多級放大與集成運放(模電)

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1、第3章多級放大電路和集成運算放大電路3.1多級放大電路3.2差分放大電路3.3電流源電路3.4功率放大電路3.5集成運算放大電路3.1多級放大電路3.1.1多級放大電路的耦合方式1．阻容耦合將放大電路的前級輸出端通過電容接到后級輸入端，稱為阻容耦合。優(yōu)點：由于變化緩慢的信號和直流信號也不能通過電容，因此阻容耦合方式的放大電路，各級靜態(tài)工作點相互獨立。缺點：低頻特性差，不易集成。圖3-1阻容耦合放大電路2.變壓器耦合變壓器能傳遞交流信號，因此將放大電路的前后級利用變壓器連接起來，稱為變壓器耦合，如圖3-2所

2、示。圖中：第一級的輸出信號經(jīng)變壓器Tr1傳送到第二級，第二級的輸出信號經(jīng)變壓器Tr2傳送給負載并進行阻抗變換，Cb是偏置電阻Rb21、Rb22的旁路電容，主要防止信號被偏置電阻所衰減。圖3-2變壓器耦合放大電路優(yōu)點：可以傳遞信號，而且還能實現(xiàn)阻抗變換。利用這一特點，根據(jù)所需要的放大倍數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)脑褦?shù)比，使負載電阻上獲得足夠大的電壓，并且當(dāng)匹配得當(dāng)時，負載還可獲得足夠大的功率。由于變化緩慢的信號和直流信號也不能通過變壓器，因此變壓器耦合方式的放大電路，各級靜態(tài)工作點相互獨立。缺點：是體積大、造價高、不易于

3、集成，目前即使是功率放大電路也較少采用變壓器耦合方式。3.直接耦合將前一級的輸出端直接連接到后一級的輸入端，稱為直接耦合，如圖3-3（a）所示。優(yōu)點：既能放大交流信號，也能放大變化緩慢的信號。沒有大容量的電容，因此易于集成。實際使用的集成放大電路一般都采用直接耦合方式。缺點：前后級之間是直接連接，存在著直流通路，這就造成了各級靜態(tài)點相互影響。對于直接耦合的放大電路，需要解決以下兩個問題。圖3-3直接耦合放大電路1）級間的匹配問題在圖(a)中，V1管的集電極電位被V2管的基極限制在0.7V左右，使V1管

4、的Q點接近于飽和區(qū)，因而不能正常放大。So：在V2管的發(fā)射極加發(fā)射極電阻Re2，如圖(b)所示。Re2的接入，提高了第二級基極電位UB2，從而保證了V1管的集電極得到較高的靜態(tài)電位，使V1管不致工作在飽和區(qū)。But：Re2接入后，使后一級的電壓放大倍數(shù)大大下降，從而影響整個電路的放大能力。So：用一只穩(wěn)壓管VDZ取代電阻Re2，如圖(c)。對于直流量，穩(wěn)壓管相當(dāng)于一個穩(wěn)壓電源，限流電阻R的作用是保證穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)；對于交流量，穩(wěn)壓管等效成一個很小的動態(tài)電阻，一般為十幾至幾十歐姆，幾乎不會影響第二級的

5、放大倍數(shù)。Inorderto：各級三極管都工作在放大區(qū)，要求：Uc2>Ub2=Uc1But：放大電路級數(shù)增加，導(dǎo)致基極和集電極電位逐級上升，最終接近電源電壓，會使后級的靜態(tài)工作點不合適。So：將NPN管和PNP管組合，構(gòu)成直接耦合放大電路，如圖(d)。后級采用PNP管，其集電極電位比基極電位低，即使耦合級數(shù)較多，也可以使各級獲得合適的靜態(tài)工作點。2）零點漂移問題實驗中：在直接耦合放大電路中，若將輸入端短路，用靈敏的直流表測量輸出端，有一個相當(dāng)可觀的、隨時間緩慢變化的不規(guī)則信號輸出，即輸出電壓在靜態(tài)值上下

6、隨機偏離，如圖3-4。圖3-4零點漂移現(xiàn)象這種輸入電壓為零，輸出電壓不為零且緩慢變化的現(xiàn)象稱為零點漂移，簡稱零漂。對阻容耦合電路：這種緩慢變化的漂移電壓被耦合電容阻隔，不會傳送到下一級放大電路進一步放大。對直接耦合電路：這種緩慢變化的漂移電壓會被毫無阻隔地傳輸?shù)较乱患?，并且被逐級放大，以致于有時在輸出端很難分辨出哪個是有用信號，哪個是漂移電壓。產(chǎn)生原因：放大電路中任何參數(shù)的變化，如電源電壓的波動、元件的老化、器件參數(shù)隨溫度的變化等，都會產(chǎn)生零點漂移。采用高質(zhì)量的穩(wěn)壓電源采用經(jīng)過老化實驗的元件衡量標準：零

7、漂的大小不以輸出端漂移電壓的絕對大小來衡量。因為輸出端的漂移電壓與放大倍數(shù)成正比，所以零漂一般都用輸出的漂移電壓折合到輸入端后來衡量。溫度變化所引起的半導(dǎo)體器件參數(shù)的變化是產(chǎn)生零點漂移的主要原因，故也將零點漂移稱為溫度漂移，簡稱溫漂，定義為溫度每變化1℃所產(chǎn)生的折合到輸入端的等效零漂電壓，即一般：零點漂移主要取決于第一級，而且級數(shù)越多，放大倍數(shù)越大，零點漂移越嚴重。多級放大電路中：各級之間是相互串行連接的，前一級的輸出信號就是后一級的輸入信號，后一級的輸入電阻就是前一級的負載，So：多級放大電路電壓放大倍

8、數(shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積，(3-1)多級放大電路的輸入電阻就是第一級的輸入電阻，輸出電阻就是最后一級的輸出電阻，Ri=Ri1(3-2)3.1.2多級放大電路的動態(tài)分析Ro=Ron(3-3)注意：當(dāng)共集電極電路作為輸入級時，多級放大電路的輸入電阻與其負載，即后一級的輸入電阻有關(guān)；當(dāng)共集電極電路作為輸出級時，多級放大電路的輸出電阻與其信號源內(nèi)阻，即其前一級的輸出電阻有關(guān)?！纠?-1】兩級放大電路如圖3-5所示，已知β1=β