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  • 多级放大电路

    千次阅读 2019-07-17 19:51:38
    一、多级放大电路:在实际的应用中,常常要求对放大电路的性能提出多方面的要求,比如要求一个放大电路输入阻抗大于2M欧姆,电压放大倍数大于2000,输出阻抗小于100欧姆等。因此仅靠单级放大电路都不可能满足上面的...

    一、多级放大电路:在实际的应用中,常常要求对放大电路的性能提出多方面的要求,比如要求一个放大电路输入阻抗大于2M欧姆,电压放大倍数大于2000,输出阻抗小于100欧姆等。因此仅靠单级放大电路都不可能满足上面的要求,必须采用多级放大电路,以满足性能要求的指标。


    二、多级放大电路耦合方式:直接耦合阻容耦合变压器耦合光电耦合

    (1)、直接耦合:将前一级的输出端直接连到后一级的输入端,称为直接耦合。直接耦合方式是最常用的一种耦合方式,一般采用NPN管和PNP管交替耦合的方式,如果都采用NPN型管进行耦合,这样集电极的电位会逐级升高,以至于接近电源电压,势必造成后级静态工作点不合适,因此采用NPN管和PNP管复合形式更为合适。

    直接耦合方式缺点:直流通路相连,静态工作点互相影响。

    直接耦合方式优点:没有耦合电容,具有良好的低频特性,可以放大变化缓慢的信号;而且容易构成集成IC。

    (2)、阻容耦合:将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端,称为阻容耦合方式。

    阻容耦合方式的缺点:具有耦合电容,低频特性较差,不能放大变化缓慢的信号;而且不容易集成化。

    阻容耦合方式的优点:直流通路不相连,各级的静态工作点互相独立。

    (3)、变压器耦合:将放大电路前级的输出信号通过变压器接到后级的输入端或负载电阻上,称为变压器耦合。变压器耦合方式的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。

    变压器耦合方式的缺点:低频特性较差,不能放大变化缓慢的信号;而且笨重体积大,不易集成化。

    变压器耦合方式的优点:前后级靠磁路耦合,各级的静态工作点互相独立。

    (4)、光电耦合:以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的方式,称为光电耦合。光电耦合方式使用的主要元器件就是线性光耦

    光电耦合方式的缺点:电流传输比CTR较小,放大能力较弱。

    光电耦合方式的优点:输入输出电气隔离良好,抗干扰能力强。


    三、多级放大电路的动态分析:

    (1)、多级放大电路的放大倍数:多级放大电路的电压放大倍数等于组成它的各级电压放大倍数之积

    (2)、多级放大电路的输入/输出阻抗:多级放大电路的输入阻抗就是第一级的输入阻抗;多级放大电路的输出阻抗就是最后一级的输出阻抗。但是需要注意的是,当共集放大电路作为输入级时,它的输入阻抗与第二级的输入阻抗有关;而当共集放大电路作为输出级时,它的输出阻抗与倒数第二级的输出阻抗有关。

    (3)、饱和失真与截止失真:当多级放大电路的输出波形产生失真时,应首先确定是在哪一级先出现的失真,然后再判断产生了饱和失真还是截止失真。


    四、直接耦合放大电路:

    (1)、零点漂移现象:电源电压波动元件的老化半导体器件参数随温度变化而变化,都将产生输出电压的漂移。在阻容耦合多级放大电路中,这种缓慢的变化能够被电容进行隔离,不会传递到下一级放大电路中;但是在直接耦合放大电路中,这种缓慢的变化影响极大,并逐级传递和逐级放大,导致输出噪声分量较大。

    对于电源电压波动,采用高质量的稳压电源经过良好的滤波处理

    对于元件的老化,使用经过老化实验的高可靠性元件即可。

    对于温漂问题,引入直流负反馈采用温度补偿措施(热敏元件抵消放大管的变化)采用差分放大电路

     

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  • 多级放大电路.pdf

    2019-09-16 13:48:49
    1 多级放大电路的耦合方式 2 多级放大电路的动态分析 3 差分放大电路 4 互补输出级 5 直接耦合多级放大电路读图
  • A 多级放大电路的耦合方式 A.a 直接耦合 由于两个电路直接相连,所以第一级的任何变化(静态和动态的)都会直接传送到第二级。静态工作点Q由于温度、电源波动等产生的变化也会传送到下一级,即Q点是相互影响的。...

