多级级联放大器的研究(精品)
多级放大电路的分析与设计
摘要电子设备中，往往需要放大微弱的信号，这主要是通过放大电路实现的。
基本放大电路由单个晶体管或场效应管构成，为单级放大电路，其电压放大倍数可以达到几十倍。
而当信号非常微弱时，单级放大电路无法满足放大需求，此时我们把若干个单级放大电路串接在一起，级联组成多级放大电路。
本文主要研究多级放大电路的分析与设计，根据各级电路级间耦合方式的不同，分别设计了直接耦合放大电路、阻容耦合放大电路和光耦合放大电路，分析了电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等指标特性。
在此基础上，讨论了差分放大电路以及消除互补输出级交越失真的方法。
最后，以前面的讨论为基础，设计了一款具有差分输入的多级放大电路，对电路性能指标进行了设定，并分析了各部分的作用。
2.1直接耦合多级放大电路的设计2.1.1 设计原理根据设计要求，本设计主要采用两级放大，为了传递变化缓慢的直流信号，可以把前级的输出端直接接到后级的输入端。
这种连接方式称为直接耦合。
如图2.1所示。
直接耦合式放大电路有很多优点，它既可以放大和传递交流信号，也可以放大和传递变化缓慢的信号或者是直流信号，且便于集成。
实际的集成运算放大器其内部就是一个高增益的直接耦合多级放大电路。
直接耦合放大电路，由于前后级之间存在着直流通路，使得各级静态工作点互相制约、互相影响。
因此，在设计时必须采取一定的措施，以保证既能有效地传递信号，又要使各级有合适的工作点。
图2.1 直接耦合两级放大电路通常在第二级的发射极接入稳压二极管，这样既提高了第二级的基级电位，也使第一级的集电极静态电位抬高，脱离饱和工作区，可以使整个电路稳定正常的工作，稳定三极管的静态工作点。
但是在一个多级放大电路的输入端短路时，输出电压并非始终不变，而是会出现电压的随机漂动，这种现象叫做零点漂移，简称零漂。
产生零漂的原因有很多，主要是以下两点：一方面，由于元器件参数，特别是晶体管的参数会随温度的变化而变化；另一方面，即使温度不变化，元器件长期使用也会使远见老化，参数就会发生变化，由温度引起的叫做温漂，由元器件老化引起的叫做零漂，在多级放大电路中，第一级的影响尤为严重，它将被逐级放大，以至影响整个电路的工作，所以零漂问题是直接耦合放大电路的特殊问题。
多级放大器结构方框图和电路分析方法
多级放大器结构方框图和电路分析方法多级放大器通过级间耦合电路将一级级的单级放大器连接起来，级间耦合电路处于前一级放大器输出端与后一级放大器输入端之间。
1、多级放大器结构方框图图1所示是两级放大器的结构方框图，多级放大器结构方框图与此相像，只是级数更多。
图1两级放大器结构方框图从图中可以看出，一个两级放大器主要由信号源电路、级间耦合电路、各单级放大器等组成。
信号源输出的信号经过耦合电路加到第一级放大器中进行放大，放大后的信号经过级间耦合电路加到其次级放大器中进一步放大。
在多级放大器中，第一级放大器又称为输入级放大器，最终一级放大器称为输出级放大器。
2、各单元电路作用和电路分析方法1．各单元电路作用关于这一方框图中的各单元电路的作用说明如下：（1）信号源电路是信号源所在的电路，多级放大器中的各级都是放大这一信号。
输入耦合电路通常是指信号源电路与第一级放大器之间的耦合电路，它的作用是将从信号源电路输出的信号无损耗地加到第一级放大器中，同时将第一级放大器中的直流电路与信号源电路隔开。
（2）级间耦合电路处于两级放大器之间，它的作用是将前级放大器输出的信号无损耗地加到后一级放大器中。
同时，有的级间耦合电路还要完成隔直工作，即将两级放大器之间的直流电路隔开。
个别状况下，级间耦合电路还要进行阻抗变换，以使两级放大器之间阻抗匹配。
（3）输出耦合电路是指多级放大器输出级与负载之间的耦合电路，它的作用是将输出信号加到负载上。
