第12讲 多级放大电路2
什么是多级放大电路如何设计一个多级放大器
什么是多级放大电路如何设计一个多级放大器多级放大电路是指由多个放大器级联组成的电路，用于提高输入信号的幅度，并有较大增益的电子设备。
在设计一个多级放大器之前，我们需要了解多级放大器的基本原理以及设计要点。
一、多级放大器的原理多级放大器是通过将多个放大器级联连接起来，以便连续放大信号的电压或功率。
它由输入级、中级和输出级组成。
1. 输入级：输入级负责接收输入信号并将其转化为电压或电流信号。
它通常包含一个低噪声放大器，其作用是增加输入信号的幅度，并将它传递给中级放大器。
2. 中级：中级放大器是多级放大器的核心部分，它的作用是增加电压或功率的增益。
中级通常包含多个级别的放大器，其中每个级别都提供一定的增益。
3. 输出级：输出级负责将信号放大到所需的幅度，并驱动负载电阻或其他负载。
输出级通常包含高功率放大器，以确保输出信号具有足够的驱动能力。
二、多级放大器的设计要点在设计一个多级放大器时，需要考虑以下几个要点：1. 增益和带宽：多级放大器的设计目标之一是在实现所需增益的同时保持足够的带宽。
增益与带宽的折衷是设计的关键考虑因素之一。
2. 输入和输出阻抗匹配：为了最大限度地传递信号并减少反射，需要确保输入和输出阻抗与信号源和负载的阻抗相匹配。
3. 稳定性：多级放大器必须具有良好的稳定性，以确保不会出现自激振荡或非线性失真。
这可以通过使用稳定的放大器设计和适当的负反馈技术来实现。
4. 噪声：多级放大器的设计应尽可能减少噪声的引入，并提供清晰的信号放大。
5. 功率供应：多级放大器需要合适的功率供应以保证其正常工作。
供应电压和电流必须满足放大器的工作要求，并且应提供稳定和纹波较小的电源。
三、一个多级放大器的示例设计以下是一个四级放大器的示例设计，以演示多级放大器的设计过程：1. 输入级：- 使用低噪声MOSFET放大器作为输入级，以提供高增益和低噪声。
- 输入级的增益设置为10倍，输入阻抗为50欧姆。
2. 中级：- 选择两个通用增益放大器级别级联，每个级别的增益为5倍。
多级放大电路-资料
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+VCC
R C1
+
RB
+
T1 +
T2
u_i
uO1 ui2
+
VBB
(2) 求输入电阻Ri
RE1
RE2
__
R L uO _
Ri
Ro1 Ri2
Ro
R iR B rbe ( 1 1 1)R E1
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(3) 求输出电阻Ro
R C1
+VCC
Ro RE2//rb1e2R2o1
+
++
++
++
+
RS
Ro1
Ro2
Ron-1
Ron
+
ui Ri1
uo1 ui2 Ri2
uo2 ui n-1 Rin-1
uin uon-1
Rin
RL uo
uS
_
_
__
__
__
_
信号源 输 入 级
中 间放大级
输出级
(1) 多级放大电路的电压放大倍数
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第 1级
第 2级
第 n-1 级
常用的耦合方式
直接耦合 阻容耦合 变压器耦合
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1．直接耦合
RC1
+VCC RC2
RB
+
T1
u_ i
VBB
特点 能对交流和直流信号进行放大
又称之为直流放大电路
+
T2 RL uo
多级放大电路
多级放大电路概述 电流源共发射极放大电路的组成及放大作用共集电极电路和共基极电路图解分析法本章小结微变等效电路分析法图2.7.1 多级放大器框图由于单级放大电路的放大倍数有限，不能满足实际的需要，因此实用的放大电路都是由多级组成的。
通常可分为两大部分，即压放大(小信号放大)和功率放大(大信号放大)，如图2.7.1框图所示。
前置级一般跟据信号源是电压源还是电流源来选定，它与中间主要的作用是放大信号电压。
中间级一般都用共发射极电路或组合电路组成。
末级要求有一定的输出功率供给负载R L ，称为功率放器，一般由共集电极电路，或互补推挽电路，有时也用变压器耦合放大电路。
2.7.1. 级间耦合方式在多级放大器中前置级的输入信号由信号源提供。
前级的输出信号(电压或电流)加到后级的输入端所采用的方式称为耦合，通过合电路使前后级联系起来。
前级的输出信号就是后级的输入信号源，前级的输出电阻就是后级的信号源内阻，后级的输入电阻就是级的负载电阻。
耦合方式解决的是级与级之间如何连接的问题。
对耦合方式的要求是不失真地、有效地传送信号。
在多级放大器中通常采用的耦合方式有三种，即变压器耦合、阻容耦合和直接耦合。
