大学课件 模拟电子技术 基本放大电路(六)

模拟电子技术第2章基本放大电路2.2放大电路的基本分析方法2.3放大电路静态工作点的稳定2.4共集放大电路和共基放大电路2.6多级放大电路2.5场效应管放大电路2.1概述模拟电子技术引言2.6.1多级放大电路级间耦合方式及其电路组成2.6.2多级放大电路的分析2.6多级放大电路举例模拟电子技术为什么要多级放大？前面我们主要研究了由一个晶体管组成基本放大电路，它们的电压放大倍数一般只有几十倍。但是在实际应用中，往往需要放大非常微弱的信号，上述的放大倍数是远远不够的。为了获得更高的电压放大倍数，可以把多个基本放大电路连接起来，组成“多级放大电路”。其中每一个基本放大电路叫做一“级”，而级与级之间的连接方式则叫做“耦合方式”。实际上，单级放大电路中也存在电路与信号源以及负载之间的耦合问题。引言模拟电子技术2.6.1多级放大电路耦合方式及其电路组成级间耦合方式：直接耦合A1A2优点是具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；并且由于电路中没有大容量电容，所以易于将全部电路集成在一片硅片上，构成集成放大电路。缺点是Q点相互影响，给电路的分析、设计和调试带来一定的困难；存在零点漂移现象。使用各种计算机辅助分析软件可使电路的设计和Q点的求解过程大大简化；采用差分放大电路克服零点漂移现象。阻容耦合A1A2各级“Q”独立，只放大交流信号，信号频率低时耦合电容容抗大。低频特性差，不能放大变化缓慢的信号。此外，在集成电路中制造大容量电容很困难，甚至不可能，所以这种耦合方式不便于集成化。变压器耦合A1A2其低频特性差，不能放大变化缓慢的信号，且非常笨重，更不能集成化。最大特点是可以实现阻抗变换，因而在分立元件功率放大电路中得到广泛应用。光电耦合光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的，因其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。模拟电子技术1、阻容耦合阻容耦合是通过电容器将后级电路与前级相连接，其方框图所示。阻容耦合放大电路的方框图模拟电子技术单级阻容耦合放大电路两级阻容耦合放大电路模拟电子技术2、变压器耦合变压器可以通过磁路的耦合把一次侧的交流信号传送到二次侧，因此可以作为耦合元件。变压器耦合共射放大电路交流等效电路在实际系统中，负载电阻的数值往往很小。例如扩音系统中的扬声器，其阻值一般为3、4、8和16等几种。把它们接到直接耦合或阻容耦合的任何一种放大电路的输出端，都将使其电压放大倍数的数值变得很小，从而使负载上无法获得大功率。模拟电子技术为什么要采用变压器耦合？因为变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。变压器耦合的阻抗变换工作原理：LLRIIR212因为变压器副边电流与原边电流之比等于原边线圈匝数N1与副边线匝数N2之比，所以LLRNNR221（前后功率相等）根据所需的电压放大倍数，可以选择合适的匝数比，使负载电阻上获得足够大的电压。并且当匹配得当时，负载可以获得足够大的功率。在集成功率放大电路产生之前，几乎所有的功率放大电路都采用变压器耦合的形式。而目前，只有在集成功率放大电路无法满足需要的情况下，例如需要输出特大功率或实现高频功率放大时，才考虑用分立元件构成变压器耦合放大电路。beLurRA（前电路）模拟电子技术3、直接耦合直接耦合两级放大电路存在两个问题：1）第一级的静态工作点已接近饱和区。2）采用同种类型的管子，级数不能太多。（1）直接耦合的具体形式模拟电子技术为了解决第一个问题：可以采用如下的办法(a)第二级加射极电阻RE2或二极管E2R（a）RRB1C1uiuoTT12UCE1RC2+VCC模拟电子技术RUzDz（b）第二级T2发射极加稳压管RRB1C1RC2uiuoTT12+VCC模拟电子技术RRB1C1RE2uiuoTT12RC2VCC+为了解决第二个问题：可以在电路中采用不同类型的管子，即NPN和PNP管配合使用，如下图所示。利用NPN型管和PNP型管混合使用采用同种类型的管子，级数不能太多。原因是：为使各级晶体管都工作在放大区，如前面电路均为NPN管构成的共射电路，那么由于集电极电位逐级升高，以至于接近电源电压，势必使后级的静态工作不合适。故直接耦合多级放大电路常采用NPN型和PNP型管混合使用的方法解决上述问题。模拟电子技术低频特性好，能够放大变化缓慢的信号，便于集成化，而得到越来越广泛的应用．由于级间是直接耦合，所以电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。缺点：优点：（1）各级的静态工作点不独立，相互影响。会给设计、计算和调试带来不便。（2）存在温度漂移问题。（2）直接耦合放大电路的优缺点工业控制中的很多物理量均为模拟量，如温度、流量、压力、液面、长度等等，它们通过各种不同传感器转化成的电量也均为变化缓慢的非周期性信号，而且比较微弱，这类信号只有通过放大才能驱动负载；由于信号变化缓慢，所以采用直接耦合放大电路将其放大最为方便。模拟电子技术（3）直接耦合放大电路的零点漂移现象人们在实验中发现，在直接耦合放大电路中，即使将输入端短路，用灵敏的直流表测量输出端，也会有变化缓慢的输出电压。这种输入电压为零而输出电压不为零且缓慢变化的现象，称为零点漂移现象。由温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移现象的主要原因，因而也称零点漂移为温度漂移，简称温漂。测试电路输出电压的漂移模拟电子技术产生零点漂移的原因：在放大电路中，任何参数的变化，如电源电压的波动、元件的老化、半导体元件参数随温度变化而产生的变化，都将产生输出电压的漂移。在阻容耦合放大电路中，这种缓慢变化的漂移电压都将降落在耦合电容之上，而不会传递到下一级电路进一步放大。