（4）各级放大器用来对信号进行放大，或是电压放大，或是电流放大，或是电压和电流同时放大。
2．电路分析方法多级放大器工作原理的分析方法与单级放大器基本一样，不同之处主要说明以下几点：（1）多级放大器只是数级单级放大器按先后挨次通过级间耦合电路排列起来，所以电路分析内容、步骤和方法同单级放大器基本相同。
（2）分析信号传输过程时，要从多级放大器的输入端，始终分析到它的输出端。
信号幅度每经过一级放大器放大后都有所增大，所以信号幅度是愈来愈大。
多级放大器及运算放大器
ɺ Uo
–
– 第二级
负载
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1. 静态分析 RB1
C1
RC1 T1 RE1
+
C2
′ RB1
RC2 T2 RE2
+UCC +
C3
+
+
ɺ + UO1 ′ RB2 C
E1
ɺ RB2 + Ui ɺ ES – –
RS
+
+ + RL
CE2
ɺ Uo
–
–
由于电容有隔直作用， 由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流 通路互不相通，每级的静态工作点互相独立， 通路互不相通，每级的静态工作点互相独立，互不 影响，可以各级单独计算。 影响，可以各级单独计算。 两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。 两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。
IE1 = (1 + β )IB1 = (1 + 50)× 0.0098= 0 .49mA UCE = UCC − IE1RE1 = 24− 0.49× 27 = 10 .77V
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第二级是分压式偏置电路 【解】
+24V RB1 1MΩ Ω C1 + T1 RE1 27kΩ Ω RC2 Ω 82kΩ 10kΩ Ω C2 + T2
RB1 1MΩ Ω C1 + T1 RE1 27kΩ Ω RC2 Ω 82kΩ 10kΩ Ω C2 + T2
+24V
′ RB1
C3 + +
+
ɺ Ui
–
43kΩ 7.5kΩ Ω Ω
第3章 多级放大电路 18页
RC1
RB21
+Vcc RC2
+ C3
C1 +
RS
T1
+
T2 C2 RB22 RE1
RL
ui
RB12 RE1
vo
CE2
vs
CE2
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3
第3章 多级放大电路
2. 直接耦合 结构较复杂,Q点相互影响 ,调整比较困难.在集成电路 中,直接耦合的应用越来越多.
RC1 IC1 T1
IC1 RC2
+Vcc R
vC2
T2 IB2
RB1
vi = 0
IB1
RE2 DZ
钳制在0.6~0.7V,使T1的基本上工作在 晶体管T 的集电极电位被钳制在 , 晶体管 1的集电极电位被钳制在 饱和区,电路已失去放大作用. 饱和区,电路已失去放大作用. 解决方法是提高第二级的基极电位.如在第二级加发射极电阻 解决方法是提高第二级的基极电位.如在第二级加发射极电阻 或加稳压管进行改进 既能有效传递信号, 稳压管进行改进, 或加稳压管进行改进,既能有效传递信号,又能使每一级都有 合适的静态工作点. 合适的静态工作点.
RB2
RC1 IC1 T1
IC1 RC2
+Vcc
vC2
T2 IB2
RB1
vi = 0
IB1
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第3章 多级放大电路
3. 变压器耦合
v1 v2
结构虽比较简单,但元件体积大,重量大,不适于 电路的小型化和集成化.
