[學(xué)習(xí)]多級、功率放大器、差放

1、多級放大電路,耦合方式：信號源與放大電路之間、兩級放大電路之間、放大器與負載之間的連接方式。,常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合。,動態(tài): 傳送信號,減少壓降損失,,靜態(tài)：保證各級有合適的Q點,,波形不失真,輸出,多級放大電路的框圖,對耦合電路的要求,§4.1 多級放大電路的耦合方式,單級放大器(靜態(tài)工作點穩(wěn)定的共射極放大器),多級阻容耦合放大器的級聯(lián),,,設(shè)二級放大器的參數(shù)完全一樣,§4.2 阻

2、容耦合放大電路,多級阻容耦合放大器的分析,(1) 由于電容的隔直作用，各級放大器的靜態(tài)工作點相互獨立，分別估算。(2) 前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓。(3) 后一級的輸入電阻是前一級的交流負載電阻。(4) 總電壓放大倍數(shù)=各級放大倍數(shù)的乘積。(5)總輸入電阻ri即為第一級的輸入電阻ri1 。(6)總輸出電阻即為最后一級的輸出電阻.,,第一級,第二級,,負載,,信號源,兩級之間通過耦合電容 C2 與下級輸入電阻連接,1.

3、靜態(tài)分析,由于電容有隔直作用，所以每級放大電路的直流通路互不相通，每級的靜態(tài)工作點互相獨立，互不影響，可以各級單獨計算。,兩級放大電路均為共發(fā)射極分壓式偏置電路。,2. 動態(tài)分析,微變等效電路,第一級,第二級,,多級阻容耦合放大器的靜態(tài)工作點,第一級靜態(tài)工作點,第二級靜態(tài)工作點,多級阻容耦合放大器的微變等效電路,前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓,后一級的輸入電阻是前一級的交流負載電阻。,多級阻容耦合放大器的微變等效電路,,多級阻

4、容耦合放大器的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的計算,第二級的輸入電阻,ri= ri 1 = R11// R12// rbe1,多級阻容耦合放大器的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的計算,ri 2 = R21// R22// rbe2,ro = RC2,= Au1Au2,總電壓放大倍數(shù),Au為正，輸入輸出同相,總放大倍數(shù)等于各級放大倍數(shù)的乘積,代入數(shù)值計算,ri= ri 1 = R11// R12// rbe1 =100//

5、33//1.62=1.52k?,RB1=100k?RB2=33k?RE=2.5k?RC=5k?RL=5k??=60EC=15V,ri 2 = R21// R22// rbe2 =100//33//1.62=1.52k?,Au= Au1Au2 =(-43)(-93) =3999,ro = RC2 = 5k?,兩級單管放大器級聯(lián),可提高電壓放大倍數(shù);但輸入電阻仍很小,輸出電阻仍很大,

6、阻容耦合多級放大電路,當(dāng)兩級放大器（靜態(tài)工作點穩(wěn)定的基本放大器）級聯(lián)時，放大倍數(shù)大大提高。但輸入電阻較小，輸出電阻較大。,Au= Au1 Au2 =3999,RS=20k?,=-6.6,輸入電阻很小的放大器當(dāng)信號源有較大內(nèi)阻時,放大倍數(shù)變得很小,,ri= R11// R12// rbe =1.52 k?,Au=-93,由于信號源內(nèi)阻大,而放大器輸入電阻小,致使放大倍數(shù)降低,RB=570k?RE=5.6k?RL=1.52k

7、??=100EC=15V,用射極輸出器作為輸入級,構(gòu)成兩級放大器，可提高放大器的輸入電阻,,,用射極輸出器作為輸入級時電壓放大倍數(shù)的估算,用射極輸出器作為輸出級,構(gòu)成兩級放大器，可減小放大器的輸出電阻,提高帶負載的能力,ro1= RC1 =5k?,RL=5k ?時, Au=-93RL=1k ?時, Au=-31,第一級放大倍數(shù)的計算,=ri2=173 k?,Au1=-185,后一級的輸入電阻作為前一級的交流負載電阻,總放大倍

8、數(shù)的計算,Au= Au1 Au2 =（-185）? 0.99=-183,Au= Au1 Au2 =（-174）? 0.97=-169,比較不接射極輸出器時的帶負載能力：,RL=5k ?時, Au=-93RL=1k ?時, Au=-31,當(dāng)負載電阻由5k?變?yōu)?k?時，放大倍數(shù)降低到原來的92.3%,降低到原來的30%,結(jié)論:用射極輸出器作為輸出級,可減小放大器的輸出電阻,提高帶負載的能力,輸入電阻ri 、輸出電阻ro的計算,,ri=

9、ri1 = R11// R12// rbe1=1.52 k?,RS為信號源內(nèi)阻,即前一級的輸出電阻RC1,= RB// RC1,,,設(shè): gm=3mA/V?=50rbe = 1.7K,例題:,求:總電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻,,,（1）估算各級靜態(tài)工作點: （略）,（2）動態(tài)分析:,微變等效電路,,,,首先計算第二級的輸入電阻 ri2= R3// R4// rbe=82//43//1.7=1.7 k?,第二步:計算各級

