第三章 多级放大电路
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vOC1 Avc = vIC
=− Rb + rbe + (1 + β )2Re
β R 'L
R 'L ≈− 2Re
3. 单端输入双端输出
单端输入等效双端输入: 单端输入等效双端输入 因为右侧的R 因为右侧的 b+rbe归算到发射 极回路的值[(R 极回路的值 s+rbe) /(1+β)]<< Re,故 Re 对 Ie 分流极小,可忽 分流极小, 略,于是有 vi1 = -vi2 = vi /2 计算同双端输入双端输出: 计算同双端输入双端输出:
输入V 时 ,,输出有缓慢 输入 i=0时 ,, 输出有缓慢 变化的电压产生。 变化的电压产生。
产生零漂的原因: 产生零漂的原因 :
由温度变化引起的。 由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变 化时,这种变化量会被后面的电路逐级放大, 化时,这种变化量会被后面的电路逐级放大,最终在输出端产生较大的电 压漂移。因而零点漂移也叫温漂 温漂。 压漂移。因而零点漂移也叫温漂。
R'L Avc ≈ − 2Re
Rid = 2(Rb + rbe )
Ro = Rc
差动放大器动态参数计算总结
(1)差模电压放大倍数 (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: 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: 双端输出时:
Av d RL β ( Rc // ) 2 =− Rb + rbe
温漂指标: 温度每升高1度时 度时, 温漂指标: 温度每升高 度时,输出漂移电压按电压增益 折算到输入端的等效输入漂移电压值。 折算到输入端的等效输入漂移电压值。
例如 假设
AV2
漂移 10 mV+100 uV
漂移 1 V+ 10 mV
AV1 = 100, = 100, AV3 = 1 。
若第一级漂了100 uV, 若第一级漂了 , 则输出漂移 1 V。 。 若第二级也漂 了100 uV, , 则输出漂移 10 mV。 。 3. 减小零漂的措施
Avc ≈ − R'L 2Re
(3)差模输入电阻 (3)差模输入电阻
不论是单端输入还是双端输入, 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。 是基本放大电路的两倍。
Rid = 2(Rb + rbe )
(4)输出电阻 (4)输出电阻 单端输出时, 单端输出时,R = R o c 双端输出时, 双端输出时, = 2R R
第三章 多级放大电路
多级放大电路的耦合方式: 第一节 多级放大电路的耦合方式:
直接耦合放大电路静态工作点的设置
1 直接耦合: 直接耦合: 2 阻容耦合 3 变压器耦合 4 光电耦合
1. 直接耦合放大电路 Rc1 T1 uI 存在问题:UCE1=UBE2,
+VCC Rc2 T2 uO
Rb2 Rb1
T1 管饱和
RL β ( Rc // ) 2 =− Rb + rbe
差模输入电阻
Rid = 2(Rb + rbe )
Av d
输出电阻 Ro = 2Rc
(1)加入共模信号 (1)加入共模信号
=0。 设: vi1=vi2 =vic,vid=0。 设vi1 ↑, vi2 ↑,使vo1 ↓, vo2 ↓。 因vi1 = vi2, → vo1 = vo2 , 理想化)。 → vo= 0 (理想化 。 理想化 共模电压放大倍数
漂了 100 uV 漂移 1 V+ 10 mV
第一级是关键
用非线性元件进行温度补偿 采用差分式放大电路
3.2 差分 动)放大电路 差分(动 放大电路
一.结构: 对称性结构 结构: 即 : β 1= β 2= β VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb
Avc = 0
四.差动放大器的输入输出方式 差动放大器的输入输出方式
