第五章 多级放大电路与差分放大电路
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1、零点漂移2、差分电路两输入端的电阻不相等3、参数不对称在放大电路中,任何参数的变化,如4、电源电压的波动(滤波)、元件的老化、半导体元件参数随温度变化而产生的变化。
都将产生输出电压的漂移。
要求两部分完全对称,即两只三极管的特性完全一样,两只三极管的5、集电极电阻的阻值、基极电阻相同。
采用高质量的稳压电源和使用经过老化实验的元件就可以大大减小由此而差生的漂移。
所以由温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移现象的主要原因,因此也称零点漂移为温度漂移,简称温漂。
抑制零点漂移的措施,除了精选元件、对元件进行老化处理、选用高稳定度电源以及用第二单元中讨论的稳定静态工作点的方法外,在实际电路中常采用补偿和调制两种手段。
补偿是指用另外一个元器件的漂移来抵消放大电路的漂移,如果参数配合得当,就能把漂移抑制在较低的限度之内。
第八节差动放大器1.直接耦合放大器的零点漂移多级放大器的级间耦合方式,除阻容耦会方式外,还常用直接耦合放大器。
直接耦合放大器是级间不用耦合元件的级联放大器,前级输出端直接与后级输入端相连。
显然,这种放大器中信号经过前级放大可以通行无阻加到后级;由于输人信号频率不受耦合元件影响,它就可以放大频率很低、变化缓慢的信号,甚至直流信号。
这种放大器还具有电路简单、增益高等优点。
图4-59是一种简单的直接耦合放大器电路图,图中BG1集电极和B62基极是直接相连的。
图4一69所示直接耦合放大器的主要缺点是存在零点漂移问题。
由于直接耦合放大器实现了从输入端到输出端直流信号的传递,前级工作点的微小变化会直达后级继续放大,以致放大到十分可观的程度,甚至破坏放大器的正常工作。
所谓零点漂移,指的就是当无信号输入时,由于工作点不稳定被逐级放大,在输出端出现静态电位缓慢偏移飘动的现象。
克服零点漂移,可以采用负反馈、稳压等措施补偿,而有效的方法,是采用差动式放大器。
差动式放大器突出的抑制零点漂移的本领,使它在直接耦合放大器和集成电路中被广泛采用。
第五章多级放大电路第一节多级放大电路在实际工作中,为了放大非常微弱的信号,需要把若干个基本放大电路连接起来,组成多级放大电路,以获得更高的放大倍数和功率输出。
多级放大电路内部各级之间的连接方式称为耦合方式。
常用的耦合方式有三种,即阻容耦合方式、直接耦合方式和变压器耦合方式。
1.多级放大电路的耦合方式1.1阻容耦合通过电容和电阻将信号由一级传输到另一级的方式称为阻容耦合。
图所示电路是典型的两级阻容耦合放大电路。
优点:耦合电容的隔直通交作用,使两级Q相互独立,给设计和调试带来了方便;缺点:放大频率较低的信号将产生较大的衰减,不适合传递变化缓慢的信号,更不能传递直流信号;加之不便于集成化,因而在应用上也就存在一定的局限性。
1.2直接耦合多级放大电路中各级之间直接(或通过电阻)连接的方式,称为直接耦合。
直接耦合放大电路具有结构简单、便于集成化、能够放大变化十分缓慢的信号、信号传输效率高等优点,在集成电路中获得了广泛的应用。
直接耦合放大电路存在的最突出的问题是零点漂移问题。
所谓零点漂移是指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)。
1.3变压器耦合变压器耦合放大电路如图所示。
这种耦合电路的特点是:级间无直流通路,各级Q独立;变压器具有阻抗变换作用,可获最佳负载;变压器造价高、体积大、不能集成,其应用受到限制。
1.4级间耦合的优、缺点及应用比较2.直接耦合放大电路的特殊问题——零点漂移2.1零点漂移所谓零点漂移是指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)。
产生零点漂移的原因很多。
如晶体管的参数随温度的年华、电源、电压的波动等,其中,温度的影响是最重要的。
在多级放大电路中,又已第一、第二级的漂移影响最为严重。
因此,抑制零点漂移着重点在第一、第二级。
2.2差分式放大电路(观看视频)在直接耦合多级放大电路中抑制零点漂移最有效的电路结构是差动放大电路。
差动放大电路一、概述差动放大电路又叫差分电路,他不仅能有效的放大直流信号,而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移,因而获得广泛的应用。
特别是大量的应用于集成运放电路,他常被用作多级放大器的前置级。
基本差动放大电路由两个完全对称的共发射极单管放大电路组成,该电路的输入端是两个信号的输入,这两个信号的差值,为电路有效输入信号,电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。
设想这样一种情景,如果存在干扰信号,会对两个输入信号产生相同的干扰,通过二者之差,干扰信号的有效输入为零,这就达到了抗共模干扰的目的。
二、基本电路图差动放大电路的基本电路图上图为差动放大电路的基本电路图[1]三、差动放大电路的工作原理1、差动放大电路的基本形式对电路的要求是:两个电路的参数完全对称两个管子的温度特性也完全对称。
它的工作原理是:当输入信号Ui=0时,则两管的电流相等,两管的集点极电位也相等,所以输出电压Uo=UC1-UC2=0。