10、電壓放大倍數(shù),第三步:計算輸入電阻、輸出電阻,ri=R1//R2=3//1=0.75M ?,ro=RC=10k ?,第四步:計算總電壓放大倍數(shù),Au=Au1Au2 =(-4.4) ?(-147) =647,例2:,如圖所示的兩級電壓放大電路，已知β1= β2 =50, T1和T2均為3DG8D。(1) 計算前、后級放大電路的靜態(tài)值(UBE=0.6V);(2) 求放大電路的輸入電阻和輸出電阻； (3) 求各級電壓的放大倍數(shù)及總電

11、壓放大倍數(shù)。,,解:,(1) 兩級放大電路的靜態(tài)值可分別計算。,第一級是射極輸出器:,第二級是分壓式偏置電路,解:,第二級是分壓式偏置電路,解:,(2) 計算 r i和 r 0,由微變等效電路可知，放大電路的輸入電阻 ri 等于第一級的輸入電阻ri1。第一級是射極輸出器，它的輸入電阻ri1與負載有關(guān)，而射極輸出器的負載即是第二級輸入電阻 ri2。,微變等效電路,,,(2) 計算 r i和 r 0,,(2) 計算 r i和 r 0,,(3

12、)求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù),第一級放大電路為射極輸出器,(3)求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù),第二級放大電路為共發(fā)射極放大電路,總電壓放大倍數(shù),應(yīng)用舉例?鎳鎘電池恒流充電電路,原理:三極管工作于恒流狀態(tài)，基極電位恒為6V；調(diào)整轉(zhuǎn)換開關(guān)Ｓ使充電電流限制在50mA和100mA;,性能:正常充電時間7小時左右;充電電流為恒定值；充電電流大小由電池額定容量確定。,,LED發(fā)光二極管承受正向電壓導(dǎo)通

13、發(fā)光, 發(fā)光強度與通過的電流大小有關(guān)。LED與R5串聯(lián)后，接于R4 兩端，R4兩端電壓的大小，反映充電電流的大小，LED發(fā)光的亮、暗指示S的位置, R5是LED的限流電阻,使通過LED的電流限制在一定數(shù)值。,,,例： 擴音系統(tǒng),功率放大電路的作用： 用作放大電路的輸出級，以驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。,4.3 功率放大電路,4.3.1 功率放大電路的一般問題,功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的

14、的放大電路。為了獲得大的輸出功率，必須使 輸出信號電壓大； 輸出信號電流大； 放大電路的輸出電阻與負載匹配。,? 實例—典型的收音機電路,變頻,,低放中放,,功放,,Ic=0.5mA,Ic=2mA,Ic=20mAEc=6V,Po=30mW,電源供給的功率：,PDC=EcIc=120mW,轉(zhuǎn)換效率：,1. 功放電路與普通放大電路的比較,功率放大電路：要求負載得到一定的不

15、失真或失真較小的輸出功率；電路工作在大信號狀態(tài)，研究的問題是提高輸出功率和效率。,共同點：都是能量轉(zhuǎn)換電路，把直流能量轉(zhuǎn)換為交 變能量,不同點： 普通放大電路：要求負載得到不失真電壓信號，不要求輸出功率；電路工作在小信號狀態(tài)，研究的問題是電壓放大倍數(shù)、輸入和輸出電阻、帶寬等。,2. 功放電路研究的主要問題,要求輸出功率盡可能大，要求輸出電流和電壓都大，管子運行在極限狀態(tài)。電路效率要高：效率是

16、指負載得到的有用信號功率與電源供給的直流功率之比，比值越大效率越高。非線性失真盡可能?。汗β逝c失真是一對矛盾，一般輸出功率越大失真越嚴重。半導(dǎo)體的散熱問題：功放電路中很大一部分功率被集電結(jié)消耗掉，使結(jié)溫上升，為充分利用允許的管耗輸出足夠大的功率，散熱非常重要。功放管的保護問題：為輸出足夠大的功率，管子承受的電壓很高，通過的電流很大，管子較容易損壞。,二.放大電路工作狀態(tài),iC,甲類放大： 靜態(tài)工作點在交流負載線中點，用于電壓放大

17、, 甲類雖然放大的信號不失真，但管耗太大，電路的效率很低,iC,甲乙類放大：在截止區(qū)偏上一點，防止交越失真,iC,乙類放大： ICQ = 0 ，三極管只在正半周工作，電壓幅值大，用于功率放大,甲乙類放大和乙類放大電路因靜態(tài)電流很小，使電源供給的直流功率幾乎全部轉(zhuǎn)換成交流輸出信號，因此降低了管耗，提高了效率。但是，這兩種功放電路都出現(xiàn)了嚴重的波形失真。,三. 射極輸出器的功率放大作用,射級輸出器具有輸入電阻高、輸出電阻低的特

