多级级联放大器的研究(精品)
多级放大电路的分析与设计
摘要电子设备中，往往需要放大微弱的信号，这主要是通过放大电路实现的。
基本放大电路由单个晶体管或场效应管构成，为单级放大电路，其电压放大倍数可以达到几十倍。
而当信号非常微弱时，单级放大电路无法满足放大需求，此时我们把若干个单级放大电路串接在一起，级联组成多级放大电路。
本文主要研究多级放大电路的分析与设计，根据各级电路级间耦合方式的不同，分别设计了直接耦合放大电路、阻容耦合放大电路和光耦合放大电路，分析了电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等指标特性。
在此基础上，讨论了差分放大电路以及消除互补输出级交越失真的方法。
最后，以前面的讨论为基础，设计了一款具有差分输入的多级放大电路，对电路性能指标进行了设定，并分析了各部分的作用。
2.1直接耦合多级放大电路的设计2.1.1 设计原理根据设计要求，本设计主要采用两级放大，为了传递变化缓慢的直流信号，可以把前级的输出端直接接到后级的输入端。
这种连接方式称为直接耦合。
如图2.1所示。
直接耦合式放大电路有很多优点，它既可以放大和传递交流信号，也可以放大和传递变化缓慢的信号或者是直流信号，且便于集成。
实际的集成运算放大器其内部就是一个高增益的直接耦合多级放大电路。
直接耦合放大电路，由于前后级之间存在着直流通路，使得各级静态工作点互相制约、互相影响。
因此，在设计时必须采取一定的措施，以保证既能有效地传递信号，又要使各级有合适的工作点。
图2.1 直接耦合两级放大电路通常在第二级的发射极接入稳压二极管，这样既提高了第二级的基级电位，也使第一级的集电极静态电位抬高，脱离饱和工作区，可以使整个电路稳定正常的工作，稳定三极管的静态工作点。
但是在一个多级放大电路的输入端短路时，输出电压并非始终不变，而是会出现电压的随机漂动，这种现象叫做零点漂移，简称零漂。
产生零漂的原因有很多，主要是以下两点：一方面，由于元器件参数，特别是晶体管的参数会随温度的变化而变化；另一方面，即使温度不变化，元器件长期使用也会使远见老化，参数就会发生变化，由温度引起的叫做温漂，由元器件老化引起的叫做零漂，在多级放大电路中，第一级的影响尤为严重，它将被逐级放大，以至影响整个电路的工作，所以零漂问题是直接耦合放大电路的特殊问题。
多级放大器结构方框图和电路分析方法
多级放大器结构方框图和电路分析方法多级放大器通过级间耦合电路将一级级的单级放大器连接起来，级间耦合电路处于前一级放大器输出端与后一级放大器输入端之间。
1、多级放大器结构方框图图1所示是两级放大器的结构方框图，多级放大器结构方框图与此相像，只是级数更多。
图1两级放大器结构方框图从图中可以看出，一个两级放大器主要由信号源电路、级间耦合电路、各单级放大器等组成。
信号源输出的信号经过耦合电路加到第一级放大器中进行放大，放大后的信号经过级间耦合电路加到其次级放大器中进一步放大。
在多级放大器中，第一级放大器又称为输入级放大器，最终一级放大器称为输出级放大器。
2、各单元电路作用和电路分析方法1．各单元电路作用关于这一方框图中的各单元电路的作用说明如下：（1）信号源电路是信号源所在的电路，多级放大器中的各级都是放大这一信号。
输入耦合电路通常是指信号源电路与第一级放大器之间的耦合电路，它的作用是将从信号源电路输出的信号无损耗地加到第一级放大器中，同时将第一级放大器中的直流电路与信号源电路隔开。
（2）级间耦合电路处于两级放大器之间，它的作用是将前级放大器输出的信号无损耗地加到后一级放大器中。
同时，有的级间耦合电路还要完成隔直工作，即将两级放大器之间的直流电路隔开。
个别状况下，级间耦合电路还要进行阻抗变换，以使两级放大器之间阻抗匹配。
（3）输出耦合电路是指多级放大器输出级与负载之间的耦合电路，它的作用是将输出信号加到负载上。
