3章多级放大电路和集成电路运算放大器.ppt
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1、模 拟 电 子 技 术 多级放大电路和集成多级放大电路和集成 电路运算放大器电路运算放大器第第 三三 章章3.1多级放大电路多级放大电路3.3 集成电路运算放大器集成电路运算放大器小结小结3.2差分放大电路差分放大电路模 拟 电 子 技 术 引言引言 3.1.1 级间耦合问题级间耦合问题 3.1.2 多级放大电路的分析多级放大电路的分析3.1多级放大电路多级放大电路模 拟 电 子 技 术 为为什什么么要要多多级级放放大大?在第2章,我们主要研究了由一个晶体管组成基本放大电路,它们的电压放大倍数一般只有几十倍。但是在实际应用中,往往需要放大非常微弱的信号,上述的放大倍数是远远不够的。为了获得更高
2、的电压放大倍数,可以把多个基本放大电路连接起来,组成“多级放大电路”。其中每一个基本放大电路叫做一“级”,而级与级之间的连接方式则叫做“耦合方式”。实际上,单级放大电路中也存在电路与信号源以及负载之间的耦合问题。引言引言模 拟 电 子 技 术3.1.1 级间耦合问题级间耦合问题 极间耦合形式:极间耦合形式:直接直接耦合耦合A1A2电路简单,能放大交、直流电路简单,能放大交、直流信号,信号,“Q”互相影响,零互相影响,零点点漂移严重。漂移严重。阻容阻容耦合耦合A1A2各级各级“Q”独立,只放大交独立,只放大交流流信号,信号频率低时耦合电信号,信号频率低时耦合电容容抗大。容容抗大。变压变压 器器耦
3、合耦合A1A2用于选频放大器、用于选频放大器、功率放大器等。功率放大器等。模 拟 电 子 技 术1、阻容耦合、阻容耦合阻阻容容耦耦合合是是通通过过电电容容器器将将后后级级电电路路与与前前级级相相连连接接,其其方方框图所示。框图所示。阻容耦合放大电路的方框图模 拟 电 子 技 术单级阻容耦合放大电路两极阻容耦合放大电路模 拟 电 子 技 术1)各级的直流工作点相互独立。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。2)在传输过程中,交流信号损失少。只要耦合电容选得 足够大,则较低频率的信号也能由前级几乎不衰减地 加到后 级,实现逐级放大
4、。优点:优点:3)电路的温漂小。4)体积小,成本低。模 拟 电 子 技 术缺点:缺点:2)低频特性差;1)无法集成;3)只能使信号直接通过,而不能改变其参数。2、变压器耦合变压器耦合变压器可以通过磁路的耦合把一次侧的交流信号传送到二次侧,因此可以作为耦合元件。变压器耦合的两级放大电路模 拟 电 子 技 术为什么要讲变压器耦合?为什么要讲变压器耦合?因为变压器在传送交流信号的因为变压器在传送交流信号的同时,可以实现电流、电压以及阻抗变换。同时,可以实现电流、电压以及阻抗变换。图4-5 变压器的等效电路工作原理:模 拟 电 子 技 术优点优点:1)变压器耦合多级放大电路前后级的静态变压器耦合多级放
5、大电路前后级的静态工作点是相互独立、互不影响的。工作点是相互独立、互不影响的。因为变压器不能传送直流信号。2)变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。3)变压器在传送交流信号的同时,可以实现电流、)变压器在传送交流信号的同时,可以实现电流、电压以及阻抗变换。电压以及阻抗变换。缺点:缺点:1)高频和低频性能都很差;)高频和低频性能都很差;2)体积大,成本高,无法集成。)体积大,成本高,无法集成。模 拟 电 子 技 术3 直接耦合直接耦合直接耦合和两级放大电路存在两个问题:存在两个问题:1)第一级的静态工作点已接近饱和区。2)由于采用同种类型的管子,级数
6、不能太多。(1)直接耦合的具体形式模 拟 电 子 技 术为了解决第一个问题:可以采用如下的办法。为了解决第一个问题:可以采用如下的办法。(a)RRB1C1uiuoTT12UCE1E2RRC2(a)加入电阻加入电阻RE2模 拟 电 子 技 术RRB1C1R C2uiuoTT12RUz z+VDz zCC(b)在)在T2的发射极加入稳压管的发射极加入稳压管模 拟 电 子 技 术RRB1C1R E2uiuoTT12RC2VCC+为了解决第二个问题:可以在电路中采用不同类型为了解决第二个问题:可以在电路中采用不同类型的管子,即的管子,即NPN和和PNP管配合使用,如下图所示管配合使用,如下图所示。利用
7、利用NPN型管和型管和PNP型管进行电平移动型管进行电平移动模 拟 电 子 技 术(1)电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。由于级间是直接耦合,所以电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。(2)便于集成便于集成。由于电路中只有晶体管和电阻,没有电容器和电感器,因此便于集成。缺点:缺点:优点优点:(1)各级的静态工作点不独立,相互影响。会给设计、计算和调试带来不便。(2)引入了零点漂移问题。零点漂移对直接耦合放大电路的影响比较严重。(2)直接耦合放大电路的优缺点)直接耦合放大电路的优缺点模 拟 电 子 技 术(3)直接耦合放大电路中的零点漂移问题)直接耦合放大
8、电路中的零点漂移问题1)何谓零点漂移?)何谓零点漂移?2)产生零点漂移的原因)产生零点漂移的原因3)零点漂移的严重性及其抑制方法)零点漂移的严重性及其抑制方法电阻,管子参数的变化,电源电压的波动。如果采用高精度电阻并经经过老化处理和采 用高稳定度的电源,则晶晶体管参数随温度的变化将成为产生零点漂移的主要原因。体管参数随温度的变化将成为产生零点漂移的主要原因。如果零点漂移的大小足以和输出的有用信号相比拟,就无法正确地将两者加以区分。因此,为了使放大电路能正常工作,必须有效地抑制零点漂移。模 拟 电 子 技 术注意:为什么只对直接耦合多级放大电路注意:为什么只对直接耦合多级放大电路提出这一问题呢?