18、點，能達到電阻匹配的要求。另外射極輸出器的電壓放大倍數(shù)近似等于1，具有電流放大和功率放大作用。因此用射級輸出器作功率輸出級，在負載上可得到最大不失真輸出功率。,射極輸出器甲類功率放大電路,退出,效率低原因：靜態(tài)電流造成的管耗較大，如果將Q下移，使信號等于零時，電源的輸出等于零或很小，信號增大時，電源供給的功率增大，這樣便可解決效率低的問題。,1. 靜態(tài)值,VB = 0 IBQ = Ec / (1+?) RE ICQ = Ec / R

19、E UCEQ =2Ec - Ic RE ? Ec,2. 功率,效率低原因：靜態(tài)電流造成的管耗較大，如果將Q下移，使信號等于零時，電源的輸出等于零或很小，信號增大時，電源供給的功率增大，這樣便可解決效率低的問題?？梢?，射極輸出器能滿足電阻匹配，使負載獲得最大輸出功率，但因電路的靜態(tài)電流較大，因而晶體管的損耗較大，致使能量轉(zhuǎn)換效率低。,如何解決效率低的問題？,辦法：降低Q點,但又會引起截止失真,,既降低Q點又不會引起截止失真的辦法：采

20、用推挽輸出電路，或互補對稱射極輸出器,4.3.2 互補對稱功率放大電路,互補對稱：電路中采用兩個晶體管：NPN、 PNP各一支；兩管特性一致。 對稱電源：+USC，-USC 組成互補對稱式射極輸出器,NPN型,PNP型,一、工作原理（設(shè)ui為正弦波）,,,靜態(tài)時：,ui = 0V ? T1、T2均不工作

21、 ? uo = 0V,動態(tài)時：,ui ? 0V,,T1截止，T2導(dǎo)通,,ui > 0V,,T1導(dǎo)通，T2截止,iL= ic1 ;,,iL=ic2,注意：T1、T2兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作的方式。,輸入輸入波形圖,,,,,死區(qū)電壓,(1) 靜態(tài)電流 ICQ、IBQ等于零；(2) 每管導(dǎo)通時間于半個周期 ； (3) 存在交越失真。,特點：,二、最大輸出功率及效率的計算,假設(shè) ui 為正弦波且幅度足夠

22、大，T1、T2導(dǎo)通時均能飽和，此時輸出達到最大值。,負載上得到的最大功率為：,若忽略晶體管的飽和壓降，則負載（RL)上的電壓和電流分別為：,電源提供的直流平均功率計算：,每個電源中的電流為半個正弦波，其平均值為:,兩個電源提供的總功率為：,USC1 =USC2 =USC,效率為：,OTL: Output TransformerLess,OCL: Output CapacitorLess,互補對稱功放的類型：,1. OCL乙類互補對稱

23、功率放大電路,VT1、VT2分別為NPN型和PNP型晶體管，要求VT1和VT2管特性對稱，并且正負電源對稱。,電路組成和工作原理,電路在靜態(tài)時管子不取電流，而在有信號時，VT1和VT2輪流導(dǎo)電，交替工作，使流過負載RL的電流為一完整的正弦信號。由于兩個不同極性的管子互補對方的不足，工作性能對稱，所以這種電路通常稱為互補對稱式功率放大電路。,電壓和電流波形圖,性能指標估算   OCL乙類互補對稱功率放大電路的圖

24、解分析如圖所示。,（1）輸出功率Po（2）效率η（3）單管最大平均管耗PT1max,OCL乙類互補對稱功率放大電路的圖解分析,2.OCL甲乙類互補對稱功率放大電路 在輸入電壓較小時，存在一小段死區(qū)，此段輸出電壓與輸入電壓不存在線性關(guān)系，產(chǎn)生了失真。由于這種失真出現(xiàn)在通過零值處，故稱為交越失真。交越失真波形如圖所示。,互補對稱功率放大電路的交越失真,為減小交越失真，改善輸出波形，通常設(shè)法使晶體管在靜態(tài)時有一個較小的基極

25、電流，以避免當(dāng)ui幅度較小時兩個晶體管同時截止。如圖所示。,圖 典型OCL甲乙類互補對稱功放電路,由圖還可以看出，此時每管的導(dǎo)通時間略大于半個周期，而小于一個周期，故這種電路稱為OCL甲乙類互補對稱功率放大電路。,圖 OCL甲乙類互補對稱功放電路波形圖,3. 采用復(fù)合管的互補功率放大電路 由復(fù)合管組成的互補功率放大電路如圖所示。圖中，要求VT3和VT4既要互補又要對稱，對于NPN型和PNP型兩種大功率管來說，一般比

26、較難以實現(xiàn)。,圖5.9 復(fù)合管互補對稱電路,為此，最好選VT3和VT4是同一型號的管子，通過復(fù)合管的接法來實現(xiàn)互補，這樣組成的電路稱為準互補電路，如圖所示。,準互補對稱電路,,,,,,,,,差動放大級,反饋級,偏置電路,共射放大級,UBE倍增電路,恒流源負載,準互補功放級,保險管,負載,實用的OCL準互補功放電路：,RC低通,實際功放電路,這里介紹一個實用的OCL準互補功放電路。其中主要環(huán)節(jié)有 ：,(1) 恒流源式差動放大輸入級