（4）各级放大器用来对信号进行放大，或是电压放大，或是电流放大，或是电压和电流同时放大。
2．电路分析方法多级放大器工作原理的分析方法与单级放大器基本一样，不同之处主要说明以下几点：（1）多级放大器只是数级单级放大器按先后挨次通过级间耦合电路排列起来，所以电路分析内容、步骤和方法同单级放大器基本相同。
（2）分析信号传输过程时，要从多级放大器的输入端，始终分析到它的输出端。
信号幅度每经过一级放大器放大后都有所增大，所以信号幅度是愈来愈大。
多级放大器及运算放大器
ɺ Uo
–
– 第二级
负载
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1. 静态分析 RB1
C1
RC1 T1 RE1
+
C2
′ RB1
RC2 T2 RE2
+UCC +
C3
+
+
ɺ + UO1 ′ RB2 C
E1
ɺ RB2 + Ui ɺ ES – –
RS
+
+ + RL
CE2
ɺ Uo
–
–
由于电容有隔直作用， 由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流 通路互不相通，每级的静态工作点互相独立， 通路互不相通，每级的静态工作点互相独立，互不 影响，可以各级单独计算。 影响，可以各级单独计算。 两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。 两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。
IE1 = (1 + β )IB1 = (1 + 50)× 0.0098= 0 .49mA UCE = UCC − IE1RE1 = 24− 0.49× 27 = 10 .77V
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第二级是分压式偏置电路 【解】
+24V RB1 1MΩ Ω C1 + T1 RE1 27kΩ Ω RC2 Ω 82kΩ 10kΩ Ω C2 + T2
RB1 1MΩ Ω C1 + T1 RE1 27kΩ Ω RC2 Ω 82kΩ 10kΩ Ω C2 + T2
+24V
′ RB1
C3 + +
+
ɺ Ui
–
43kΩ 7.5kΩ Ω Ω
第3章 多级放大电路 18页
RC1
RB21
+Vcc RC2
+ C3
C1 +
RS
T1
+
T2 C2 RB22 RE1
RL
ui
RB12 RE1
vo
CE2
vs
CE2
2010年5月1日星期六 年 月 日星期六
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3
第3章 多级放大电路
2. 直接耦合 结构较复杂,Q点相互影响 ,调整比较困难.在集成电路 中,直接耦合的应用越来越多.
RC1 IC1 T1
IC1 RC2
+Vcc R
vC2
T2 IB2
RB1
vi = 0
IB1
RE2 DZ
钳制在0.6~0.7V,使T1的基本上工作在 晶体管T 的集电极电位被钳制在 , 晶体管 1的集电极电位被钳制在 饱和区,电路已失去放大作用. 饱和区,电路已失去放大作用. 解决方法是提高第二级的基极电位.如在第二级加发射极电阻 解决方法是提高第二级的基极电位.如在第二级加发射极电阻 或加稳压管进行改进 既能有效传递信号, 稳压管进行改进, 或加稳压管进行改进,既能有效传递信号,又能使每一级都有 合适的静态工作点. 合适的静态工作点.
RB2
RC1 IC1 T1
IC1 RC2
+Vcc
vC2
T2 IB2
RB1
vi = 0
IB1
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4
第3章 多级放大电路
3. 变压器耦合
v1 v2
结构虽比较简单,但元件体积大,重量大,不适于 电路的小型化和集成化.
