2多级和功率放大电路全解
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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。
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)。
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。
级间耦合的优、缺点及应用比较耦合方式优点缺点应用直接耦合·可放大直流及缓慢变化的信号,低频响应好。
·便于集成·各级Q不独立,使设计、计算、调试不便。
·有严重的零点漂移问题。
直流或交流放大,分立或集成电路2.直接耦合放大电路的特殊问题——零点漂移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。
图2.7.1 多级放大器框图由于单级放大电路的放大倍数有限,不能满足实际的需要,因此实用的放大电路都是由多级组成的。
通常可分为两大部分,即压放大(小信号放大)和功率放大(大信号放大),如图2.7.1框图所示。
前置级一般跟据信号源是电压源还是电流源来选定,它与中,称为功率级主要的作用是放大信号电压。
中间级一般都用共发射极电路或组合电路组成。
末级要求有一定的输出功率供给负载RL大器,一般由共集电极电路,或互补推挽电路,有时也用变压器耦合放大电路。
2.7.1. 级间耦合方式在多级放大器中前置级的输入信号由信号源提供。
前级的输出信号(电压或电流)加到后级的输入端所采用的方式称为耦合,通耦合电路使前后级联系起来。
前级的输出信号就是后级的输入信号源,前级的输出电阻就是后级的信号源内阻,后级的输入电阻就前级的负载电阻。
耦合方式解决的是级与级之间如何连接的问题。
对耦合方式的要求是不失真地、有效地传送信号。
在多级放大器通常采用的耦合方式有三种,即变压器耦合、阻容耦合和直接耦合。
变压器耦合放大电路图2.7.2 变压器耦合多级放大器变压器耦合放大电路如图2.7.2所示。
它的特点是,各级工作点互相独立;通过变压器的阻抗变换作用,使级与级之间达到阻匹配,以获得最大功率输出。
缺点是体积大,笨重、价格高、频率响应差(高频段受线圈之间分布电容的影响,低频段受电感的影响不利于小型化,在低频小信号多级电压放大器中一般不采用。
在功率放大器中,有时选用。
阻容耦合放大电路图2.7.3 阻容耦合多级放大器阻容耦合(实际上应该称为电容耦合)放大电路如图2.7.3所示。
它的特点是,各级静态工作点互相独立,体积小,价格低。
缺是当频率很低时,电容的容抗不能忽略,输出电压比中频时低,低频响应差,级与级之间阻抗严重失配。
直接耦合放大电路图2.7.4 直接耦合多级放大器直接耦合放大电路如图2.7.4所示。
它的特点是,电路中没有外加电抗元件,频率响应好,低频段可以延伸到直流,使用元件适用于线性集成电路。
模拟电路网络课件第十六节:多级放大电路3.9 多级放大电路一、多级放大电路及其耦合方式在许多应用场合,要求放大器有较高的放大倍数及合适的输入、输出多级放大器中各级之间连接方式称为耦合方式。
级间耦合时,一方面要确保各级放大器有合适的直流工作点,另一方面应使前级输出信号尽可能不衰减地加到后级的输入。
常用的耦合方式有阻容耦合、直接耦合、变压器耦合和二、阻容耦合方式连接方式框图阻容耦合的连接方框图如图1所示。
特点1)由于2)阻容耦合放大电路的低频特性差,不能放大变化缓慢的信号。
这是因为耦合电容对这类信号呈现出很大的容抗,信号的一部分甚至全部几乎衰减在耦合电容上。
3)由于三、直接耦合方式直接耦合是把前级的输出端直接或通过恒压器件接到下级输入端。
特点1. 这种耦合方式不仅可放大缓变信号,而且便于集成。
