模拟数字电力电子技术第2章 直接耦合放大电路及反馈

模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第二章直接耦合放大电路及反馈河南科技大学模拟电子篇模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路一、直接耦合放大电路的零点漂移现象将放大电路的前级输出端直接连接到后一级输入端，称为直接耦合。直接耦合放大电路能够放大缓慢变化的信号，易于集成化，因此，得到越来越广泛的应用。由于其静态工作点相互影响，给分析、设计、调试电路带来一定困难。在直接耦合放大电路中，若将输入信号短接(ui=0)，输出端仍有缓慢变化的输出信号uo，这种现象称为零点漂移，简称零漂。引起零漂的原因很多，如电源电压的波动，元件的老化等，但主要是由于温度对三极管参数的影响造成的，因此，也称零点漂移为温度漂移，简称温漂。模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工+ui－RC1V1RB1+uo－+UCCRC2V2RE2+uo1－第一节差动放大电路模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工电路组成：差分放大电路由两个对称的共发射极放大电路通过发射极电阻直接耦合组成。晶体管T1、T2参数完全相同，Rb1=Rb2=Rb，Rc1=Rc2=Rc，一般采用双电源供电(VEE为负电源)，输入信号分别为ui1和ui2；有两个输出端，输出信号从任一个集电极取出，成为单端输出，分别为uo1、uo2，输出信号从两个集电极之间取出，称双端输出，输出uo=uo1-uo2。第一节差动放大电路二、长尾式差动放大电路1iu2iu1cu2cu0uCCVEEV1cR2cReR1EI2EI1VT2VT02u01u+++++-----1bR2bR模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路1.静态工作点的设置电路完全对称，IB1=IB2=IB，IC1=IC2=IC，IE1=IE2=IE，UCE1=UCE2=UCE，流经Re的电流I=2IE，根据基极回路方程：BbBEEeEE2RIRUIVRb的阻值很小，IB也很小，Rb上的电压可忽略不计eBEEEE2RUVI模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路只要合理选择Re的阻值，并与电源VEE相配合，就可以设置合适的静态工作点，由IE可得IB、UCE。1EBIICECECCCcBEUUUVIRU此时UC1=UC2，UO=UC1-UC2=0。即输入信号为零时，输出信号也为零。差分放大电路抑制了温度引起的零点漂移;Re也具有稳定静态工作点的作用。1iu2iu1cu2cu0uCCVEEV1cR2cReR1EI2EI1VT2VT02u01u+++++-----1bR2bR模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路2.对共模输入信号的抑制作用在差分放大电路输入端加入共模输入信号ui1=ui2=uic；uoc1、uoc2分别为共模输出电压，大小相等，方向相同。差模输入信号：在差分放大电路两输入端分别加上一对大小相等，极性相反的信号，ui1=uid1，ui2=uid2=-uid1模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工(1)共模放大倍数：双端输出时，共模电压放大倍数Auc定义为双端共模输出电压与共模输入电压之比。☆由于电路完全对称，uoc1=uoc2，共模电压放大倍数Auc=0。☆双端输出时，Auc=0，说明差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用。ococ1oc2ucicicuuuAuu单端输出时，每管的负载电阻为RL，共模电压放大倍数Auc1、Auc2定义为单端共模输出电压与共模输入电压之比。第一节差动放大电路模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工单端输出时，每管的负载电阻为RL，共模电压放大倍数Auc1、Auc2定义为单端共模输出电压与共模输入电压之比。ebebLcicoccR)1(2rR)RR(uuA第一节差动放大电路模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路单端输出时实际电路中，说明差分放大电路对共模信号没有放大作用，Re越大，Auc1越小，对共模信号的抑制能力越强。eL2RRuc11A模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路(2)共模输入电阻从两输入端看进去的共模输入电阻为两单管放大电路输入电阻的并联。(3)共模输出电阻双端输出时：occ2RR单端输出时：oc1oc2cRRR对于差分放大电路，由于输入信号中既有差模信号又有共模信号，输出信号也由两部分组成：oidudicucuuAuA模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路共模输入信号：在差分放大电路两输入端分别加上一对大小相等，极性相同的信号，称为共模输入信号，ui1=ui2=ui2.对差模输入信号的放大作用在差分放大电路输入端加入一对大小相等，极性相反的差模输入信号uid1、uid2，则差模输出信号uod1、uod2大小相等，方向相反在差模输入信号作用下，两管集电极电流大小相等。ie1=-ie2，流过Re的电流i=ie1+ie2，在Re上的没有压降，E点电位不变，画交流通路时，可以认为E点接地。又由于输出电压uod1=-uod2，负载电阻RL的中点电位总等于0，从而使每管的负载电阻为RL/2。模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路(1)差模电压放大倍数：差分放大电路双端输出时，差模电压放大倍数Aud定义为差模输出电压uod与差模输入电压uid之比。idid1id2id1id222uuuuuodod1od2od1od222uuuuuLcodod1udidid1bbe//222RRuuAuuRr差分放大电路双端输入，双端输出的差模电压放大倍数Aud等于单管共射放大电路的电压放大倍数。模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路单端输出时，每管的负载电阻为RL，差模电压放大倍数Aud1、Aud2定义为单端差模输出电压与差模输入电压之比。