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第三章多级放大电路
输出电阻为
Ro
Re2
//
rbe2 Rc1
1
5 // 1.01 10 1 50
0.20k
返回
第18页/共52页
3.3 直接耦合放大电路
直接耦合放大电路的零点漂移现象 一、零点漂移现象及其产生的原因
在直接耦合放大电路中，若将输入端短路，用灵敏的直流表测量 输出端，也会有变化缓慢的不规则输出电压。这种输入电压为零， 输出电压不为零且缓慢变化的现象称为零点漂移，简称零漂。
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。 直接耦合方式的优点：具有良好的低频特性，既能放大交流信 号，也能放大变化缓慢的信号。且直接耦合方式电路中没有大 容量的电容，因此易于集成，在实际使用的集成放大电路中一 般都采用直接耦合方式。 直接耦合方式的缺点：由于直接耦合的放大电路前后级之间是 直接连接，因此前后级之间存在着直流通路，这就造成了各级 静态工作点相互影响，这样就给电路的分析、设计和调试带来 一定的困难。对于直接耦合的放大电路,需要解决以下两个问题：
第8页/共52页
图变压器耦合共射放大电路
阻抗变换：根据所需要的 放大倍数，选择适当的匝 数比，使负载电阻上获得 足够大的电压，并且当匹 配得当时，负载还可获得 足够大的功率。
图变压器耦合的阻抗变换
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四、光电耦合：以光信号为媒介来实现电信号的耦合和
传递，因其抗干扰能力强而得到越来越广泛使用。
n
第12页/共52页
【例
图图所示电路的交流等效电路
第13页/共52页
【 例 两 级 放 大 电 路 下 图 所 示 ， 已 知 β1=β2=50 ， UBE1=UBE2=0.7 V，rbb′=300 Ω，电容器对交流可视为短路。 （1） 试估算该电路T1管和T2管的静态工作点;
《多级放大电路》课件
电压放大倍数等于输出电压与输入电压的比值，即A=Uo/Ui。
03
影响因素
影响电压放大倍数的因素包括晶体管的参数、电路元件的参数以及电路
的连接方式等。
输入输出电阻
输入电阻
输入电阻是指多级放大电路对信号源所呈现的电阻，反映 了电路对信号源的负载能力。输入电阻越大，信号源的有 效功率越大，电路的性能越好。
稳定性问题
总结词
稳定性问题是指多级放大电路在工作过程中，由于各种原因导致电路性能的不稳定，出现波形失真、增益下降等 现象。
详细描述
稳定性问题可能是由于电路中元器件的参数变化、温度和湿度等环境因素的影响、电源电压的波动等原因引起的。 解决稳定性问题需要采取一系列措施，如改善电路的散热条件、减小环境因素的影响、稳定电源电压等，以保证 多级放大电路的稳定可靠运行。
音频放大器性能指标
音频放大器的性能指标包括频率响应、失真度、信噪比和输出功率 等。
功率放大器
功率放大器概述
功率放大器是一种将微弱的信号放大到足够大的功率，以驱动负 载的电子设备。
功率放大器电路组成
功率放大器通常由输入级、中间级和输出级等部分组成。
功率放大器性能指标
功率放大器的性能指标包括功率增益、效率、失真度和带宽等。
稳定性
稳定性
稳定性是指多级放大电路在各种工作条件下保持性能稳定的 能力。稳定性是多级放大电路的重要性能指标之一。
影响因素
影响稳定性的因素包括温度、电源电压的变化、晶体管的参 数变化以及电路元件的老化等。为了提高稳定性，可以采用 负反馈、温度补偿、选用性能稳定的晶体管等措施。
03
多级放大电路的设计与实现
带宽原则
根据信号频率范围，选 择合适的元件和电路拓 扑，保证电路具有足够
第三章 多级放大器
第三章 多级放大器
3.3.2 差分放大器 3.3.5 差分放大器的四种接法
4. 单端输入—单端输出（非平衡输入—平衡输出）
第三章 多级放大器
3.3.2 差分放大器 3.3.5 差分放大器的四种接法
各种输入方式的特点：
1. 双端输入（平衡输入）
第三章 多级放大器
变压器耦合和光电耦合可以实现前后级的地 线隔离；而阻容耦合和变压器耦合则会使得放 大器的低频相应变差。 多级放大器的带宽窄于单级放大器，放大器 的级数越多，则带宽越窄。 直接耦合放大器有一个特殊问题，那就是前 级静态工作点的变动会被后级放大器放大，从 而导致后级放大器静态工作点的较大偏移，乃 至使其无法正常工作，从而引出一种特殊放大 器形式——差分放大器。
