模拟电子技术教案省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第3章 多级放大电路模拟电子技术基础模拟电子技术基础第1页第三章第三章 多級放大电路多級放大电路3.1 3.1 多级放大电路耦合方式多级放大电路耦合方式 3.2 3.2 多级放大电路动态分析多级放大电路动态分析 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路 作业：作业：4（a）、（）、（d），），5，7，8，9，11思索题：思索题：1第2页3.1.1 直接耦合直接耦合+VCC uIRb2 Rc1 T1Rc2 T2Rb1 uO(a)第一级与第二级直接相连第一级与第二级直接相连(b)第二级加射级电阻或二极管第二级加射级电阻或二极管应满足应满足各级有适当各级有适当Q；较小损失，不失真放大较小损失，不失真放大+-+-一、几个电路形式一、几个电路形式+VCC uIRb2 Rc1 T1Rc2 T2Rb1 uO+-+-Re2 U UCEQ1CEQ1 U UBEQ2BEQ2 0.7V,T1饱和饱和,T2电流电流IB2大大,饱和饱和,需抬高需抬高Ue2。加加Re2,工作点适当工作点适当,Au下降下降3.1 3.1 3.1 3.1 多极放大电路耦合方式多极放大电路耦合方式多极放大电路耦合方式多极放大电路耦合方式3.1.1 3.1.1 3.1.1 3.1.1 直接耦合直接耦合直接耦合直接耦合第3页+VCC uIRb2 Rc1 T1Rc2 T2Rb1 uO+-+-+VCC uIRb2 Rc1 T1Re2 T2Rb1 uO+-+-R DZ Rc2 (c)第二级发射级加稳压管第二级发射级加稳压管(d)NPN型管和型管和PNP型管混合使用型管混合使用换成换成DZ，直流有压，直流有压 降降(恒压恒压),交流交流rz小。小。NPN和和PNP管混用，使管混用，使Uc2Uc1 二、优缺点二、优缺点1、优点：良好低频特征，可放大改变迟缓信号；易集成化。、优点：良好低频特征，可放大改变迟缓信号；易集成化。2、缺点：、缺点：Q不独立，调试困难；有零点漂移。不独立，调试困难；有零点漂移。图图3.1.1 直接耦合放大电路静态工作点设置直接耦合放大电路静态工作点设置3.1 3.1 3.1 3.1 多极放大电路耦合方式多极放大电路耦合方式多极放大电路耦合方式多极放大电路耦合方式3.1.1 3.1.1 3.1.1 3.1.1 直接耦合直接耦合直接耦合直接耦合第4页3.1.2 3.1.2 阻容耦合阻容耦合 将放大电路前级输出端经过电容接到后级输入端。将放大电路前级输出端经过电容接到后级输入端。uI C1 RL uO R1+VCCT1 C2 R3 C3 C4 R2 R4 R5 R6 优点优点:各级静态工作点相互独立，电路分析设计调试简单各级静态工作点相互独立，电路分析设计调试简单;交流损失小交流损失小;抑制零漂。抑制零漂。缺点：低频特征差，不能放大直流或迟缓改变信号；缺点：低频特征差，不能放大直流或迟缓改变信号；不便于集成化。不便于集成化。+-+-T2 图图3.1.2 两级两级阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路 3.1 3.1 3.1 3.1 多极放大电路耦合方式多极放大电路耦合方式多极放大电路耦合方式多极放大电路耦合方式3.1.2 3.1.2 3.1.2 3.1.2 阻容耦合阻容耦合阻容耦合阻容耦合第5页3.1.3 变压器耦合器耦合优点：点：Q独立独立;改改变n可改可改变RL，阻抗匹配；隔直通交，抑制温漂。，阻抗匹配；隔直通交，抑制温漂。缺点：高、低缺点：高、低频特征差；不易集成化；成本高，使用于特殊特征差；不易集成化；成本高，使用于特殊场所。所。uI C1 TRL Rb2+VCCCe Rb1 Re N N1 1N N2 2RL N N1 1N N2 2I1.I2.RL Ic.例：如上图电路中，假设例：如上图电路中，假设RL=8,n=5.6。求等效电阻。求等效电阻。图图3.1.3变压器耦合共射放大器耦合共射放大电路路 3.1 3.1 3.1 3.1 多极放大电路耦合方式多极放大电路耦合方式多极放大电路耦合方式多极放大电路耦合方式3.1.3 3.1.3 3.1.3 3.1.3 变压器耦合变压器耦合变压器耦合变压器耦合第6页3.1.4 3.1.4 光光电电耦合耦合 以光信号为媒介实现电信号耦合和传递，因抗干扰能力强而以光信号为媒介实现电信号耦合和传递，因抗干扰能力强而广泛应用。广泛应用。DT1 T2 ic iD ceuD+-一、光电耦合器一、光电耦合器uCE ID3 ID2 ID1 增大增大ID ic图图3.1.5 光电耦合器及其传输特征光电耦合器及其传输特征(a)内部组成内部组成 (b)传输特征传输特征发光元件为输入回路：将电能转换为光能；发光元件为输入回路：将电能转换为光能；光敏元件为输出回路：将光能转换为电能。光敏元件为输出回路：将光能转换为电能。