在直接耦合放大电路中，由于前后级直接相连，前一级的漂移电压会和有用信号一起被送到下一级，而且逐级放大，以至于有时在输出端很难区分什么是有用信号、什么是漂移电压，放大电路不能正常工作。采用高质量的稳压电源和使用经过老化实验的元件就可以大大减小由此而产生的漂移。所以由温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移现象的主要原因，因而也称零点漂移为温度漂移，简称温漂。模拟电子技术对于直接耦合放大电路，如果不采取措施抑制温度漂移，其它方面的性能再优良，也不能成为实用电路。从某种意义上讲，零点漂移就是Q点的漂移。因此，前面所讲到的稳定Q点的方法，也是抑制温度漂移的方法。抑制温度漂移的方法归纳如下：在电路中引入直流负反馈。采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的变化。采用特性相同的管子，使它们的温漂相互抵消，构成“差分放大电路”。这个方法也可归结为温度补偿。模拟电子技术思路：根据电路的约束条件和管子的IB、IC和IE的相互关系，列出方程组求解。如果电路中有特殊电位点，则应以此为突破口，简化求解过程。2.6.2多级放大电路的分析1.静态分析（Ｑ点的分析）变压器耦合与本章单级放大电路相同阻容耦合直接耦合模拟电子技术如图所示的两级电压放大电路，已知β1=β2=50,T1和T2均为3DG8D。计算前、后级放大电路的静态值(UBE=0.6V)。例1:RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–B1RB2RT1T2E2RE1R1M27k82k43k7.5k51010koU.iU模拟电子技术两级放大电路的静态值可分别计算。解:RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–B1RB2RT1T2E2RE1R1M27k82k43k7.5k51010koU.iU第一级是射极输出器:A8.9mA2750)(110000.624)(1E1B1BEB1μRβRUVICCmA49.0mA0098.050)(1)1(B1E1IIV77.10V2749.024E1E1CCCERIVU模拟电子技术V26.843V438224VB2B2B1CCB2RRRUmA96.0mA5.751.06.026.8E2E1BE2B22C2RRUUIIE－第二级是分压式偏置电路:V71.6)V5.751.010(96.024)(E2E1C2C2CCCE2RRRIVURB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–B1RB2RT1T2E2RE1R1M27k82k43k7.5k51010koU.iUAmAIICB2.195096.0222UB2模拟电子技术Au1第一级Au2第二级Aun末级uiuo1RLRSuousuo2ui2uiniiiouuAunuuuuuuuuioi3o32i2oi1o...=Au1·Au2···Aun考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理!!!2、动态分析（求解电压放大倍数、输入电阻、输出电阻）（1）电压放大倍数的计算上式表明，多级放大电路的电压放大倍数等于组成它的各级放大电路电压放大倍数之积．对于第一级到第(n-1)级，每一级的放大倍数均应该是以后级输入电阻作为负载时的放大倍数．模拟电子技术（2）输入电阻和输出电阻的计算多级放大电路的输入电阻为第一级放大电路的输入电阻。多级放大电路的输出电阻为最后一级放大电路的输出电阻。1iiRRonoRR模拟电子技术（1）求各级电压放大倍数及总电压放大倍数。（2）求放大电路的输入电阻和输出电阻。例2:如图所示的两级电压放大电路，已知β1=β2=50,，T1和T2均为3DG8D。200bbrRB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–B1RB2RT1T2E2RE1R1M27k82k43k7.5k51010koU.iU模拟电子技术（1）求各级电压放大倍数及总电压放大倍数994.022.950)(1322.9)501()1()1(L111beL11RrR第一级放大电路为射极输出器：2iRkΩ58.1Ω96.0265120026)1(200E2be2IrΩk14)1(////E2be2B2B12RrRRRiΩk22.9Ωk14271427//i2E1L1RRRrbe2RC2rbe1RB1B1R2BRRE1+_+_+_E1RoU.o1U.iU1bI2bI1cI2cIkΩ349.02650)(120026)(1200rE11be1IβioUUA11u模拟电子技术第二级放大电路为共射放大电路：1851.050)(179.11050R)1(E12be22C－－rR总电压放大倍数9.1718)(994.021uuuAAArbe2RC2rbe1RB1B1R2BRRE1+_+_+_E1RoU.o1U.iU1bI2bI1cI2cI22uioUUA模拟电子技术kΩ320)1(//L11be1B1i1iRrRRRoRΩk10C2o2oRRRiR(2)计算Ri和Rorbe2RC2rbe1RB1B1R2BRRE1+_+_+_E1RoU.o1U.iU1bI2bI1cI2cI模拟电子技术举例：已知图示电路中，R1=15kΩ，R2=R3=5kΩ，R4=2.3kΩ，R5=100kΩ，R6=RL=5kΩ；VCC=12V；晶体管的β均为50，rbe1=1.2kΩ，rbe2=1kΩ，UBEQ1=UBEQ2=0.7V。试估算电路的Q点、、Ri和Ro。uA模拟电子技术解：（1）静态分析，求解Q点由于电路采用阻容耦合方式，所以每一级的Q点都可以按单管放大电路的求解。第一级为典型的Q点稳定电路，根据参数取值可以认为VVRRRUCCBQ32111mARUUIBEQBQEQ14111AIIEQBQ201111VRRIVUEQCCCEQ7.4)(4311第二级为共集放大电路AR