模拟电子技术基础(第四版)课件3.3 直接耦合放大电路

第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件一、零点漂移现象及其产生的原因直接耦合时，输入电压为零，但输出电压离开零点，并缓慢地发生不规则变化的现象。原因：放大器件的参数受温度影响而使Q点不稳定。也称温度漂移。图3.3.1零点漂移现象uOtOuItO放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。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第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件二、抑制温度漂移的方法：(1)引入直流负反馈以稳定Q点；(2)利用热敏元件抵消放大管的变化；(3)采用差分放大电路。第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件3.3.2差分放大电路差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路。一、电路的组成图3.3.2差分放大电路的组成(a)TRe利用射极电阻稳定Q点但仍存在零点漂移问题图3.3.2差分放大电路的组成(b)TReuOVT的UCQ变化时，直流电源V始终与之保持一致。第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件Rb2Rb1+uI2-+uI1-VBBVBB采用与图（a）所示电路参数完全相同，管子特性也相同的电路。图3.3.2差分放大电路的组成(c)电路以两只管子集电极电位差为输出，可克服温度漂移。共模信号输入信号uI1和uI2大小相等，极性相同。差模信号输入信号uI1和uI2大小相等，极性相反。差分放大电路也称为差动放大电路。第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件差分放大电路的改进图将发射极电阻合二为一、对差模信号，Re相当于短路。ReRb1Rb2+uI1-VBB-uI2+图3.3.2差分放大电路的组成(d)典型差分放大电路图3.3.2差分放大电路的组成(e)ReRb1Rb2+uI1--VEE-uI2+长尾式差分放大电路便于调节静态工作点，电源和信号源能共地。第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件二、长尾式差分放大电路1.静态分析IE1=IE2=(VEE―UBE)∕2ReUCE1=UCE2≈VCC+VEE―(Rc+2Re)IE1uO=UCQ1―UCQ2=0IB1=IB2=IE1/(1+β)由于Rb较小，其上的电压降可忽略不计。图3.3.3长尾式差分放大电路第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件2.对共模信号的抑制作用共模信号的输入使两管集电极电位有相同的变化。所以0Oc2Oc1Ocuuu共模放大倍数电路参数的理想对称性，温度变化时管子的电流变化完全相同，故可以将温度漂移等效成共模信号，差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用。射极电阻Re对共模信号的负反馈作用，抑制了每只晶体管集电极电流的变化，从而抑制集电极电位的变化。IcOccuuA差分放大电路输入共模信号第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件3.对差模信号的放大作用分析时注意二个“虚地”E点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。图3.3.5差分放大电路加差模信号（a)第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件差模信号作用下的等效电路动态参数bebLcbeb1BLc1C2II12O1OIdOdd2//22//2=rRRRrRiRRiuuuuuuA）（Rid=2(Rb+rbe)Rod=2Rc共模抑制比cdCMRAAKdBlg20cdCMRAAK双端输出，理想情况CMRK图3.3.5差分放大电路加差模信号（b)第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件4.电压传输特性放大电路的输出电压和输入电压之间的关系曲线。uo＝f(uI)如改变uI的极性，可得另一条图中虚线所示的曲线，它与实线完全对称。uIduod第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件三、差分放大电路的四种接法A双端输入、双端输出B双端输入、单端输出C单端输入、双端输出D单端输入、单端输出基于不同的应用场合，有双、单端输入和双、单端输出的情况。所谓“单端”指一端接地。“单端”的情况，还具有共模抑制能力吗？如何进一步改进呢？第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件静态工作点1.双端输入单端输出电路图3.3.7双端输入单端输出差分放大电路图3.3.8图3.3.7所示电路的直流通路第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件CCLCLCCVRRRVLCC//RRR注意：由于输出回路的不对称性，UCEQ1≠UCEQ2。1.双端输入单端输出电路CCQCCCQ2CCQCCCQ1RIVURIVU第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件动态分析bebLcd)//(21=rRRRARid=2(Rb+rbe)Rod=Rc问题：如输出信号取自T2管的集电极，动态分析结果如何？图3.3.9图3.3.7所示电路对差模信号的等效电路第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件共模电压放大倍数如输入共模信号：uOc=―IC(RC//RL)uIc=―IB[Rb+rbe+(1+β)2Re]ICOCc=uuAebebLC)1(2)//(=RrRRR）（）（＝＝bebebebcdCMR212AAKrRRrR增大Re是改善共模抑制比的基本措施。图3.3.10共模信号作用下的双端输入单端输出电路第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件静态分析2.单端输入、双端输出与双端输入双端输出的一样。IE1=IE2=(VEE―VBE)∕2REVCE1=VCE2≈VCC+VEE―(RC+2RE)IEuO=0IB1=IB2=IE1/(1+β)图3.3.11单端输入、双端输出电路a第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件动态分析运用叠加定理：与双端输入双端输出的一样。共模输入信号差模输入信号图3.3.11单端输入、双端输出等效电路(b)第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件静态分析与双端输入单端输出的一样。IE=(VEE―VBE)∕2REVCE1=Vo+VEE―REIEVo=VCCRL∕(RC+RL)―ICRLRC∕(RC+RL)3.