    [模电专栏]

    A 多级放大电路的耦合方式

    A.a 直接耦合

    在这里插入图片描述
    由于两个电路直接相连,所以第一级的任何变化(静态和动态的)都会直接传送到第二级。静态工作点Q由于温度、电源波动等产生的变化也会传送到下一级,即Q点是相互影响的。零点偏移实际上就是Q点漂移。


    第二级的Ubeq2U_{beq2}与第一级的Uceq1U_{ceq1}相等,而Ubeq2U_{beq2}比较小,可能导致第一级的的集电极正偏,出现饱和现象。
    解决方法:
    在这里插入图片描述
    方案一损失动态性能。
    在这里插入图片描述
    稳压管提高Ubeq2U_{beq2},这要求Uceq2U_{ceq2}也要提高,如果级数较多时,后级静态工作点不合适。R保证稳压管不发生热击穿现象。
    在这里插入图片描述
    但是稳压管噪声较大,影响信号传输质量,不适合作为耦合元件。

    方案四:

    在这里插入图片描述
    UCU_C得不断增大。
    对于NPN型管,Uc>Ub>UeU_c>U_b>U_e;对于PNP型:Ue>Ub>UcU_e>U_b>U_c


    A.b 阻容耦合

    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述
    没有零点偏移,电容对直流信号起隔离作用,可以消除温度引起的静态动作点的偏移。

    A.c 变压器耦合

    在这里插入图片描述

    Au˙=Uo˙Ui˙=βRLrbe\dot{A_u}=\frac{\dot{U_o}}{\dot{U_i}}=-\beta\frac{R'_L}{r_{be}}

    电压放大倍数增大。


    B 多级放大电路的动态分析

    B.a 动态参数分析

    在这里插入图片描述

    B.b 分析举例

    通交流,电源、电容断路
    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述


    图片来源:模拟电子技术基础(华成英/清华大学);
    模拟电子技术基础 (杜湘瑜/国防科技大学)

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  • 三极管多级放大电路

    2020-07-17 10:40:00
    本文讲解三极管的多级放大电路
  • 多级放大电路 1.电压放大倍数 多级放大电路的电压放大倍数是每一级电压放大倍数之积。得到这个结论的前提是每一级的电压放大倍数是在带负载的情况下得出来的。 例如:如果现在有一个三级放大电路,第一级的输出电阻...

    一.多级放大电路

    1.电压放大倍数

    多级放大电路的电压放大倍数是每一级电压放大倍数之积。得到这个结论的前提是每一级的电压放大倍数是在带负载的情况下得出来的。
    例如:如果现在有一个三级放大电路,第一级的输出电阻一定是第二级的输入电阻,第三级的输入电阻一定是第二级的输出电阻。如果测试得到第二级放大电路的放大倍数是在带着第三级的输入电阻以及第一级的输出电阻的话,这种情况才可以说多级放大电路的电压放大倍数是每一级电压放大倍数之积。

    2.输入电阻

    多级放大电路的输入电阻是从输入级看过去得到的等效电阻

    3.输出电阻

    多级放大电路的输出电阻是从输出极等效的电压源内阻

    4.电压放大电路基本要求

    输入电阻要尽可能的大,输出电阻尽可能的小,电压放大倍数大,最大不失真输出电压大。

    二.差分放大电路

    1.零点漂移现象及其产生的原因

    1.什么是零点漂移现象?
    一个放大电路,当输入的变化量为零的时候,输出的变化量不是零。
    2.零点漂移产生的原因:
    温度的变化,直流电源的波动,元器件的老化。其中晶体管的特性对于温度敏感是主要的原因,因此零点漂移也称温漂
    3.克服温度漂移的方法:引入直流负反馈,温度补偿。
    4.典型电路:差分放大电路。

    2.长尾式差分放大电路的组成

    在这里插入图片描述
    注:理想对称的条件下能够克服零点漂移,得到零输入零输出。这样的话差分放大电路就可以完全抑制共模信号,从而对于差模信号进行放大。

    3.长尾式差分放大电路的分析

    ①静态工作点的分析

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    注:长尾差分式放大电路和之前接触到的多级放大电路有所不同,差分电路是从射极注入电流,而之前的单管放大电路等是从基极注入电流。从射极注入电流能够达到工作点较为稳定的目的。

    ②抑制共模信号

    共模信号:数值相等,极性相同的输入信号,即:U11=U12
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    ③放大差模信号

    在这里插入图片描述
    注:由于输入的为差模信号,因此在E点会相互抵消掉,电阻Re中的电流永远都是2Ie,即电阻Re对于差模信号无任何的负反馈作用。

    ④差模信号作用时的动态分析

    在这里插入图片描述
    注:动态分析的过程中,不变的量都可以等效的看成接地点。同样在上图中E点就可以接地,输入回路的路线是这样的:信号源正极→Rb1→E点→Rb2→信号源负极。可能会存在这样一个疑问,为什么电流会以这种方式走呢?怎么能在T2管的发射极流到基极呢?在动态情况下,基极与发射极之间只是等效成一个电阻,另外对于输入回路电流从发射极流到基极代表着电压正在减小。
    在这里插入图片描述

    ⑤动态参数

    共模抑制比Kcmr:综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。
    在这里插入图片描述

    4.差分放大电路的四种接法

    ①双端输入,单端输出的情况下Q点分析

    在这里插入图片描述

    ②双端输入单端输出:差模信号作用下的分析

    在这里插入图片描述

    ③双端输入单端输出:共模信号作用下的分析

    在这里插入图片描述
    注:从双端输入双端输出到双端输入单端输出,前者的放大倍数虽然大,但是信号没有接地点,做不到有效的屏蔽空中电磁波的干扰,后者放大倍数小,但是信号的输入和输出都有接地点,可以有效的屏蔽干扰。

    ④单端输入双端输出

    在这里插入图片描述
    注:单端输入双端输出的情况下发射极电位是时刻变化的。理论上既然差模输入不可能引起发射极电位发生变化,那么单端输入的情况下一定伴随着共模输入。从右图可知,单端输入伴随着共模输入的数值为U1/2.

