多級放大電路和差動放大電路大電路功率放大電路第1頁/共91頁3.1多級放大電路3.1.1多級放大電路組成及耦合方式

3.1.2阻容耦合多級放大電路

3.1.3直接耦合多級放大電路返回首頁第2頁/共91頁2耦合形式3.1.1多級放大電路的組成及耦合方式1組成第3頁/共91頁1組成第一級第二級第n-1級第n級RL輸入級中間級輸出級（末級）前置級（放大電壓）放大功率第4頁/共91頁耦合——兩單級放大電路間的連接耦合電路——實現兩單級放大電路間連接的電路對耦合電路的要求：耦合電路能保證各級有合適的靜態工作點。耦合電路能保證不引起失真。盡量減小信號在耦合電路上的損失。第5頁/共91頁2耦合形式

多級放大電路的連接，產生了單元電路間的級聯問題，即耦合問題。放大電路的級間耦合必須要保證信號的傳輸，并且必須保證各級的靜態工作點正確。耦合電路采用直接連接或電阻連接，不采用電抗性元件。級間采用電容或變壓器耦合。電抗性元件耦合，只能傳輸交流信號，但漂移信號和低頻信號不能通過。直接耦合電路可傳輸低頻甚至直流信號，因而緩慢變化的漂移信號也可以通過直接耦合放大電路。直接耦合電抗性元件耦合根據輸入信號的性質，就可決定級間耦合電路的形式。第6頁/共91頁(c)變壓器耦合(a)阻容耦合

(b)直接耦合

三種耦合電路第7頁/共91頁阻容耦合的特點各級靜態工作點不互相影響不能集成。不能傳送直流、變化緩慢的信號。第8頁/共91頁變壓器耦合的特點不能傳送直流、變化緩慢或高頻信號。另變壓器需用有色金屬和磁性材料，體積大，成本高。傳遞電壓的同時，還可進行電壓、電流和阻抗變換各級靜態工作點不互相影響不能集成。第9頁/共91頁直接耦合的特點各級靜態工作點互相影響產生零點漂移。可放大直流和變化緩慢的信號。便于集成。第10頁/共91頁零點漂移零點漂移

是三極管的靜態工作點隨時間而逐漸偏離原有靜態值的現象。產生零點漂移的主要原因是溫度的影響，所以有時也用溫度漂移或時間漂移來表示。工作點參數的變化往往由相應的指標來衡量。

一般將在一定時間內，或一定溫度變化范圍內的輸出級工作點的變化值除以放大倍數，即將輸出級的漂移值歸算到輸入級來表示的。例如V/C或V/min。返回第11頁/共91頁阻容耦合多級放大電路的結構特點兩極之間用電容耦合。前級的輸出電壓是通過耦合電容C和后級的輸入電阻耦合到后級的。故叫阻容耦合耦合電容C很大，起通交隔直的作用3.1.2阻容耦合多級放大電路第12頁/共91頁

阻容耦合多級放大電路的分析靜態分析兩級電路分別分析，相當于分析兩個單級電路動態分析總電壓放大電路的放大倍數總輸入電阻總輸出電阻第13頁/共91頁在求分立元件多級放大電路的動態參數時可將電路作兩種等效。是將后一級的輸入電阻作為前一級的負載考慮，即將第二級的輸入電阻等效為第一級的負載電阻RL1=Ri2。

第1種等效第14頁/共91頁將后一級與前一級開路，前一級的輸出電阻等效為后一級的信號源內阻。

第2種等效第15頁/共91頁例：電路如圖，問第一級的交流負載電阻是多少？第二級的信號源內阻是多少？設：β1=β2=50，rbe1=rbe2=1.2kΩ,求兩個管子的總的電壓放大倍數，輸入電阻，輸出電阻。PNP管的微變等效電路與NPN管的完全相同第16頁/共91頁第一級的交流負載電阻就等于第二級的輸入電阻Ri2=RB3||RB4||rbe2=657?第二級的信號源電阻就等于第一級的輸出電阻Ro1=Rc1=3.3k?Ri2Ro1第17頁/共91頁第18頁/共91頁例：電路如圖，設：β1=β2=50，rbb’=300Ω，1、計算各級靜態工作點；設UBE=0.6V。2、畫微變等效電路。3、求兩個管子的總的電壓放大倍數，輸入電阻，輸出電阻。第19頁/共91頁解1、靜態分析第20頁/共91頁動態分析第21頁/共91頁返回第22頁/共91頁3.1.3直接耦合放大電路1直接耦合放大電路存在的問題及其解決辦法2直接耦合放大電路的分析第23頁/共91頁1、直接耦合放大電路存在的問題

