第三章多级放大电路
第3章 多级放大电路 习题解答
第3章自测题、习题解答自测题3一、选择：选择：（请选出最合适的一项答案）1、在三种常见的耦合方式中，静态工作点独立，体积较小是（ ）的优点。
A ）阻容耦合 B) 变压器耦合 C ）直接耦合2、直接耦合放大电路的放大倍数越大，在输出端出现的漂移电压就越（ ）。
A) 大 B) 小 C) 和放大倍数无关3、在集成电路中，采用差动放大电路的主要目的是为了（ ）A) 提高输入电阻 B) 减小输出电阻 C) 消除温度漂移 D) 提高放大倍数 4、两个相同的单级共射放大电路，空载时电压放大倍数均为30，现将它们级连后组成一个两级放大电路，则总的电压放大倍数（ ）A) 等于60 B) 等于900 C) 小于900 D) 大于9005、将单端输入——双端输出的差动放大电路改接成双端输入——双端输出时，其差模电压放大倍数将（ ）；改接成单端输入——单端输出时，其差模电压放大倍数将（ ）。
A) 不变 B ）增大一倍 C) 减小一半 D) 不确定 解：1、A 2、A 3、C 4、C 5、A C二、填空：6、若差动放大电路两输入端电压分别为110i u mV =，24i u mV =，则等值差模输入信号为id u = mV ，等值共模输入信号为ic u = mV 。
若双端输出电压放大倍数10ud A =，则输出电压o u = mV 。
7、三级放大电路中，已知1230u u A A dB ==，320u A dB =，则总的电压增益为 dB ，折合为 倍。
8、在集成电路中，由于制造大容量的 较困难，所以大多采用 的耦合方式。
9、长尾式差动放大电路的发射极电阻e R 越大，对 越有利。
10、多级放大器的总放大倍数为 ，总相移为 ，输入电阻为 ，输出电阻为 。
解：6、3mV 7mV 30mV7、80 4108、电容 直接耦合 9、提高共模抑制比 10、各单级放大倍数的乘积 各单级相移之和 从输入级看进出的等效电阻 从末级看进出的等效电阻三、计算：11、如图T 3－11，设12C E V =，晶体管50β=，300bb r Ω'=，11100b R k Ω=，2139b R k Ω=，16c R k Ω=，1 3.9e R k Ω=，1239b R k Ω=，2224b R k Ω=，23c R k Ω=，2 2.2e R k Ω=，3L R k Ω=，请计算u A 、i r 和o r 。
第三章 多级放大电路
(2)求解 A u ,Ri和Ro.
为了求出第一级的电压放大倍数A 为了求出第一级的电压放大倍数 u1,首先应求出其负载 电阻,即第二级的输入电阻: 电阻,即第二级的输入电阻:
R i 2 = R 5 // [r be 2 + (1 + β )( R 6 // R L ) ]
【 】
内容 回顾
场效应管同样有三个极; 场效应管同样有三个极;其功能和三极管对应 相似;只是三极管用电流控制电流, 相似;只是三极管用电流控制电流,场效应管用电 压控制电流. 压控制电流. 场效应管放大电路的组成原则和三极管放大 电路相似, 电路相似,即: 场效应管必须工作在恒流区.( .(电路的静态工 1,场效应管必须工作在恒流区.(电路的静态工 作点合适) 作点合适) 交流信号能顺畅传输.(交流通路合理) .(交流通路合理 2,交流信号能顺畅传输.(交流通路合理) 场效应管放大电路仅要求了解即可. 场效应管放大电路仅要求了解即可.
2,交流信号在放大电路中能顺畅传输. ,交流信号在放大电路中能顺畅传输.
3. 输入信号能通过输入回路作用于放大管. 输入信号能通过输入回路作用于放大管. 4. 输出回路将变化的电流作用于负载. 输出回路将变化的电流作用于负载.