27、（T1、T2、T3）；(2) 偏置電路（R1、D1、D2）；(3) 恒流源負載（T5）；(4) OCL準互補功放輸出級（T7、T8、T9、 T10）；(5) 負反饋電路（Rf、C1、Rb2構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負反饋）； (6) 共射放大級（T4）；(7) 校正環(huán)節(jié)（C5、R4）；(8) UBE倍增電路（T6、R2、R3）；(9) 調(diào)整輸出級工作點元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。,集成運放內(nèi)部的功率放大器,集成

28、功率放大器,特點：工作可靠、使用方便。只需在器件外部適當(dāng)連線，即可向負載提供一定的功率。,集成功放LM384：,生產(chǎn)廠家：美國半導(dǎo)體器件公司,電路形式：OTL,輸出功率：8?負載上可得到5W功率,電源電壓：最大為28V,集成功放 LM384管腳說明:,集成功放 LM384 外部電路典型接法：,調(diào)節(jié)音量,電源濾波電容,外接旁路電容,低通濾波,去除高頻噪聲,輸入信號,輸出耦合大電容,4.3.3OTL甲乙類互補對稱功率放大電路

29、 無輸出變壓器電路、OTL(Output Transformer Less)電路。 OTL功放的工作原理與OCL功放相同。只要把Q點的橫坐標改為UCC/2，并用UCC/2取代OCL功放有關(guān)公式中的UCC，就可以估算OTL功放的各類指標。,典型OTL甲乙類互補對稱功率放大電路,增加RE2 : 用于設(shè)置合適的Q點。,問題 1 :前后級Q點相互影響。,,3.3 直接耦合放大電路,3.3.1 直接耦合放大電路的零點漂移問題,N

30、PN型和PNP型混合使用 : 用于設(shè)置合適的Q點。,問題 1 :前后級Q點相互影響。,,3.3 直接耦合放大電路,3.3.1 直接耦合放大電路的零點漂移問題,問題 2 :零點漂移。,當(dāng) ui 等于零時， uo不等于零。,,有時會將信號淹沒,4.4 直接耦合,直接耦合：將前級的輸出端直接接后級的輸入端?？捎脕矸糯缶徛兓男盘柣蛑绷髁孔兓男盘枴?直接耦合電路,因為電容的隔直作用以及低頻時容抗加大，所以阻容耦合只適用于放大頻率較高的交

31、流信號。,對于直流信號和低頻信號，阻容耦合已不適用，必須采用直接耦合方式。,能夠放大直流信號（包括慢變信號和低頻信號）的放大器稱為直流放大器。,建立靜態(tài)工作點,2.零點漂移:前一級的溫漂將作為后一級的輸入信號，被一級級放大，導(dǎo)致后級飽和或截止。（須增加兩級之間的直流負反饋）,直接耦合放大器的級聯(lián),2. 零點漂移,零點漂移：指輸入信號電壓為零時，輸出電壓發(fā)生 緩慢地、無規(guī)則地變化的現(xiàn)象。,,產(chǎn)生的原

32、因：晶體管參數(shù)隨溫度變化、電源電壓 波動、電路元件參數(shù)的變化。,直接耦合存在的兩個問題：,1. 前后級靜態(tài)工作點相互影響,若由于溫度的升高 IC1增加 1%，試計算輸出電壓Uo變化了多少？,已知：UZ=4V， UBE=0.6V，RC1=3k?，RC2=500 ? ， ?1= ?2=50。,溫度升高前，IC1=2.3mA，Uo=7.75V。,IC1 = 2.3?1.01 mA = 2.32

33、3 mA,UC1= UZ + UBE2 = 4 + 0.6 V = 4.6 V,例：,已知：UZ=4V， UBE=0.6V，RC1=3k?，RC2=500 ? ， ?1= ?2=50。,溫度升高前，IC1=2.3mA，Uo=7.75V。,例：,IC2= ?2? IC2 = 50 ? 0.147mA = 7.35mA,? Uo= 8.325－7.75V = 0.575V 提高了7.42% 可見，當(dāng)輸入信號為零時，由于溫度的

34、變化，輸出電壓發(fā)生了變化即有零點漂移現(xiàn)象。,零點漂移的危害： 直接影響對輸入信號測量的準確程度和分辨能力。 嚴重時，可能淹沒有效信號電壓，無法分辨是有效信號電壓還是漂移電壓。,一般用輸出漂移電壓折合到輸入端的等效漂移電壓作為衡量零點漂移的指標。,輸入端等效漂移電壓,輸出端漂移電壓,電壓放大倍數(shù),只有輸入端的等效漂移電壓比輸入信號小許多時，放大后的有用信號才能被很好地區(qū)分出來。,(1) 產(chǎn)生零漂的原因,放大電路的

35、Q點不穩(wěn)定 ? 前一級的漂移作為后一級的輸入信號被逐級放大。,溫度變化導(dǎo)致零點漂移的主要原因---- 溫漂,(2) 減小零漂的措施,用非線性元件進行溫度補償,差分式放大電路,分壓偏置電路，引入直流負反饋,,穩(wěn)定Q點,----采用特性相同的管子，使溫漂相互抵消,由于不采用電容，所以直接耦合放大電路具有良好的低頻特性。,抑制零點漂移是制作高質(zhì)量直接耦合放大電路的一個重要的問題(較好的方法-差動放大電路)。,適合于集成化的要求，在集成運放的內(nèi)

