第三章 多级放大和功率放大电路 3.1 多级放大电路 3.2 放大电路的频率特性 3.3 功率放大电路 3.4 放大电路工程应用技术

Presentation on theme: "第三章 多级放大和功率放大电路 3.1 多级放大电路 3.2 放大电路的频率特性 3.3 功率放大电路 3.4 放大电路工程应用技术"— Presentation transcript:

1 第三章 多级放大和功率放大电路 3.1 多级放大电路 3.2 放大电路的频率特性 3.3 功率放大电路 3.4 放大电路工程应用技术
3.1 多级放大电路 3.2 放大电路的频率特性 3.3 功率放大电路 3.4 放大电路工程应用技术 3.5 本章小结 返回

2 3.1 多级放大电路 返回

3 一. 多级放大电路的耦合方式 1.阻容耦合 优点： 缺点： 返回 各级放大器静态工作点独立。 输出温度漂移比较小。
不适合放大缓慢变化的信号。 不便于作成集成电路。 返回

4 2.直接耦合 缺点： 优点： 各级放大器静态工作点相互影响。 电路中无电容，便于集成化。 可放大缓慢变化的信号。 输出温度漂移严重。 返回

5 二、直接耦合放大电路的特殊问题—零点漂移
零点漂移——当把一个直接耦合放大电路的输入端短路时，即输入信号为零时，由于种种原因引起输出电压发生漂移（波动）。 零点漂移严重时，有用信号完全被漂移电压淹没，使放大器无法正常工作。 产生原因——晶体管参数随温度变化、电源电压波动等。 直接耦合放大电路中，抑制零点漂移最有效的方法——采用差动式放大电路。 返回

6 三. 多级放大电路的分析方法 两级之间的相互影响 • 后级的输入阻抗是前级的负载 • 前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗
电压放大倍数（以两级为例） 注意：在算前级放大倍数时，要把后级的输入阻抗作为前级的负载！ 扩展到n级： 返回

7 输入电阻 Ri=Ri（最前级） (一般情况下） 输出电阻 Ro=Ro（最后级） (一般情况下） 返回

8 举例1：两级放大电路如下图示，求Q、Au、Ri、Ro
设：1=2==50，UBE1=UBE2=0.6 V。 + R b1 V i c1 R’ u b2 e1 T CC C - e2 o 1 2 39k 13k 3k 1k 120k 2.4k L 1.5k 返回

9 解：（1）求静态工作点 V R T u C - R’ 返回 120k 39k 3k 1.5k 2.4k 13k 1k CC c1 b1 2
+ R b1 V i c1 R’ u b2 e1 T CC C - e2 o 1 2 39k 13k 3k 1k 120k 2.4k L 1.5k + 返回

10 V R T u C - R’ 返回 120k 39k 3k 1.5k 2.4k 13k 1k CC c1 b1 2 1 L b2 i e2
+ R b1 V i c1 R’ u b2 e1 T CC C - e2 o 1 2 39k 13k 3k 1k 120k 2.4k L 1.5k 返回

11 （2）求电压放大倍数 V R T u C - R’ 先计算三极管的输入电阻 返回 120k 39k 3k 1.5k 2.4k 13k 1k
+ R b1 V i c1 R’ u b2 e1 T CC C - e2 o 1 2 39k 13k 3k 1k 120k 2.4k L 1.5k 返回

12 画微变等效电路： V R T u C - R’ i r u Re1 R RL Re2 - 返回 120k 39k 3k 1.5k 2.4k
+ R b1 V i c1 R’ u b2 e1 T CC C - e2 o 1 2 39k 13k 3k 1k 120k 2.4k L 1.5k i + b1 b2 c1 - r R u be1 c2 be2 o Re2 RL Re1 返回

13 电压增益： Ri2=Rb2//[rbe+(1+ )(Re2//RL)=120//[ (2.4//2.4)]=40.9K R’L2=Re2//RL=2.4//2.4=1.2K R’L1=RC1//Ri2=3//40.9=2.79K i + b1 b2 c1 - r R u be1 c2 be2 o Re2 RL Re1 返回