差动放大器共有四种输入输出方式: 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) 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) 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) 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) 单端输入、单端输出(单入单出) 主要讨论的问题有: 主要讨论的问题有: 差模电压放大倍数、 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
解决方法一: Rb2 Rb1 T1 uI Rc1
+VCC Rc2 T2 Re2 uO
解决方法二: Rb2 Rb1 T1 uI Rc1
+VCC Rc2 T2 uO
解决方法三:
+VCC Rc1 Rc2 T2 uO
Rb2 Rb1
T1 uI
解决方法四: Rb2 Rb1 uI T1 Rc1
+VCC Re2 T2 Rc2 uO
3.电路的动态分析 3.电路的动态分析
(1)加入差模信号 (1)加入差模信号 /2, =0。 设: vi1=-vi2 =vid/2,vic=0。
Re对差模信号相当于短路
设vi1 ↑,vi2 ↓ → ib1 ↑,ib2 ↓ →ie1 ↑,ie2 ↓→|∆ e1 | = - |∆ e2 | |∆i |∆i → IRe不变 → VE不变
直接耦合放大电路的优缺点 优点: • 低频性能好,可放大变化缓慢的信号 • 没有大电容,易于集成化 缺点: • 级与级之间相互影响,电路分析、设计 调试困难 • 存在零点漂移问题
2. 两级阻容耦合放大电路
阻容耦合放大电路的优缺点 优点: • 级与级之间互不影响,电路分析、设计 调试方便 • 耦合电容容量大对交流信号无影响 缺点: • 低频性能差,不能放大变化缓慢的信号 • 有大电容,不便集成化
恒流源使共模放大倍数减小,从而增加 恒流源使共模放大倍数减小, 共模抑制比。理想的恒流源相当于阻值 共模抑制比。 为无穷大的电阻,所以共模抑制比无穷 为无穷大的电阻, 大。
U R2
R2 = V EE R1 + R 2
恒流源的直流电流数值为 IE3 =(UR2- VBE3 )/ Re
增加了R 增加了 e 1. 若在基本差动放大电路中增 加两个电阻R 如图所示)。 )。则 加两个电阻 e(如图所示)。则 动态指标将有何变化? 动态指标将有何变化? 答: 双端输出差模增益
二. 几个基本概念
1. 差动放大电路一般 有两个输入端: 有两个输入端: 双端输入——从两输入 双端输入 从两输入 端同时加信号。 端同时加信号。 单端输入——仅从一个 单端输入 仅从一个 输入端对地加信号。 对地加信号 输入端对地加信号。
2. 差分放大电路可以有两个输 出端,一个是集电极C 出端,一个是集电极 1,另一个 是集电极C 是集电极 2。 双端输出——从C1 和C2输出。 输出。 双端输出 从 单端输出——从C1或C2 对地输出。 对地输出。 单端输出 从
AVD
差模输入电阻 Rid = 2[ rbe + (1 + β ) Re ] 单端输出共模增益
1 β ( Rc // RL ) 2 =− rbe + (1 + β ) Re
AVC1 ≈ − Rc // RL 2ro + Re
2. 差动放大电路如图所示。分 差动放大电路如图所示。 析下列输入和输出的相位关系: 析下列输入和输出的相位关系: vC1与vi1 反相 vC2与vi1 同相 vC1与vi2 同相 vC2与vi2 反相 vO与vi1 vO与vi2 反相 同相
= VCC − I C RC − ( −0.7 )
I B1 = I B1 =
IC
β
VO = VC1 − VC2 = 0
2.抑制零漂的原理 抑制零漂的原理: 抑制零漂的原理 当vi1 = vi2 = 0 时, vC1 = vC2 vo= vC1 - vC2 = 0 当温度变化时: 当温度变化时: ∆ vC1 = ∆ vC2 vo= (vC1 + ∆ vC1 ) - (vC2 + ∆ vC2 ) = 0
o
c
(5)共模抑制比 (5)共模抑制比
共模抑制比K 是差分放大器的一个重要指标。 共模抑制比 CMR是差分放大器的一个重要指标。
