多级放大电路

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'多级放大电路'
第3章 多级放大电路3.1 多 级 放 大 电 路 概 述3.2 直接耦合多级放大电路3.3 多级放大电路电压放大倍数的计算3.4 变压器耦合的特点 3.1 多级放大电路概述 [问题提出] 前面所述的单管放大电路,在实际运用中各 项性能指标很难满足要求,所以需要采用多级放 大电路,来满足实际要求。 多级放大器级间耦合的条件是把前级的输出信号尽可能多地传给后级,同时要保证前后级晶体管均处于放大状态,实现不失真的放大。多级放大电路的放大倍数: n A ? A1A2 A3 ??? An ? ? Ai i=1 3.1.1 耦合形式 3.1.2 零点漂移 3.1.1 耦合形式 多级放大电路的连接,产生了单元电路间的级联问题,即耦合问题。放大电路的级间耦合必须要保证信号的传输,且保证各级的静态工作点正确。 耦合电路采用直接连接或电阻连接,直接耦合 不采用电抗性元件。 直接耦合电路可传输低频甚至直流信号,因而 缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。电抗性元件耦合 级间采用电容或变压器耦合。 电抗性元件耦合,只能传输交流信号, 漂移信号和低频信号不能通过。根据输入信号的性质,就可决定级间耦合电路的形式。 耦合电路的简化形式如图07.01所示。 (a)阻容耦合 (b)直接耦合 (c)变压器耦合 图07.01 耦合电路的形式 直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响,应认真加以解决;阻容耦合使前后级相对独立,静态工作点Q互不影响,可抑制温漂;变压器耦合可实现阻抗变换(不常用)。 3.1.2 零点漂移零点漂移 是三极管的工作点随时间而 逐渐偏离原有静态值的现象。 产生零点漂移的主要原因是温度的影响, 所以有时也用温度漂移或时间漂移来表示。 工作点参数的变化往往由相应的指标来衡量。 一般将在一定时间内,或一定温度变化 范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数, 即将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。 例如 ?V/?C 或 ?V/min 。3.1.3 直接耦合放大电路的构成 直接耦合或电阻耦合使各放大级的 工作点互相影响,这是构成直接耦合多 级放大电路时必须要加以解决的问题。 (1) 电位移动直接耦合放大电路 (2) NPN+PNP组合电平移 动直接耦合放大电路 (3) 电流源电平移动放大电路 (1) 电位移动直接耦合放大电路 如果将基本放大电路去掉耦合电容,前后级直接连接,如图07.02所示。 于是 VC1=VB2 VC2= VB2+ VCB2>VB2( VC1 )这样,集电极电位就要逐级提高,为此后面的放大级要加入较大的发射极电阻,从而无法设置正确的工作点。这种方式只适用于级数较少的电路。 图07.02 前后级的直接耦合 (2) NPN+PNP组合电平移动 直接耦合放大电路 级间采用NPN管和PNP管搭配的方式,如图07.03所示。由于NPN管集电极电位高于基极电位,PNP管集电极电位低于基极电位,它们的组合使用可避免集电极电位的逐级升高。 图07.03 NPN和PNP管组合 (3) 电流源电平移动放大电路 在模拟集成电路中常采用一种电流源电平移动电路,如图07.04所示。 电流源在电路中的作用实际上是个有源负载,其上的直流压降小,通过R1上的压降可实现直流电平移动。但电流源交流电阻大,在R1上的信号损失相对较小,从而保证信号的有效传递。同时,输出端的直流电平并不高,实现了直流电平的合理移动。 图07.04 电流源电平移动电路 3.2 多级放大电路电压放大倍数的计算 在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数 时有两种处理方法。输入电阻法 一是将后一级的输入电阻作为前一级的 负载考虑,即将第二级的输入电阻与第一级 集电极负载电阻并联。开路电压法 二是将后一级与前一级开路,计算前 一级的开路电压放大倍数和输出电阻,并 将其作为信号源内阻加以考虑,共同作用 到后一级的输入端。 