电气隔离，电气隔离，抗干扰性强抗干扰性强传输比传输比 3.1 3.1 3.1 3.1 多极放大电路耦合方式多极放大电路耦合方式多极放大电路耦合方式多极放大电路耦合方式3.1.4 3.1.4 3.1.4 3.1.4 光电耦合光电耦合光电耦合光电耦合第7页二、光电耦合放大电路二、光电耦合放大电路DT1 T2 us V VRs+-+-uo+VCC 信号源信号源光电耦合器光电耦合器输出回路输出回路图图3.1.6 光电耦合放大电路光电耦合放大电路 两地分离，远距离传输，抗干扰两地分离，远距离传输，抗干扰3.1 3.1 3.1 3.1 多极放大电路耦合方式多极放大电路耦合方式多极放大电路耦合方式多极放大电路耦合方式3.1.4 3.1.4 3.1.4 3.1.4 光电耦合光电耦合光电耦合光电耦合第8页RSUs+-.A1 A2 An-+-.+-.Uin+-.Ui2 Ui+Uo1.RLUo.图图3.2.1 多级放大电路方框图多级放大电路方框图.(注意：后级注意：后级Ri为前级为前级RL)输入电阻输入电阻:输出电阻输出电阻:当射随器为第一级时，当射随器为第一级时，Ri与后级与后级Ri相关。相关。当射随器为末级时，当射随器为末级时，Ro与前级与前级Ro相关。相关。3.2 3.2 3.2 3.2 多极放大电路动态分析多极放大电路动态分析多极放大电路动态分析多极放大电路动态分析第9页例例3.2.1 在如图所表示电路中，在如图所表示电路中，R1=15k,R2=R3=5k,R4=2.3 k,R5=100k,R6=RL=5k;VCC=12V;晶体管晶体管均为均为50,rbe1=1.2k rbe2=1k,UBEQ1=UBEQ2=0.7V。试估算电路试估算电路Q点、点、Au、Ri和和Ro。ui C1 RL uo R1 VCCT1 C2 R3 C3 C4 R2 R4 R5 R6(1)阻容耦合，阻容耦合，Q独立。独立。第一级为经典第一级为经典Q点稳定电路，点稳定电路，可得可得 图图3.1.2 两级两级阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路T23.2 3.2 3.2 3.2 多极放大电路动态分析多极放大电路动态分析多极放大电路动态分析多极放大电路动态分析第10页3.3.1 直接耦合放大电路零点漂移现象直接耦合放大电路零点漂移现象零点漂移：输入电压为零而输出电压不为零，且随时间、温零点漂移：输入电压为零而输出电压不为零，且随时间、温 度发生迟缓改变现象度发生迟缓改变现象。原因：电源波动、元件老化、半导体元件参数随温度改变而原因：电源波动、元件老化、半导体元件参数随温度改变而 产生改变。产生改变。二、抑制温度漂移方法二、抑制温度漂移方法1 电路中引入直流负反馈；电路中引入直流负反馈；2 采取温度赔偿；（用热敏元件）采取温度赔偿；（用热敏元件）3 采取差分放大电路。采取差分放大电路。一、零点漂移现象及其产生原因一、零点漂移现象及其产生原因直耦严重性直耦严重性3.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.1 3.3.1 3.3.1 3.3.1 零点漂移现象零点漂移现象零点漂移现象零点漂移现象第11页3.3.2 差分放大电路差分放大电路一、一、电路组成及工作原理电路组成及工作原理+VCC T1 T2+-Rb1 Rc1 Re1 Re2 Rb2 Rc2 uI1 VBB+-uI2 VBB+-uO 温度改变将引发晶温度改变将引发晶 体管参数改变，使体管参数改变，使Q变变 化，所以化，所以T1接成接成工作点稳工作点稳 定电路定电路演变电路。并加演变电路。并加 入性能和入性能和T1完全一样完全一样T2，电路结构电路结构形式及参数也完全形式及参数也完全 一样一样。这么当温度改变时，。这么当温度改变时，UC1、UC2改变一致，改变一致，输出电压输出电压Uo则保持不变。则保持不变。图图3.3.2 差分放大电路组成差分放大电路组成(c)1、电路组成电路组成3.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路第12页1.差模输入与差模特征差模输入与差模特征 差模输入差模输入ui1=ui2差模输入电压差模输入电压uid=ui1 ui2=2ui1=ui2差模信号交流通路差模信号交流通路ic1ic2使得：使得：ic1=ic2uo1=uo2差模输出电压差模输出电压uod=uC1 uC2=uo1 (uo2)=2uo1差模电压放大倍数差模电压放大倍数带带RL时时RLRid=2rbe差模输入电阻差模输入电阻差模输出电阻差模输出电阻Rod=2RC大小相同大小相同 极性相反极性相反二、长尾式差分放大电路二、长尾式差分放大电路ui1V1+VCCV2RCRCuodui2uo1uo2ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC23.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路第13页例例3.3.1 已知已知:=80,rbb=200 ,UBEQ=0.6 V,试求试求:(1)静态工作点静态工作点(2)差模电压放大倍数差模电压放大倍数Aud差模输入电阻差模输入电阻Rid，输出电阻，输出电阻Rod解解(1)ICQ1=ICQ2 (VEE UBEQ)/2REE=(12 0.6)/2 20=0.285(mA)UCQ1=UCQ2=VCC ICQ1RC=12 0.285 10=9.15(V)(2)=10/10=5(k)Rid=2rbe=2 7.59=15.2(k)Rod=2RC=20(k)ui1V1+12VV212VRCRCREEuodui210 k 10 k 20 k 20 k 3.