将输入信号分成两个互为反相的信号，则可以实现差动输出。 如果电路完全对称，则差动输出就可以克服温漂。 但是依然存在下述缺点
1. 发射级电阻Re的接入使得放大器的增益大大下降。
2. 信号源和基极电源不共地。
第三章 多级放大器
3.3.2 差分放大器 3.3.2 差分放大器的形成3
如果电路完全对称，则发射级电阻Re上的差动电流为零，输 入信号将直接作用到管子的发射结，从而发射级电阻Re对放 大器差动增益的影响消失。 发射级电阻Re对温漂的抑制作用依然有效（即负反馈调节作 用依然存在），所以电路既保留了对温漂的强烈的抑制作用， 又保证了电路的高增益。 但是依然存在下述缺点 1. 信号源和基极电源不共地。
第三章 多级放大器
多级放大器往往要求能够提供合适的输入、输 出阻抗以及足够的电压电流增益，这可以通过 将不同组态的放大器进行级联（共射放大器及 跟随器）来实现。
《多级放大器》PPT课件
A2
信号，“Q” 互相影响，零
点
漂移严重。
一. 多级放大器的耦合方式
1.阻容耦合——通过电容将后级电路与前级相连接
优点： • 各级放大器静态工作点独立。由于电
容器隔直流而通交流，所以它们的直流
通路相互隔离、相互独立的，这样就给
设计、调试和分析带来很大方便。
Cb1
• 输出温度漂移比较小。
Rb11
Rc1 T1 Cb2
立、互不影响的。因为变压器不能传送直流信号。3、变压器耦合多级放大 电路基本上没有温漂现象。
缺点： 体积大，成本高，不便于集成；
不能传送直流或者频率低的信号，高频和低频性能都很差
4. 光电耦合 光电耦合方式是通过光电耦合器件实现的 .
发光 二极管
光电 三极管
前级 放大电路
后级 放大电路
光电耦合器件
举例1：两级放大电路如图示，求Q、Au、ri、ro
设：1=2==100，UBE1=UBE2=0.7 V。
Rb1
51k
Cb1
+
+
ui Rb2 - 20k
+
Rc1 5.1k
Re2
3.9k
+V CC
Ce2
T1 Re1 2.7k Ce1
T2
+
+
Rc2 4.3k uo
+
解：（1）求静态工作点
UB1 =
VCC Rb2 Rb1 Rb2
+
+
u i
-
+
Ri
A1
Ri1
Ro1
+
u
o1
u o1
-
A2
第三章 多级放大电路
rbe1 R1 RE1
ib 2
ib1
R2 R3 rbe2
ri 2
ib 2
U O
RC2 RL
ro
Au 2
2 RL 2
rbe2
50 (10 // 10 ) 1.7
147
Aus Aus1 Au2 147 0.968 142 .296
ib1
RS
共模信号：对于图（b）所示电路，当uI1与uI2所加信号为 大小相等极性相同的输入信号时，称为共模信号。
共模输入信号的分析：当电路输入共模信号时，由于电路 参数对称，T1管和T2管所产生的电流变 化相等。
因此，集电极电位的变化也相等，即 输出电压 说明差分放大电路对共模信号具有很强的抑制作用，在电
典型电路
R1 1M C1
RS
20k Ui U S
R2 C2 82k
T1
RE1 R3 27k 43k
+UCC
RC2
(+24V) 设: 1=2=50,
10k
rbe1 = 2.9k ,
C3 T2
RL
rbe2 = 1.7 k
求：A、ri、ro
RE2
10k Uo
8k
CE
前级
后级
性能分析
1. 静态: Q点同单级。 2. 动态性能:
ri=101 k
ro
RE
//
rbe 1
R s
2.36 =5.6// 1+100
=23
RS=0
用射极输出器作为输入级时电压放大倍数的估算
+EC
RB C1
R11
RC1
C12
多级放大器专题知识讲座
u RC2
o
利用NPN型管和PNP型管进行电平移动
（2）直接耦合放大电路旳优缺陷 优点：
（1）电路能够放大缓慢变化旳信号和直流信号。 因为级间是直接耦合，所以电路能够放大缓慢 变化旳信号和直流信号。 （2）便于集成。因为电路中只有晶体管和电阻， 没有电容器和电感器，所以便于集成。
VB2
UCC RB 1 RB 2
RB2
24 43V 82 43
8.26V
I C2
UB2－UBE2 RE2 RE 2
8 0
.26 .51
0 7
.6 .5
mA
0
.96
mA
+24V
+
Ui
–
RB1 1M
C1
+
T1
RE1 27k
RB 1
82k
RC2 10k
+C3
+C2
T2
+
RE1 510
.
