《直接耦合放大电路》PPT课件

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§3.3直接耦合放大电路一、直接耦合放大电路的零点漂移现象输入电压为零而输出电压不为零且缓慢变化的现象。（主要由温度变化引起，又称为温度漂移。）2、产生零点漂移的原因TIBβICEOIC1、什么是零点漂移？（温度漂移）直接耦合放大电路+-uI=0mVuo+-uotO （1）引入直流负反馈（Re）；（2）温度补偿（p105图2.4.5利用二极管进行温度补偿电路）；（3）采用差分放大电路（差动放大电路）。3、克服零点漂移的方法二、差分放大电路1、电路的组成+++--VCCuouIVBBRbReRcT+++--VCCuouIVBBRbReRcTV T1和T2两个晶体管的参数完全一样，则管子集电极静态电位在温度变化时也时时相等，电路以两个管子集电极电位差作为输出，可克服温度漂移。+++-VCCuouI1VBBRb1Re1Rc1T1++--uI2Rb2Re2Rc2T2VBB++-VCCuouI1Rb1ReRc1T1++--uI2Rb2VEERc2T2-iE1iE2抑制温度漂移的原理：（1）引入直流负反馈（Re）（由于发射极电阻降低电压放大倍数，故将Re1和Re2合并）；（2）采用对称电路： ①共模信号②差模信号差模信号作用下Re中电流变化为零，Re对差模信号无负反馈作用，对差模信号相当于短路。2、长尾式差分放大电路（1）电路+VCCuouI1Rb1ReRc1T1+-uI2Rb2VEERc2T2-iE1iE2iC1iC2iB2iB1uC1uC2 （3）共模放大倍数（描述抑制温度漂移的能力）（2）静态分析由于电路参数完全对称，温度变化时管子的电流变化完全相同，温度漂移可等效成共模信号。+VCCuoRb1ReRc1T1+-Rb2VEERc2T2-IEQICQICQIBQIBQIEQIREuC1uC2(Rb一般很小,可忽略。) （4）对差模信号的放大作用+VCCuodRb1ReRc1T1+-Rb2VEERc2T2-iE1iC1iC2iB1iB2iE2uC1uC2+-++--uI1RLuIduId2uId2uI2△uod++--Rc1Rc2RL2RL2Rb1Rb2△uId△iB1△iB2rbe1rbe2 （5）共模抑制比（考察对差模的放大能力和对共模抑制的能力）如将前面电路里的uI的极性反接，传输特性就是同向传输特性。Uom的大小与使用的电源电压有关。（6）电压传输特性（输入—输出特性）线性关系同向传输特性反向传输特性-UomUomuoduIdO 3、差分电路的四种接法（1）双端输入双端输出应用举例：R1、R2、R3、R4组成电桥，思考：什么时候电压表读数为零？+VCCReRc1T1VEERc2T2-VR1R3R4R2Rb1Rb2 （2）双端输入单端输出①静态分析静态电流IBQ1=IBQ2，ICQ1=ICQ2+VCCuouIRbReRcT1+-RbVEERcT2-+-RLVCCRcRLT1+VCCUCQ1RbReT1RbVEERcT2-UCQ2+ a、输入差模信号（思考：什么时候输入与输出同相？）②动态分析+VCCuouIRbReRcT1+-RbVEERcT2-+-RL△uod++--RcRcRLRbRb△uId△iBrberbe b、输入共模信号输入共模信号时，Re电阻上的电流变化△iRE=2△iE，发射级电位的变化△ue=2△iERe，所以对每一个晶体管来说，可认为△iE流过阻值为2Re的射级电阻。+VCCuouIRb2ReRcT1+-RbVEERcT2-+-RL2Re△uoc++--RcRLRb2Re△uIc△iBrbe+VCCuouIRbReRcT1+-RbVEERcT2-+-RL Re越大，KCMR越大。△uoc++--RcRLRb2Re△uIc△iBrbe （3）单端输入、双端输出在差模信号输入时，如果电路参数不对称，则共模放大倍数Ac不为零，输出端不仅有差模输出电压，而且还有共模输出电压。+VCCuoRbReRcT1+-RbVEERcT2-+-RLuI-+-uI2+VCCuoRbReRcT1+-RbVEERcT2-+-RLuI2++-uI2uI2如果电路参数理想对称，则Ac=0，KCMR为无穷大。 ★单端输入、双端输出电路与双端输入、双端输出电路的区别：单端输入、双端输出电路在差模信号输入的同时，伴随着共模信号输入。★单端输入、双端输出电路与双端输入、双端输出电路的静态工作点和动态参数的分析完全相同。（4）单端输入、单端输出（分析与双端输入、单端输出相同）+VCCuouIRbReRcT1+-RbVEET2-+-RL+VCCuoRbReRcT1+-RbVEET2-RL-+-uI2+-uI2++-uI2uI2-+-uI2+VCCuoRbReRcT1+-RbVEERcT2-+-RLuI2++-uI2uI2 四种接法的动态参数归纳：①输入电阻②双端输出单端输出③单端输入，若输入信号为uI，则 （5）任意输入情况下的合成输出信号+VCCuouI1RbReRcT1+-uI2RbVEERcT2- 4、具有恒流源的长尾式差分放大电路Re越大，KCMR越大，抑制温漂的作用越强，但为了保持原来的静态工作点，电源电压就要增加，且集成电路中，制作大电阻也不容易，故靠增大Re的阻值来提高KCMR是不现实的。用晶体管电路来代替Re：+VCCuouI1RbR3RcT1+-uI2RbVEERcT2-R2R1I1iE1iE2IB3I2IE3IC3T3uCEiCUCEQICQIBQQUCES直流电阻比较小输出曲线越平坦，交流电阻越大交流电阻 所以虚线中的电路可以保证在不增加电源电压的情况下，保证原来的静态工作点，同时增加KCMR。+VCCuouI1RbR3RcT1+-uI2RbVEERcT2-R2R1I1iE1iE2IB3I2IE3IC3T3若忽略UBE3的影响，则IC3基本上是恒定电流。 5、零点可调的差分放大电路调零：输入端短路，输出也为零，但T1和T2无法作到绝对对称，所以在前面电路中加一小电阻的电位器在两个管子的发射极之间。+VCCuouI1RbRWRcT1+-uI2RbVEERcT2-iE1iE2I 6、由场效应管组成的差分放大电路场效应管组成的差分放大电路可以获得较大的输入电阻，也有四种接法，分析方法与晶体管组成的差分放大电路相同。RgRgRdRd-VSSIT1T2iS1iS2uI1uI2+VDD+-uo 例题1：已知Rb=1KΩ，Rc=10KΩ，RL=5.1KΩ，VCC=12V，VEE=6V，晶体管的β=100，rbe=2KΩ。（1）为使T1管和T2管的发射极静态电流均为0.5mA，Re的取值应为多少？T1管和T2管的管压降等于多少？+VCCuodRb1ReRc1T1+-Rb2VEERc2T2-iE1iC1iC2iB1iB2iE2uC1uC2+-uI1RLuIduI2解:(1)uE （3）若将电路改成单端输出，用直流表测得输出电压uo=3V，试问输入电压uI约为多少？设IEQ=0.5mA，且共模输出电压忽略不计。（2）计算Au、Ri和Ro的数值；+VCCuodRb1ReRc1T1+-Rb2VEERc2T2-iE1iC1iC2iB1iB2iE2uC1uC2+-uI1RLuIduI2 +VCCuodRb1ReRc1T1+-Rb2VEERc2T2-iE1iC1iC2iB1iB2iE2uC1uC2+-uI1RLuIduI2（3）若将电路改成单端输出，用直流表测得输出电压uo=3V，试问输入电压uI约为多少？设IEQ=0.5mA，且共模输出电压忽略不计。 例题2:电路如图P3.8所示，T1管和T2管的β均为40，rbe均为3kΩ。试问：若输入直流信号uI1=20mv，uI2=10mv，则电路的共模输入电压uIC=？差模输入电压uId=？输出动态电压△uO=?解：电路的共模输入电压uIC为：由于电路的共模放大倍数为零，故△uO仅由差模输入电压和差模放大倍数决定。+VCCuoIRcT1+-VEET2-uI1uI2+-10kΩ差模放大倍数Ad为:差模输入电压uId为：动态电压△uo分别为: 例题3:（1）静态时T1管和T2管的发射极电流。（2）若静态时uO＞0，则应如何调节Rc2的值才能使uO＝0V？若静态uO＝0V，则Rc2＝？电压放大倍数为多少？电路如图所示，所有晶体管均为硅管，β均为60，rbb’=100Ω，静态时｜UBEQ｜≈0.7V。