K CMR K CMR Avd = Avc
,或
Avd (dB) = 20 lg Avc
双端输出时K 可认为等于无穷大, 双端输出时 CMR可认为等于无穷大, 单端输出时共模抑制比: 单端输出时共模抑制比:
RL β ( Rc // ) 2 Av d = − Rb + rbe
Avc = 0
R id = 2(R b + rbe )
Ro = 2Rc
4. 单端输入单端输出
计算同双入单出: 计算同双入单出:
Avd = ±
β (Rc // R L )
2(Rb + rbe )
注意放大倍数的正负号: 注意放大倍数的正负号: 设从T 的基极输入信号, 设从 1的基极输入信号, 如果从C 输出,为负号; 如果从 1 输出,为负号; 输出为正号。 从C2 输出为正号。
2011-2-21
3. 差模信号与共模信号
差模信号: 差模信号: 共模信号: 共模信号:
1 2
vid = vi1 = − vi2
vic = vi1 = vi2
vod AVD = vid voc AVC = vic
差模电压增益 共模电压增益 总输出电压
v o = v od + v oc = AVD vid + AVC vic
其等效电路为: 其等效电路为:
其等效电路为: 其等效电路为: 因为v 因为 i1 =- vi2
设vi1 ↑,vi2 ↓ → vo1 ↓ ,vo2 ↑。
由于电路对称→ │vo1│ = │vo2│
→ vo= vo1 – vo2=-2 vo1
差模电压放大倍数
vO 2vO1 vO1 Av d = = = vi1 − vi 2 2vi1 vi1
4. 共模抑制比
K CMR
AVD = AVC
三.差动放大电路的基本工作原理
1. 静态工作点的计算: 静态工作点的计算:
vi1 = vi2 = 0
忽略Ib,有:Vb1=Vb2=0V
I Re −0.7V − (−VEE ) = Re
I C1 = I C2
1 = I C = I Re 2
VCE1 = VCE2
(1)差模电压放大倍数 差模电压放大倍数
Avd = −
β (Rc // RL )
2(Rb + rbe )
这种方式适用于将 差分信号转换为单端输出 的信号。 (2)差模输入电阻 )
R id = 2(R b + rbe )
(3)输出电阻 )
Ro = Rc
(4)共模电压放大倍数 ) 共模等效电路:Fra Baidu bibliotek共模等效电路:
K CMR − β R 'L / 2( Rb + rbe ) β Re ≈ = − R 'L / 2 Re Rb + rbe
动画演示
五. 带恒流源的差动放大电路
根据共模抑制比公式: 根据共模抑制比公式: β Re K CMR ≈ Rb + rbe 可以看出:加大 可以看出:加大Re,可以 提高共模抑制比。 提高共模抑制比。为此可用 恒流源T 来代替R 恒流源 3来代替 e 。 恒流源的作用 恒流源相当于阻值很大的电阻。 恒流源相当于阻值很大的电阻。 恒流源不影响差模放大倍数。 恒流源不影响差模放大倍数。
单端输出时: 单端输出时:
Avd = ±
β (Rc // R L )
2(Rb + rbe )
(2)共模电压放大倍数 (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: 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: 双端输出时: 单端输出时: 单端输出时:
Avc = 0
1.双端输入双端输出 双端输入双端输出
(1)差模电压放大倍数 差模电压放大倍数 RL β ( Rc // ) 2 Av d = − Rb + rbe (2)共模电压放大倍数 )
Avc = 0
(3)差模输入电阻 )
R id = 2(R b + rbe )
(4)输出电阻 )
Ro = 2Rc
2. 双端输入单端输出
3. 静态时,两个输入端是否有静态偏置电流? 静态时,两个输入端是否有静态偏置电流? end
3. 变压器耦合共射放大电路
变压器耦合的阻抗变换
4. 光电耦合器及其传输特性
光电耦合放大电路
第二节 多级放大电路的动态分析 • • • • 放大倍数 输入电阻 输出电阻 前后级间的相互影响
多级放大电路方框图
电路的交流等效电路