当ui=0时,称放大电路处于静态. 时
【 】
内容 回顾
(IBQ,UBEQ) ( ICQ,UCEQ )
Au =
(1+ β ) Re Rb + rbe + (1+ β ) Re
Au =
βRc r + (1 + β ) R e
be
R i = R b + rbe + (1 + β ) R e
模电3-多级放大电路
)U BE5
动态时：ub1 ub3 ui
§3.5 直接耦合多级放大电路读图
一、放大电路的读图方法 二、例题
一、放大电路的读图方法
1. 化整为零：按信号流通顺序将N级放大电路分
为N个基本放大电路。
2. 识别电路：分析每级电路属于哪种基本电路，
有何特点。
3. 统观总体：分析整个电路的性能特点。 4. 定量估算：必要时需估算主要动态参数。
解决方法：采用电流源取代Re！
具有恒流源差分放大电路的组成
等效电阻 为无穷大
近似为 恒流
I2
IB3，IE3
R2 R1 R2
VEE UBEQ R3
六、差分放大电路的改进
1. 加调零电位器 RW
1) RW取值应大些？还是小些？ 2) RW对动态参数的影响？ 3) 若RW滑动端在中点，写出Ad、 Ri的表达式。
输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：
uId uI，uIc uI / 2
2. 单端输入双端输出
问题讨论： （1）UOQ产生的原因？ （2）如何减小共模输出 电压？
静态时的值
测试:
uO
Ad
uI
Ac
uI 2
U OQ
差模输出 共模输出
3. 四种接法的比较：电路参数理想对称条件下
输入方式： Ri均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入， 单端输入时有共模信号输入。
共模信号：大小相等，极性相同。
差模信号：大小相等，极性相反.
典型电路
在理想对称的情况下： 1. 克服零点漂移； 2. 零输入零输出； 3. 抑制共模信号； 4. 放大差模信号。
I BQ1 I BQ2 I BQ ICQ1 ICQ2 ICQ I EQ1 I EQ2 I EQ U CQ1 U CQ2 U CQ uO U CQ1 U CQ2 0
第三章 多级放大电路
当 f >> fH 时，
f = 100 f H | AU |≈ 0.01
| AU |=
1 1 + ( f / fH )
2
≈ fH / f
斜率为 -20dB/十倍频程 的直线 十倍频程
f = f H | AU |=
1 ≈ 0.707 20 lg | AU |= 3dB 2
20 lg | AU |= 20 lg( f H / f )
)
2
0 -20 -40
f
当 f << f H 时，
| AU |=
1 1 + ( f / fH )
2
≈1
20 lg | AU |= 20 lg 1 ≈ 0 dB
f = 10 f H
| AU |≈ 0 .1
0分贝水平线 分贝水平线
20 lg | AU |= 20 dB 20 lg | AU |= 40 dB
+
- 20k
Re1
2.7k Ce1
Rc2
4.3k u o
-
+
I B1 = I C1 / β = 9 .9 uA
UC1 = UB2 = Vcc IC1Rc1 = 12 0.99× 5.1 = 7.2 V
UCE1 ≈ Vcc IC1(Rc1 + Re1) = 12 0.99× 7.8 = 4.6 V
R e2 T2
+ V CC + uo
- V EE
3. 变压器耦合
级与级之间利用变压器传递交流信号。 （1）优点:匹配好、耗能少、Q点独立、可阻抗转换
' β RL Au = rbe
（2）缺点:频带窄、体积大、笨重、非线性失真大、只传 递交流、无法集 成
第3章 多级放大电路
+ VCC
RB1
RC1
T1
RE2
T2
ui
RC2
利用NPN型管和 型管和PNP型管进行电平移动 利用 型管和 型管进行电平移动
