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+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。
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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。
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+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
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+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。
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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
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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
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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。
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~ Ro Ri Au RL Au ~ ro2 ri2 Au2 ri1 Au1 ro1
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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
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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
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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。
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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。
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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
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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
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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
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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
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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。
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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
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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)
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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)
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(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:
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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
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1. RP的作用 UCC RC uo RB T1 T2 RP ui2 ui1 RE EE
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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
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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
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(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
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二、双端输入——双端输出 _ + UCC RC uo RB uo1 uo2 T1 T2 RP RE ui1 ui2 EE R ui (-)
(+) (+) (-) + (+)
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+UCC RC T1 RB RE IB IC 2IE EE IE UCE (1) 静态分析 EE=IBRB+UBE +2IERE
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(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
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1. 放大倍数 单边差模放大倍数: uod1 RB B1 E C1 RC ib1 ui1 rbe1 ib1
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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
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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?
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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 _
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差模电压放大倍数: uo1 RB B1 E C1 RC ib1 ui1 rbe1 ib1
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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
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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?
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本章习题 P.97 16.8.2,16.9.3,16.9.4
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