试求：+VCCuoT1+-VEERc2T2-uIT3RRe3Re4T410kΩ2kΩ500ΩDZ+-3.7VRc410kΩ+-(+12V)(-6V)解：（1）T3管的集电极电流 （2）若静态时uO＞0，则应减小Rc2。静态时T1管和T2管的发射极电流IE1＝IE2＝0.15mA+VCCuoT1+-VEERc2T2-uIT3RRe3Re4T410kΩ2kΩ500ΩDZ+-3.7VRc410kΩ+-(+12V)(-6V)uoIC4（IE4）IB4IB4=IC2－IRC2IRC2RC2 当uI＝0时uO＝0，T4管的集电极电流IC4＝VEE/Rc4＝0.6mA。Rc2的电流及其阻值分别为：+VCCuoT1+-VEERc2T2-uIT3RRe3Re4T410kΩ2kΩ500ΩDZ+-3.7VRc410kΩ+-(+12V)(-6V) 电压放大倍数求解过程如下：+VCCuoT1+-VEERc2T2-uIT3RRe3Re4T410kΩ2kΩ500ΩDZ+-3.7VRc410kΩ+-(+12V)(-6V) 三、直接耦合互补输出级（OCL）电压放大电路的输出级基本要求:（1）输出电阻低；（2）最大不失真输出电压尽可能大。电路为共集放大电路，输出电阻小，但此电路静态时，输出电压不为零，且带上负载后工作点会改变。1、基本电路TReRLuiRb+VCC TReRLui+VCC-VEE静态时，输出电压为零，且带上负载静态工作点不变，但此电路的输出不对称，当ui>0,最大输出幅度为（VCC-UCES），当ui<0时，最大输出幅度为T1RLui+VCC-VCCT2+uo-此电路为互补输出电路，T1管为NPN管，T2管为PNP管，但参数相同，特性对称。静态时，输入电压为零，输出电压也为零。 T2管导通，T1管截止，uo=ui。T1RLui+VCC-VCCT2+uo-由于晶体管发射结导通有死区电压，所以输出电压在输入电压过零点的时候会出现交越失真。T1管导通，T2管截止，uo=ui；ui>0时，ui<0时，交越失真uiωtOuoωtO 2、消除交越失真的互补输出级加入静态偏置，即在ui=0时，T1和T2都处于临界导通状态。二极管动态电阻很小，可认为T1和T2的基极动态电位近似相等，且均为ui。在输入信号作用下，能保证至少有一个管子导通，实现双向跟随。T1RLui+VCC-VCCT2+uo-R1D1R2D2b1b2R3R4b1b2TII1IBI2集成电路中，一般采用倍增电路。 合理选择R3和R4的参数，可以得到UBE任意倍数的直流电压。3、准互补输出电路R3R4R1R2T5uiuo+-RLT1T2T3T4+VCC-VCC要寻找特性完全对称的NPN型和PNP型管比较困难，所以采用复合管，从输出端看T2和T4均采用同种类型的管子，比较容易作到特性相同，且复合管增大了电流放大系数。 四、直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路常用差分电路做为输入级，这样可以减小电路的温漂，增大共模抑制比，输出级一般多采用OCL电路，这样可以输出电阻小，带负载能力强，而且最大不失真电压幅值可接近电源电压。例题：（1）说明电路是几级放大电路，各级分别是哪几种基本放大电路；输出电压uo与uI1、uI2的极性关系。（2）设晶体管T1～T9的电流放大倍数为β1～β9，试求出Au、Ri、Ro的表达式。 （1）说明电路是几级放大电路，各级分别是哪几种基本放大电路；输出电压uo与uI1、uI2的极性关系。R3R4R1I2T5uI1uo+-RLT6T7T8T9+VCC-VCCT3T4T1T2uI2I1解：电路是一个三级放大电路。第一级是双端输入单端输出的差分放大电路（T1、T2）； 第三级是准互补电路（R2、R3、T5构成倍增电路）。R3R4R1I2T5uI1uo+-RLT6T7T8T9+VCC-VCCT3T4T1T2uI2I1+++--第二级是共射放大电路（T3和T4构成复合管）；uI1与uo同相，uI2与uo反向 （2）设晶体管T1～T9的电流放大倍数为β1～β9，试求出Au、Ri、Ro的表达式。+-rbe1rbe2R1rbe3rbe4rbe6rbe7+-RL输入级中间级输出级Ri2Ri3 +-rbe1rbe2R1rbe3rbe4rbe6rbe7+-RL输入级中间级输出级Ri2Ri3