uo
第三章 多级放大电路
（2）直接耦合放大电路的优缺点 ） 优点： 优点： （1）电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号 电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。 电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号 由于级间是直接耦合，所以电路可以放大缓慢 变化的信号和直流信号。 （2）便于集成 便于集成。由于电路中只有晶体管和电阻， 便于集成 没有电容器和电感器，因此便于集成。 缺点： 缺点： （1）各级的静态工作点不独立，相互影响。会给设计、 计算和调试带来不便。 （2）引入了零点漂移问题。零点漂移对直接耦合放大 电路的影响比较严重。
ri2 Ⅱ
Ⅰ r o1
ɺ E S1
+ _
+ ɺ U o1 _
Ⅱ
+ ɺ Uo _
级间关系
后级的r 等效为前级的R 后级的 i等效为前级的 L 前级的ro等效为后级的RS 前级的 等效为后级的
第三章 多级放大电路
RB1
C1
RC1
C2 +
′ RB1
RC2 + T C3 2
+ U CC
+ RB2
RE 1
RS
2）变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。 变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。
3）变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、 ）变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、 电压以及阻抗变换。 电压以及阻抗变换。 缺点： ）高频和低频性能都很差； 缺点： 1）高频和低频性能都很差； 2）体积大，成本高，无法集成。 ）体积大，成本高，无法集成。
波特图 PPT课件
(3-9) (3-10)
LA 20lg AuSH 20lg AuSH 20lg
f 1 (
)2
fH
(3-11)
利用与低频时同样的方法，可以画出高频段折线化的对
数幅频特性和相频特性。折线近似的最大误差为3dB，发
生在f=fH处。
(4)完整的频率响应曲线
共射基本放大电路在全部频率范围内放大倍数表达式，即
三、多级放大电路的性能指标
(一）放大倍数:
Au＝Au1×Au2×Au3×…×Aun
(3-1)
在计算前一级的放大倍数时,应将后级的输入电阻作为前一级 负载或将前一级作为后一级的信号源来考虑,其电压为前一级的 开路电压，内阻为前一级的输出电阻。
(二)输入电阻、输出电阻:
ri→输入级ri1
ro→输出级ron
③再画相频特性。
在10fL至0.1fH之间的中频区，Φ=－180°； 当f<0.1fL时，Φ= –90°； 当f>10fH前，Φ= –270°； 在0.1fL至10fL 之间以及0.1fH至10fH之间，相频特性分别 为两条斜率为 –45°/十倍频程的直线。以上五段直线构成 的折线就是放大电路的相频特性。
图3-17 两级放大电路幅频特性曲线与相频特性曲线的合成 (a)幅频特性； (b)相频特性
(二)多级放大电路的上限频率和下限频率
1.上限频率fH
可以证明，多级放大电路的上限频率和组成它的各级 上限频率之间的关系，由下面近似公式确定
1 1.1 1 1 1
fH
f
2 H1
f
2 H
2
f
2 Hn
图3-9 共射电路的频率响应 (a)共射基本放大电路； (b)幅频特性； (c)相频特性
电子技术学习指导与习题解答：第3章 多级放大电路
第3章 多级放大电路3.1 如图 3.7所示为两级阻容耦合放大电路，已知12CC =U V ，20B1B1='=R R k Ω，10B2B2='=R R k Ω，2C2C1==R R k Ω，2E2E1==R R k Ω，2L =R k Ω，5021==ββ，6.0BE2BE1==U U V 。