14 Ri =Rb1 // Rb2 // [rbe1+ (1+ )Re1]=4.56k
（3）求输入电阻 Ri =Rb1 // Rb2 // [rbe1+ (1+ )Re1]=4.56k （4）求输出电阻 i + b1 b2 c1 - r R u be1 c2 be2 o Re2 RL Re1 返回

15 3.2 放大电路的频率特性 一、频率的基本概念 1、频率响应——放大器的电压放大倍数 及输入与输出相位差和频率的关系
3.2 放大电路的频率特性 一、频率的基本概念 1、频率响应——放大器的电压放大倍数 及输入与输出相位差和频率的关系 其中： 称为放大器的幅频响应 称为放大器的相频响应 返回

16 2、 完整的共射放大电路的频率响应 BW=fh-fl 返回 f fH fL -20dB/十倍频程 20dB/十倍频程 -90° -135°
0.707Aum BW=fh-fl -90° -135° f -180° fL fH -225° -270° 返回

17 二. 单级阻容耦合放大电路的低频特性 对于如图所示的共射放大电路，分低、中、高三个频段加以研究。 1 .中频段 中频电压放大倍数：
所有的电容均可忽略。可用前面讲的h参数等效电路分析 中频电压放大倍数： 返回

18 低频段 在低频段，三极管的极间电容可视为开路，耦合电容C1、C2不能忽略。为方便分析，现在只考虑C2=10uF 该电路有 一个RC高通环节。
≈15.9Ω＜＜RL＝2kΩ 该电路有 一个RC高通环节。 有下限截止频率： + S - u i R b L r be o c e C ¦Â 2 返回

19 返回 为下限截止频率。 当 时，电压放大倍数AuL＝0.707Aum，附加相移 当 时，AuL＝0， 当 时， ，AuL＝Aum。
只考虑C2的影响时，下限截止频率为 只考虑Ce的影响时，下限截止频率为 Rs∥Rb1∥Rb2 返回

20 高频段 . 在高频段，耦合电容C1、C2可以可视为短路，三极管的极间电容不能忽略。电压放大倍数在高频区下降的原因是由于三极管的结电容 返回
这时要用混合π等效电路，画出高频等效电路如图所示。 i R s U b r b'e C g m L e b' c o b'b + £­ b'c . 为了便于分析只考虑电容Ci的影响时，忽略Co的影响。根据高频区等效电路分析， 考虑Ci影响时的高频区电压放大倍数的模和附加相移分别为 返回

21 返回 为上限截止频率。 当 f＝fH时，电压放大倍数AuH＝0.707Aum，附加相移 当 时，AuH＝０，

22 四、多级放大电路的频率特性 级数越多，通频带越窄
返回 四、多级放大电路的频率特性 由两个相同单级放大电路组成的两级放大电路中，若每一级的中频电压放大倍数为AU1，则两级放大电路的下限、上限频率都是对应于电压放大倍数为0.707Aum1。AU= (0.707Aum1)2 级数越多，通频带越窄

23 3.3 功率放大电路 什么是功率放大电路？ 在电子系统中，模拟信号被放大 后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电 器动作、 仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很 大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器 例： 扩音系统 实际负载 功率放大 电压放大 信号提取 返回

24 功放电路的特点 Ic ICM PCM uce UCEM （1）输出功率Po尽可能大。输出功率大
（2） 功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 Ic uce UCEM ICM PCM 返回

25 (3) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真非线性失真小 。
(4) 电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）效率高 。 Po: 负载上得到的交流信号功率。 PE ： 电源提供的直流功率。 （5）功放管散热和保护问题 返回

