+UCC RB1 RC C2 C1 RL RB2 C0 ui RE uo CE 耦合电容 发射极电阻旁路电容 晶体管极间电容和连线分布电容等效电容 RB1 RC C2 C1 C0 RL RB2 ui RE uo CE C1、C2、CE容量较大,对中、高频信号来说容抗很小,可视作短路; C0容量很小,对中、低频信号来说容抗很大,可视作开路。
频率特性 放大电路的频率特性:指放大电路的电压放大倍数幅值和相位随频率的变化关系 级间耦合电容C1、C2 发射极旁路电容CE (3) 三极管极间等效电容(如晶体管的结电容、连线分布电容等)C0 由于存在: 所以,当信号频率不同时,放大电路输出电压的幅值和相位会有所不同。
+UCC RB1 RC C2 C1 uBE RL RB2 C0 RE ui uo CE 对低频信号来说, C1、C2、CE的容抗不可忽略, C1使晶体管输入端电压比输入信号ui小,C2使输出信号uo比晶体管输出端电压小; CE容抗不能忽略时,就有交流负反馈。因此C1、C2、CE使低频信号的放大倍数降低
+UCC RB1 RC C2 C1 uBE RL RB2 C0 RE ui uo CE 对高频信号来说, C0的容抗减小,它与输出端电阻并联后,总阻抗降低,从而使uo减小,电压放大倍数降低。 高频时晶体管电流放大倍数下降,因此也使得电压放大倍数降低。
基本共射放大电路频率特性 幅频特性 相频特性 中频段,认为电容不影响交流信号的传送,放大倍数与频率无关 高频段,极间电容的容抗减小,分流作用增强 幅频特性 fbw=fH–fL 低频段,耦合电容的容抗增大到不可忽略 通频带 高频段,三极管电流放大倍数下降 下限截止频率 上限截止频率 中频段,输出电压与输出电压反相 相频特性
负反馈对通频带的影响 引入负反馈使电路的通频带宽度增加 f A Bo Ao AF BF
两个单级放大电路间的联接方式。实现信号传递 多级放大电路 第一级 放大电路 输 入 输 出 … … 末前级 第二级 第n级 第n-1级 末级 功率放大 前置级 电压放大 两个单级放大电路间的联接方式。实现信号传递 耦合方式:阻容耦合;直接耦合;变压器耦合;光电耦合。
~ Ro Ri Au RL Au ~ ro2 ri2 Au2 ri1 Au1 ro1
多级放大电路的分析 多级放大电路中,中间任何一级既是前一级的负载,又是后一级的信号源。电压放大倍数: 注意:计算每一级的电压放大倍数时,应将其后一级电路的输入电阻当作它的负载
阻容耦合电压放大电路 +UCC RC2 R1 R2 (+24V) C2 1M 82k 10k C1 C3 T2 T1 RL RS 10k 信号源 射极输出器 分压式偏置放大电路 负载 +UCC RC2 R1 R2 (+24V) C2 1M 82k 10k C1 C3 T2 T1 RL RS 10k 20k RE1 R3 RE2 CE 8k 27k 43k
多级阻容耦合放大器特点 (1) 由于电容的隔直作用,各级放大器的静态工作点相互独立,可以分别估算。 (2) 前一级的输出电压是后一级的输入电压。 (3) 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。 (4) 总电压放大倍数各级放大倍数的乘积。 (5) 总输入电阻ri 即为第一级的输入电阻ri1。 (6) 总输出电阻即为最后一级的输出电阻。
直接耦合电压放大电路 +UCC +UCC R1 RC1 RC2 RC2 R2 T1 T2 T2 uo uo ui RE2 R2 、RE2 : 用于设置合适的Q点。
直接耦合放大电路的优点 (1) 具有良好的低频特性,展宽了通频带 (2) 不采用电容,适合集成化
直接耦合电路的特殊问题 (1) 各级静态工作点相互影响 ui RC1 R1 T1 +UCC uo RC2 T2 R2 RE2
阻容耦合放大电路中,由于耦合电容的隔直作用,缓慢变化的漂移电压不会传到输出端 直接耦合电路的特殊问题 (2) 存在零点漂移,即当ui=0时,uo0 uo t 有时会将信号淹没 ——衡量指标 阻容耦合放大电路中,由于耦合电容的隔直作用,缓慢变化的漂移电压不会传到输出端
直接耦合放大电路的零点漂移 产生零漂的原因 抑制零漂的措施 (1) 晶体管参数(UBE,ICBO, )随温度变化 (2) 电源电压波动 (3) 电路元件参数发生改变 产生零漂的原因 (1) 选择高质量的晶体管和高稳定性的电源 (2) 电路中引入负反馈,以稳定静态工作点 (3) 放大电路前置级采用特殊结构以抵消零漂 抑制零漂的措施
差动放大电路 一:结构 特点:电路结构对称;理想情况下,晶体管特性以及对应元件的参数相同。 uo RC RB2 T1 RB1 T2 ui1 UCC 特点:电路结构对称;理想情况下,晶体管特性以及对应元件的参数相同。
uo= (VC1 + VC1 ) - (VC2 + VC2 ) = 0 二:抑制零漂的原理 uo RC RB2 T1 RB1 T2 ui1 ui2 UCC 当 ui1 = ui2 =0 时: uo= VC1 - VC2 = 0 当温度变化时: uo= (VC1 + VC1 ) - (VC2 + VC2 ) = 0
