模拟电子技术基础

1. 模拟电子技术基础 课件制作：  郑恒秋

2. 第三章 多级放大电路 • §3.1 多级放大电路的耦合方式 • §3.2 多级放大电路的动态分析 • §3.3 直接耦合放大电路

3. §3.1 多级放大电路的耦合方式 • 组成多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级，级与级之间的连接称为耦合。 • 一、直接耦合 • 二、阻容耦合 • 三、变压器耦合 • 四、光电耦合

4. 一、直接耦合 • 将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端，称为直接耦合。如图所示。 • 1、直接耦合放大电路静态工作点的设置 • ⑴ 从图中看出，第二级省去了基极电阻，RC1既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻。 静态时，T1管的管压降UCEQ1等于T2管的UBEQ2。 T1管的工作点太低，容易饱和。

5. ⑵为提高T1管的工作点，在T2管的发射极加电阻Re2， 如图所示。 但这会使第二级的电压放大倍数大大降低。

6. ⑶为了不降低放大倍数，可以用二极管或者稳压二 极管来代替电阻Re2，如图所示：

7. ⑷为使各管均工作在放大区，必须使后一级的集电极电压高于前一级的集电极电压，级数一多，后边的管子静态工作点肯定不合适。为此，直接耦合放大电路常常把NPN管和PNP管混合使用。如图所示：

8. 2、直接耦合方式的优缺点 • ⑴优点： ①电路简单 ②低频特性好，可用作直流放大 ③无大电容，易于集成 • ⑵缺点： ①静态工作点互相影响 ②零点漂移大

9. 二、阻容耦合 • 将放大电路的前一级的输出端通过电容接到后一级的输入端，称为阻容耦合。一个阻容耦合的二级放大器电路如下图。第一级为共射放大电路，第二级为射极输出器。

10. 1、优点： 静态工作点相互独立； 频率较高、耦合电容较大时，前级的信号几乎无衰减的传到后一 级。 • 2、缺点： 低频特性差； 集成困难。

11. 三、变压器耦合 • 将放大电路的前一级的输出端通过变压器接到后一级的输入端或者负载上，称为变压器耦合。一个变压器耦合的放大电路如图所示。 下图为其交流等效电路图。

12. 变压器耦合放大电路的缺点是低频性能差；笨重，不能集成。变压器耦合放大电路的缺点是低频性能差；笨重，不能集成。 • 变压器耦合放大电路的优点是静态工作点独立；另一个最大的优点是可以实现阻抗变换。 • 变压器耦合的阻抗变换作用，用下图说明：根据变压器原理：

13. 只要改变变压器的变比，就可以得到不同的等效电阻。只要改变变压器的变比，就可以得到不同的等效电阻。 • 对于图示电路，电压放大倍数为：

14. 四、光电耦合 • 以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递就称为光电耦合。 • 1、光电耦合器光电耦合器是实现光电耦合器的基本器件，它将发光元件（发光二极管）与光敏元件（光电三极管）相互绝缘地组合在一起，如图所示，图中还画出了它的传输特性曲线。

15. 发光元件为输入回路，把电能转换成光能；光敏元件为输出回路，把光能转换成电能。传输特性曲线描述的函数关系为：发光元件为输入回路，把电能转换成光能；光敏元件为输出回路，把光能转换成电能。传输特性曲线描述的函数关系为： • 其中：iC光电三极管的集电极电流，Id为发光二极管的电流。 定义： 叫作传输比，其值为0.1~1.5。

16. 2、光电耦合放大电路 • 电路如图。 • 动态信号为零时，有静态电流IDQ和ICQ，静态管压降UCEQ。有动态信号时，iD变化，iC相应变化，RC将其变成电压变化。 • 若输入输出回路使用独立的电源，且不共地，则具有很强的抗干扰能力。

17. §3.2 多级放大电路的动态分析 • 一个n级放大电路的交流等效电路可以用下面的方框图来表示： 由图可见，前一级的输出电压就是后一级的输入电压；后一级的输入电阻就是前一级的负载。

18. 多级放大电路的电压放大倍数为：

19. 例题、电路如图所示。已知R1=15K， R2= R3= 5K， R4=2.3K， R5=100K， R6= RL= 5K， VCC=12V；晶体管的均为50，UBEQ=0.7V，rbe1=1.2K ， rbe2=1K 。试估算电路的Q点、电压放大倍数、输入和输出电阻。