26 互补对称功放的类型 双电源电路 又称OCL电路 （无输出电容） 单电源电路 又称OTL电路 （无输出变压器） 返回

27 一、OCL电路—无输出电容直接耦合的功放电路
返回

28 组合特性分析——图解法 iC1 uCE 负载上的最大不失真电压为Uom=VCC- UCES UCES Q VCC iC2 Uom 返回

29 iC1 uCE 输出功率 UCES Q VCC 最大输出功率 iC2 单管管耗 Uom 两管管耗 返回

30 直流电源供给的功率 最大功率 效 率 利用二极管进行偏压的OCL电路 返回 当Uom≈UCC时，则 78.5％ 理想值 +V VT1 u
效 率 当Uom≈UCC时，则 78.5％ 理想值 利用二极管进行偏压的OCL电路 u VT1 VT2 +V CC -V o i L R 返回

31 二.OTL电路 1、基本原理 . 单电源供电； . 输出加有大电容。 （1）静态偏置 调整RW阻值的大小，可使 此时电容上电压 返回

32 （2）动态分析 Ui负半周时，T1导通、T2截止； Ui正半周时，T1截止、T2导通。 （电容起到了负电源的作用） 返回

33 （3）输出功率及效率 若忽略交越失真的影响。则： 此电路存在的问题： 输出电压正方向变化的幅度受到限制，达不到VCC/2。 返回

34 优点：综合了OTL和OCL接法的优点，并避免了电容对信号频率特性的影响，可使用单电源，也可以使用双电源。
三、BTL电路—用两组对称和互补电路组成，输出功率可增大好几倍（比OTL电路提高4倍）。 优点：综合了OTL和OCL接法的优点，并避免了电容对信号频率特性的影响，可使用单电源，也可以使用双电源。 返回

35 3.4 放大电路工程应用技术 一、放大电路中的干扰及其抑制方法 干扰（噪声）—一切能影响电子设备正常工作的无用信号。
抑制方法—避开干扰源；屏蔽；滤波；选用低噪声元器件； 调整电路布局和布线方式 二、功率管的并联和散热问题 功率管的并联应用—输出功率加倍 散热—加装铝散热片 返回

36 三、放大电路故障分析和检测的一般方法 方法—电压表法；欧姆表法；示波器 检测步骤 初步检查 了解被检测的电路 寻找故障级
寻找故障所在（动态检测，动态检测） 返回

37 4．三种组态。 （1）共射——AU较大，Ri、Ro适中，常用作电压放大。 （2）共集——AU≈1，Ri大、Ro小，适用于信号跟随、信号隔离等。 （3）共基——AU较大，Ri小，频带宽，适用于放大高频信号。 5．多级放大器。 两种耦合方式：阻容耦合与直接耦合。 电压放大倍数：AU=AU1×AU2×……×AUn 6．频率响应——两个截止频率 下限截止频率fL——频率下降，使AU下降为0.707Aum所对应的频率.由电路中的耦合电容和旁路电容所决定。 上限截止频率fH——频率上升，使AU下降为0.707Aum所对应的频率，由电路中三极管的极间电容所决定。 返回

38 本章小结 1．基本放大电路的组成。 BJT加上合适的偏置电路（偏置电路保证BJT 工作在放大区）。
2．交流与直流。正常工作时，放大电路处于交直流共存的状态。为了分析方便，常将两者分开讨论。 直流通路：交流电压源短路，电容开路。 交流通路：直流电压源短路，电容短路。 3．三种分析方法。 （1）估算法（直流模型等效电路法）——估算Q。 （2）图解法——分析Q（Q的位置是否合适）；分析动态（最大不失真输出电压）。 （3）h参数交流模型法——分析动态（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等）。 返回

39 5．功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流都很大。要求在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和效率。
6．为了提高效率，在功率放大器中，BJT常工作在乙类和甲乙类状态下，并用互补对称结构使其基本不失真。这种功率放大器理论上的最大输出效率可以达到78.5％。 7．互补对称功率放大器的几种主要结构： OCL（双电源）——乙类、 甲乙类。 OTL（单电源）——乙类、 甲乙类。 8．随着半导体工艺、技术的不断发展，输出功率几十瓦以上的集成放大器已经得到了广泛的应用。功率VMOS管的出现，也给功率放大器的发展带来了新的生机。