变压器耦合放大电路图2.7.2 变压器耦合多级放大器变压器耦合放大电路如图2.7.2所示。
它的特点是，各级工作点互相独立；通过变压器的阻抗变换作用，使级与级之间达到阻抗配，以获得最大功率输出。
缺点是体积大，笨重、价格高、频率响应差(高频段受线圈之间分布电容的影响，低频段受电感的影响不利于小型化，在低频小信号多级电压放大器中一般不采用。
在功率放大器中，有时选用。
阻容耦合放大电路图2.7.3 阻容耦合多级放大器阻容耦合(实际上应该称为电容耦合)放大电路如图2.7.3所示。
它的特点是，各级静态工作点互相独立，体积小，价格低。
缺点当频率很低时，电容的容抗不能忽略，输出电压比中频时低，低频响应差，级与级之间阻抗严重失配。
直接耦合放大电路图2.7.4 直接耦合多级放大器直接耦合放大电路如图2.7.4所示。
多级放大电路
Ro
(2) 输入电阻
(3) 输出电阻
R i R i1
Ro Rno
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多级放大电路动态分析时应注意的几个问题 1. 第i级放大电路的输入电阻应视为第i-1级放大电路的 负载电阻 2.第i-1级放大电路的输出电阻应视为第i级放大电路的
信号源内阻 3.当共集放大电路作为输入级时（第一级）时，它的 输入电阻与其负载，即与第二级的输入电阻有关
从变压器原 边看到的等 效电阻 理想变压器情 况下，负载上获 得的功率等于原 边消耗的功率。
' P P2，I c2 RL I l2 RL 1
I l2 N ' RL 2 RL ( 1 ) 2 RL，实现了阻抗变换。 Ic N2
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多级放大电路的耦合方式——变压器耦合
抑制共模信号的能力。
K CMR
Ad Ac
在 参 数 理 想 对 称 的 情 况 ，K CMR 。 下
在实际应用时，信号源需要有“ 接地”点，以避免 干扰；或负载需要有“ 接地”点，以安全工作。 根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种 接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输 入双端输出、单端输入单端输出。
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直接耦合——静态工作点的设置
稳压管 伏安特性
对哪些动态参 数产生影响？
Re
必要性？
用什么元件取代Re既可设置合适的Q点，又可使第 二级放大倍数不至于下降太多？ 二极管导通电压UD≈？动态电阻rd特点？ 若要UCEQ＝5V，则应怎么办？用多个二极管吗？ UCEQ1太小→加Re（Au2数值↓）→改用D→若要UCEQ1大 ，则改用DZ。 模拟电子技术基础
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《多级放大电路》课件
电压放大倍数等于输出电压与输入电压的比值，即A=Uo/Ui。
03
影响因素
影响电压放大倍数的因素包括晶体管的参数、电路元件的参数以及电路
的连接方式等。
输入输出电阻
输入电阻
输入电阻是指多级放大电路对信号源所呈现的电阻，反映 了电路对信号源的负载能力。输入电阻越大，信号源的有 效功率越大，电路的性能越好。
稳定性问题
总结词
稳定性问题是指多级放大电路在工作过程中，由于各种原因导致电路性能的不稳定，出现波形失真、增益下降等 现象。
详细描述
稳定性问题可能是由于电路中元器件的参数变化、温度和湿度等环境因素的影响、电源电压的波动等原因引起的。 解决稳定性问题需要采取一系列措施，如改善电路的散热条件、减小环境因素的影响、稳定电源电压等，以保证 多级放大电路的稳定可靠运行。
音频放大器性能指标
音频放大器的性能指标包括频率响应、失真度、信噪比和输出功率 等。
功率放大器
功率放大器概述
功率放大器是一种将微弱的信号放大到足够大的功率，以驱动负 载的电子设备。
功率放大器电路组成
功率放大器通常由输入级、中间级和输出级等部分组成。
功率放大器性能指标
功率放大器的性能指标包括功率增益、效率、失真度和带宽等。
稳定性
稳定性
稳定性是指多级放大电路在各种工作条件下保持性能稳定的 能力。稳定性是多级放大电路的重要性能指标之一。
影响因素
影响稳定性的因素包括温度、电源电压的变化、晶体管的参 数变化以及电路元件的老化等。为了提高稳定性，可以采用 负反馈、温度补偿、选用性能稳定的晶体管等措施。
03
多级放大电路的设计与实现
带宽原则
根据信号频率范围，选 择合适的元件和电路拓 扑，保证电路具有足够
多级放大电路基础知识教案解读