2. 由于前后级之间的直流连通,使各级工作点互相影响,不能独立。
因此,必须考虑各级间直流电平的配置问题,以使每一级都有合适的工作点。
图1给出了几种电平配置的实例。
图1 直接耦合电平配置方式实例(a) 垫高后级的发射极电位;(b) 稳压管电平移位;(c) 电阻和恒流源电平移位;(d) NPN、PNP管级联3. 存在零点漂移,即前级工作点随温度的变化会被后级传递并逐级放大,使得输出端产生很大的漂移电压。
显然,级数越多,放大倍数越大,则零点漂移现象就越严重。
因此,在直接耦合电路中,如何稳定前级工作点,克服其漂移,将成为至关重要的问题。
4. 具有良好的低频特性,可以放大变化缓慢的信号。
四、光电耦合及光电耦合器光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的,因其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。
实现光电耦合的基本器件是光电耦合器。
光电耦合器(a) 内部组成(b) 传输特性图1 光电耦合器及其传输特性光电耦合器将发光元件(发光二极管)与光敏元件(光电三极管)相互绝缘地组合在一起,如图1(a)所示。
发光元件为输入回路,它将电能转换成光能;光敏元件为输出回路,它将光能再转换成电能,实现了两部分电路的电气隔离,从而可有效地抑制电干扰。
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。
MOS管功率放大器电路图与原理图文及其解析放大器电路的分类本文介绍MOS管功率放大器电路图,先来看看放大器电路的分类,按功率放大器电路中晶体管导通时间的不同可分:甲类功率放大器电路、乙类功率放大器电路和丙类功率放大器电路。
甲类功率放大器电路,在信号全范围内均导通,非线性失真小,但输出功率和效率低,因此低频功率放大器电路中主要用乙类或甲乙类功率放大电路。
功率放大器是根据信号的导通角分为A、B、AB、C和D类,我国亦称为甲、乙、甲乙、丙和丁类。
功率放大器电路的特殊问题(1)放大器电路的功率功率放大器电路的任务是推动负载,因此功率放大电路的重要指标是输出功率,而不是电压放大倍数。
(2)放大器电路的非线形失真功率放大器电路工作在大信号的情况时,非线性失真时必须考虑的问题。
因此,功率放大电路不能用小信号的等效电路进行分析,而只能用图解法进行分析。
(3)放大器电路的效率效率定义为:输出信号功率与直流电源供给频率之比。
放大电路的实质就是能量转换电路,因此它就存在着转换效率。
常用MOS管功率放大器电路图MOS管功率放大器电路图是由电路稳压电源模块、带阻滤波模块、电压放大模块、功率放大模块、AD转换模块以及液晶显示模块组成。
(一)MOS管功率放大器电路图-系统设计电路实现简单,功耗低,性价比很高。
该电路,图1所示是其组成框图。
电路稳压电源模块为系统提供能量;带阻滤波电路要实现50Hz频率点输出功率衰减;电压放大模块采用两级放大来将小信号放大,以便为功率放大提供足够电压;功率放大模块主要提高负载能力;AD转换模块便于单片机信号采集;显示模块则实时显示功率和整机效率。
(二)MOS管功率放大器电路图-硬件电路设计1、带阻滤波电路的设计采用OP07组成的二阶带阻滤波器的阻带范围为40~60 Hz,其电路如图2所示。
带阻滤波器的性能参数有中心频率ω0或f0,带宽BW和品质因数Q。
Q值越高,阻带越窄,陷波效果越好。
2、放大电路的设计电压放大电路可选用两个INA128芯片来对微弱信号进行放大。