od1od1cLud1idid1bbe(//)22()uuRRAuuRrod2od2cLud2ud1idid2bbe(//)22()uuRRAAuuRrAud1、Aud2大小相等，符号相反，数值为一个单管共射放大电路电压放大倍数的一半模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路(2)差模输入电阻差模输入电阻Rid是从两输入端看进去的交流等效电阻idbbe2()RRr(3)差模输出电阻差模输出电阻Rod是从两输出端看进去的交流等效电阻双端输出时：odc2RR单端输出时：od1od2cRRR模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路共模抑制比共模抑制比定义为差模电压放大倍数Aud与共模电压放大倍数Auc之比的绝对值cdCMRAAKcdCMRAAdBKlg20)(用分贝表示为共模抑制比越大，表示差分放大电路对共模信号的抑制作用越强。模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工电路完全对称时，若采用双端输出，由于Auc≈0，KCMR趋于无穷大；若采用单端输出为了提高CMR，必须提高Re，常采用直流电阻小、交流电阻大的电流源代替Re；调节Rp用以解决两边电路不对称造成的输入为零，输出不为零的现象。bebecdCMRrRRAAK第一节差动放大电路模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路三、具有恒流源的差动放大电路减少共模放大倍数的思路：增大RE用恒流源代替RE特点：直流电阻为有限值动态电阻很大三极管电流源简化画法电流源代替差分电路中的REE+VCCRLRERB1RB2ICI0ui1T1+VCCT2RCR1uodui2RC–VEER2Re3IC3T3ui1T1+VCCT2RCuodui2RCVEEI0T3电路中Re3加上后，IC3更稳定，输出特性更平坦。模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路四、差动放大电路的四种接法差动放大器共有四种输入输出方式:1.双端输入、双端输出（双入双出）2.双端输入、单端输出（双入单出）3.单端输入、双端输出（单入双出）4.单端输入、单端输出（单入单出）主要讨论的问题有：差模电压放大倍数、共模电压放大倍数差模输入电阻输出电阻模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路be1Lcd)2//(rRRRAsv1.双端输入双端输出(1)差模电压放大倍数（2）共模电压放大倍数0vcA（3）差模输入电阻be1id2rRRs（4）输出电阻co2RR模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路bes1Lcd2//rRRRAv2.双端输入单端输出(1)差模电压放大倍数（2）差模输入电阻beid2rRRs（3）输出电阻coRR模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路（4）共模电压放大倍数共模等效电路：ICOC1c=vvAvebes1L2)1('=RrRReL2'RRLCLRRR//uceAR模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路3.单端输入双端输出单端输入等效双端输入:因为右侧的Rs1+rbe归算到发射极回路的值[(Rs+rbe)/(1+)]Re，故Re对Ie分流极小，可忽略，于是有beLcd)2//(rRRRAsvvi1=－vi2=vi/2计算同双端输入双端输出：0vcAbeid2rRRsco2RR模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路beLcd2//rRRRAsv4.单端输入单端输出注意放大倍数的正负号：设从T1的基极输入信号，如果从C1输出，为负号；从C2输出为正号。计算同双入单出：eLc2'RRAvbeid2rRRscoRR模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路差分放大电路四种接法的性能比较接法性能差分输入双端输出差分输入单端输出单端输入双端输出单端输入单端输出AdbeLC)2//(rRRRbeLcrRRR)2//(beLcrRRR)//(21beLcrRRR)//(21KCMR很高很高较高较高Rid)(2berR)(2berR)(2berR)(2berRRoc2Rc2RcRcR模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第一节差动放大电路接法性能差分输入双端输出差分输入单端输出单端输入双端输出单端输入单端输出特性1.Ad与单管放大电路基本相同。2.在理想情况下，KCMR∞。3.适用于差分输入、双端输出，输入信号及负载的两端均不接地的情况。1.Ad约为双端输出时的一半。2.由于引入共模负反馈，仍有较高的KCMR。3.适用于将双端输入转换为单端输出。1.Ad与单管放大电路基本相同。2.在理想情况下，KCMR∞。3.适用于将单端输入转换为双端输出。1.Ad约为双端输出时的一半。2.比单管放大电路具有较强的抑制零漂的能力。3.适用于输入、输出均要求接地的情况。4.选择不同管子输出，可使输出电压与输入电压反相或同相。模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第二节直接耦合功率放大电路对功率放大电路的要求输出功率要大非线性失真要小效率要高效率低，意味着消耗在电路内部的能量多，这部分能量转换成热能，使功放管等元件温度升高，造成电路自身的不稳定功率放大电路的分类静态工作点Q设置在交流负载线的中间，在整个信号周期内，三极管都有电流流过，称为甲类功率放大电路。无输入信号时，电源提供的功率全部消耗在功放管和电阻上，以集电结损耗为主；有信号输入时，电源一部分功率转换为有用的输出功率，信号愈大，输出功率也愈大。模拟、数字及电力电子技术厚德达理励志勤工第二节直接耦合功率放大电路把静态工作点Q设置得低一点，管耗就小，效率就可提高。称为甲乙类功率放大电路。把静态工作点Q降到最低，使集电极静态电流ICQ=0，在输入信号的整个周期内，三极管只有半个周期有电流流过，称乙类功率放大电路。静态时，电源供给功率为零，管耗为