（1）求前、后级放大电路的静态值。
（2）画出微变等效电路。
（3）求各级电压放大倍数u1A 、u2A 和总电压放大倍数u A 。
u s+u o -CC图3.7 习题3.1的图分析 两级放大电路都是共发射极的分压式偏置放大电路，各级电路的静态值可分别计算，动态分析时需注意第一级的负载电阻就是第二级的输入电阻，即i2L1r R =。
解 （1）各级电路静态值的计算采用估算法。
第一级：412102010CC B2B1B2B1=⨯+=+=U R R R U （V ）7.126.04E1BE1B1E1C1=-=-=≈R U U I I （mA ）0.034507.11C1B1===βI I （mA ）2.5)22(7.112)(E1C1C1CC CE1=+⨯-=+-=R R I U U （V ） 第二级：412102010CC B2B1B2B2=⨯+='+''=U R R R U （V ）7.126.04E2BE2B2E2C2=-=-=≈R U U I I （mA ）电子技术学习指导与习题解答46 0.034507.12C2B2===βI I （mA ） 2.5)22(7.112)(E2C2C2CC CE2=+⨯-=+-=R R I U U （V ）（2）微变等效电路如图3.8所示。
R U +-图3.8 习题3.1解答用图（3）求各级电路的电压放大倍数u1A 、u2A 和总电压放大倍数u A 。
三极管V 1的动态输入电阻为：10807.126)501(30026)1(300E11be1=⨯++=++=I r β(Ω) 三极管V 2的动态输入电阻为：10807.126)501(30026)1(300E22be2=⨯++=++=I r β(Ω) 第二级输入电阻为：93.008.1//10//20////be2B2B1i2==''=r R R r （k Ω） 第一级等效负载电阻为：63.093.0//2//i2C1L1==='r R R （k Ω） 第二级等效负载电阻为：12//2//L C2L2==='R R R （k Ω） 第一级电压放大倍数为：3008.163.050be1L11u1-=⨯-='-=r R A β 第二级电压放大倍数为：5008.1150be2L22u2-=⨯-='-=r R A β 两级总电压放大倍数为：1500)50()30(u2u1u =-⨯-==A A A3.2 在 如图 3.9所示的两级阻容耦合放大电路中，已知12CC =U V ，30B1=R k Ω，20B2=R k Ω，4E1C1==R R k Ω，130B3=R k Ω，3E2=R k Ω，5.1L =R k Ω，5021==ββ，8.0BE2BE1==U U V 。
电子技术基础第三章 多级放大电路
单端输出时，Ad减小近一倍， Ro为一半，Ac与Re有关。 3、单端输入时，输入信号中有 共模成分。
四、改进型差分放大电路
图3.3.13 恒流源电路
图3.3.14 增加调零电位器
图3.3.15 场效应管差 分放大电路
3.3.3 直接耦合互补输出级 基本要求: 输出电阻低;最大不失真输出电压尽可能大. 一、基本电路
图 3.3.16
二、消除交越失真的互补输出级
图 3.3.18
UB1、B2=UD1+UD2
对动态信号而言，ub1ub2 ui。
图 3.3.18
UBE倍增 （扩大）电路
3.3.4 直接耦合多级放大电路
图 3.3.19
本章要求:
1、掌握以下概念及定义：零点漂移、共模信号与 共模放大倍数，差模信号与差模放大倍数，共 模抑制比，互补。 2、掌握各种耦合方式的优缺点，能够正确估算多 级放大电路的Au、Ri和Ro。 3、掌握双端输入差动放大电路静态工作点和放大 倍数的计算方法，理解单端输入差动放大电路 静态工作点和放大倍数的计算方法。 4、掌握互补输出级（OCL电路)的正确接法和输入 输出关系。
