第三章多级放大电路 本章讨论的问题:1单管放电略为什么不能满足多方面性能的要求?2如何将多 个单级放大电路连接成多级放大电路?各种连接方式有和特点?3直接糊合放大电路的 特殊问题是什么?如何解决?4差分放大电路与其它基本放大电路有什么区别?为什么 它能抑制零点漂移?5直接耦合放大电路输出级的特点是什么?如何根据要求组成多级 放大电路? 31多级放大电路的耦合方式 3.1.1直接耦合 多级放大电路的连接,产生了单元电路间的级联问题,即耦合问题。放大电路的级间耦合 必须要保证信号的传输,且保证各级的静态工作点正确。 直接耦合——耦合电路采用直接连接或电阻连接,不采用电抗性元件。直接耦合电路可 传输低频甚至直流信号,因而缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。 3.1.2阻容耦合 电抗性元件耦合—一级间采用电容或变压器耦合。电抗性元件耦合,只能传输交流信号, 漂移信号和低频信号不能通过。 根据输入信号的性质,就可决定级间耦合电路的形式 3.1.3变压器耦合 采用变压器耦合也可以隔除直流,传递一定频率的交流信号,因此各放大级的Q互相独立 变压器耦合的优点是可以实现输出级与负载的阻抗匹配,以获得有效的功率传输。变压器耦 合阻抗匹配的原理见(a)。 在理想条件下,变压器原副边的安匝数 相等 1N1=l2N2 AL吃 l2=(1M1/N2) =h1(1/V2)=(H2/R) (a (H1/R(V1/v2)(V2/RL) (N1/M2)2=R1/RL 可以通过调整匝比n来使原副端阻抗匹配 C AL吃 当变压器的原端作为谐振回路使用时 1M1M2 为了使较小的三极管输出电阻不影响谐振回 路的Q值,在原端采用抽头的方式以实现匹 配。此时将v接在 图变压器的阻抗匹配 a'b之就可以减轻三极管对Q值的影响。如图(b)所示 31.4光电耦合 耦合电路的简化形式如图所示
本章讨论的问题：1.单管放大电路为什么不能满足多方面性能的要求？2.如何将多 个单级放大电路连接成多级放大电路？ 各种连接方式有和特点？3.直接耦合放大电路的 特殊问题是什么？如何解决？4.差分放大电路与其它基本放大电路有什么区别？ 为什么 它能抑制零点漂移？5.直接耦合放大电路输出级的特点是什么？如何根据 要求组成多级 放大电路？ 3.1 多级放大电路的耦合方式 3.1.1 直接耦合 多级放大电路的连接，产生了单元电路间的级联问题，即耦合问题。放大电路的级间耦合 必须要保证信号的传输，且保证各级的静态工作点正确。 直接耦合——耦合电路采用直接连接或电阻连接，不采用电抗性元件。直接耦合电路可 传输低频甚至直流信号，因而缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。 3.1.2 阻容耦合 电抗性元件耦合——级间采用电容或变压器耦合。电抗性元件耦合，只能传输交流信号， 漂移信号和低频信号不能通过。 根据输入信号的性质，就可决定级间耦合电路的形式。 3.1.3 变压器耦合 采用变压器耦合也可以隔除直流，传递一定频率的交流信号，因此各放大级的 Q 互相独立。 变压器耦合的优点是可以实现输出级与负载的阻抗匹配，以获得有效的功率传输。变压器耦 合阻抗匹配的原理见 (a)。 在理想条件下，变压器原副边的安匝数 相等， I1 N1=I2 N2 I2 =（I1 N1 / N2） =I1 (V1 / V2)=(V2 /RL) (V1 /R1)(V1 / V2)=(V2 /RL) (N1 / N2 ) 2 =R1 /RL n 2 =R1 /RL 可以通过调整匝比 n 来使原副端阻抗匹配。 当变压器的原端作为谐振回路使用时， 为了使较小的三极管输出电阻不影响谐振回 路的 Q 值，在原端采用抽头的方式以实现匹 配。此时将 V1 接在 ab 之就可以减轻三极管对 Q 值的影响。如图 (b)所示。 3.1.4 光电耦合 耦合电路的简化形式如图所示。 图变压器的阻抗匹配
r14T2 T14T2 T viOD (a)阻容耦合 b)直接耦合 (c)变压器耦合 耦合电路形式 直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响,应认真加以解决。 32多级放大电路的动态分析 、多级放大电路电压放大倍数的计算 在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数时有两种处理方法。一是将后一级的输入 电阻作为前一级的负载考虑,即将第二级的输入电阻与第一级集电极负载电阻并联,简称输 入电阻法。二是将后一级与前一级开路,计算前一级的开路电压放大倍数和输出电阻,并将 其作为信号源内阻加以考虑,共同作用到后一级的输入端,简称开路电压法 现以图的两级放大电路为例加以说明,将该图给出参数后示于图中。 Vcc=12V OHF lke ①D 2了7kg2 10up43k2 两级放大电路计算例 极管的=B2=P=100,VBE1=VBE2=0.7V。计算总电压放大倍数。分别用输入电阻法和 开路电压法计算。 1用输入电阻法求电压增益 (1)求静态工作点 BEl 01(R1∥Ra2)+(1+B)R1(51∥20)+101×27 mA=0.0093mA=9.3A Icot=BlBo1=093 mA C=B=k-loR1=(12-0.93×5.1)V=726V