36、部，級間都是直接耦合。,4.5.1基本型差動放大器,uo= uC1 - uC2,uC1,uC2,4.5差動式放大電路,改動后的基本差動放大電路,電路的組成,實際電路參數(shù)不完全對稱時，做調(diào)零電位器,,uO=(UCQ1 + ?UCQ1 )－(UCQ2 + ?UCQ2 )=0,靜態(tài)時，ui1 = ui2 = 0,T ? ?ICQ??UCQ?,uO= UCQ1 - UCQ2 = 0,?UCQ1 = ?UCQ2,差動放大電路對溫漂的抑制作用

37、,溫度的影響相當(dāng)于給差分放大電路加入了共模信號，所以差分放大電路能夠抑制溫漂。,①利用電路的對稱性,uo= (uC1 + ?uC1 ) - (uC2 + ? uC2 ) = 0,當(dāng)溫度變化時：,? uC1 = ? uC2,對IE1來說,等效2Re,溫度T,,IC,,,IRe = 2IC,,,UE,,UBE,,,,IB,,IC,,,,ui1 = ui2 = 0,,,RE 具有強負反饋作用,—— 抑制溫度漂移，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。,② R

38、E的作用,2 差動電路的動態(tài)分析,(1) 輸入共模信號,差分放大電路抑制共模信號，反映了抑制零點漂移的能力。,?uC1 = ?uC2,uo=0,即：ui1 = ui2　大小相等、極性相同,（很小，<1),= uic,= uoc,(2) 輸入差模信號,?uC1 = -?uC2,即：ui1 = – ui2　大小相等、極性相反,uo= (uC1－?uC1 )－(uC2 +? uC2 ) =－2 ?uC1,即差分放大電路放

39、大差模信號。,(很大，>1),uid = ui1– ui2,= uod,(3) 任意輸入,ui1 、ui2 大小和極性任意。,,例: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV,ui2 = 8 mV － 2 mV,,,可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV,共模信號,差模信號,放大電路只放大兩 輸入信號 的差模信 號—差分 放大電路。,(4)共模抑制比(CMRR)的定義,例: Ad

40、=-200 Ac=0.1 CMRR=20 log ? (-200)/0.1? =66 db,CMRR — Common Mode Rejection Ratio,共模抑制比KCMR是差分放大器的一個重要指標。,4.5.2典型差分放大電路的四種接法,,（1）雙端輸入、雙端輸出,①靜態(tài)分析,,,,直流通路,,,,,,②動態(tài)分析,a.差模輸入,,輸入差模信號時，兩集電極電位一個升高(UCQ

41、2增加)，一個下降(UCQ1減小)，就象蹺蹺板一樣。,RL 的中點相當(dāng)于交流地，對T1 、T2 各取,,Re 對差模信號作用,ui1,,ui2,,ib1 , ic1,,,ib2 , ic2,,,ic1 = - ic2,iRE = ie1+ ie2 = 0,uRE = 0,,RE對差模信號不起作用,②動態(tài)分析,a.差模輸入,ib1 = - ib2,微變等效電路,b,,,,,,,,,,id,u,i2,u,R,b,R,r,be,

42、R,c,2,R,L,r,be,R,c,2,R,L,b1,i,+,-,+,-,+,-,b2,i,b1,i,b,b2,i,b,i1,u,差模電壓放大倍數(shù),,-,+,i,R,o,R,od,u,u,od,2,u,od,2,+,-,-,+,差模輸入電阻：,差模輸出電阻：,微變等效電路,,b.共模輸入,,②動態(tài)分析,輸入共模信號時，兩集電極電位（uc1和uc2）同時以相同幅度、相同方向變化,,KCMR =∞,（2）雙端輸入、單端輸出,差模輸入等效電

43、路,① 靜態(tài)分析（略）,②動態(tài)分析,若從T2集電極輸出則為正。,雙端輸出對共模信號有較強的抑制能力，而單端輸出對共模信號抑制能力較弱?？稍龃驲e 。,共模輸入等效電路,（3）單端輸入雙端輸出,,同雙端輸入、雙端輸出,（4）單端輸入單端輸出,計算同雙入單出：,注意放大倍數(shù)的正負號：設(shè)從T1基極輸入，如果從T1 集電極輸出，為負；從T2集電極 輸出為正。,差分放大電路動態(tài)參數(shù)計算總結(jié),與單端輸入還是雙端輸入無關(guān)，只與輸出方式有關(guān)：,雙出：

44、,單出：,與單端輸入還是雙端輸入無關(guān)，只與輸出方式有關(guān)：,雙出：,單出：,與電路連接方式無關(guān)。,雙出：,雙出：,單出：,單出：,KCMR =∞,4.5.3 恒流源式差放電路,電路結(jié)構(gòu):,電路特點：IC3具有恒流特性,加大Re，可以提高共模抑制比。為此可用恒流源T3來代替Re 。,,抑制溫漂的原理,結(jié)論：IC3保持恒流，對共模信號抑制，對差模信號相當(dāng)于短路,加入溫度補償三極管T4（BC短接，相當(dāng)于二極管）,IE4?(UCC+UEE- U