二、长尾式差分放大电路
1、静态分析
根据基极回路方程
图 3uIC Re的共模负反馈作用 共模电压放大倍数:
图 3.3.4
理想情况
3、对差模信号的放大作用
图 3.3.5
差模电压放大倍数
从图(b)可知,
共模抑制比
理想情况
4、电压传输特性 uO=f(uI)
3.3 直接耦合放大电路
3.3.1 直接耦合放大电路的零点漂移现象 一、零点漂移现象及其产生的原因
图3.3.1
二、抑制零点漂移的方法 1、在电路中引入直流负反馈，如静态工作点 稳定电路。 2、采用温度补偿电路。 3、采用特性相同的管子，使它们的温漂相互 抵消，构成“差分放大电路”。 3.3.1 差分放大电路 一、电路的组成 1、静态工作点稳定电路不能使IC绝对不变； 2、受温度控制的直流电源来补偿UC的变化； 3、用电路参数完全相同、管子特性也完全 相同的电路来补偿—差分放大电路。
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+ uI1 Re1 VBB
+ uI2 VBB
(c) 图3.3.2 差分放大电路的组成
第3章 3.3
2、信号的输入方式 （1）共模输入方式：大小相等、极性相同的信号。
即 u I1 u I 2 ,则
u C1 u C 2
AC
u CO u C 1 u C 2 0
根据输入电阻的物理意义 ,可知:
R i R 1 // R 2 // rbe 1 1 . 1 k
电路的输出电阻Ro与第一级的输出电阻R3有关
R o R 6 // rbe 2 R 3 // R 5 1 2 118
3.3 直接耦合放大电路
3.3.1 直接耦合放大电路的零点漂移现象 一、零点漂移现象及其产生的原因
Rb2 u I2
-
iE1
iRe
iB2
-VEE
图3.3.4 差分放大电路输入共模信号
第3章 3.3
（2）对差模信号的放大作用
图3.3.5 差分放大电路加差模信号
第3章 3.3
交流通路及等效电路如右图
计算差模输入时的输入时 的Ad、Rid、Rod +
差模电压放大倍数：
Ad u Od u Id u Od / 2 u Id / 2
第3章 3.3
3、存在的问题及改进方案 双出可以抑制温漂，单端对地输出则不能，因此 （1）采用工作点稳定电路，加Re，A↓，故将Re合 在一起，Q点稳定，且抑制共模信号，放大差 模信号。 （2） Re大，动态范围小，去掉VBB，加 -VEE，双 电源供电。长尾电路。
第3章 3.3
+VCC
Rc1
+
Rb1
+VCC
Rb2 + R b1 -
Rc1
T1
Rc2
T2 +
Rb2 + R b1 -
Rc1
T1
Rc2
+VCC T2 +
uI
uO uI
-
Re2
uO
-
(a)第一级与第二级直接相连 UCEQ1≈ UBEQ2 ≈ 0.7V,T1饱和, T2电流IB2大,饱和,需抬高Ue2。
(b)第二级加射级电阻或二极管 加Re2,工作点合适,Au下降。
ID 增 大
uCE e 图3.1.5 光电耦合器及其传输特性 (a) 内部组成 (b)传输特性 发光元件为输入回路：将电能转换为光能； 电气隔离， 光敏元件为输出回路：将光能转换为电能。 抗干扰性强
i C f u CE
I
传输比 CTR
D
iC iD
U
CE
《
ß
第3章 3.1
二、光电耦合放大电路
,
Rb1
1
R 'L
R b rbe
+ U u Id2 1+ U 2 -
T1 RC1
id
+
RL
u Od
id
RC2 Rb2
T2
同单管
RL 2
+
Rb1
其中 R ' L R C //
+
1 2 u Id
输入电阻： i 2 ( rbe R b ) R
输出电阻：R O 2 R C 牺牲一管，换取稳定
.
Au
U
.
o i
. U o1 U o 2 . .
U
i
.
U U
.
o in
U
U
A u 1 A u 2 A un
.
.