单端输入、单端输出图3.3.12单端输入单端输出电路动态分析：与双端输入单端输出的一样。（略）IB1=IB2=IE1/(1+β)uI第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件双端输出时：bebLcd)2//(rRRRA单端输出时：bebLcd2//rRRRA(2)共模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：双端输出时：单端输出时：0cAeLc2'RRA4.差动放大器动态参数计算总结(1)差模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件(3)差模输入电阻不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。bebid2rRR(4)输出电阻coRRco2RR单端输出时双端输出时第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件(5)共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。bebeeLbebLCMR2/')(2/'rRRRRrRRKcdCMRAAKdBlg20cdCMRAAK或双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比：第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件四、改进型差分放大电路用三极管代替“长尾式”电路的长尾电阻，即构成恒流源式差分放大电路。RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEET31.电路组成T3：恒流管作用：能使iC1、iC2基本上不随温度的变化而变化，从而抑制共模信号的变化。图3.3.13具有恒流源的差分放大电路第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件2.静态分析当忽略T3的基极电流时，Rb1上的电压为)(EECC2b1b1b1bVVRRRUR于是得到CQ3CQ2CQ121IIIC1CQCCCQ2CQ1RIVUU11CQBQ2BQ1IIIRIUU1BQBQ2BQ1e3BEQEQ3CQ31bRUUIIRRcT1T2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEET3图3.3.13具有恒流源的差分放大电路第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件3.动态分析由于恒流三极管相当于一个阻值很大的长尾电阻，它的作用也是引入一个共模负反馈，对差模电压放大倍数没有影响，所以与长尾式交流通路相同。差模电压放大倍数为beLC2I1IOd)2//(ΔΔΔrRRRuuuA差模输入电阻为差模输出电阻为)(2beidrRRco2RRRcT1T2Rc+uoRRuI1uI22LR2LR第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件具有电流源的差分放大电路简化画法uI1T1+VCCT2RCuOuI2RCVEEIRcT1T2Rc+uORRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEET3第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件复习1.差分放大电路的类别基本差分放大电路长尾式差分放大电路恒流源式差分放大电路2.差分放大电路的接法+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1~~++uIdId21uId21u+uoR1R2+VCCRc+VT1VT2Rc~~++uIdId21uId21u+uoRRVEEReRcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT3RcVT1VT2Rc+uoRRuIuI2+VCCVEEIR+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。FET差分放大电路T2Rg1vidT1RdRdVDD-VEERg2Vo2iD2iD2I0第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2LRRWVEE+VCCI图3.3.14恒流源电路的简化画法及电路调零措施带调节电位器RW的恒流源电路的简化画法调节电位器RW的滑动端位置可使电路在uI1=uI2=0时，uO=0。第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件FET差分放大电路电路图（单端输入单端输出）分析方法相同但输入电阻很大，JEFT1012欧姆MOSFET1015欧姆图3.3.15FET差分式放大电路FET差分式放大电路常用于集成电路的输入级。T2Rg1vidT1RdRdVDD-VEERg2Vo2iD2iD2I0第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件3.3.3直接耦合互补输出级一、基本电路在输入信号的正半周，VT1导通，iC1流过负载；负半周，VT2导通，iC2流过负载。在信号的整个周期都有电流流过负载，负载上iL和uO基本上是正弦波。存在的问题：交越失真交越失真基本要求：输出电阻低，最大不失真输出电压尽可能大。2CCVVCC静态时，输入输出电压均为零。第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件二、消除交越失真的互补输出级给T1、T2提供静态电压tiC0ICQ1ICQ2消除交越失真思路：电路：RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uoVCCV5R2R1ui图3.3.17消除交越失真的互补输出级(a)用二极管电路第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件消除交越失真的其它电路3BE43434BE3CE31)(URRRRRUUT1T2T3R4R3图3.3.17消除交越失真的互补输出级(b)UBE倍增电路,B34IIR若则第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件消除交越失真的实际电路为了增大T1和T2的电流放大倍数，以减小前级驱动电流，常采用复合管结构。如图3.3.18为采用复合管的准互补输出级，OCL电路。T4RL+VCC+uoT1T2T3VEER1R2R3R4ui第三章多级放大电路模拟电子技术多媒体课件3.3.4直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路的构成：输入级：差分放大电路或FET差分放大电路，从而减小温漂，增大共模抑制比。中间级：共射放大电路，从而获得高电压放大倍数。输出级：采用复合管的准互补输出级电路，从而使输出电阻小，带负载能力增强，而且最大不失真输出电压幅值接近电源电压。第三章多级放大电路模