45、BE4)/ (R1+R2) 恒定,結(jié)論:T4穩(wěn)定IE3,恒流源相當(dāng)于阻值很大的電阻。,恒流源不影響差模放大倍數(shù)。,恒流源使共模放大倍數(shù)減小，從而增加共模抑制比。理想的恒流源相當(dāng)于阻值為無窮大的電阻，所以共模抑制比無窮大。,恒流源的作用,4.5.3具有恒流源的差分放大電路,電路結(jié)構(gòu),加大Re，可以提高共模抑制比。為此可用恒流源T3來代替Re 。,,rce3 ? 1M?,恒流源,,T3 :放大區(qū),,靜態(tài)分析：主要分析T3管

46、。,UB3?UE3 ?IE3 ?IC3,① 恒流源相當(dāng)于阻值很大的電阻。,② 恒流源______差模放大倍數(shù)。（影響，不影響）,③ 恒流源使共模放大倍數(shù)______ （增大，減?。瑥亩鴂_____（增大，減小）共模抑制比，理想的恒流源相當(dāng)于阻值為無窮的電阻，其共模抑制比是______。,恒流源的作用,不影響,減小,增大,無窮,（3）場效應(yīng)管差分放大電路,1.結(jié)構(gòu):,雙電源長尾式差放,特點：加入射極電阻RE加入負電源- UEE ，

47、采用正負雙電源供電,2.雙電源長尾式差放中雙電源和射極電阻RE的作用,雙電源的作用： （1）使信號變化幅度加大。 （2）IB1、IB2由負電源-UEE提供，可以取消R1和RB四個電阻，且使基極的直流靜態(tài)電位=0,雙電源長尾式差放中雙電源和射極電阻RE的作用,射極電阻RE的作用：,T °C?,（1）直流負反饋，穩(wěn)定靜態(tài)工作點,射極電阻RE的作用：,（2） RE對共模信號有抑制作用（原理同上，即由于RE的負

48、反饋作用，使IE基本不變）（3） RE對差模信號相當(dāng)于短路,ui1 =- ui2 ，設(shè)ui1 ?,ui2 ? ? ib1 ?,ib2 ? ? ie1 ?,ie2 ? ???ie1 ? = - ??ie2 ? ? IE不變,結(jié)論：IE具有恒流特性,用恒流源代替RE ，可使電路進一步改善,放大倍數(shù),(1)共模信號輸入 ui1 = ui2,(2)差模信號輸入ui1 =- ui2,uo= uC1 - uC2,放大倍數(shù),(3) 如果

49、ui1 ? ui2,uC + ud,uC - ud,結(jié)論:當(dāng)兩輸入端有任意輸入時,相當(dāng)于共模輸入和差模輸入共存,放大倍數(shù),uC + ud,uC - ud,只考慮共模輸入時: uoC= ACuC,只考慮差模輸入時: uod= Ad(2ud),總輸出: uo= Ad (ui1 - ui2),反相輸入端u-,同相輸入端u_+,放大倍數(shù),單端輸入: 當(dāng) ui2=0時,,雙端輸入,uo= Ad ui1,恒流源式差放電路,電路結(jié)構(gòu):,

50、電路特點：IC3具有恒流特性,,抑制溫漂的原理,結(jié)論：IC3保持恒流，對共模信號抑制，對差模信號相當(dāng)于短路,加入溫度補償三極管T4（BC短接，相當(dāng)于二極管）,IE4?(UCC+UEE- UBE4)/ (R1+R2) 恒定,結(jié)論:T4穩(wěn)定IE3,恒流源相當(dāng)于阻值很大的電阻。,恒流源不影響差模放大倍數(shù)。,恒流源使共模放大倍數(shù)減小，從而增加共模抑制比。理想的恒流源相當(dāng)于阻值為無窮大的電阻，所以共模抑制比無窮大。,恒流源的作用

51、,單端輸出 , 至下一級,雙端輸出雙端輸入,,如單端輸出,此RC2可去消,差放電路的幾種接法,接法類型：單端輸入，雙端輸入。單端輸出，雙端輸出。,第5章 集成運算放大器,5.1 概述5.2 集成運放的開環(huán)和閉環(huán),5.1 集成運算放大器概述,結(jié)構(gòu),（1）采用四級以上的多級放大器，輸入級和第二級一般采用差動放大器。（2）輸入級常采用復(fù)合三極管或場效應(yīng)管，以減小輸入電流，增加輸入電阻。（3）輸出級采用互補對稱式射極跟隨器，以進行功率

52、放大，提高帶負載的能力。,IC=IC1+ IC2 = ?1 IB + ?2(1+ ?1 ) IB = [?1 + ?2(1+ ?1 ) ]IB,為減小IB, 提高輸入電阻,T1、T2采用復(fù)合三極管,?= IC / IB = ?1 + ?2(1+ ?1 )? ?1 ?2,,集成運放內(nèi)部結(jié)構(gòu)（舉例）,,第1級：差動放大器,第2級：差動放大器,第3級：單管放大器,第4級：互補對稱射極跟隨器,,,極性判斷,,,,,,