(a) 阻容耦合 (b) 直接耦合 (c) 变压器耦合 耦合电路形式 直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响，应认真加以解决。 3.2 多级放大电路的动态分析 一、多级放大电路电压放大倍数的计算 在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数时有两种处理方法。一是将后一级的输入 电阻作为前一级的负载考虑，即将第二级的输入电阻与第一级集电极负载电阻并联，简称输 入电阻法。二是将后一级与前一级开路，计算前一级的开路电压放大倍数和输出电阻，并将 其作为信号源内阻加以考虑，共同作用到后一级的输入端，简称开路电压法。 现以图的两级放大电路为例加以说明，将该图给出参数后示于图中。 两级放大电路计算例 三极管的1=2==100，VBE1=VBE2=0.7 V。计算总电压放大倍数。分别用输入电阻法和 开路电压法计算。 1 用输入电阻法求电压增益 （1）求静态工作点 mA = 0.0093 mA = 9.3 A (51// 20) 101 2.7 3.38 0.7 ( // ) + (1+ ) ' = b1 b2 e1 CC BE1 BQ1 + − = − R R R V V I ICQ1 = I BQ1 = 0.93 mA VC1 = VB2 = Vcc − ICQ1Rc1 = (12 − 0.935.1) V = 7.26 V
VCEOIVcc-1corRoI-(col +lBoure =lcc-lcoI (ra +rei) (12-0.93×7.8)V=47V V2=lB+pa2=(726+0.7)V=796V Bo≈lm2=(c-V2)Ra2=(12-796)/39mA=404/39mA=104mA C=lo2Ra2=(104×4.3)V=447V EQ2=e2-B2=(447-7.96v=-345V (2)求电压放大倍数 先计算三极管的输入电阻 bel=rb+(1+B) 26(mV) =3009+101 Q2=3.1 kQ +(1+B) 26(mV) 300g+101×—9=2.8kg 电压增益 A,=B(RA)=-100×5128 式中R2=2 42=-(2∥R)_100×43 =-1536 2.8 A,=A1A2=-58.3×(-153.6)=8955 如果求从vs算起的电压增益,需计算输入电阻 R1=r1∥Rb1∥R2=3.l∥5l∥20=255k2 RI 2.55 R+R1-1+255 ×(-58.3)=-41.9 A=A,A,2=-41.9×(-1536)=6436 2用开路电压法求电压增益 第一级的开路电压增益
(12 0.93 7.8) V 4.7 V = ( ) ( ) CEQ1 cc CQ1 c1 CQ1 BQ1 e1 cc CQ1 c1 e1 = − = V V − I R − I + I R V − I R + R VE2 =VB2 +VBE2 = (7.26 + 0.7) V = 7.96V (1.04 4.3) V 4.47 V ( )/ [(12 7.96)/ 3.9]mA 4.04/ 3.9 mA 1.04 mA C2 CQ2 c2 EQ2 CQ2 CC E2 e2 = = = = − = − = = V I R I I V V R VCEQ2 = VC2 −VE2 = (4.47 − 7.96) V = −3.45 V （2）求电压放大倍数 先计算三极管的输入电阻 + + = + = + + = + = 2.8 k 1.04 26 300 101 (mA) 26(mV) = (1 ) 3.1k 0.93 26 300 101 (mA) 26(mV) = (1 ) E2 be2 b b E1 be1 b b I r r I r r 电压增益 i 2 be2 be1 c1 i 2 1 58.3 3.1 ( // ) 100 (5.1// 2.8) = R r r R R Av = = − − = − 式中 153.6 2.8 ( // ) 100 4.3 = be2 c2 L 2 = − − = − r R R Av Av = Av1Av2 = −58.3(−153.6) = 8955 如果求从 VS算起的电压增益，需计算输入电阻 Ri1 = rbe1 // Rb1 // Rb2 = 3.1// 51// 20 = 2.55k ( 58.3) 41.9 1 2.55 2.55 1 S i1 i1 s1 − = − + = + v = Av R R R A Avs = Avs1Av2 = −41.9(−153.6) = 6436 2 用开路电压法求电压增益 第一级的开路电压增益