及其解決辦法前級與后級靜態工作點相互影響第一級:UCE1=UBE2=0.6VQ1接近飽和區第二級IB2很大，Q2進入了飽和區,且深度飽和。

所以，兩管均不能正常工作第24頁/共91頁解決辦法在第二級加射極電阻RE會使第二級集電極的靜態電位提高，使級數受限??RE會使第二級放大倍數下降第25頁/共91頁用穩壓管代替電阻，其交流電阻小，直流電阻大

?!第26頁/共91頁PNP和NPN管交替使用，實現電平移動，可解決級數受限的問題第27頁/共91頁零點漂移是直接耦合放大電路存在的主要問題3采用差動放大電路解決辦法1采用恒溫措施采用調制和解調的方法，用阻容耦合多級放大電路來放大直流信號或低頻信號第28頁/共91頁2直接耦合兩級放大電路的分析靜態分析畫出ui=0時的直流等效電路解方程組可求得UCE1和IB2動態分析方法與阻容耦合相同直流等效電路第29頁/共91頁例:β1=β2=100，兩管子的rbb’相等，均為300Ω（1）求靜態工作點第30頁/共91頁第31頁/共91頁（2）動態分析先計算三極管的輸入電阻電壓放大倍數第32頁/共91頁Ri=Rbe1//RB1//RB2

=3.1//51//20

=3.1//14.4=2.55kRo=Rc2

=4.3k返回第33頁/共91頁

3.2差動放大電路返回1原理電路2典型的差動放大電路——長尾電路3恒流源差動放大電路第34頁/共91頁1原理電路1)結構特點2）對零點漂移的抑制作用3）對信號的作用4）共模抑制比5）原理電路存在的問題第35頁/共91頁兩半電路完全對稱有兩個輸入端，兩個輸出端1)結構特點：1原理電路第36頁/共91頁2）對零點漂移的抑制作用T℃IC1IC2UO1UO2∵對稱⊿IC1=⊿IC2⊿VC1=⊿VC2⊿UO=⊿UO1

-⊿UO2=0對零點漂移有抑制作用

差放對零漂的抑制動畫第37頁/共91頁3）對信號的作用輸入信號加在1端和2端有三種輸入方式⑴差模信號輸入：ui1=-ui2，即ui1和ui2為大小相等，相位相反的一對信號。ib1ib2ic1ic2uo1ui2<0ui1>0uo2uo=uo1-uo2≠0差模電壓放大倍數差模電壓放大倍數等于單管電壓放大倍數，說明用了兩倍的電路并沒有提高電壓放大倍數第38頁/共91頁ui1=ui2，即ui1和ui2為大小相等，

相位相同的一對信號。ib1ic1uo1ui2>0ui1>0uo=uo1-

uo2=0共模電壓放大倍數ib2ic2uo2對共模電壓放大倍數抑制(2)對共模信號輸入：第39頁/共91頁（3）比較輸入信號：ui1≠ui2共模信號差模信號差模信號共模信號動畫第40頁/共91頁4）共模抑制比理想：KCMRR→∞第41頁/共91頁5）原理電路存在的問題靜態沒有調零每個管子的漂移沒有被抑制第42頁/共91頁2典型的差動放大電路——長尾電路（1）增加元件的作用（2）長尾電路的分析第43頁/共91頁（1）增加元件的作用對共模信號有很強的負反饋作用，對差模信號短路調零電位器，使ui=0時uo=0共模反饋電阻，能區別對待共模和差模信號提供RE上的直流壓降，保證VE≈0第44頁/共91頁（2）長尾電路的分析①差分放大電路的4種輸入輸出方式②長尾電路靜態計算③長尾電路的差模動態計算第45頁/共91頁差分放大電路的輸入方式信號的輸入方式：若信號加到1端和2端之間，稱為雙端輸入①差分放大電路的4種輸入輸出方式第46頁/共91頁信號僅從一個輸入端和地之間加入，另一端接地，稱為單端輸入。第47頁/共91頁差分放大電路有兩個輸出端，一個是集電極C1，另一個是集電極C2。從C1（3端）和C2（4端）之間輸出稱為雙端輸出，差分放大電路的輸出方式第48頁/共91頁