53、集成運算放大器符號,反相輸入端 u－,同相輸入端 u+,輸出端 uo,國際符號：,國內(nèi)符號：,集成運算放大器的技術(shù)指標,(1) 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)(開環(huán)增益)大 Ao(Ad)=uo/(u+-u-)=105-107倍;(2) 共模抑制比高 CMRR=100db以上;(3) 輸入電阻大 ri>1M?, 有的可達100M?以上;(4) 輸出電阻小 ro =幾?-幾十?,理想運放：,5.1 集

54、成運算放大器的分析方法 —理想化,Ao = ?CMRR= ?ri = ?ro = 0,uo =Ao (u+– u－) Ao? ?u+– u－?0u+ ? u－,u+ =u－ ib-= ib+ =0,ri ? ? ib- ? 0 ib+ ? 0,集成運算放大器的分析方法,輸出電壓變化范圍:最大+UCC~ -UEE,集成運算放大器的分析方法:放大倍數(shù)與負載無關(guān)，,因為ro =

55、0所以放大倍數(shù)與負載無關(guān)，放大倍數(shù)可以獨立計算。,運放線性運用,,在運放的線性應(yīng)用中，運放的輸出與輸入之間加負反饋，使運放工作于線性狀態(tài)。,5.2.1負反饋的概念,凡是將放大電路輸出端的信號（電壓或電流）的一部分或全部引回到輸入端，與輸入信號迭加，就稱為反饋。,若引回的信號削弱了輸入信號，就稱為負反饋。若引回的信號增強了輸入信號，就稱為正反饋。,反饋,取+ 加強輸入信號 正反饋 用于振蕩器,取 - 削弱輸入

56、信號 負反饋 用于放大器,開環(huán),閉環(huán),負反饋的作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點；穩(wěn)定放大倍數(shù)；提高輸入電阻；降低輸出電阻；擴展通頻帶,,放大：,迭加：,負反饋框圖：,AO稱為開環(huán)放大倍數(shù),AF稱為閉環(huán)放大倍數(shù),輸出信號,輸入信號,反饋信號,差值信號,負反饋放大器,F稱為反饋系數(shù),負反饋放大器的一般關(guān)系,閉環(huán)放大倍數(shù)：,放大：,迭加：,負反饋放大器的閉環(huán)放大倍數(shù),當(dāng)Ao很大時,?AoF?»1,,結(jié)論:當(dāng)Ao很大時,負反饋放大

57、器的閉環(huán)放大倍數(shù)與晶體管無關(guān),只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。即負反饋可以穩(wěn)定放大倍數(shù)。,,負反饋放大器的四種連接方式,,串聯(lián),并聯(lián),,,,,四種連接方式: (1)電流串聯(lián)負反饋 (2)電壓串聯(lián)負反饋 (3)電流并聯(lián)負反饋 (4)電壓并聯(lián)負反饋,5.2.2 負反饋的類型及分析方法,負反饋的類型,,電壓串聯(lián)負反饋,電壓并聯(lián)負反饋,電流串聯(lián)負反饋,電流并聯(lián)負反饋,作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點,(1) 接有發(fā)射極交

58、流負反饋電阻的放大器,(電流串聯(lián)負反饋),ui = ube + uf,負反饋電阻RF,符合公式：,性能比較,結(jié)論: (1)放大倍數(shù)減小了,但穩(wěn)定了,即受晶體管的影響減小。(2) 輸入電阻提高了.,RB1=100k?RB2=33k?RE=2.4k?RF=100?RC=5k?RL=5k??=60EC=15Vrbe=1.62 k?,放大倍數(shù)穩(wěn)定性的比較,放大倍數(shù)的近似計算,uf = RF ie,=-19,(2) 射極跟隨器

59、(電壓串聯(lián)負反饋),ui = ube + uf,其中uf = uo,符合公式：,性能：,（1）放大倍數(shù)? 1（2）輸入電阻大（3）輸出電阻小,放大倍數(shù)的近似計算：,,(3) 在集電極與基極間接有反饋電阻的放大器(電壓并聯(lián)負反饋),Rf的作用：1.提供靜態(tài)工作點2.直流負反饋,穩(wěn)定靜態(tài)工作點3. .交流負反饋,穩(wěn)定放大倍數(shù),ii = ib + if,其中if =-(uo-ui)/Rf,即if是由uo形成的,符合公式：,(4)在

60、兩級放大器之間接有負反饋電阻的放大器(電壓串聯(lián)負反饋),ui = ube + uf,符合公式：,放大倍數(shù)的近似計算：,5.2.3 負反饋對放大電路的影響,負反饋使放大倍數(shù)下降。,引入負反饋使電路的穩(wěn)定性提高。,,,1. 對放大倍數(shù)的影響,若:,稱為深度負反饋，此時：,在深度負反饋的情況下，放大倍數(shù)只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。,,,2. 交流負反饋能改善波形的失真,加反饋前,加反饋后,失真,改善,3. 對輸入、輸出電阻的影響,1、串聯(lián)反饋使電