i2
(注意：后级的Ri为前级的RL)
输入电阻: 输出电阻:
R i R i1 R o R on
当射随器为第一级时，Ri与后级Ri有关。 当射随器为末级时， Ro与前级Ro有关。
第2章 目录
第三章 多級放大电路
3.1 3.2 多级放大电路的耦合方式 多级放大电路的动态分析
3.3
直接耦合放大电路
作业：4（a）、（d），5，7，8，9，11 思考题：1
3.1
多级放大电路的耦合方式
第3章 3.1
应满足①各级有合适的Q；②较小损失，不失真放大 共有四种耦合方式 3.1.1 直接耦合 一、几种电路形式
I CQ 1 I CQ 2 I Re / 2
Rc1
因为两半边输入电路完全对称 Rb1
T1输出的半边电路用 戴维南等效定理
V ' CC RL RC1 R L V CC
+
uI
+ uO T1 T2
Re -VEE
Rc2
+VCC
uO u I 0
共模放大倍数：
（2）差模输入方式：大小相等、极性相反的信号。 即 u u 则 u u u CO u C 1 u C 2 2 u C 1
I1 I2
C1 C2
差模放大倍数：
u Id 1 (u I 1 u I 2 )
A u1
1 ( R 3 // R i 2 )
rbe 1
191
Au2
(1 2 )( R 6 // R L ) rbe 2 (1 2 )( R 6 // R L )
0 . 992
A u A u 1 A u 2 191 0 . 992 189
BEQ
2 (1 ) I BQ R e V EE U
BEQ
+VCC
+
uO
R b 2 (1 ) R e
2 (1 ) R e
Rc1 Rb1
uC1
T2
Rc2
忽略Rb上的压降，可认为UB=0
I CQ I EQ U
E
iC1 iC2
uC2 iE2
Rb2
( V EE ) 2 Re
Ad
uO u I
0
（3）任意输入方式 uI1,uI2 (均可以上述两种方式表示）
(1)
(2)
2
(1)＋(2),得
u I 1 u Ic u Id u I 2 u Ic u Id
u Ic
1 2
(u I 1 u I 2 )
(1)－(2) ,得
[例]: uI1=10mV, uI2=6mV，则uId=2mV, uIc=8mV ∵Ac=0 ∴uOc=0 ∵Ad≠0 ， ∴ΔuO=AduId-Ad(-uid)= Ad（2uId）=Ad(uI1-uI2)
uO
Rc2
T2
iE2
Rb2
+
uI1
T1
iE1
uI2
-
+
图3.3.2(e) 差分放大电路的组成
Re
-VEE
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。
第3章 3.3
二、长尾式差分放大电路 1、静态分析
V EE U
两侧对称，RL中没有电流， IRe= 2IEQ
BEQ
0 ( V EE ) I BQ R b U I BQ
2、动态分析 （1）对共模信号的抑制作用
i B 1 i B 2 , iC 1 iC 2 uC1 uC 2 uO 0 AC 0
温漂相当于一对共模信号 uI1 uIc
+ Rc1 Rb1
+VCC
uOc
uC1
+
-
Rc2
iC1 iC2
uC2
T1
iB1
T2
iE2
Re
例：如上图电路中，假设RL=8Ω,n=5.6。求等效电阻。
R ' L 5 . 6 8 251
2
3.1.4 光电耦合 以光信号为媒介实现电信号的耦合和传递，因抗干 扰能力强而广泛应用。 一、光电耦合器 ic
iD ic D T1 c ID3
第3章 3.1
+ uD -
ID2
T2 ID1
第一级为典型的Q点稳定电路， R1 C1 可得
U
BQ 1
R3
R5
T1 C2
VCC
C4
T2
U
R2
R1 R 2
BQ 1
V CC 3V
1 mA
I EQ
I BQ 1
U R4
ui
R2
R4
C3
R6 RL
uo
BEQ 1
I EQ 1 1 1
1
1 50
mA 20 A
图3.1.2 两级阻容耦合放大电路
第3章 3.1
+VCC
Rb2
Rc1
R Rc2
T1 T2
Rb2
Rc1
T1
Re2
+VCC
T2
uI
-
+ R b1
+
DZ
uO
-
uI
-
+ Rb1
Rc2
uO
-
+
(c) 第二级发射级加稳压管
(d) NPN型管和PNP型管混合使用
换成DZ，直流有压 NPN和PNP管混用，使Uc2<Uc1 降(恒压),交流rz小。 图3.1.1 直接耦合放大电路静态工作点的设置
二、优缺点
1、优点：良好的低频特性，可放大变化缓慢的信号；易集成化。 2、缺点：Q不独立，调试困难；有零点漂移。
3.1.2
阻容耦合
第3章 3.1