3-多级放大电路2

清华大学 华成英 hchya@
注意级联时两级 的相互影响！
§3.3 差分放大电路
一、零点漂移现象及其产生的原因
二、长尾式差分放大电路的组成 三、长尾式差分放大电路的分析
四、差分放大电路的四种接法
五、具有恒流源的差分放大电路 六、差分放大电路的改进
一、零点漂移现象及其产生的原因
•
达林顿光电耦合器
密封在一个六引脚的封装当中，而且其光敏三极管的基极亦引 到封装之外以供使用。其有效带宽仅为30kHz。
•
双光和四光电耦合器
双光和四光电耦合器都是利用单只 光敏三极管作为输出级的，而这些光敏 三极管的基极却不能外部引用。
注意：
• 以上四种器件里，输入引脚都是在封装的某一边 上而输出引脚则是在封装的另一边上。这种结构有利 于增加隔离电压的最大可能值。前后级间电阻可达到 109～13欧姆。因此又统称为隔离光电耦合器 • 双光和四光电耦合器件中，尽管它们具有1.5KV的 隔离电压值，但是在相邻通道之间所出现的电位差却 绝对不允许超过500V。
Ai
Ri
β
中
1＋β
大
α
小
Ro 频带
大 窄
小 中
大 宽
多级放大电路输入电阻的大小取决于输入 级所用放大管的类型和电路的基本形式。 带负载的能力（输出电阻的大小）取决于 输出级电路的基本形式。 放大倍数取决于各级电路的放大倍数。 低频特性取决于电路的耦合方式及耦合电 容、旁路电容的大小。
第三章 多级放大电路
共集电路
Q点相互独立。低频时容抗太大，不能放大变化缓慢的信号， 所以低频特性差，集成电路中制造大容量电容很困难，不能集 成化。只有信号频率很高、输出功率很大的特殊情况下，才使 用阻容耦合方式的分立元件电路。
三、变压器耦合
电路的前后级靠磁路耦合，所 以与阻容耦合的电路一样，各级 静态工作点相互独立，便于分析、 设计和调试。 但是电路的低频特性差，且笨 重，更不能集成化。
第三章 多级放大电路

当单级放大电路不能满足多方面的性能 要求（如Au＝104、Ri=2MΩ、 Ro=100Ω） 时，应考虑采用多级放大电路。 组成多级放大电路时首先应考虑如何“连 接”几个单级放大电路，耦合方式即连接 方式。
三种接法的比较：空载情况下
接法 Au 共射 大 共集 小于1 共基 大
UCQ2 ＞ UCQ1
在用NPN型管组成N级共射放大电路，由于UCQi＞ UBQi， 所以 UCQi＞ UCQ(i-1）（i=1～N），以致于后级集电极电位接 近电源电压，Q点不合适。
二、阻容耦合
利用电容连接信号 源与放大电路、放大 电路的前后级、放大 电路与负载，为阻容 耦合。 有零点漂移吗？
共射电路
§3.2 多级放大电路的动态分析
一、动态参数分析
二、分析举例
一、动态参数分析
1.电压放大倍数
n U U U U o o1 o2 o A A u uj U U U U j 1 i i i2 in
2. 输入电阻
Ri Ri1
3. 输出电阻
Ro Ron
对电压放大电路的要求：Ri大， Ro小，Au的数值 大，最大不失真输出电压大。
二、分析举例
第一级：
U BQ1 I EQ1 I BQ1
R2 VCC R1 R2 R4 I EQ1
第二级：
I EQ 2
U BQ1 U BE1
R5 1 2 R6
电路分析
可能是实际的负载，也 可能是下级放大电路
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。
2 ' 2 P P ， I R I 1 2 c L l RL
2 I N ' RL l2 RL ( 1 ) 2 RL，实现了阻抗变换。 Ic N2
四、光电耦合
光电耦合
光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种 电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部 分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳 体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚 为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光 源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三 极管等等。在光电耦合器输入端加电信号使发光 源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光 照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而 产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实 现了电一光一电的转换。
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。
四、差分放大电路的四种接法 1. 双端输入单端输出：Q点分析
由于输入回路没有变化，所以IEQ、 IBQ、ICQ与双端输出时一样。但是 UCEQ1≠ UCEQ2。
根据图线可以看出，只有中间一段是线性的。斜率表 示差模放大倍数。当输入过大时输出电压就会发生失真， 以致输出不再发生变化。
5. 动态参数：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR
共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信 号的能力和抑制共模信号的能力。
K CMR Ad Ac
在 参 数 理 想 对 称 的 情下 况 ，K CMR 。
U CQ1
RL VCC I CQ ( Rc ∥ RL ) Rc RL
2. 抑制共模信号 ：Re的共模负反馈作用
uOc 共 模 放 大 倍 数Ac uIc 参 数 理 想 对 称 时Ac 0
对于每一边电 路，Re=?
Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号 如 T(℃)↑→IC1↑ IC2 ↑→UE↑→ IB1 ↓IB2 ↓→ IC1 ↓ IC2 ↓ 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。
为什么？ 差模放大倍数
Ad
uOd uId
Ad
( Rc ∥
Rb rbe
RL ) 2
Ri 2( Rb rbe ) ，Ro 2Rc
uId iB 2( Rb rbe )
uOd RL iC 2( Rc ∥ ) 2
4.电压传输特性
放大电路输出电压与输入电压之间的关系曲线称为电 压传输特性。
电路的动态分析
§3.3 差分放大电路
§3.4 互补输出级
§3.5 直接耦合多级放大电路读图
§3.1 多级放大电路的耦合方式
一、直接耦合 二、阻容耦合 三、变压器耦合 四、光电耦合
一、直接耦合
直接 连接 既是第一级的集电极电阻， 又是第二级的基极电阻 能够放大变化缓慢的信 号，便于集成化， Q点相互 影响，存在零点漂移现象。 输入为零，输出 产生变化的现象 称为零点漂移
1. 什么是零点漂移现象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的现象。
产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶 体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。 克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。 典型电路：差分放大电路
二、长尾式差分放大电路的组成
零点漂移 零输入 零输出 理想对称
信号特点？ 能否放大？
讨论二：放大电路的选用
1. 按下列要求组成两级放大电路： ① Ri＝1～2kΩ，Au 的数值≥3000； ② Ri ≥ 10MΩ，Au的数值≥300； ③ Ri＝100～200kΩ，Au的数值≥150； ④ Ri ≥ 10MΩ ，Au的数值≥10，Ro≤100Ω。 ①共射、共射；②共源、共射； ③共集、共射；④共源、共集。 2. 若测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空载 电压放大倍数，则如何求解它们连接后的三级放大电路的 电压放大倍数？
如何设置合适的静态工作点？
稳压管 伏安特性
小功率管多为5mA
由最大功耗得出
必要性？
rz＝Δu /Δi，小功率管多为几欧至二十几欧。 UCEQ1太小→加Re（Au2数值↓）→改用D→若要UCEQ1大 ，则改用DZ。
NPN型管和PNP型管混合使用
UCQ1 （ UBQ2 ） ＞ UBQ1
UCQ1 （ UBQ2 ） ＞ UBQ1 UCQ2 ＜ UCQ1
VCC U BEQ 2
I EQ 2 ( 2 1) I BQ 2 U CEQ 2 VCC I EQ 2 R6 )
1 1
U CEQ1 VCC I EQ1 ( R3 R4 )
动态分析
( R3 ∥ Ri2 ) Au1 rbe1
(1＋ 2 ) ( R6 ∥ RL ) A u2 rbe2 (1＋ 2 ) ( R6 ∥ RL ) A A A
Rb是必要的吗？
晶体管输入回路方程： I BQ Rb U BEQ 2I EQ Re VEE 通常，Rb较小，且IBQ很小，故
I EQ VEE U BEQ 2 Re
I BQ I EQ 1
UCEQ VCC I CQ Rc U BEQ
选合适的VEE和Re就 可得合适的Q
2. 抑制共模信号 共模信号：数值相等、极性相同的 输入信号，即
uI1 uI2 uIc
iB1 iB2 iC1 iC2 uC1 uC2
uO uC1 uC2 (uCQ1 uC1 ) (uCQ2 uC2 ) 0
uOc 共 模 放 大 倍 数Ac ，参数理想对称时 Ac 0 uIc
第一级 Q1合适吗？
第二级
当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电 位的变化会逐级放大。 求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。
如何设置合适的静态工作点？
Q1合适吗？ 对哪些动态参 数产生影响？
Re
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大？ 二极管导通电压UD＝？动态电阻rd＝？ 若要UCEQ＝5V，则应怎么办？用多个二极管吗？