Uo
RB 2
3）零点漂移旳严重性及其克制措施
假如零点漂移旳大小足以和输出旳有用信号相比拟，就 无法正确地将两者加以区别。所以，为了使放大电路能 正常工作，必须有效地克制零点漂移。
为何只对直接耦合多级放大电路提出这一问题呢？
温度旳变化和零点漂移都是随时间缓慢变化旳， 假如放大电路各级之间采用阻容耦合，这种缓慢变化 旳信号不会逐层传递和放大，问题不会很严重。但是， 对直接耦合多级放大电路来说，输入级旳零点漂移会 逐层放大，在输出端造成严重旳影响。尤其时当温度 变化较大，放大电路级数多时，造成旳影响尤为严重。
UCC UBE RB1 (1 β )RE1
24 0.6 1000 (1 50) 27
电子技术3多级放大电路
2)
4.62（V）
（2）求各级电路的电压放大倍数Au1 、Au2 和总电压放大倍A数u 。 首先画出电路的微变等效电路。如图所示。
+
Rs +
U i
Us －
－
第一级
Ib1
+
RB11
RB12
rbe1
IbR1C1
U o1
－
第二级
Ib2
RB21 RB22 rbe2 Ib2RC2
+
RLU o
－
三极管 V1 的动态输入电阻为：
+ CE2
－
解 （1）静态值的估算。
第一级：
U B1
RB12 RB11 RB12
U CC
15 12 30 15
4（V）
I C1
I E1
U B1 U BE1 RE1
4 0.7 3
1.1（mA）
I B1
I C1
1
1.1（mA） 22（A）
50
U CE1 U CC I C1 (RC1 RE1 ) 12 1.1 (3 3) 5.4（V）
高频段: 晶体管的结电容以及电路中的分布电容等的 容抗减小，以致不可视为开路，也会使电压放大倍数 降低。
除了电压放大倍数会随频率而改变外, 在低频和高频 段, 输出信号对输入信号的相位移也要随频率而改变。所 以在整个频率范围内, 电压放大倍数和相位移都将是频率 的函数。电压放大倍数与频率的函数关系称为幅频特性, 相位移与频率的函数关系称为相频特性, 二者统称为频率 特性或频率响应。
各极之间通过耦合电容及下级输入电阻连接。优点: 各
级静态工作点互不影响，可以单独调整到合适位置；且不
存在零点漂移问题。缺点: 不能放大变化缓慢的信号和直
多级交流放大器的设计经典电路
实验七多级交流放大器的设计一．实验目的1．学习多级交流放大器的设计方法。
2．掌握多级交流放大器的安装、调试与测量方法二．预习要求1．根据教材中介绍的方法，设计一个满足指标要求的多级交流放大器，计算出多级交流放大器中各元件的参数，画出标有元件值的电路图。
2．预习多级交流放大器的调试与测量方法，制定出实验方案，选择实验用的仪器设备。
三．实验原理当需要放大低频范围内的交流信号时，可用集成运算放大器组成具有深度负反馈的交流放大器。
由于交流放大器的级与级之间可以采用电容耦合方式，所以不用考虑运算放大器的失调参数和漂移的影响。
因此，用运算放大器设计的交流放大器具有组装简单、调试方便、工作稳定等优点。
如果需要组成具有较宽频带的交流放大器，应选择宽带集成放大器，并使其处于深度负反馈。
若要得到较高增益的宽带交流放大器，可用两个或两个以上的单级交流放大器级联组成。
在设计小信号多级宽带交流放大器时，输入到前级运算放大器的信号幅值较小，为了减小动态误差，应选择宽带运算放大器，并使它处于深度负反馈。
由于运放的增益带宽积是一个常数，因此，加大负反馈深度，可以降低电压放大倍数，从而达到扩展频带宽度的目的。
由于输入到后级运放的信号幅度较大，因此，后级运放在大信号的条件下工作，这时，影响误差的主要因素是运放的转换速率，运放的转换速率越大，误差越小。
四．设计方法与设计举例1．设计方法与步骤：169170（1）确定放大器的级数n根据多级放大器的电压放大倍数A u Σ和所选用的每级放大器的放大倍数A ui ，确定多级 放大器的级数n 。