    5.具有恒流源的差分放大电路

    ①电路起因

    Re越大,每一边漂移越小,共模负反馈越强,单端输出时的Ac越小,共模抑制比越大,差分放大电路的性能越好。但是为了使得静态电流不变,Re越大,Vee越大,所以至于Re太大就不合理了,因此需要在低电源的条件下设置合适的Ieq,并且得到趋近于无穷大的Re。
    解决方法:采用电流源来取代Re!

    在这里插入图片描述

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  • 多级放大电路的分析方法
  • 多级放大电路1.电压放大倍数多级放大电路的电压放大倍数是每一级电压放大倍数之积。得到这个结论的前提是每一级的电压放大倍数是在带负载的情况下得出来的。例如:如果现在有一个三级放大电路,第一级的输出电阻一定...

    一.多级放大电路

    1.电压放大倍数

    多级放大电路的电压放大倍数是每一级电压放大倍数之积。得到这个结论的前提是每一级的电压放大倍数是在带负载的情况下得出来的。

    例如:如果现在有一个三级放大电路,第一级的输出电阻一定是第二级的输入电阻,第三级的输入电阻一定是第二级的输出电阻。如果测试得到第二级放大电路的放大倍数是在带着第三级的输入电阻以及第一级的输出电阻的话,这种情况才可以说多级放大电路的电压放大倍数是每一级电压放大倍数之积。

    2.输入电阻

    多级放大电路的输入电阻是从输入级看过去得到的等效电阻

    3.输出电阻

    多级放大电路的输出电阻是从输出极等效的电压源内阻

    4.电压放大电路基本要求

    输入电阻要尽可能的大,输出电阻尽可能的小,电压放大倍数大,最大不失真输出电压大。

    二.差分放大电路

    1.零点漂移现象及其产生的原因

    1.什么是零点漂移现象?

    一个放大电路,当输入的变化量为零的时候,输出的变化量不是零。

    2.零点漂移产生的原因:

    温度的变化,直流电源的波动,元器件的老化。其中晶体管的特性对于温度敏感是主要的原因,因此零点漂移也称温漂

    3.克服温度漂移的方法:引入直流负反馈,温度补偿。

    4.典型电路:差分放大电路。

    2.长尾式差分放大电路的组成

    注:理想对称的条件下能够克服零点漂移,得到零输入零输出。这样的话差分放大电路就可以完全抑制共模信号,从而对于差模信号进行放大。

    3.长尾式差分放大电路的分析

    ①静态工作点的分析

    注:长尾差分式放大电路和之前接触到的多级放大电路有所不同,差分电路是从射极注入电流,而之前的单管放大电路等是从基极注入电流。从射极注入电流能够达到工作点较为稳定的目的。

    ②抑制共模信号

    共模信号:数值相等,极性相同的输入信号,即:U11=U12

    ③放大差模信号

    注:由于输入的为差模信号,因此在E点会相互抵消掉,电阻Re中的电流永远都是2Ie,即电阻Re对于差模信号无任何的负反馈作用。

    ④差模信号作用时的动态分析

    注:动态分析的过程中,不变的量都可以等效的看成接地点。同样在上图中E点就可以接地,输入回路的路线是这样的:信号源正极→Rb1→E点→Rb2→信号源负极。可能会存在这样一个疑问,为什么电流会以这种方式走呢?怎么能在T2管的发射极流到基极呢?在动态情况下,基极与发射极之间只是等效成一个电阻,另外对于输入回路电流从发射极流到基极代表着电压正在减小。

    ⑤动态参数

    共模抑制比Kcmr:综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。

    4.差分放大电路的四种接法

    ①双端输入,单端输出的情况下Q点分析

    ②双端输入单端输出:差模信号作用下的分析

    ③双端输入单端输出:共模信号作用下的分析

    注:从双端输入双端输出到双端输入单端输出,前者的放大倍数虽然大,但是信号没有接地点,做不到有效的屏蔽空中电磁波的干扰,后者放大倍数小,但是信号的输入和输出都有接地点,可以有效的屏蔽干扰。

    ④单端输入双端输出

    注:单端输入双端输出的情况下发射极电位是时刻变化的。理论上既然差模输入不可能引起发射极电位发生变化,那么单端输入的情况下一定伴随着共模输入。从右图可知,单端输入伴随着共模输入的数值为U1/2.

    5.具有恒流源的差分放大电路

    ①电路起因

    Re越大,每一边漂移越小,共模负反馈越强,单端输出时的Ac越小,共模抑制比越大,差分放大电路的性能越好。但是为了使得静态电流不变,Re越大,Vee越大,所以至于Re太大就不合理了,因此需要在低电源的条件下设置合适的Ieq,并且得到趋近于无穷大的Re。

    解决方法:采用电流源来取代Re!

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