应用电子技术专业国家教学资源库讲稿1：放大电路基础知识（2课时）目标：放大电路是模拟电子技术应用中最核心的电路之一，是构成各类放大电路的知识基础，有关放大电路的基础知识学习很重要。
主要掌握放大电路的类型、性能指标参数估算、应用电路与产品。
讲解目录1.放大电路电路类型..................... 学会比较、在比较中学习、了解各种类型放大电路的组成。
2.放大电路主要性能指标参数及测试............ 会3.放大电路应用电路............................. 会讲课要点在实际的电子设备中，前置放大器的输入信号一般都是很微弱的，要将信号放大到足以推动负载，仅用单级放大是不可能实现的，必须使用多级放大。
多级放大器由若干个单级放大器连接而成，这些单级放大器根据其功能和在电路中的位置，可划分为输入级、中间级和输出级，如图1-26所示。
1．级间耦合方式放大器级与级之间的连接称为耦合。
通过耦合将信号源或前级的输出信号不失真地传输到后级的输入端。
耦合方式有阻容耦合、直接耦合和变压器耦合三种形式，前两种方式比较常用。
如图1-26所示。
图 1-26 多级放大器框图（1）阻容耦合阻容耦合是利用电容和电阻作为耦合元件将前后两级放大电路连接起来。
其中电容器称为耦合电容，典型的两级阻容耦合放大器如图1-27所示。
图中的第一级的输出信号通过电容C2、R b2和第二级的输入端相连接。
阻容耦合的优点是：前级和后级直流通路彼此隔开，各级的静态工作点相互独立，互不影响。
这就给分析、设计和调试电路带来很大的方便。
此外，阻容耦合还具有体积小、重量轻的优点，因此在多级交流放大电路中得到了广泛应用。
阻容耦合的缺点是：因电容对交流信号具有一定的容抗，在传输过程中信号会受到衰减；对直流信号（或变化缓慢的信号）容抗很大，不便于传输；在集成电路中，制造大电容很困难，不利于集成化。
（2）直接耦合将前级放大电路和后级放大电路直接相连的耦合方式称为直接耦合，如图1-27、1-28所示。
多级放大电路
2.阻容耦合
利用电容作为耦合元件将前级和后级连接起来。通交，各级的直流工作点相互独立。
2）不存在零点漂移。交流信号损失少。
缺点：
1）电容不利于集成；
2）低频特性差。
3. 变压器耦合
利用变压器将前级的输出端与后级的输入端连接起来
图4 变压器耦合放大电路
优点： 1）静态工作点是相互独立、互不影响的。 2）基本上没有温漂现象。 3）变压器可以实现阻抗变换。实现阻抗匹配，输出 最大功率。 缺点： 1）低频性能很差； 2）体积大，成本高，无法集成。
三、画图题 1、画出二极管、稳压二极管、NPN三极管、PNP 三极管的符号。 2、画出三极管微变等效电路。
Ri R1 ∥ R2 ∥rbe1
R3 ∥ R5 rbe2 Ro R6 ∥ 1
共射极加共集电极放大电路，放大倍数高，输出电阻低。
第七节 反馈放大电路
了解内容
测试题
一、填空题： 1. 半导体的主要特性包括__________、__________和___________。 2. PN结正偏时________，反偏时________，称为PN结的__________性。 3. 二极管正偏时相当于开关________，反偏时相当于开关________。 4. _______是将电能转换为光能的特殊二极管，简称为LED。 5. 三极管实现放大作用的外部条件是：发射结________，集电结 ________。 6. 三极管的三个工作区分别是： _________、_________和__________。 7. 三极管放大电路的三种组态分别是________、________和_________ 放大电路。 8. 已知放大电路的输入电压为10mV，输入电流为8uA，输出电压为1V， 输出电流为8mA，则电压放大倍数为_________，电压增益为 _________,电流放大倍数为_________，电流增益为_________。 9. 多级放大电路的组成包括_________、_________和__________三部分。
电子电路基础II_12
第12讲 2014.5.29
1
多级放大器
• 基本放大电路
– 放大倍数大约几十倍 – 如果信号非常微弱，则不能满足放大要求
• 解决办法
– 将多个基本放大器电路连接起来，可以获得更 高的放大倍数 – 多级放大器：其中每个基本放大电路为一级 – 耦合方式：级与级之间的连接方式
• 阻容耦合，直接耦合，变压器耦合，光电耦合
。对比
vo
R2 vin R2ib R1
知
最后一项是由R3引入的。如果满足
R2 R2ib 1 R3ib R 1
i +和i -引起的失调可以抵消。
R3等于R1和R2的并联，反向放大器输出 对比同向放大器的输出
R Vo 1 2 Vin R2 I b I b R1