61、路的輸入電阻增加：,2、并聯(lián)反饋使電路的輸入電阻減?。?3、電壓反饋使電路的輸出電阻減?。?,,,例如:射極輸出器,例如:射極輸出器,4、電流反饋使電路的輸出電阻增加,4. 對通頻帶的影響,引入負反饋使電路的通頻帶寬度增加：,,3. 負反饋類型的判別步驟,3) 判別是否負反饋？,2) 判別是交流反饋還是直流反饋？,4) 是負反饋！判斷是何種類型的負反饋？,1) 找出反饋網(wǎng)絡(luò)（一般是電阻、電容）。,1) 判別反饋元件（一般是電阻、電容）

62、 (1) 連接在輸入與輸出之間的元件。 (2) 為輸入回路與輸出回路所共有的元件。,例1：,2) 判斷是交流反饋還是直流反饋,交、直流分量的信號均可通過 RE，所以RE引入的是交、直流反饋。,如果有發(fā)射極旁路電容， RE中僅有直流分量的信號通過 ，這時RE引入的則是直流反饋。,ＣE,例1：,例1：,3) 判斷反饋類型,凈輸入信號：,ui 與 uf 串聯(lián),以電壓形式比較——串聯(lián)反饋,ui正半周時,uf也是

63、正半周,即兩者同相,——負反饋,uf 正比于輸出電流——電流反饋,——串聯(lián)電流負反饋,,+ uf–,+ –,ie,ube,ube = ui - uf,uf = ie RE,Ube = Ui - Uf,可見 Ube < Ui , 反饋電壓Uf 削弱了凈輸入電壓,? ic RC,結(jié)論：,反饋過程：,電流負反饋具有穩(wěn)定輸出電流的作用,反饋類型 —— 串聯(lián)電流負反饋,,,Ic??,Uf??,Ube??,ib?,I

64、c ?,uf ? ic RC,+ uf–,+ –,ube,Ube = Ui - Uf,電阻 RF連接在輸入與輸出之間，所以RF是反饋元件。,2) 判斷是交流反饋還是直流反饋,交、直流分量的信號均可通過 RF，所以 RF引入的是交、直流反饋。,例2：,1) 判反饋元件,3) 判斷反饋類型,例2：,凈輸入信號：,ii 與 if 并聯(lián)，以電流形式比較——并聯(lián)反饋,ii 正半周時，if 也是正半周，即兩者同相,——

65、負反饋,if 正比于輸出電壓——電壓反饋,if 與 uo反相,——并聯(lián)電壓負反饋,ib = ii - if,Ib = Ii - If,可見 Ib < Ii , 反饋電流 If 削弱了凈輸入電流,反饋過程：,電壓負反饋具有穩(wěn)定輸出電壓的作用,反饋類型 ——并聯(lián)電壓負反饋,例2：,Uo??,if??,ib??,ic?,Uo?,Ib = Ii - If,4. 利用瞬時極性法判斷負反饋,+,+,－,+,,(1)設(shè)接“地”參考點的電位

66、為零，在某點對“地”電壓（即電位）的正半周，該點交流電位的瞬時極性為正；在負半周則為負。,(2)設(shè)基極瞬時極性為正，根據(jù)集電極瞬時極性與基極相反、發(fā)射極(接有發(fā)射極電阻而無旁路電容時)瞬時極性與基極相同的原則，標出相關(guān)各點的瞬時極性。,4. 利用瞬時極性法判斷負反饋,+,+,,－,?,,,－,?,,,(3)若反饋信號與輸入信號加在同一電極上，,(4)若反饋信號與輸入信號加在兩個電極上，,兩者極性相反為負反饋；,極性相同為正反饋。,兩者極

67、性相同為負反饋；,極性相反為正反饋。,,反饋到基極為并聯(lián)反饋,反饋到發(fā)射極為串聯(lián)反饋,判斷串、并聯(lián)反饋,ib= ii – if,ube= ui – uf,共發(fā)射極電路,,判斷電壓、電流反饋,從集電極引出為電壓反饋,從發(fā)射極引出為電流反饋,判斷反饋類型的口訣：,共發(fā)射極電路,共集電極電路為典型的電壓串聯(lián)負反饋。,集出為壓，射出為流，基入為并，射入為串。,例3：判斷圖示電路中的負反饋類型。,解: RE2對交流不起作用，引入的是直流反饋；,

68、RE1對本級引入串聯(lián)電流負反饋。,RE1、RF對交、直流均起作用，所以引入的是交、直流反饋。,例3：判斷圖示電路中的負反饋類型。,解:,RE1、RF引入越級串聯(lián)電壓負反饋。,－,+,－,+,?,T2集電極的? 反饋到T1的發(fā)射極，提高了E1的交流電位，使Ube1減小，故為負反饋； 反饋從T2的集電極引出，是電壓反饋；反饋電壓引入到T1的發(fā)射極，是串聯(lián)反饋。,例4：如果RF不接在T2 的集電極，而是接C2與RL 之間，兩者有何不同