第三章多级放大电路3.1 放大电路产生零点漂移的主要原因是[ ]A.放大倍数太大B.采用了直接耦合方式C.晶体管的噪声太大D.环境温度变化引起参数变化3.2 差动放大电路的设置是为了[ ]A.稳定放大倍数B.提高输入电阻C.克服温漂D.扩展频带3.3 差动放大电路用恒流源代替Re是为了[ ]A.提高差模电压放大倍数B.提高共模电压放大倍数C.提高共模抑制比D.提高差模输出电阻3.4 在长尾式差动放大电路中, Re的主要作用是[ ]A.提高差模电压放大倍数B.抑制零点漂移C.增大差动放大电路的输入电阻D.减小差动放大电路的输出电阻3.4 差动放大电路的主要特点是[ ]A.有效地放大差模信号,强有力地抑制共模信号B.既可放大差模信号,也可放大共模信号C.只能放大共模信号,不能放大差模信号D.既抑制共模信号,又抑制差模信号3.5 若三级放大电路的AV1=AV2=20dB,AV3=30 dB,则其总电压增益为[ ]A. 50dBB. 60dBC. 70dBD. 12000dB3.6 设计一个输出功率为10W的扩音机电路,若用乙类推挽功率放大,则应选两个功率管的功率至少为[ ]A. 1WB. 2WC. 4WD. 5W3.7 与甲类功率放大方式比较,乙类推挽方式的主要优点是[ ]A.不用输出变压器B.不用输出端大电容C.无交越失真D.效率高3.8 乙类放大电路是指放大管的道通角等于[ ]A.360oB.180oC.90oD.小于 90o3.9 集成功率放大器的特点是[ ]A.温度稳定性好,电源利用率高,功耗较低,非线性失真较小。
B.温度稳定性好,电源利用率高,功耗较低,但非线性失真较大。
C.温度稳定性好,功耗较低,非线性失真较小,但电源利用率低。
D.温度稳定性好,非线性失真较小,电源利用率高,功耗也高。
3.10 填空。
1、在三级放大电路中,已知|Au1|=50,|Au2|=80,|Au3|=25,则其总电压放大倍数|Au|= ,折合为 dB。
第六章功率放大电路多级放大电路(例如集成电路)的输出级通常要带上一定的负载,例如,使扬声器发声,推动电机旋转等,这就要求输出级电路不但要输出大幅度的电压,而且要输出大幅度的电流,即输出足够大的功率.这种向负载提供信号功率的放大电路称为功率放大电路,简称功放。
根据放大信号频率的高低,功放分为低频功放和高频功放,本章只讨论低频功放。
本章先介绍功放的特点、分类和主要性能指标,然后围绕功放的输出功率、效率和非线失真之间矛盾的解决措施,分析几种主要的功放电路,同时介绍了集成功放的应用。
第一节功率放大电路一、对功率放大电路的要求从能量控制的观点来看,功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别,但是功率放大电路和电压放大电路所要完成的任务是不同的。
电压放大电路的主要任务是把微弱的信号电压进行放大;而功率放大电路则不同,它的主要任务是不失真或失真较小地放大信号功率,通常在大倍状态下工作,讨论的主要技术指标是最大不失真输出功率、电源转换效率、功放管的极限参数及电路防止失真的措施。
针对功率放大电路的特点,对功率放大电路有以下几点要求。
1.要有尽可能大的输出功率为了获得足够大的输出功率,要求功放管的电压和电流都允许有足够大的输出幅度,因此功放管往往工作于接近极限状态,在工作时必须考虑功放管的极限参数U(BR)CEO、I CM和P CM。
2.电源转换效率要高任何放大电路的实质都是通过放大管的控制作用,把电源供给的直流功率转换为负载输出的交流功率,这就有一个如何提高能量转换效率的问题。
放大电路的效率是指负载获得的功率P o与电源提供的功率P V之比,用η表示,即η=P0/P V6-1对小信号的电压放大电路来讲,由于输出功率较小,电源提供的直流功率也小,效率问题也就不突出。
但对于功率放大电路来讲,由于输出功率较大,效率问题就显得突出了。
3.非线性失真要小由于功率放电路在大信号下工作,所以不可避免地会发生非线性失真,而且对于同一功率放大管,其输出功率越大,非线性失真往往越严重,这就使输出功率和非线性失真成为一对矛盾。