理想情况:ui1 = ui2 VC1 = VC2 uo= 0 三、 对输入信号的放大作用 (1) 共模输入: ui1 = ui2 = uc uo RC RB2 T1 RB1 T2 ui1 ui2 UCC 理想情况:ui1 = ui2 VC1 = VC2 uo= 0 共模电压放大倍数: (理想时为零)
设 vC1 =VC1 +VC1 , vC2 =VC2 +VC2 因 ui1 = -ui2, VC1 = -VC2 (2) 差模输入: ui1 = -ui2 = ud uo RC RB2 T1 RB1 T2 ui1 ui2 UCC 设 vC1 =VC1 +VC1 , vC2 =VC2 +VC2 因 ui1 = -ui2, VC1 = -VC2 uo= vC1 - vC2= VC1- VC2 = 2VC1 差模电压放大倍数: (很大,>1)
(3) 比较输入: ui1与ui2大小与相对极性任意 uo RC RB2 T1 RB1 T2 ui1 ui2 UCC 信号分解: ui1 =uic + uid , ui2 =uic - uid 其中:uic= (ui1+ ui2)/2 , uid = (ui1 - ui2)/2 (可以实现两个信号的大小比较) 电压放大倍数:
典型差动放大电路 一:结构 特点:加入射极电阻RE ;加入调零电位器RP ;加入负电源 -UEE ,采用正负双电源供电。 uo RC RB2 T1 RB T2 ui1 ui2 UCC 特点:加入射极电阻RE ;加入调零电位器RP ;加入负电源 -UEE ,采用正负双电源供电。 RP 共模反馈电阻,稳定静态工作点 调零电位器,使左右平衡 负电源,提供合适的静态工作点 RE 双电源长尾式差动放大电路 EE
1. RP的作用 UCC RC uo RB T1 T2 RP ui2 ui1 RE EE
ui1 = ui2 = 0 UBE 2. RE的作用 —抑制温度漂移,稳定静态工作点 温度T IC VE IB IC UCC RC RB2 uo RC RB2 T1 RB T2 ui1 ui2 UCC RE EE ui1 = ui2 = 0 温度T IC VE RP UBE IB IC
ui1 = - ui2 2. RE的作用 —不影响差模信号的放大 IE1 = - IE2 IE = IE1+IE2 IE VE UCC uo RC RB2 T1 RB T2 ui1 ui2 UCC RE EE IE ui1 = - ui2 IE1 = - IE2 IE = IE1+IE2 基本不变 VE 基本不变
(2) EE 提供基极电流 IB1 和 IB2 , RB2可省去 uo RC RB2 T1 RB T2 ui1 ui2 UCC RE EE RP (1) 加入 EE 来补偿 RE 上产生的直流压降 (2) EE 提供基极电流 IB1 和 IB2 , RB2可省去
二、双端输入——双端输出 _ + UCC RC uo RB uo1 uo2 T1 T2 RP RE ui1 ui2 EE R ui (-) (+) (+) (-) + (+)
+UCC RC T1 RB RE IB IC 2IE EE IE UCE (1) 静态分析 EE=IBRB+UBE +2IERE
(2) 动态分析 T1 ic1 uod1 RB RC ui1 ib1 T1单边微变等效电路: uod1 RB B1 E C1 RC ib1 ui1 rbe1 ib1
1. 放大倍数 单边差模放大倍数: uod1 RB B1 E C1 RC ib1 ui1 rbe1 ib1
差模电压放大倍数: 若差动电路带负载RL (接在 C1 与 C2 之间), 对于差模信号而言,RL中点电位为 0, 所以放大倍数: RB B1 E C1 RC ib1 ui1 rbe1 ib1 RL/2
2. 输入输出电阻 RB B1 C1 ib1 ib1 ui1 R uod1 rbe1 RC E 输入电阻: 输出电阻: ro = 2RC 思考:电路去掉RB能正常工作吗? RB的作用?
三、单端输入——单端输出 + + _ _ UCC RC uo RB uo1 uo2 T1 T2 ui1 ui2 UCC uo1 uo2 ui + _ RE足够大时,IC1+IC20,因此对输入信号而言, RE电路可以认为是开路 。 + EE RP RE _
差模电压放大倍数: uo1 RB B1 E C1 RC ib1 ui1 rbe1 ib1
四、共模抑制比(CMRR)的定义 CMRR — Common Mode Rejection Ratio 对于差动放大电路而言,要放大差模信号,抑制共模信号;也就是对差模信号要有较大的放大倍数,对共模信号的放大倍数越小越好。这样可以抑制零漂和共模干扰,并能准确、灵敏地反映出信号的偏差值。 KCMRR = KCMRR (dB) = (分贝) 例: Ad=-200 Ac=0.1 KCMRR=20 lg (-200)/0.1 =66 dB
课后练习 分析:双端输入——双端输出差动放大电路对共模信号的电压放大倍数、输入输出电阻,以及共模抑制比。 问题:负载影响共模放大倍数吗?
本章习题 P.97 16.8.2,16.9.3,16.9.4