第三节 直接耦合放大电路
3.1 零漂现象产生原因: 零漂现象产生原因:
=− Rb + rbe + (1 + β )2Re
β R 'L
R 'L ≈− 2Re
3. 单端输入双端输出
单端输入等效双端输入: 单端输入等效双端输入 因为右侧的R 因为右侧的 b+rbe归算到发射 极回路的值[(R 极回路的值 s+rbe) /(1+β)]<< Re,故 Re 对 Ie 分流极小,可忽 分流极小, 略,于是有 vi1 = -vi2 = vi /2 计算同双端输入双端输出: 计算同双端输入双端输出:
输入V 时 ,,输出有缓慢 输入 i=0时 ,, 输出有缓慢 变化的电压产生。 变化的电压产生。
产生零漂的原因: 产生零漂的原因 :
由温度变化引起的。 由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变 化时,这种变化量会被后面的电路逐级放大, 化时,这种变化量会被后面的电路逐级放大,最终在输出端产生较大的电 压漂移。因而零点漂移也叫温漂 温漂。 压漂移。因而零点漂移也叫温漂。
R'L Avc ≈ − 2Re
Rid = 2(Rb + rbe )
Ro = Rc
差动放大器动态参数计算总结
(1)差模电压放大倍数 (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: 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: 双端输出时:
Av d RL β ( Rc // ) 2 =− Rb + rbe
温漂指标: 温度每升高1度时 度时, 温漂指标: 温度每升高 度时,输出漂移电压按电压增益 折算到输入端的等效输入漂移电压值。 折算到输入端的等效输入漂移电压值。
例如 假设
AV2
漂移 10 mV+100 uV
漂移 1 V+ 10 mV
AV1 = 100, = 100, AV3 = 1 。
若第一级漂了100 uV, 若第一级漂了 , 则输出漂移 1 V。 。 若第二级也漂 了100 uV, , 则输出漂移 10 mV。 。 3. 减小零漂的措施
Avc ≈ − R'L 2Re
(3)差模输入电阻 (3)差模输入电阻
不论是单端输入还是双端输入, 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。 是基本放大电路的两倍。
Rid = 2(Rb + rbe )
(4)输出电阻 (4)输出电阻 单端输出时, 单端输出时,R = R o c 双端输出时, 双端输出时, = 2R R
第三章 多级放大电路
多级放大电路的耦合方式: 第一节 多级放大电路的耦合方式:
直接耦合放大电路静态工作点的设置
1 直接耦合: 直接耦合: 2 阻容耦合 3 变压器耦合 4 光电耦合
1. 直接耦合放大电路 Rc1 T1 uI 存在问题:UCE1=UBE2,
+VCC Rc2 T2 uO
Rb2 Rb1
T1 管饱和
RL β ( Rc // ) 2 =− Rb + rbe
差模输入电阻
Rid = 2(Rb + rbe )
Av d
输出电阻 Ro = 2Rc
(1)加入共模信号 (1)加入共模信号
=0。 设: vi1=vi2 =vic,vid=0。 设vi1 ↑, vi2 ↑,使vo1 ↓, vo2 ↓。 因vi1 = vi2, → vo1 = vo2 , 理想化)。 → vo= 0 (理想化 。 理想化 共模电压放大倍数
漂了 100 uV 漂移 1 V+ 10 mV
第一级是关键
用非线性元件进行温度补偿 采用差分式放大电路
3.2 差分 动)放大电路 差分(动 放大电路
一.结构: 对称性结构 结构: 即 : β 1= β 2= β VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb
Avc = 0
四.差动放大器的输入输出方式 差动放大器的输入输出方式
