模拟电子技术——分压式偏置放大电路、多级放大电路、差动放大电路、互补输出级

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前言

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基本放大电路

提示:以下是本篇文章正文内容,下面案例可供参考

一、分压式偏置放大电路

放大电路静态工作点不稳定的原因:
(1)温度影响
(2)电源电压波动
(3)元件参数改变

什么是分压式偏置电路

分压式偏置电路是一种更为复杂的电路,它使用两个电阻器将电源电压分压,然后将分压后的电压加到放大器的基极上,这种电路的优点是稳定向好

分压式电路组成

Rb1是上偏置电阻,Rb2是下偏置电阻

电源电压经Rb1、Rb2串联分压后为三极管提供基极电压VBQ

Re起到稳定静态电流的作用,Ce是Re的交流信号旁路电容

电路分析

B点的电流方程为:I1=I2+Ibq


温度t升高--->ICQ增大--->IEQ增大--->VEQ增大--->VBEQ降低--->IB减小--->ICQ下降

估算静态工作点


二、多级放大电路

什么是多级放大电路

单级放大电路的电压放大倍数一般可以达到几十倍,然而,在许多场合,这样的放大倍数是不够用的,常需要把若干个单管放大电路串接起来,组成多级放大器,把信号经过多次放大,从而得到所需的放大倍数

多级放大器耦合

多级放大器中每个单管放大电路称为"级",级与级之间的连接称为耦合

常用的耦合方式有以下三种:阻容耦合、变压器耦合、直接耦合

级间耦合必须满足以下两个

基本要求:

(1)保证前级输出信号能顺利地传输到后级,并尽可能地减小功率损耗和波形失真

(2)耦合电路对前、后级放大电路的静态工作点没有影响

阻容耦合基本电路与放大倍数



变压器耦合多级放大电路

利用变压器初次级线圈之间具有"隔直流耦合交流"的作用,使各级放大器的工作点相互独立,而交流信号能顺利输送到下一级,就称为变压器耦合

利用变压器耦合可以实现阻抗匹配或阻抗变换

直接耦合多级放大电路

直接耦合放大器前后级之间没有隔直流的耦合电容或变压器,因此适用于放大直流信号或变化极其缓慢的交流信号

三、差动放大电路

什么是差分放大电路

差分放大电路又称为差动放大电路,当该电路的两个输入端的电压有差别时,输出电压才有变动,因此称为差动

差分放大电路是模拟集成运算放大器输入级所采用的的电路形式,差分放大电路是由对称的两个基本放大电路,通过射极公共电阻耦合构成的,对称的意思就是说两个三极管的特性都是一致的,电路参数一致,同时具有两个输入信号

差模信号、共模信号、

从一个系统的一对输入端看,若信号的极性相反(同样,电流的方向相反),这样的信号为差模信号
若信号的极性相同(同样,电流的方向也相同),这样的信号称为共模信号
差模又称串模,指的是两根线之间的信号差值;
共模噪声又称对地噪声,指的是两根线分别对地的噪声
所有的抗干扰措施都是针对共模噪声的

零点漂移

当放大电路输入信号为零时,由于受温度变化,电源电压不稳等因素的影响,使静态工作点发生变化,并被逐级放大和传输,导致电路输出端电压偏离原固定值而上下漂动的现象。它又被简称为:零漂

主要原因:

(1)温度变化(温漂)

(2)电源波动

典型电路:差分放大电路

电路工作原理



在理想对称的情况下:
1.克服零点漂移;
2.零输入零输出;
3.抑制共模信号;
4.放大差模信号;

抑制共模信号

共模信号:数值相等、极性相同的输入信号
如 T(℃)↑→IC1↑IC2↑→UE↑→ IB1↓IB2↓→IC1↓IC2↓
抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化



放大差模信号

差模信号:数值相等,极性相反的输入信号


...


