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