温度上升时,两管电流均增加,则集电极电位均下降,由于它们处于同一温度环境,因此两管的电流和电压变化量均相等,其输出电压仍然为零。
它的放大作用(输入信号有两种类型)(1)共模信号及共模电压的放大倍数 Auc共模信号---在差动放大管T1和T2的基极接入幅度相等、极性相同的信号。
如图(2)所示共模信号的作用,对两管的作用是同向的,将引起两管电流同量的增加,集电极电位也同量减小,因此两管集电极输出共模电压Uoc为零。
因此:。
于是差动电路对称时,对共模信号的抑制能力强字串3(2)差模信号及差模电压放大倍数 Aud差模信号---在差动放大管T1和T2的基极分别加入幅度相等而极性相反的信号。
如图(3)所示差模信号的作用,由于信号的极性相反,因此T1管集电极电压下降,T2管的集电极电压上升,且二者的变化量的绝对值相等,因此:此时的两管基极的信号为:所以:,由此我们可以看出差动电路的差模电压放大倍数等于单管电压的放大倍数。
第五章 多级放大电路及差分放大电路
一、填空题:
1、在多级直接耦合放大器中,对电路零点漂移影响最严重的一级是 ,零点漂移最大的一级是 。
2、图1为某多级放大电路,其中各级放大器的增益、输入阻抗、输出阻抗如图中所示,则多级放大器的总增益Av=v o /v i = ,输入阻抗R i = ,输出阻抗Ro = 。
多级放大电路的通频带总是比组成它的每一级的通频带要 (宽或窄)。
3、对于一对任意输入信号,它可以分解为差模(或差分)信号与共模信号。
若输入信号分别为1i v 和2i v ,则对应的差模信号为id v = ,共模信号为iC v = 。
在差分放大器中,放大器的增益也可分为两类,即 增益和 增益。
4、如果差分放大电路完全对称,那么双端输出时,共模输出电压为 ,共横抑制比为 。
5、电流源电路的特点是输出电流 、直流等效电阻 和交流等效电阻 。
二、分析计算
1、差分放大电路如图2所示。
已知Ω=K R C 10,Ω=K R L 10,Ω=K R EE 10。
假设晶体
管的参数为10021==ββ,Ω==K r r be be 521(其中πr r r bb be +=',0/=x bb r r 或)。
试求差模电压增益id od Vd v v A =,差模输入电阻
id R 和输出电阻od R 。
v o v 0
图2
2、在图3电路中,VT 1,VT 2的特性相同,且β很大,求I C2和I C2的值,设V BE =0.6V 。
图3
3、某差分放大器电路如图4所示,Ω=K R C 2,Ω=K R REF 6.8,V V CC 5=,V V EE 5-=。
假设晶体管的100=β,试回答下列问题: (1)试求电流0I 的值; (2)试求输入阻抗i R 的值; (3)试求电压增益i
o
V v v A =。
4、某差分放大器电路如图5所示,Ω=K R C 2,Ω=K R EE 3.4,V V CC 5=,V V EE 5-=,
100=β。
试回答下列问题:
(1)当21d B v v =,22d B v v -=时,试求差分电压增益d Vd v v A 0=。
(2)当CM B B v v v ==21时,试求共模电压增益CM o VC v v A =。
(3)计算共模抑制比CMRR
(4) 当t t v B Ω+=sin 005.0sin 1.01ω,t t v B Ω-=sin 005.0sin 1.02ω时,求输出电压o v 。
o
v
5、双端输人、双端输出理想的差分式放大电路如题图6所示。
求解下列问题 (1)若v i1=1500μV 。
v i2=500μV ,求差模输人电压v id ,共模输入电压v ic 的值; (2)若A VD =100,求差模输出电压v od ;
(3
)当输入电压为v id 时,若从 C 2点输出,求 v c2与v id 的相位关系; (4)若输出电压v o =1000 v i1-999 v i2时,求电路的从A VD 、Avc 和 K CMR 的值。
图6
6、图7所示为某差分放大器电路。
已知Ω=K R C 10,Ω=K R L 10,Ω=K R EE 3.4,
V V V EE CC 5==。
假设晶体管参数为V V BE 7.0=,200=β,热电压mV V T 25=,不计
厄尔利电压A V 。
i v 为交流小信号,电容C C 为输出隔直耦合电容。
试问: (1)计算电流o I 的值。
(2)计算差分输入阻抗i R 。
o
i v
(3)试求差分放大器的增益i o V v v A =
7、如图8
所示,R E1=R E2=100Ω,BJT 的β=100,V BE =0.6V ,当v i1=0.01V,v i2=-0.01V 时,求输出电压v O =v O1-v O2的值、电路的差模输入电阻Rid 、共模输入电阻Ric 和输出电阻RO 。
图8
8、电路如图9所示,JFET 的g m =2mS ,R ds =20K Ω。
试求双端输出时的差模电压增益A VD 的值;若电路改为单端输出时,试求A VD1、A VC1和K CMR 的值。
图9
9、在图10的电路中,VT 1,VT 2的特性相同,且β很大,求I C1和I C2的值,设V BE =0.6V 。
I I 图10
10、在图11所示电路中,已知所有晶体管特性均相同,V BE 均为0.7V ,求R e2和R e3的阻值。
R
5.3K μA
图11。