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路第14页2.共模输入与共模抑制比共模输入与共模抑制比共模输入共模输入ui1=ui2共模输出电压共模输出电压uic=ui1=ui2使得使得:ie1=ie2IEQ1+ie1IEQ2+ie2ue=2ie1REE2REE2REE共模输入电压共模输入电压uoc=uC1 uC2=0共模抑制比共模抑制比用对数表示：用对数表示：大小相同大小相同极性相同极性相同共模信号交流通路共模信号交流通路ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC2V1V2RCRCuodui2uC1uC23.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路第15页3、信号输入方式、信号输入方式（1）共模输入方式：大小相等、极性相同信号。）共模输入方式：大小相等、极性相同信号。（2）差模输入方式：大小相等、极性相反信号。）差模输入方式：大小相等、极性相反信号。则则差模放大倍数：差模放大倍数：（3）任意输入方式）任意输入方式 uI1,uI2 (均能够上述两种方式表示）均能够上述两种方式表示）共模放大倍数：共模放大倍数：即即(1)(2)(1)(2),得得(1)(2),得得3.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路第16页(2)若若Aud=50、Auc=0.05求求输出电压输出电压uo，及，及KCMR1.01V0.99V解解可将任意输入信号分解为可将任意输入信号分解为共模信号和差模信号之和共模信号和差模信号之和(1)ui1=1.01=1.00+0.01(V)ui2=0.99=1.00 0.01(V)uid=u i1 u i2=1.01 0.99=0.02(V)uiC=(ui1+ui2)/2=1(V)(2)uod=Auduid=50 0.02=1(V)uoc=Aucuic=0.05 1=0.05(V)uo=Auduid+Aucuic=1.05(V)=60(dB)(1)求求差模输入电压差模输入电压uid、共模输入电压、共模输入电压uic例例3.3.2ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC23.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路第17页三、三、差分放大电路四种接法差分放大电路四种接法1.双入单出双入单出输出为双端输出二分之一输出为双端输出二分之一输出为双端输出二分之一输出为双端输出二分之一较双端输出小较双端输出小即即 ui1=ui，ui2=0参数计算与双端输入相同参数计算与双端输入相同2.单入双出单入双出为双端输入特例为双端输入特例为双端输入特例为双端输入特例+VCCuIV1V2RCuoRCVEEI0iC1iC2RL3.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路第18页三、三、差分放大电路四种接法差分放大电路四种接法一、单端输入、输出方式一、单端输入、输出方式3.单入单出单入单出输出为双端输出二分之一输出为双端输出二分之一输出为双端输出二分之一输出为双端输出二分之一4.双入双出双入双出3.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路+VCCuIV1V2RCuoVEEI0iC1iC2RL第19页四、改进型差分放大电路四、改进型差分放大电路-电流源电路电流源电路增大共模放大倍数思绪：增大共模放大倍数思绪：增大增大RE用恒流源代替用恒流源代替RE特点：特点：直流电阻为有限值直流电阻为有限值动态电阻很大动态电阻很大1.三极管电流源三极管电流源简化画法简化画法电流源电流源代替差代替差分电路分电路中中RE+VCCRLRERB1RB2ICI0ui1V1+VCCV2RCR1uodui2RCVEER2R3IC3V3ui1V1+VCCV2RCuodui2RCVEEI03.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路第20页例例:uI1=10mV,uI2=6mV，则，则uId=2mV,uIc=8mV Ac=0 uOc=0 Ad0 ，uO=AduId-Ad(-uid)=Ad（2uId）=Ad(uI1-uI2)3、存在问题及改进方案、存在问题及改进方案双出能够抑制温漂，单端对地输出则不能，所以双出能够抑制温漂，单端对地输出则不能，所以（1）采取工作点稳定电路，加）采取工作点稳定电路，加Re，A，故将，故将Re合合 在一起，则在一起，则Q点稳定，（抑制共模信号），点稳定，（抑制共模信号），而差模信号被放大（而差模信号被放大（Re 无负反馈作用）。无负反馈作用）。（2）Re大，动态范围小，去掉大，动态范围小，去掉VBB，加，加-VEE，双，双 电源供电。长尾电路。电源供电。长尾电路。3.3 3.3 3.3 3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 差分放大电路差分放大电路差分放大电路差分放大电路第21页