ib-引起的失调也是R2ib-，与同相放大 器一样，如果“+”端也串入一个电阻 R3，有可能消除失调。如右图所示。 v i R 代入 v k v v o i i R R RR
i b 3 2 1 1 2 vi R R vin R R vo R R ib 1 2 1 2 1 2
33
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。
34
例1
动态电阻无穷大
（1）化整为零，识别电路
1
为输入电流提供直流通路，
2 外接失调调整电路(offset adjuasting circuit)，将失调 (offset)降到最低。
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第三节： 放大电路的线性与非线性失真问题
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1.线性失真基本概念
由于放大电路中存在电抗元件(电容、电感等）， 所以在放大含有丰富频率成分的信号（如语音信号、 脉冲信号等）时，导致输出信号不能重现输入信号 的波形，这种在线性系统中产生的失真称为线性失真。 丰富频率成分的信号 电路中有电抗元件 输出畸变 线性失真
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(四)增益带宽积 定义为放大电路的中频增益幅值和通频带乘积的绝对值，即 增益带宽积=
AusM fbW
1 2 ( RS rbb' )C
由理论分析推导知
AusM fbW
常量
可见，欲使增益带宽积大，必须选用 rbb' 及 C 小的 高频管。当管子选定后，增益带宽积大体上就一定了。因 此，若把放大倍数提高几倍，通频带也几乎变窄同样的倍 数，即增益带宽积为一个常数。
①先求中频电压放大倍数fH 、fL和AuSM ②幅频特性：
在fL与fH之间作一条LA=20lg|AuSM|的水平线
从fL向左作一条斜率为20dB/十倍频程的斜直线 从fH向右作一条斜率为－20dB/十倍频程的斜直线 三折线——幅频特性
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③相频特性： 10fL和0.1fH之间作一条Φ=－180°的水平直线 0.1fL向左作一条Φ= –90°的水平直线 10fH向右作一条Φ= –270°的水平直线 0.1fL至10fL 及0.1fH至10fH之间，作两条斜率为 –45°/十倍频程的直线
斜率为+20dB/十倍频程
折线近似带来的误差不超过 3dB,发生在 fL处。
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4、相频特性波特图（低频段）
lg f
fL 180 arctan f
0
f
f
fL f L时, arctan 0, 180o f
fL f L时, arctan 90o , 90o f
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二、频率特性曲线及其画法
1.共射电路全频段频率响应 分三个频段进行
• 先画幅频特性，顺序是中频段、低频段和高频段。
将三个频段的频率特性(或称频率响应)合起来就是全 频段的幅频特性，
• 再根据幅频特性画出相应的相频特性来。
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(1)中频段
C1 , C2 , Ce
' ' C , C
短路 断路
为什么短路？
为什么断路？
AusM
ri RC RL ( ) RS ri rbe
0
180
与频率无关的常数， 就是一条水平线。
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(2)低频段
C1 , C2 , Ce
' ' C , C
起作用 断路
n k
k 1
n
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• 以上表达式中的 Auk 和 k 分别为第k级放大电路 的放大倍数和相移。 • 多级放大电路的对数增益等于各级对数增益之和， 而相移也是等于各级相移之和。 • 根据叠加原理，只要把各级特性曲线在同一横坐标 上的纵坐标相加，就可描绘出多级放大电路的幅频特 性与相频特性。
6dB 3dB
≈0.643fH1
fL
fH
fL> fL1， fH< fH1，频带变窄！
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已知某放大电路的幅频 特性如图所示，讨论下列问 题：
? A u
1. 3. 4. 5. 6.