同相輸入端----輸出信號一定時，輸入信號與輸出信號極性相同的那個輸入端。反之，為反之為反相輸入端。僅從集電極C1或C2

對地輸出，另一端開路，稱為單端輸出。第49頁/共91頁②長尾電路

的靜態計算由IB的計算式可知，RE對一半差分電路而言，只有2RE

才能獲得相同的電壓降。雙端輸出時畫出半邊電路的直流等效電路思考：接入負載后，靜態工作點有無變化？T2管的靜態工作點與T1管的相同第50頁/共91頁單端輸出時畫半邊電路的直流等效電路可求出VC1第51頁/共91頁③長尾電路的差模動態計算

差分放大電路的差模工作狀態分為四種:1.雙端輸入、雙端輸出（雙----雙）2.雙端輸入、單端輸出（雙----單）3.單端輸入、雙端輸出（單----雙）4.單端輸入、單端輸出（單----單）主要討論的問題有：差模電壓放大倍數差模輸入電阻輸出電阻第52頁/共91頁這種方式適用于雙端輸入，輸出均不接地的情況。a雙端輸入雙端輸出差模輸入電阻輸出電阻差模電壓放大倍數第53頁/共91頁差模輸入電阻差模電壓放大倍數輸出電阻半邊電路的微變等效電路第54頁/共91頁差模信號輸入時，RE上的交流信號抵消，雖然RE上沒并聯電容，但對交流信號仍短路。差模電壓放大倍數=單管的電壓放大倍數。RB影響電壓放大倍數外接負載時，負載分到每個管子的輸出端為RL/2說明第55頁/共91頁b雙端輸入單端輸出這種方式適用于將差模信號轉換為單端輸出的信號。雙端輸入單端輸出因只利用了一個集電極輸出的變化量，所以它的差模電壓放大倍數是雙端輸出的二分之一。若從3端輸出若從4端輸出第56頁/共91頁

輸出電阻差模電壓放大倍數

差模輸入電阻第57頁/共91頁1RL對靜態工作點有影響。2差模電壓放大倍數=單管的電壓放大倍數的一半。3Ad可正可負：若信號從3端輸出，則1端為反相輸入端，2端為同相輸入端。若信號從4端輸出，則2端為反相輸入端，1端為同相輸入端。4單端輸出時，只靠射極電阻RE來抑制零漂，兩管零漂互相補償的作用消失，故其零漂較大，共模電壓放大倍數較大說明第58頁/共91頁

c單端輸入

雙端輸出

單端輸入信號可以轉換為雙端輸入這種方式用于將單端信號轉換成雙端差分信號,可用于輸出負載不接地的情況。ui1=－ui2=ui/2單端輸入雙端輸出與雙端輸入雙端輸出結果一樣第59頁/共91頁d單端輸入單端輸出

單端輸入單端輸出與雙端輸入單端輸出一樣第60頁/共91頁3恒流源差動放大電路1問題的提出提高共模抑制比，有兩個途徑，一是增大差模電壓放大倍數，一是減小共模電壓放大倍數,為了提高共模抑制比應加大Re。但Re加大后，為保證工作點不變，必須提高負電源，這是不經濟的。能否找到一個器件交流電阻大，直流電阻小？IQUUQIQ⊿U⊿I直流電阻交流電阻第61頁/共91頁用恒流源T3來代替RE。恒流源動態電阻大，可提高共模抑制比。同時恒流源的管壓降只有幾伏，可不必提高負電源之值。這種電路稱為恒流源差分放大電路，電路如圖。利用三極管CE兩端的恒流特性代替RE第62頁/共91頁電路分析靜態分析：從T3開始動態分析與長尾電路一樣，即增加的元件不影響動態參數第63頁/共91頁返回第64頁/共91頁3.3.1概述3.3.2變壓器耦合功率放大電路3.3.3無輸出變壓器乙類互補功率放大電路