20. 解：⑴求解Q点：阻容耦合电路的静态工作点独立， 分别求。 • 第一级为分压式稳定电路：

21. 第二级为射随器：

22. ⑵求解电压放大倍数、输入和输出电阻，为此先画出交流等效电路：⑵求解电压放大倍数、输入和输出电阻，为此先画出交流等效电路：

23. 根据等效电路计算交流参数：

25. 休息

26. §3.3 直接耦合放大电路 • 工业控制中，有很多非电量，例如温度、流量、压力、液位，长度等等，用不同的传感器把它们转化成电量，均为微弱的、变化缓慢的非周期性信号，只能用直流放大器放大，最方便的就是直接耦合放大器。 • 一、直接耦合放大电路的零点漂移现象 • 二、差分放大电路 • 三、直接耦合互补输出级 • 四、直接耦合多级放大电路

27. 一、直接耦合放大电路的零点漂移现象 • 1、零点漂移现象及其产生的原因 在直接耦合放大电路中，输入端短路，输入信号为零时，输出电压不为零且缓慢变化的现象称为零点漂移现象。如图所示：

28. 在直接耦合放大电路中，由于前后级直接相连，前一级的漂移会逐级放大，使放大电路不能正常工作。在直接耦合放大电路中，由于前后级直接相连，前一级的漂移会逐级放大，使放大电路不能正常工作。 • 由温度变化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，零点漂移也称为温度漂移，简称温漂。

29. 2、抑制温度漂移的方法 • 零点漂移就是Q点的漂移。 • ⑴在电路中引入直流负反馈，例如分压式工作点稳定电路中的Re。

30. ⑵采用温度补偿的方法，利用热敏元件抵消放大管的变 化。例如： • 该图是固定偏置电路，用二极管的反向特性进行温度补偿；温度升高时，发生如下变化：

31. 该图是分压式工作点稳定电路，用二极管的正向特性进行温度补偿。温度升高时，发生如下变化：该图是分压式工作点稳定电路，用二极管的正向特性进行温度补偿。温度升高时，发生如下变化： • ⑶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”，这是一种特殊的温度补偿方法。

32. 二、差分放大电路 • 1、射极耦合式差分放大电路 • 2、差分放大电路的四种接法 • 3、改进型差分放大电路

33. 1、射极耦合式差分放大电路 • ⑴电路组成晶体管T1和T2组成对称电路，所谓对称：①两个晶体管的参数完全相同，即1=2，rbe1=rbe2，UBE1=UBE2 ②电路参数也对称，即RC1=RC2，Rb1=Rb2

34. 电路中有二个电源：+VCC和-VEE，信号从两个管子的基极输入，从两个管子的集电极输出，两个管子通过公共的发射极电阻耦合，因此叫射极耦合式差分放大电路。电路中有二个电源：+VCC和-VEE，信号从两个管子的基极输入，从两个管子的集电极输出，两个管子通过公共的发射极电阻耦合，因此叫射极耦合式差分放大电路。

35. ⑵工作原理 • ①当uI1=uI2=0时， uo=0, • ②当uI1=-uI2时，称为差模信号，uo0, • 因此，差分放大电路又叫差动放大电路，意思是只有当两个输入端之间有差别时，输出电压才有变动。 • ③当uI1=uI2时，称为共模信号， uo=0， • 温漂就相当于共模信号， 因此，差分放大电路对温漂有很强的抑制作用。

36. ⑶静态工作点的分析 • 当uI1=uI2=0时，电路如图：

37. ⑷对差模信号的放大作用 • 差模时，E点电位不变，相当于接地；负载的中点电位也不变，相当于接地。由此画出交流等效电路：

38. 计算其交流性能如下： • 可见，用二只晶体管组成的双端输入双端输出的差分放大电路，其放大倍数与单管相同，实际上是通过牺牲一个管子的放大倍数换取低温漂的效果。

39. ⑸对共模信号的抑制作用 • ①电路参数的对称型起了相互补偿的作用，抑制了温漂； • ②射极电阻对共模信号的负反馈作用，抑制了集电极电流的变化。

40. 当共模电压为正时，电压、电流的变化如下：

41. 共模放大倍数定义为： • 可见，射极电阻越大，负反馈作用越强，抑制温漂越明显，好象拖了一个长长的尾巴，因此， 射极耦合式差分放大电路又叫长尾式差分放大电路。 • 在电路参数理想对称的情况下，AC=0。

43. 为了综合考察差分放大电路对差模信号的放大作用和对共模信号的抑制作用，特引入共模抑制比，其定义为：为了综合考察差分放大电路对差模信号的放大作用和对共模信号的抑制作用，特引入共模抑制比，其定义为： • 通常，KCMR用分贝（dB）来表示：

44. ⑹电压传输特性 • 放大电路输出电压与输入电压的关系曲线称为电压传输特性，即：uO=f(uI) • 差模电压输入的电压传输特性如图所示： • 可见，只有中间一段才是线形的。

45. 作业 • P168 3.5, 3.7

46. 再见