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第三章多级放大电路
输出电阻为
Ro
Re2
//
rbe2 Rc1
1
5 // 1.01 10 1 50
0.20k
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3.3 直接耦合放大电路
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
在直接耦合放大电路中，若将输入端短路，用灵敏的直流表测量 输出端，也会有变化缓慢的不规则输出电压。这种输入电压为零， 输出电压不为零且缓慢变化的现象称为零点漂移，简称零漂。
一、直接耦合：将前一级的输出端直接连接到后一级的输入
端。 直接耦合方式的优点：具有良好的低频特性，既能放大交流信 号，也能放大变化缓慢的信号。且直接耦合方式电路中没有大 容量的电容，因此易于集成，在实际使用的集成放大电路中一 般都采用直接耦合方式。 直接耦合方式的缺点：由于直接耦合的放大电路前后级之间是 直接连接，因此前后级之间存在着直流通路，这就造成了各级 静态工作点相互影响，这样就给电路的分析、设计和调试带来 一定的困难。对于直接耦合的放大电路,需要解决以下两个问题：
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图变压器耦合共射放大电路
阻抗变换：根据所需要的 放大倍数，选择适当的匝 数比，使负载电阻上获得 足够大的电压，并且当匹 配得当时，负载还可获得 足够大的功率。
图变压器耦合的阻抗变换
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四、光电耦合：以光信号为媒介来实现电信号的耦合和
传递，因其抗干扰能力强而得到越来越广泛使用。
n
第12页/共52页
【例
图图所示电路的交流等效电路
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【 例 两 级 放 大 电 路 下 图 所 示 ， 已 知 β1=β2=50 ， UBE1=UBE2=0.7 V，rbb′=300 Ω，电容器对交流可视为短路。 （1） 试估算该电路T1管和T2管的静态工作点;
《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
第三章 多级放大器
第三章 多级放大器
3.3.2 差分放大器 3.3.5 差分放大器的四种接法
4. 单端输入—单端输出（非平衡输入—平衡输出）
第三章 多级放大器
3.3.2 差分放大器 3.3.5 差分放大器的四种接法
各种输入方式的特点：
1. 双端输入（平衡输入）
第三章 多级放大器
变压器耦合和光电耦合可以实现前后级的地 线隔离；而阻容耦合和变压器耦合则会使得放 大器的低频相应变差。 多级放大器的带宽窄于单级放大器，放大器 的级数越多，则带宽越窄。 直接耦合放大器有一个特殊问题，那就是前 级静态工作点的变动会被后级放大器放大，从 而导致后级放大器静态工作点的较大偏移，乃 至使其无法正常工作，从而引出一种特殊放大 器形式——差分放大器。
将输入信号分成两个互为反相的信号，则可以实现差动输出。 如果电路完全对称，则差动输出就可以克服温漂。 但是依然存在下述缺点
1. 发射级电阻Re的接入使得放大器的增益大大下降。
2. 信号源和基极电源不共地。
第三章 多级放大器
3.3.2 差分放大器 3.3.2 差分放大器的形成3
如果电路完全对称，则发射级电阻Re上的差动电流为零，输 入信号将直接作用到管子的发射结，从而发射级电阻Re对放 大器差动增益的影响消失。 发射级电阻Re对温漂的抑制作用依然有效（即负反馈调节作 用依然存在），所以电路既保留了对温漂的强烈的抑制作用， 又保证了电路的高增益。 但是依然存在下述缺点 1. 信号源和基极电源不共地。
第三章 多级放大器
多级放大器往往要求能够提供合适的输入、输 出阻抗以及足够的电压电流增益，这可以通过 将不同组态的放大器进行级联（共射放大器及 跟随器）来实现。
《多级放大器》PPT课件
A2
信号，“Q” 互相影响，零
点
漂移严重。
一. 多级放大器的耦合方式
1.阻容耦合——通过电容将后级电路与前级相连接
优点： • 各级放大器静态工作点独立。由于电
容器隔直流而通交流，所以它们的直流
通路相互隔离、相互独立的，这样就给
设计、调试和分析带来很大方便。
Cb1
• 输出温度漂移比较小。
Rb11
Rc1 T1 Cb2
立、互不影响的。因为变压器不能传送直流信号。3、变压器耦合多级放大 电路基本上没有温漂现象。
缺点： 体积大，成本高，不便于集成；
不能传送直流或者频率低的信号，高频和低频性能都很差
4. 光电耦合 光电耦合方式是通过光电耦合器件实现的 .
发光 二极管
光电 三极管
前级 放大电路
后级 放大电路
光电耦合器件
举例1：两级放大电路如图示，求Q、Au、ri、ro
设：1=2==100，UBE1=UBE2=0.7 V。
Rb1
51k
Cb1
+
+
ui Rb2 - 20k
+
Rc1 5.1k
Re2
3.9k
+V CC
Ce2
T1 Re1 2.7k Ce1
T2
+
+
Rc2 4.3k uo
+
解：（1）求静态工作点
UB1 =
VCC Rb2 Rb1 Rb2
+
+
u i
-
+
Ri
A1
Ri1
Ro1
+
u
o1
u o1
-
A2