该放大电路为几级放大电路? 在 f ＝104Hz 时，增益下降多少？附加相移φ’＝？ 在 f ＝105Hz 时，附加相移φ’≈？ 画出相频特性曲线； fH＝？
所不同的是在第一步只需计算 fL及fH两个要素就行了，无需 计算中频电压放大倍数AuSM。
中频段的幅频特性就是一条与 横坐标(0dB)相重合的水平线。
图3-14 波特图的归一化画法 (a)幅频特性；(b)相频特性
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2. 归一化画法
注意原点的值
AuS 1 AuSM (1 j f L )(1 f ) f fH 在相频特性中，纵坐标必须
C1 , C2 , Ce
' ' C , C
短路 起作用
AuSH
AuSM f 1 j fH
|A uSM | f 2 1 ( ) fH
幅频特性
C
'
起主要作用
AuSH
1 fH ' 2 RC
R ( RS Rb rbb' ) rb'e
f 0 180 arctan fH
fL 45o , 135o f
这种折线的近似误差为 5.71o 发生在 0.1f L 和 10f L 处。
f f L时, arctan
斜率为-450/十倍频程
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高频段幅频波特图
LA 20 lg AuSH
20lg AuSM 20 lg 1 ( f ) 2 fH
AuSL
AuSM fL Us 1 j f
|A uSM | fL 2 1 ( ) f
幅频特性UoFra bibliotekC1
起主要作用
AuSL
1 fL 2 ( RS ri )C1
fL 0 180 arctan f
相频特性
ri Rb rbe
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(3)高频段
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2、低频段--
f fL
的频率范围
下限截止频率
耦合、旁路电容的容抗不可忽略， 损耗一 部分信号,使放大倍数Àu下 降， 相移Φ超前90°。
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3、高频段-- f f H 的频率范围
上限截止频率
晶体管的极间电容、接线电容 使信号旁路掉一部分； 晶体管的ß值也随频率升高而减 小，
)
由于RC电路是线性电路，可以用叠加原理，将输入信号 的各个频率分量分别作用于RC电路，最后在输出端求和。 由于电容C对于不同频率呈现不同容抗，从而，使输出 波形产生了失真。
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2. 线性失真的分类
幅度失真：(与振幅频率特性有关)
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第二节
一、基本概念
放大电路的频率响应
(一)频率响应（频率特性） 放大电路对不同频率正弦信号的稳态响应 Au（复数）= |Au|∠φ |Au|（f）： 放大电路的幅频特性 φ（f）： 放大电路的相频特性
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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
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(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 2 2 fH fH1 fH 2 1 2 f Hn
其中，1.1为修正系数。一般级数越多，误差越小。 2.下限频率fL 计算多级放大电路的下限频率的近似公式为
f L 1.1 f L21 f L22
2 f Ln
其中，1.1也是修正系数。
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多级放大电路的频率响应：分析举例
一个两级放大电路每一级（已考虑了它们的相 互影响）的幅频特性均如图所示。
20 lg A 20 lg A 40 lg A 20 lg A u u1 u2 u1
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(二)中频段、低频段和高频段 当全面分析频率响应时，常分为三个频段进行： 中频段、低频段与高频段。
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1、中频段--在通频带以内的频率范围
各种容抗忽略不计；
fL f fH
通频带
Àu为常数，与频率无关AuM ；
无其他附加相移，
晶体管反相，Φ= –180°。
Au Au1 Auc
Aun A nk
k 1
n
n=0,1,2…
将上式取绝对值后再取对数，就可得到多级放大电路的对数 幅频特性。
20lg Au 20lg Au1 20lg Au 2 20lg Aun 20lg| Auk |
多级放大电路的总相移为
1 2
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全频段波特图 注意：
1、图上的“ss”符号 为任意延长符号； 2、图上的0dB只代表纵 坐标的坐标原点，不代 表横坐标的坐标原点。
波特图的一般画法 (a)幅频特性； (b)相频特性
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三、波特图画法总结：
1、一般画法：
两个趋势(左趋势、右趋势) 一个特殊点(拐点) 取十倍频程
均使电压放大倍Àu数下降， 相移Φ滞后90°。
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(三)下限频率fL、上限频率fH及通频带fbw 2 Uo Po 中频段 RL Uo / 2 Po PL 当 f f L或f f H 时 RL
2
U o2 2 RL
故
fL , fH
亦称为半功率频率
通频带 fbw f H f L f H 通频带的宽度表征放大电路对 不同频率输入信号的响应能力， 是放大电路的重要技术指标之 一。