A BR:100×5.1 164.5 3.1 R。1≈R1 R2 BR 2.8100×4.3 R1+R2 5.1+2.8 A1=Ao1A2=(-164.5)×(-543)=8932 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 直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响,这是构成直接耦合多级放大电路时必 须要加以解决的问题。 直接耦合放大电路 (1)电位移动直接耦合放大电路 如果将基本放大电路去掉耦合电容,前后级直接连接,如图0702所示。于是 VcI=VB Vc2=VB2+VcB2>VB2(Vc1) 这样,集电极电位就要逐级提高,为此后面的放大级要加入较大的发射极电阻,从而无法 设置正确的工作点。这种方式只适用于级数较少的电路 CC T 图0702前后级的直接耦合 (2)NPN+PNP组合电平移动直接耦合放大电路 级间采用NPN管和PNP管搭配的方式,如图0703所示。由于NPN管集电极电位高 于基极电位,PNP管集电极电位低于基极电位,它们的组合使用可避免集电极电位的逐级 升高
= = ( 164.5) ( 54.3) 8932 54.3 2.8 100 4.3 5.1 2.8 2.8 = 164.5 3.1 100 5.1 = O1 2 be2 c2 o 1 i 2 i 2 2 o 1 c1 be1 c1 O1 − − = = − + = − + − = − − = − v v v v v A A A r R R R R A R R r R A 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 直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响，这是构成直接耦合多级放大电路时必 须要加以解决的问题。 一、直接耦合放大电路 (1) 电位移动直接耦合放大电路 如果将基本放大电路去掉耦合电容，前后级直接连接，如图 07.02 所示。于是 VC1=VB2 VC2= VB2+ VCB2＞VB2（VC1） 这样，集电极电位就要逐级提高，为此后面的放大级要加入较大的发射极电阻，从而无法 设置正确的工作点。这种方式只适用于级数较少的电路。 图 07.02 前后级的直接耦合 (2) NPN+PNP 组合电平移动直接耦合放大电路 级间采用 NPN 管和 PNP 管搭配的方式，如图 07.03 所示。由于 NPN 管集电极电位高 于基极电位，PNP 管集电极电位低于基极电位，它们的组合使用可避免集电极电位的逐级 升高
Rs R Ce Re 图0703NPN和PNP管组合 (3)电流源电平移动放大电路 在模拟集成电路中常采用一种电流源电平移动电路,如图07.04所示。电流源在电路中 的作用实际上是个有源负载,其上的直流压降小,通过R1上的压降可实现直流电平移动 但电流源交流电阻大,在R1上的信号损失相对较小,从而保证信号的有效传递。同时,输 出端的直流电平并不高,实现了直流电平的合理移动 R 图0704电流源电平移动电路 、零点漂移是三极管的工作点随时间而逐渐偏离原有静态值的现象。 生零点漂移的主要原因是温度的影响,所以有时也用温度漂移或时间漂移来表示。 工作点参数的变化往往由相应的指标来衡量 般将在一定时间内,或一定温度变化范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数,即 将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。例如μV/C或μ V/min 33.2差分放大电路 差分放大电路是由对称的两个基本放大电路,通过射极公共电阻耦合构成的,如图 06.01所示。 对称的含义是两个三极管的特性一致 电路参数对应相等。 B1=B2=B nbel-nbe2-nbe IcE BO1-ICBO2-ICBC Rel=R2=Re Re
图 07.03 NPN 和 PNP 管组合 (3) 电流源电平移动放大电路 在模拟集成电路中常采用一种电流源电平移动电路，如图 07.04 所示。电流源在电路中 的作用实际上是个有源负载，其上的直流压降小，通过 R1 上的压降可实现直流电平移动。 但电流源交流电阻大，在 R1 上的信号损失相对较小，从而保证信号的有效传递。同时，输 出端的直流电平并不高，实现了直流电平的合理移动。 图 07.04 电流源电平移动电路 二、零点漂移是三极管的工作点随时间而逐渐偏离原有静态值的现象。 产生零点漂移的主要原因是温度的影响，所以有时也用温度漂移或时间漂移来表示。 工作点参数的变化往往由相应的指标来衡量。 一般将在一定时间内，或一定温度变化范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数，即 将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。例如 V/C 或 V/min。 3.3.2 差分放大电路 差分放大电路是由对称的两个基本放大电路，通过射极公共电阻耦合构成的，如图 06.01 所示。 对称的含义是两个三极管的特性一致， 电路参数对应相等。 1=2= VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO Rc1=Rc2= Rc