（2）选择电路形式 （3）选择集成运算放大器先初步选择一种类型的运放，然后根据所选运放的单位增益带宽BW ，计算出每级放大 器的带宽。
uiHi A BW f =（1）并按（2）式算出。
121'-=n HiHif f（2）多级放大器的总带宽H f 必须满足： 'Hi H f f ≤ （3）若'Hi H f f >，就不能满足技术指标提出的带宽要求，此时可再选择增益带宽积更高的运放。
4.1 多级放大器解析
单级放大器频响曲线 可分为三个频段： （1）中频段 信号频率在 f L 和 f H之间，放大倍数 基本不随信号频率而变化。 中频放大倍数|Avo |：中频段的放大倍数。 上限频率 f H 和下限频率 时所对应的两个频率。
fL
Avo | ：| Av |下降到 0.707 |
通频带BW： BW f H f L
一、阻容耦合多级放大器的放大倍数 第一级的输入电阻为
// rbe1 ri1 Rb1 rbe1 Rb1 r be1 Rb1 rbe1
第二级的输入电阻为
// rbe2 ri2 Rb2
rbe2 Rb2 rbe2 Rb2 rbe2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第一级交流负载为
两点间的频率范围缩小了。
结论，多级放大器的放大 倍数提高了，但通频带比每个 单级放大器的通频带窄。级数 越多，通频带越窄。
解（1）先估算有关参数
ri2 Rb12 // Rb22 // rbe2 1k
101 kΩ 0.91kΩ 10 1
Rc1 // ri2 RL1
Rc2 // RL 1.25kΩ RL2
（2）估算各级电压放大倍数
Av1 RL1 0.91kΩ 40 28 rbe1 1.3kΩ
两级电压放大倍数应为 因 所以 得
Vo2 Vo2 Vi2 Av Vi1 Vi2 Vi1
Vi2 Vo1 Vo2 Vo1 Av Av 2 Av1 Vi2 Vi1 Av Av1 Av 2
（4.1.3）
结论： 两级放大器的电压放大倍数A等于单级电压放大倍数 A1 与A 2的乘积。 同理，n级放大器的放大倍数为
2.多级放大器的频率特性 两级放大器的通频带： 两级放大器中频段的电压 o Avo1 Avo2 放大倍数为 Av 在 f L 和 f H 处总电压放大倍数为
多级放大器的概念
变压器耦合的缺点是质量和体积较大，成本高，也不能传 送变化缓慢的信号或直流信号。
（3）直接耦合。直接耦合方式是不经过电抗元件，将前 级的输出端和后级的输入端直接（或经过电阻）连接起来 的电路。
电子技术基础与技能
多级放大器的概念
1. 多级放大器的概念
要把一个微弱的信号放大到能够推动负载（电动机转 动、扬声器发声等），靠一级放大是不够的，所以产 生了多级放大器。有时为了提高放大器输入电阻或减 小输出电阻，在放大器前面或后面加一级射极输出器 ，也构成了两级或多级放大器。实际应用的放大器通 常都是多级的，即把几个单级放大器适当连接起来构 成的放大器。
积，即：
Au
Uo Ui
U o1 Ui
U o2 U on U o1 U on1
U o1 Ui
Uo2 Ui2
U on Uin
Au1 Au2 Aun
（2）通频带
通常规定，当放大器电压放大倍数下降到中频放大倍数Aum的时，所
对应的低频频率和高频频率，分别称为下限频率fL（也称为下限截止 频率）和上限频率fH（也称为上限截止频率）。 fH与f fL之间的频率 范围称为放大器的通频带（或称带宽），以BW表示，即BW=fH‒ fL
2
信号源
多级放大电路
输入级
中间级
输出级
负载
多级放大器中，级与级之间的连接称为级间耦合。对级间 耦合电路的基本要求如下：
1）必须保证放大器各级有合适的静态工作点。 2）必须保证被放大的信号顺利地由前级传送到后级。 常用的级间耦合方式有：阻容耦合、变压器耦合、直接耦 合和光电耦合。要求：波形不失真，减少压降损失。