现以图07.03的两级放大电路为例加以说明,有关参数示于图07.05中。三极管的参数为 ?1=?2=?=100,VBE1=VBE2=0.7 V。计算总电压 放大倍数。 用输入电阻法 计算。 图07.05 两级放大电路计算例 用输入电阻法求电压增益(1)求静态工作点 V'CC?VBE 3.38?0.7 IBQ1= ? mA (Rb1//Rb2)+(1+? )Re1 (51//20)?101?2.7 =0.0093mA=9.3 ?A ? ? ? I CQ1 I BQ1 0.93 mA VC1 ?VB2 ?Vcc ?ICQ1Rc1 ?12?0.93?5.1?7.26 VVCEQ1=VCC ?ICQ1Rc1 ?(ICQ1?IBQ1)Re1 ?Vcc ?ICQ1(Rc1 ?Re1) ?12?0.93?7.8?4.7 V VE2 ? VB2 ? VBE2 ? 7.26 ? 0.7 ? 7.96V IEQ2?ICQ2?(VCC?VE2)/Re2 ?(12?7.96)/3.9 ?4.04/3.9?1.04 mA VC2 ? ICQ2 Rc2 ? 1.04? 4.3 ? 4.47 VVCEQ2 ?VC2 ?VE2? 4.47?7.96? ?3.45V (2)求电压放大倍数 先计算三极管的输入电阻 26(mV) 26rbe1 = rbb ? (1 ? ? ) ? 300 ? 101 ? Ω ? 3.1kΩ I E1 (mA) 0.93 26(mV) 26rbe2 = rbb ? (1 ? ? ) ? 300 ? 101 ? Ω ? 2.8 kΩ I E2 (mA) 1.04 电压增益 ?(Rc1 // Ri2) 100?(5.1//2.8)Av1 = ? ? ? ? ?58.3, 式中Ri2 ? rbe2 rbe1 3.1 ? (Rc2 // RL ) 100? 4.3Av2 = ? ? ? ? ?153.6 rbe2 2.8Av ? Av1 Av2 ? ?58.3?(?153.6) ? 8955 如果求从VS算起的电压增益,需计算第一 级的输入电阻 Ri1 =rbe1 // Rb1 // Rb2 =3.1//51//20 =3.1//14.4=2.55 k? Ri1 2.55 Avs1 = Av1 ? ?(?58.3) ? ?41.9 Rs + Ri1 1? 2.55 Avs ? Avs1 Av2 ? ?41.9?(?153.6) ? 6436 对于多级放大电路可认为:前级是后级的信号源,后级是前级的负载。 多级放大器可使放大倍数提高,但是靠牺牲通频带来实现的。通频带将在频率响应中介绍。 3.3 变压器耦合的特点 采用变压器耦合也可以隔除直流,传递一定频率的交流信号,因此各放大级的Q互相独立。变压器耦合的优点是可以实现输出级与负载的阻抗匹配,以获得有效的功率传输。变压器耦合阻抗匹配的原理见图07.06(a)。在理想条件下,变压器原副边的安匝数相等,即 I1 N1=I2 N2 I2 =(I1 N1 / N2 ) =I1 (V1 / V2 ) =(V2 /RL) ( V1 / R1 ) (V1 / V2 ) =(V2 /RL) 2 (N1 / N2 ) =R1 /RL 2 n =R1 /RL 可以通过调整匝比n来使原、副端阻抗匹配。 07.06(a)变压器的阻抗匹配 当变压器的原端作为谐振回路使用时,为了使较小的三极管输出电阻不影响谐振回路的Q值,在原端采用抽头的方式以实现匹配。此时将V1接在a?b之间就可以减轻三极管对Q值的影响。如图07.06(b)所示。 图07.06 (b)变压器的阻抗匹配 第3章 多级放大电路3.1 多 级 放 大 电 路 概 述3.2 直接耦合多级放大电路3.3 多级放大电路电压放大倍数的计算3.4 变压器耦合的特点 3.1 多级放大电路概述 [问题提出] 前面所述的单管放大电路,在实际运用中各 项性能指标很难满足要求,所以需要采用多级放 大电路,来满足实际要求。 多级放大器级间耦合的条件是把前级的输出信号尽可能多地传给后级,同时要保证前后级晶体管均处于放大状态,实现不失真的放大。多级放大电路的放大倍数: n A ? A1A2 A3 ??? An ? ? Ai i=1 3.1.1 耦合形式 3.1.2 零点漂移 3.1.1 耦合形式 多级放大电路的连接,产生了
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