差动放大器共有四种输入输出方式: 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) 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) 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) 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) 单端输入、单端输出(单入单出) 主要讨论的问题有: 主要讨论的问题有: 差模电压放大倍数、 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
解决方法一: Rb2 Rb1 T1 uI Rc1
+VCC Rc2 T2 Re2 uO
解决方法二: Rb2 Rb1 T1 uI Rc1
+VCC Rc2 T2 uO
解决方法三:
+VCC Rc1 Rc2 T2 uO
Rb2 Rb1
T1 uI
解决方法四: Rb2 Rb1 uI T1 Rc1
+VCC Re2 T2 Rc2 uO
3.电路的动态分析 3.电路的动态分析
(1)加入差模信号 (1)加入差模信号 /2, =0。 设: vi1=-vi2 =vid/2,vic=0。
Re对差模信号相当于短路
设vi1 ↑,vi2 ↓ → ib1 ↑,ib2 ↓ →ie1 ↑,ie2 ↓→|∆ e1 | = - |∆ e2 | |∆i |∆i → IRe不变 → VE不变
直接耦合放大电路的优缺点 优点: • 低频性能好,可放大变化缓慢的信号 • 没有大电容,易于集成化 缺点: • 级与级之间相互影响,电路分析、设计 调试困难 • 存在零点漂移问题
2. 两级阻容耦合放大电路
阻容耦合放大电路的优缺点 优点: • 级与级之间互不影响,电路分析、设计 调试方便 • 耦合电容容量大对交流信号无影响 缺点: • 低频性能差,不能放大变化缓慢的信号 • 有大电容,不便集成化
恒流源使共模放大倍数减小,从而增加 恒流源使共模放大倍数减小, 共模抑制比。理想的恒流源相当于阻值 共模抑制比。 为无穷大的电阻,所以共模抑制比无穷 为无穷大的电阻, 大。
U R2
R2 = V EE R1 + R 2
恒流源的直流电流数值为 IE3 =(UR2- VBE3 )/ Re
增加了R 增加了 e 1. 若在基本差动放大电路中增 加两个电阻R 如图所示)。 )。则 加两个电阻 e(如图所示)。则 动态指标将有何变化? 动态指标将有何变化? 答: 双端输出差模增益
二. 几个基本概念
1. 差动放大电路一般 有两个输入端: 有两个输入端: 双端输入——从两输入 双端输入 从两输入 端同时加信号。 端同时加信号。 单端输入——仅从一个 单端输入 仅从一个 输入端对地加信号。 对地加信号 输入端对地加信号。
2. 差分放大电路可以有两个输 出端,一个是集电极C 出端,一个是集电极 1,另一个 是集电极C 是集电极 2。 双端输出——从C1 和C2输出。 输出。 双端输出 从 单端输出——从C1或C2 对地输出。 对地输出。 单端输出 从
AVD
差模输入电阻 Rid = 2[ rbe + (1 + β ) Re ] 单端输出共模增益
1 β ( Rc // RL ) 2 =− rbe + (1 + β ) Re
AVC1 ≈ − Rc // RL 2ro + Re
2. 差动放大电路如图所示。分 差动放大电路如图所示。 析下列输入和输出的相位关系: 析下列输入和输出的相位关系: vC1与vi1 反相 vC2与vi1 同相 vC1与vi2 同相 vC2与vi2 反相 vO与vi1 vO与vi2 反相 同相
= VCC − I C RC − ( −0.7 )
I B1 = I B1 =
IC
β
VO = VC1 − VC2 = 0
2.抑制零漂的原理 抑制零漂的原理: 抑制零漂的原理 当vi1 = vi2 = 0 时, vC1 = vC2 vo= vC1 - vC2 = 0 当温度变化时: 当温度变化时: ∆ vC1 = ∆ vC2 vo= (vC1 + ∆ vC1 ) - (vC2 + ∆ vC2 ) = 0
o
c
(5)共模抑制比 (5)共模抑制比
共模抑制比K 是差分放大器的一个重要指标。 共模抑制比 CMR是差分放大器的一个重要指标。
K CMR K CMR Avd = Avc
,或
Avd (dB) = 20 lg Avc
