二级RiRorbe1Uo•Ib1•Ib1•1Ui•Us•RC1RLRB2RS+RB1RB3rbe2Ib2•2Uo1•B1C1E1B2E2C2RE2Ib2•（1+2）Ro1//RB3+rbe2Ro=Ro2=//RE2其中Ro1=RC1Ro1【例2】T1T2+VCCRGRSREC1C2++RLuiuo1.求静态值：这是一直接耦合放大电路，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)RSID=IDSS(1)2UGSUGS(off)(1+)IBRE+UEB+(ID+IB)RS=Vcc+VCCRGRSREIDIEIBUECUEBUGSUDSUGS、ID、IBUDS=VCC(ID+IB)RSUEc=VCC(1+)IBRET1T2+VCCRGRSREC1C2++RLuiuo2.求动态参数：gm(RS//Ri2)1+gm(RS//Ri2)=Au=Au1Au2••••Au1=Uo1UiUgs+Uo1=UiUo1••••••gmUgs(RS//Ri2)Ugs+gmUgs(RS//Ri2)=•••Au21•微变等效电路Uo•Ugs•gmUi•RSRLRGrbeIb•Uo1•GSDBECREUgs•Ib•Ri2Ri2=rbe+(1+)(RE//RL)Uo•Ugs•gmUi•RSRLRGrbeIb•Uo1•GSDBECREUgs•Ib•RoRiRi=Ri1=RG（1+）Ro1+rbeRo=Ro2=//RERo1其中Ro1=RS//1gm请求Au,Ri,Ro作业:3.1(3.1),3.2(3.2)(a)(b)(d),3.3(3.3),3.4(3.4),3.5(3.5)3.3.2直接耦合放大电路的零点漂移现象tuo0Vuoui=0直接耦合放大电路一、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(Q点不稳定)二、引起零点漂移的原因引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，简称稳漂。三、抑制温漂的方法采用差分式放大电路在电路中引入直流负反馈抑制放大电路第一级的温漂是至关重要的问题不抑制温漂,就会逐级放大阻容耦合的温漂会降落在电容上差分放大电路的形成+-+-直流负反馈Ac,Ad不同3.3.3差分放大电路一、电路结构特点：结构对称T1T2+VCCRCRCuouo1uo2RBRBREVEEuiui1ui2ab双端输入要放大的输入信号ui接在a和b之间ui1/2iiuu2/2iiuu因输入回路电路参数对称双端输入差模信号uid=ui1–ui2=ui/2idu/2iduui1，ui2：一对差模信号分量(uid/2,-uid/2)共模信号uic=(ui1+ui2)/2=0T1T2+VCCRCRCuouo1uo2RBRBREVEEui1ui2ab要放大的输入信号ui接在a和b之间差模信号uid=ui1–ui2=ui共模信号uic=(ui1+ui2)/2=ui/2ui1，ui2：一对差模信号分量(uid/2，-uid/2)和一对共模信号分量(uic,uic)单端输入122/2iiiiiciduuuuuu2022/2iiiiciduuuuuui2bT1T2+VCCRCRCuouo1uo2RBRBREVEEui1=uia要放大的输入信号ui接在a和地之间差模信号uid=ui1–ui2共模信号uic=(ui1+ui2)/2ui1=ui1ui22ui1+ui22+/2iciduuui2=ui1ui22ui1+ui22/2iciduu任意ui1，ui2，分解为一对差模信号分量和一对共模信号分量任意输入ui2bT1T2+VCCRCRCuouo1uo2RBRBREVEEui1a输入信号为ui１，ui２1.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=ui1输入、uo输出）4.单端输入-单端输出（b点接地,ui=ui1输入、uo1或uo2输出）二、输入输出方式T1T2+VCCRCRCuouo1uo2RBRBRPREVEEuiui1ui2ab双端输入、单端输出输出端结构不对称单端输入,单端输出ui2T1T2+VCCRCRCuouo1RBRBREVEEui1=uiRL输出端结构不对称三、静态分析ui1=ui2=0IBRB+UBE+2IERE=VEEIB=VEEUBERB+2(1+)REIC=IBUCE=VCC+VEEICRC2IEREuo=VC1-VC2=01.静态工作点的计算双端输出uo有负载RL?T1T2+VCCRCRCuoRBRBREVEEIB2IEICui1ui2与输入方式有关不?2.抑制零点漂移的原理uo=Vc1-Vc2=0uo=(Vc1+Vc1)-(Vc2+Vc2)=0当ui1=ui2=0时:当温度变化时:VC1=VC2Vc1=Vc2注意上述抑制零漂的根本原理是利用了双端输出电路结构的对称性，若输出方式为单端输出，则只有利用RE来抑制零点漂移。单端输出的静态分析输出回路不对称Q点分析与单端输入或双端输入有关系吗？输入回路对称T1T2+VCCRCRCuoRBRBREVEEIB2IEICui1ui2静态分析时uo不等于０uo有温漂吗？RLRCT1+VCCICRL11’含源一端口外电路一个含源一端口,对外电路来说,可以用一个电压源和电阻串联组合等效置换,此电压源的电压等于一端口的开路电压,电阻等于一端口的全部独立电源置零后的输入电阻戴维宁定理CCLCLCCVRRRVLCCRRR//四、动态分析双端输入时:ui1=ui2=12ui差模信号uid=ui共模信号:0因输入回路电路参数对称双端输入只有一对差模信号：RET1T2+VCCRCRCuouo2RBRBVEEuiui1ui2uo112uid12uid－输入信号为uiab单端输入时:ui1=ui=ui／２＋ui／２ui2=0=ui／２－ui／２差模信号uid=ui共模信号:uic=ui/2单端输入有：一对差模信号和一对共模信号ui2bT1T2+VCCRCRCuouo1uo2RBRBREVEEui1=uiauicuic12uid12uid输入信号为ui如果温度变化，两个差放管的电流将按相同的方向一起增大或减小，相当于给放大电路加上一对共模输入信号。双端输入时:单端输入时:差模信号共模信号差模信号共模信号12uid12uid一对温漂12uid12uiduicuic一对温漂+放大差模信号抑制共模信号dAcA差分放大电路人为不可避免的uiduic1.输入差模信号uid单管微变等效电路rbeRCRS+RBuo1usibibRＬ／２12uid双端输出差模输入交流零电位uidRET1T2+VCCRCRCuoRBRBVEERＬ12uid12uid－uo1uo2（1）差模电压放大倍数uidAd=uouo1uo2uidA1uid/2A2(uid/2)uid=A1Ad=A1=RC//12RLRB+rbe双端输出时，差模放大倍数就等于单管的放大倍数uo不带负载RL?uo1rbeRCRS+RBus1