KCMR

差分放大电路抑制共模信号及放大差模信号的能力,常用共模抑制比来衡量:放大器对差模信号的电压放大倍数Aud与对共模信号的电压放大倍数Auc之比,称为共模抑制比

在实际应用信号源需要有"接地"点,以避免干扰;

或负载需要有"接地"点,以安全工作;

四、互补输出级

输出级的要求:带负载能力强、直流功耗小、最大不失真输出电压

什么是互补对称输出级

集成运放的输出级采用的是互补对称输出级,互补对称输出级一定是射极输出器,即:共集电极接法

T1为NPN管,T2为PNP管
要求:两只管子参数相同,特性对称
共集电极接法
提升带负载能力

基本电路组成与工作原理

(1)特征:T1、T2特性理想对称

(2)静态时T1、T2均截止,UB= UE=0,uo = 0v

(3)动态分析ui正半周,电流通路为+VCC→T1→RL→地,uo=ui-0.7≈ui,uo = ui

ui>0→T2截止,ui>0.7v→T1导通

ui<0→T1截止,ui<-0.7v→T2导通

T1,T2管子交替工作,两路电源交替供电,双向跟随

集成运放的组成

电路由输入级、中间级、输出级构成

输入级采用差动放大器,中间级由一般放大器构成,输出级多为功率输出器,偏置电路则由电流源组成

若将集成运放看成为一个"黑盒子",则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路

交越失真

输入信号很小时,达不到三极管开启电压,三极管不导电

因此在正、负半轴交替过零处会出现一些非线性失真,这个失真称为交越失真

非线性失真亦称波形失真、非线性畸变,表现为输出信号与输入信号不成线性关系

消除交越失真的方法:选择合适的静态工作点

消除交越失真

选择合适的Q点,减小动态损失,避开死区电压区,使每一晶体管处于微导通状态,一旦加入输入信号,使其马上进入线性工作区

静态时,有一个回路(蓝色),首先让两只二极管导通,那么可以通过调整R1R2来调整回路电流,使得两只二极管导通电压加起来(b1b2之间的电压)刚好是T1、T2开启电压,或者稍微大一些
动态时,D1、D2等效为两个很小的电阻,由于RL从输入回路看阻值为原来的(1+β)倍,D1、D2的阻

值可忽略不计(ui为负时,只会减小流过D1的电流,但由于它非常小,可以忽略不计)

准互补输出级

为保持输出管的良好对称性,输出管应为同类型晶体管(T2和T4)

这种输出管为同一类型管的电路称为准互补输出电路。常用作功率放大,也称OCL电路

总结

1、(1)三极管的放大条件是什么?

(2)三极管正常导通时硅管VBE和锗管VBE的导通电压分别时多是?

(3)三极管输出特性是反应那两个量之间的关系?

2、(1)共发射极放大电路用于多级放大电路的那一级?

(2)共集电极放大电路电压放大倍数和电流放大各有什么特点?

(3)共基极放大电路主要用于那些场合?

3、固定偏置放大电路中,出现饱和失真和截至失真的原因是什么?

4、放大电路静态工作点不稳定的原因是什么?

5、(1)多级放大电路一般由那几部分组成?

(2)多级放大器耦合方式有那几种?

6、(1)什么是差模信号?

(2)零点漂移的原因是什么?

(3)差分放大器理想对称情况下有什么有点呢,比如克服零点漂移,还有那几个优点呢?

题1

1.三极管这个厂放大信号:发射结应加正向电压,集电结应加反向电压

2.硅管VBE的导通电压约为0.7V,锗管VBE的导通电压约为0.3V

3.三极管输出特性反应了输入电压和输出电流之间的关系

题2

1.共发射极放大电路用于多级放大电路的中间级

2.只有电流放大作用,无电压放大作用,输入电阻大,输出电阻小,常用作实现阻抗匹配或作为缓冲电路来使用,也可作为多级放大器的输出级

3.共基极放大电路主要用于高频放大器、高频振荡器、宽频带放大器

题3

饱和失真的原因是输入信号过大,使得三极管处于饱和状态;截至失真的原因是输入信号过小,使得三极管处于截至状态

题4

温度影响、电源电压波动、元件参数改变

题5

1.输入级、中间级、输出级

2.阻容耦合、变压器耦合、和直接耦合

题6

1.从一个系统的一对输入端看,若信号的极性相反(同样,电流的方向相反)

差模又称串模,指的是两根线之间的信号差值;而共模噪声又称对地噪声,指的是两根线分别对地的噪声;所有的抗干扰措施都是针对共模噪声的

2.温度变化、电源被动

当放大电路输入信号为零时,由于受温度变化,电源电压不稳等因素的影响,使静态工作点发生变化,并被逐级放大和传输,导致电路输出端电压偏离固定值而上下漂动现象

3.克服零点漂移、抑制共模信号、放大差模信号、零输入零输出

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