------（OTL電路）3.3.4無輸出電容乙類互補功率放大電路

------（OCL電路）3.3.5復合管3.3.6功放電路的分析計算3.3功率放大電路返回第65頁/共91頁2、效率要高：放大電路輸出給負載的功率是由直流電源提供的，若效率不高，則能量浪費，管子溫度升高，減短管子的壽命，放大電路的效率用η表示，為：η=POMAX/PE，其中POMAX為最大輸出功率，等于輸出電壓和輸出電流有效值的乘積，PE為電源提供的功率多級放大電路的末級是功率放大電路，功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。該電路應達到的基本要求：一、基本要求1、為了獲得盡可能大的輸出功率，必須使輸出信號電壓和電流都要大；三極管工作在極限狀態，要選用功率管，放大電路的輸出電阻與負載匹配3.3.1概述第66頁/共91頁4、要考慮管子的散熱3、盡量減小非線性失真二、功放的工作狀態三極管根據導通時間可分為如下三個狀態，

甲類-------三極管360°導電；甲乙類----三極管180°～360°導電乙類-------三極管180°導電

第67頁/共91頁甲乙類180°～360°導電乙類180°導電圖4.01三極管的工作狀態甲類360°導電第68頁/共91頁2、乙類、甲乙類：靜態工作點設在截止區或在交流負載線的下半部分，信號出現了部分失真。ICUCEQ1Q21、甲類：靜態工作點大致在交流負載線的中點，甲類放大的效率不高，理論上不超過50%。無論有無信號輸入，電源都提供功率PE=VCCIC，要提高效率，減小電源提供的功率，即Q下移。QICUCE第69頁/共91頁功率放大電路必須考慮效率問題。為了降低靜態時的工作電流，三極管從甲類工作狀態改為乙類或甲乙類工作狀態。此時雖降低了靜態工作電流，但又產生了失真問題。如果不能解決乙類狀態下的失真問題，乙類工作狀態在功率放大電路中就不能采用。推挽電路和互補對稱電路較好地解決了乙類工作狀態下的失真問題。ICUCEQ1Q2返回第70頁/共91頁3.3.2變壓器耦合功率放大電路RL選擇適當，可得最大不失真輸出電壓和電流第71頁/共91頁RL選擇很重要，實際RL都偏小要得到合適RL，就需要進行阻抗匹配，變壓器可實現。通過調N1、N2來選出最佳的RL’工作在甲類效率低，變壓器體積大，低頻響應差，不能集成返回第72頁/共91頁3.3.3無輸出變壓器乙類互補功率放大電路（OTL電路）利用射極輸出器實現阻抗匹配2乙類互補功率放大電路（OTL電路）

第73頁/共91頁1利用射極輸出器實現阻抗匹配可通過選取β來得到最優負載第74頁/共91頁2乙類互補功率放大電路(OTL)乙類互補功率放大電路如圖所示。它由一對NPN、PNP特性相同的互補三極管組成。這種電路也稱為OTL互補功率放大電路。（1）電路組成第75頁/共91頁（2）工作原理動態時，當輸入信號處于正半周時，T1導通，T2截止，ie1流過負載，產生uo,同時對電容充電。當輸入信號為負半周時，T1截止，T2導通，電容放電，產生電流ie2通過負載RL，按圖中方向由下到上，與假設正方向相反。靜態時，VB=

VA=VCC/2

，T1、T2截止，即處于乙類工作狀態，電容兩端的電壓為VCC

/2

于是兩個三極管一個正半周，一個負半周輪流導電，在負載上將正半周和負半周合成在一起，得到一個完整的不失真波形。動畫17-4OTL電路VAVB第76頁/共91頁

嚴格說，輸入信號很小時，達不到三極管的開啟電壓，三極管不導電。因此在正、負半周交替過零處會出現一些非線性失真，這個失真稱為交越失真。如圖所示。交越失真

如何克服交越失真呢？動畫17-1交越失真動畫17-3交越失真實驗波形第77頁/共91頁為解決交越失真，可給三極管稍稍加一點偏置，使之工作在甲乙類。此時的互補功率放大電路如圖所示。

(a)利用二極管提供偏置電壓(b)利用三極管恒壓源提供偏置

返回第78頁/共91頁3.3.4無輸出電容乙類互補功率放大電路

（OCL電路）OTL電路存在的問題是：電路中的大電容，無法放大變化緩慢的信號。另外也無法集成。引出無輸出電容的乙類互補功率放大電路（OCL電路）動畫17-1OCL電路返回第79頁/