9、原来温度的变化和零点提出这一问题呢?原来温度的变化和零点漂移都是随时间缓慢变化的,如果放大电漂移都是随时间缓慢变化的,如果放大电路各级之间采用阻容耦合,这种缓慢变化路各级之间采用阻容耦合,这种缓慢变化的信号不会逐级传递和放大,问题不会很的信号不会逐级传递和放大,问题不会很严重。但是,对直接耦合多级放大电路来严重。但是,对直接耦合多级放大电路来说,输入级的零点漂移会逐级放大,在输说,输入级的零点漂移会逐级放大,在输出端造成严重的影响。特别时当温度变化出端造成严重的影响。特别时当温度变化较大,放大电路级数多时,造成的影响尤较大,放大电路级数多时,造成的影响尤为严重。为严重。模 拟 电 子 技 术抑
10、制零点漂移的方法:抑制零点漂移的方法:1)采用恒温措施,使晶体管工作温度稳定。需要恒温室或槽,因此设备复杂,成本高。2)采用温度补偿法。就是在电路中用热敏元件或二极管(或晶体管的发射结)来与工作管的温度特性互相补偿。最有效的方法是设计特殊形式的放大电路,用特性相同的两个管子来提供输出,使它们的零点漂移相互抵消。这就是“差动放大电路”的设计思想。3)采用直流负反馈稳定静态工作点。4)各级之间采用阻容耦合。模 拟 电 子 技 术3、三种耦合方式放大电路的应用场合、三种耦合方式放大电路的应用场合阻容耦合放大电路:用于交流信号的放大。阻容耦合放大电路:用于交流信号的放大。变压器耦合放大电路:用于功率放
11、大及调谐放大。变压器耦合放大电路:用于功率放大及调谐放大。直接耦合放大电路:一般用于放大直流信号或缓慢直接耦合放大电路:一般用于放大直流信号或缓慢变化的信号。变化的信号。集成电路中的放大电路都采用直接耦合方式。为了抑制集成电路中的放大电路都采用直接耦合方式。为了抑制零漂,它的输入级采用特殊形式的差动放大电路。零漂,它的输入级采用特殊形式的差动放大电路。模 拟 电 子 技 术3.2差分放大电路差分放大电路3.2.1 差分放大电路的工作原理差分放大电路的工作原理3.2.3 具有恒流源差分放大电路具有恒流源差分放大电路3.2.2 差分放大电路的输入输出形式差分放大电路的输入输出形式模 拟 电 子 技
12、 术3.2.1 差动放大电路的工作原理差动放大电路的工作原理(Differential Amplifier)一一 电路组成及抑制零漂的工作原理电路组成及抑制零漂的工作原理1、电路组成、电路组成 特点:特点:a.两只完全相同的管两只完全相同的管子;子;b.两个输入端,两个输入端,两个输出端;两个输出端;c.元件参数对称;元件参数对称;模 拟 电 子 技 术2、抑制零漂的工作原理、抑制零漂的工作原理 原理:原理:静态时,输入信号为零,即将输入端静态时,输入信号为零,即将输入端和和短接。由于两管特性相同,所以当温度或其他外界条短接。由于两管特性相同,所以当温度或其他外界条件发生变化时,两管的集电极电
13、流件发生变化时,两管的集电极电流ICQ1和和ICQ2的变化规的变化规律始终相同,结果使两管的集电极电位律始终相同,结果使两管的集电极电位UCQ1、UCQ2始终始终相等,从而使相等,从而使UOQ=UCQ1-UCQ20,因此消除了零点漂移。因此消除了零点漂移。具体实践:具体实践:在实践中,两个特性相同的管子采用“差分对管”,两半电路中对应的电阻可用电桥精密选配,尽可能保证阻值对称性精度满足要求。结论:结论:可想而知,即使采取了这些措施,差动放大电路的两半电路仍不可能完全对称,也就是说,零点漂移不可能完全消除,只能被抑制到很小。模 拟 电 子 技 术3、信号的输入方式和电路的响应、信号的输入方式和电
14、路的响应(1)差模输入方式)差模输入方式Ui1=Uid,Ui2=Uid差模输入信号为差模输入信号为Ui1 Ui2=2 Uid差模输入方式若Ui1的瞬时极性与参考极性一致,则Ui2的瞬时极性与参考极性相反。则有:ui1ib1 ic1 uc1ui2 ib2 ic2 uc2 输出电压uO=uC1 uC20,而是出现了信号,记为Uod。定义:定义:Ad=Uod/2Uid模 拟 电 子 技 术结论:差模电压放大倍数等结论:差模电压放大倍数等于半电路电压放大倍数。于半电路电压放大倍数。模 拟 电 子 技 术(2)共模输入方式)共模输入方式Ui1=Ui2=Uic在共模输入信号作用下,差放两半电路中的电流和电
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- 3章 多级放大电路和集成电路运算放大器 多级 放大 电路 集成电路 运算放大器
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