双端输出时K 可认为等于无穷大, 双端输出时 CMR可认为等于无穷大, 单端输出时共模抑制比: 单端输出时共模抑制比:
RL β ( Rc // ) 2 Av d = − Rb + rbe
Avc = 0
R id = 2(R b + rbe )
Ro = 2Rc
4. 单端输入单端输出
计算同双入单出: 计算同双入单出:
Avd = ±
β (Rc // R L )
2(Rb + rbe )
注意放大倍数的正负号: 注意放大倍数的正负号: 设从T 的基极输入信号, 设从 1的基极输入信号, 如果从C 输出,为负号; 如果从 1 输出,为负号; 输出为正号。 从C2 输出为正号。
2011-2-21
3. 差模信号与共模信号
差模信号: 差模信号: 共模信号: 共模信号:
1 2
vid = vi1 = − vi2
vic = vi1 = vi2
vod AVD = vid voc AVC = vic
差模电压增益 共模电压增益 总输出电压
v o = v od + v oc = AVD vid + AVC vic
其等效电路为: 其等效电路为:
其等效电路为: 其等效电路为: 因为v 因为 i1 =- vi2
设vi1 ↑,vi2 ↓ → vo1 ↓ ,vo2 ↑。
由于电路对称→ │vo1│ = │vo2│
→ vo= vo1 – vo2=-2 vo1
差模电压放大倍数
vO 2vO1 vO1 Av d = = = vi1 − vi 2 2vi1 vi1
4. 共模抑制比
K CMR
AVD = AVC
三.差动放大电路的基本工作原理
1. 静态工作点的计算: 静态工作点的计算:
vi1 = vi2 = 0
忽略Ib,有:Vb1=Vb2=0V
I Re −0.7V − (−VEE ) = Re
I C1 = I C2
1 = I C = I Re 2
VCE1 = VCE2
(1)差模电压放大倍数 差模电压放大倍数
Avd = −
β (Rc // RL )
2(Rb + rbe )
这种方式适用于将 差分信号转换为单端输出 的信号。 (2)差模输入电阻 )
R id = 2(R b + rbe )
(3)输出电阻 )
Ro = Rc
(4)共模电压放大倍数 ) 共模等效电路:Fra Baidu bibliotek共模等效电路:
K CMR − β R 'L / 2( Rb + rbe ) β Re ≈ = − R 'L / 2 Re Rb + rbe
动画演示
五. 带恒流源的差动放大电路
根据共模抑制比公式: 根据共模抑制比公式: β Re K CMR ≈ Rb + rbe 可以看出:加大 可以看出:加大Re,可以 提高共模抑制比。 提高共模抑制比。为此可用 恒流源T 来代替R 恒流源 3来代替 e 。 恒流源的作用 恒流源相当于阻值很大的电阻。 恒流源相当于阻值很大的电阻。 恒流源不影响差模放大倍数。 恒流源不影响差模放大倍数。
单端输出时: 单端输出时:
Avd = ±
β (Rc // R L )
2(Rb + rbe )
(2)共模电压放大倍数 (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: 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: 双端输出时: 单端输出时: 单端输出时:
Avc = 0
1.双端输入双端输出 双端输入双端输出
(1)差模电压放大倍数 差模电压放大倍数 RL β ( Rc // ) 2 Av d = − Rb + rbe (2)共模电压放大倍数 )
Avc = 0
(3)差模输入电阻 )
R id = 2(R b + rbe )
(4)输出电阻 )
Ro = 2Rc
2. 双端输入单端输出
3. 静态时,两个输入端是否有静态偏置电流? 静态时,两个输入端是否有静态偏置电流? end
3. 变压器耦合共射放大电路
变压器耦合的阻抗变换
4. 光电耦合器及其传输特性
光电耦合放大电路
第二节 多级放大电路的动态分析 • • • • 放大倍数 输入电阻 输出电阻 前后级间的相互影响
多级放大电路方框图
电路的交流等效电路
第三节 直接耦合放大电路
3.1 零漂现象产生原因: 零漂现象产生原因: