第三版童诗白第三版童诗白第三章 多级放大电路
3.1 多级放大电路的耦合方式
3.3 直接耦合放大电路
3.2 多级放大电路的动态分析第三版童诗白第三版童诗白第三版童诗白本章重点和考点：
1,掌握多级放大电路的耦合方式,为集成电路的学习打好基础
2,掌握直接耦合放大电路中差分放大电路的组态及动态参数的计算
3、了解多级放大电路中的互补输出级本章教学时数,4学时第三版童诗白第三版童诗白第三版童诗白第三版童诗白本章讨论的问题：
1.单管放大电路为什么不能满足多方面性能的要求？
2.如何将多个单级放大电路连接成多级放大电路？
各种连接方式有和特点？
3.直接耦合放大电路的特殊问题是什么？如何解决？
4.差分放大电路与其它基本放大电路有什么区别？
为什么它能抑制零点漂移？
5.直接耦合放大电路输出级的特点是什么？如何根据要求组成多级放大电路？
3.1 多级放大电路的耦合方式将多个单级基本放大电路合理联接，构成多级放大电路组成多级放大电路的每一个基本电路称为 一级,
级与级之间的连接称为 级间耦合 。
四种常见的耦合方式,
直接耦合阻容耦合变压器耦合光电耦合
3.1.1 直接耦合图 3.1.1（ a) 两个单管放大电路简单的直接耦合特点：
(1)可以放大交流和缓慢变化及直流信号；
(2)便于集成化 。
(3)各级静态工作点互相影响；基极和集电极电位会随着级数增加而上升；
(4)零点漂移 （ 如何克服 ） 。
Rc1R
b1
+VCC
+
T1+
i
U?
OU?
Rc2R
b2
T2
第三章 多级放大电路一,直接耦合放大电路静态工作点的设置改进电路 —(b)
电路中接入 Re2，
保证第一级集电极有较高的静态电位,但第二级放大倍数严重下降 。
改进电路 —(c1)
稳压管动态电阻很小,可以使第二级的放大倍数损失小 。
但集电极电压变化范围减小 。
DZ
Rc1R
b1
+VCC
+
T1+
iU?
OU?
Rc2R
T2
(c)
Rc1R
b1
+VCC
+
T1+
iU?
OU?
Rc2
Re2
T2
(b)
第三章 多级放大电路改进电路 —(c2) +VCCR
c1Rb1
+
T1+
iU?
OU?
Rc2
Rb2
T2
Dz
改进电路 —(d)
可降低第二级的集电极电位,又不损失放大倍数 。 但稳压管噪声较大 。
NPN管和 PNP管混合使用,可获得合适的工作点 。 为经常采用的方式 。
(c)
Rc1R
b1
+VCC
+T1+
iU?
OU?
Re2
Rc2
T2
(d)
图 3.1.1 直接耦合放大电路静态工作点的设置第三章 多级放大电路
3.1.2 阻容耦合图 3.1.2 阻容耦合放大电路
C1
RC1R
b1
+VCC
C2
RL
+
+ T
1+
i
U?
oU?
+
Rc2Rb2 C3
T2
+
第 一 级 第 二 级特点：静态工作点相互独立，在分立元件电路中广泛使用。
在集成电路中无法制造大容量电容，不便于集成化，尽量不用。
第三章 多级放大电路
3.1.3 变压器耦合图 3.1.3 变压器耦合共射放大电路
(a)电路 (b)交流等效电路以前功率放大电路广泛采用此耦合方式。
目前基本不用。
第三章 多级放大电路变压器耦合放大电路选择恰当的变比,可在负载上得到尽可能大的输出功率 。
变压器耦合放大电路第二级 VT2、
VT3组成推挽式放大电路,
信号正负半周
VT2,VT3 轮流导电 。
第三章 多级放大电路
3.1.4 光电耦合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，因而其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。
一、光电耦合图 3.1.5光电耦合器及其传输特性发光元件 光敏元件第三章 多级放大电路二、光电耦合放大电路图 3.1.6光电耦合放大电路目前市场上已有集成光电耦合放大电路，
具有较强的放大能力。
第三章 多级放大电路
3.2多级放大电路的动态分析一、电压放大倍数总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积,即
unuuu AAAA 21
其中,n 为多级放大电路的级数 。
二,输入电阻和输出电阻通常,多级放大电路的输入电阻就是 输入级的输入电阻 ；输出电阻就是 输出级的输出电阻 。
具体计算时,有时它们不仅仅决定于本级参数,也与后级或前级的参数有关 。
第三章 多级放大电路如图所示的两级电压放大电路，
已知 β 1= β 2 =50,T1和 T2均为 3DG8D。
计算前、后级放大电路的静态值 (UBE=0.6V)
及电路的动态参数。
RB1
C1
C2
RE1
+
++
–
RC2 C3
CE
+
+
+24V
+
–
B1R?
B2R?
T1 T2
E2R?
E1R?
1M?
27k?
82k?
43k? 7.5k?
510?
10k?
oU
.
Ui.
例,1
第三章 多级放大电路两级放大电路的静态值可分别计算。
RB1
C1
C2
RE1
+
++
–
RC2 C3
CE
+
+
+24V
+
–
B1R?
B2R?
T1 T2
E2R?
E1R?
1M?
27k?
82k?
43k? 7.5k?
510?
10k?
oU
.
Ui.
解,
第三章 多级放大电路第一级是射极输出器,
A8.9mA275 0 )(11 0 0 0 0,624) (1
E1B1
BECC
B1 μ
RβR
UUI
mA 49,0mA 00 98.050 )(1)1( B1E1 II?
V77,10V2749.024E1E1CCCE RIUU
第三章 多级放大电路
V26.84 3 V4382 24B2
B2B1
CC
B2 RRR
UV
mA 96,0mA5,751,0 6,026,8
E2E2
B E 2B2
C2
RR
UUI －
第二级是分压式偏置电路
V71,6)V5,751,010(96,024
)( E2E2C2C2CCC E 2
RRRIUU
第三章 多级放大电路计算 r i和 r 0
小信号等效电路
2ir1ii rr?
2bI 2cI
rbe2
RC2
rbe1
RB1
B1R? 2BR?
1bI 1cI
RE1
+
_
+
_
+
_ 2ER?
Ui,oU.
o1U
.
由等效电路可知，放大电路的输入电阻 ri 等于第一级的输入电阻 ri1。
第一级是射极输出器，它的输入电阻 ri1与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻 ri2。
第三章 多级放大电路
k Ω58,1Ω96,0 26512 0 026)1(2 0 0
E
b e 2 Ir?
k 14)1(//// E2b e 2B2B12 Ω RrRRr i?
k 22,9k1427 1427// i2E1L1 ΩΩ rRR
2ir
2bI 2cI
rbe2
RC2
rbe1
RB1
B1R? 2BR?
1bI 1cI
RE1
+
_
+
_
+
_ 2ER?
Ui。 oU.
o1U
.
第三章 多级放大电路
k Ω 349 0 265 0 )(12 0 026) (12 0 0r
E1
1b e 1,Iβ
k Ω 320)1(// L1b e 1B1i1i RrRrr?
2oo rr?
k10C2o2o Ω Rrr
2bI 2cI
rbe2
RC2
rbe1
RB1
B1R? 2BR?
1bI 1cI
RE1
+
_
+
_
+
_ 2ER?
Ui。 oU.
o1U
.
第三章 多级放大电路求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数第一级放大电路为射极输出器
994 0
22 950)(13
22 9)501(
)1(
)1(
L111be
L11
1u,.
.
Rr
RA?
2bI 2cI
rbe2
RC2
rbe1
RB1
B1R? 2BR?
1bI 1cI
RE1
+
_
+
_
+
_ 2ER?
Ui,oU.
o1U
.
第三章 多级放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路总电压放大倍数
2bI 2cI
rbe2
RC2
rbe1
RB1
B1R? 2BR?
1bI 1cI
RE1
+
_
+
_
+
_ 2ER?
Ui,oU.
o1U
.
1851,050)(179,1 1050)1(
2E2b e 2
2C
2 －－ Rr
RA
u
9,171 8 )(9 9 4,021 uuu AAA
第三章 多级放大电路一,零点漂移现象及其产生的原因直接耦合时,输入电压为零,但输出电压离开零点,
并缓慢地发生不规则变化的现象 。
原因,放大器件的参数受温度影响而使 Q 点不稳定。也称 温度漂移。
图 3.3.1 零点漂移现象
uO
tO
uI
tO
放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。
3.3 直接耦合放大电路
3.3.1直接耦合放大电路的零点漂移现象第三章 多级放大电路二、抑制温度漂移的方法：
(1)引入直流负反馈以稳定 Q 点；
(2)利用热敏元件补偿放大器的零漂；
图 利用热敏元件补偿零漂
R2
R1
+VCC
+
T2+
Rc
T1
uI uO
iC1
Re
R uB1
(3)采用差分放大电路。
第三章 多级放大电路
3.3.2 差分放大电路差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路一、电路的组成图 3.3.2差分放大电路的组成 (a)
T
Re
利用射极电阻稳定 Q点但仍存在零点漂移问题图 3.3.2差分放大电路的组成 (b)
T
Re
uO
V
T的 UCQ变化时，直流电源 V始终与之保持一致。
第三章 多级放大电路
Rb2Rb1
+
uI2
-
+
uI1
-
VBB VBB
采用与图（ a） 所示电路参数完全相同，管子特性也相同的电路图 3.3.2差分放大电路的组成 (c)
电路以两只管子集电极电位差为输出，可克服温度漂移。
共模信号输入信号 uI1和 uI2大小相等，
极性相同。
差模信号输入信号 uI1和 uI2大小相等，
极性相反。
差 分放大电路也称为差动放大电路动画 avi\6-2.avi
第三章 多级放大电路差分放大电路的改进图将发射极电阻合二为一、
对差模信号 Re相当于短路。
Re
Rb1 Rb2
+
uI1
-
VBB
-
uI2
+
图 3.3.2差分放大电路的组成 (d)
典型差分放大电路图 3.3.2差分放大电路的组成 (e)
Re
Rb1 Rb2
+
uI1
-
-VEE
-
uI2
+
长尾式差分放大电路便于调节静态工作点，
电源和信号源能共地第三章 多级放大电路二、长尾式差分放大电路图 3.3.3 长尾式差分放大电路
Re
Rb1 Rb2
-VEE
uI1 uI2
RC2RC1
1,静态分析
IE1=IE2=(UEE― UBE)∕2 Re ；
UCE1=UCE2≈ UCC+UEE―(R C+2Re)IE1
Uo=0；
IB1=IB2 =IE1/(1+ β )
由于 Rb较小，其上的电压降可忽略不计。
（动画 avi\6-1.avi）
第三章 多级放大电路
2.对共模信号的抑制作用共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。
所以 0
o c 2o c 1oc uuu
共模增益电路参数的理想对称性，温度变化时管子的电流变化完全相同，故可以 将温度漂移等效成共模信号,差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用。
射极电阻 Re对共模信号的负反馈作用，抑制了每只晶体管集电极电流的变化，从而抑制集电极的电位的变化。
△
Ic
oc
C u
uA?
△
图 3.3.4差分放大电路输入共模信号
Re
Rb1 Rb2
-VEE
+
uI1
-
+
uI1
-
第三章 多级放大电路
3.对差模信号的放大作用图 3.3.5差分放大电路加差模信号（ a)
分析时注意二个“虚地”
Re
Rb1 Rb2
-VEE
uI1 uI2
RC2RC1
+
uId
-
-2
Idu
2Idu
+
+
-
+ uod-
E E点电位在差模信号作用下不变，相当于接
“地”。
负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。
第三章 多级放大电路
+
-
Odu?
11 Bi
22 Bi
2LR
2LR
Idu?
+
Rb1
Rb2
2Bi?
1Bi?
-
差模信号作用下的等效电路图 3.3.5差分放大电路加差模信号（ b)
动态参数
beb
Lc
1
1
2i1
21
id
0
d
)
2
1
//(
2
2
uu
u
=
rR
RR
u
u
u
uu
A
i
o
i
oo
Rid=2(Rb +rbe;)
Rod=2RC
共模抑制比
C
D
C M R A
AK? dB lg20
C
D
C M R A
AK?
双端输出,理想情况
C M RK
第三章 多级放大电路
4,电压传输特性放大电路的输出电压和输入电压之间的关系曲线。
uo ＝ f( uI )
如改变 uI的极性，可得另一条图中虚线所示的曲线，它与实线完全对称。
uI
uo
第三章 多级放大电路三,差分放大电路的四种接法
<A> 双入,双出
<B> 双入,单出
<C> 单入,双出
<D> 单入,单出基于不同的应用场合，有 双,单端输入和 双,单端输出的情况。
所谓“单端”指一端接地。
“单端”的情况，还具有共模抑制能力吗？
如何进一步改进呢？
第三章 多级放大电路静态工作点
IE1=IE2=(UEE― UBE)∕2 RE
UCE1=Uo+UEE―R EIE
1,双端输入单端输出电路图 3.3.7双端 输入单端输出差分放大电路
-
+
uI
-
Rb2Rb1
IB1=IB2 =IE1/(1+ β )
注意：由于输出回路的不对称性,UCEQ1≠ UCEQ2。
第三章 多级放大电路
+
-
Odu?
11 Bi
22 Bi
2LR
2LR
Idu?
+
Rb1
Rb2
2Bi?
1Bi?
-
RL +
-
Odu?
图 3.3.9 图 3.3.7所示电路对差模信号的等效电路动态分析
beb
Lc
d
)//(
2
1=
rR
RRA
Rid=2(Rb +rbe;)
Rod=RC
问题：如输出信号取自
T2管的集电极,动态分析结果如何？
第三章 多级放大电路共模电压增益如输入共模信号：
uoc=― ICR'L;
uic=― IB[rbe+(1+β )2Re];
IC
OC
c = u
uA
ebeb
L
2)1(
'=
RrR
R
e
L
2
'
R
R
图 3.3.10共模信号作用下的双入单出电路
）（
）（＝＝
be
bed
r
r
b
eb
C
C M R R2
R12R
A
AK?
增大 Re是改善共模抑制比的基本措施第三章 多级放大电路静态分析
2,单端输入,双端输出与双入双出的一样
IE1=IE2=(VEE― VBE)∕2 RE ；
VCE1=VCE2≈ VCC+VEE―(R C+2RE)IE
Vo=0
uI
IB1=IB2 =IE1/(1+ β )
图 3.3.11单端输入、双端输出 电路 a
第三章 多级放大电路动态分析运用叠加定理：
与双入双出的一样共模输入信号差模输入信号图 3.3.11单端输入、双端输出等效 电路 (b)
第三章 多级放大电路静态分析与双入单出的一样
IE=(VEE― VBE)∕2 RE ；
VCE1=Vo+VEE―R EIE
Vo=VCCRL∕(R C+RL)―I CRLRC∕(R C+RL)
3,单端输入,单端输出图 3.3.12 单端输入单端输出 电路动态分析：与双入单出的一样。（略）
IB1=IB2 =IE1/(1+ β )
uI
第三章 多级放大电路双端输出时：
be
L
c
d
)
2
//(
rR
RR
A
b
v
单端输出时：
beLcd 2
//
rR
RRA
b
v
(2)共模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：
双端输出时,单端输出时：0?
vcA
e
L
c 2
'
R
RA
v
4.差动放大器动态参数计算总结
(1)差模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：
第三章 多级放大电路
(3)差模输入电阻不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻
Rid是基本放大电路的两倍。
beid 2 rRR b
(4)输出电阻
co RR?
co 2 RR?
单端输出时双端输出时第三章 多级放大电路
(5)共模抑制比共模抑制比 KCMR是差分放大器的一个重要指标。
beb
e
eL
bebL
C M R 2/'
)(2/'
rR
R
RR
rRRK
c
d
CMR
v
v
A
AK?
dBlg20
c
d
C M R
v
v
A
AK?或双端输出时 KCMR可认为等于无穷大，
单端输出时共模抑制比：
第三章 多级放大电路四、改进型差分放大电路用三极管代替,长尾式,电路的长尾电阻,即构成恒流源式差分放大电路
Rc
T1 T2
Rc
+ uo
R R
uI1 u
I2
+VCC
Re
Rb2
Rb1
VEE
T3
1,电路组成
T3,恒流管作用：
能使 iC1,iC2基本上不随温度的变化而变化,从而抑制共模信号的变化 。
图 3.3.13 具有恒流源的差分放大电路第三章 多级放大电路
2,静态分析当忽略 T3 的基极电流时,Rb1 上的电压为
Rc
T1 T2
Rc
+ uo
R R
uI1 uI2
+VCC
Re
Rb2
Rb1
VEE
T3
)( EECC
2b1b
1b
1b VVRR
RU
R
于是得到
C Q 3C Q 2C Q 1 2
1 III
C1CQCCC Q 2C Q 1 RIVUU
1
1CQ
B Q 2B Q 1?
III
RIUU 1BQBQ2BQ1
e
3B E Q
E Q 3C Q 3
1b
R
UU
II R
图 3.3.13具有恒流源的差分放大电路第三章 多级放大电路
3,动态分析由于恒流三极管相当于一个阻值很大的长尾电阻,
它的作用也是引入一个共模负反馈,对差模电压放大倍数没有影响,所以与长尾式交流通路相同 。
差模电压放大倍数为
be
L
C
2I1I
O
d
)
2
//(
ΔΔ
Δ
rR
RR
uu
uA
差模输入电阻为差模输出电阻为
)(2 beid rRR
co 2 RR?
Rc
T1 T2
Rc
+?uo
R R
uI1?uI22LR 2LR
第三章 多级放大电路具有电流源的差分放大电路简化画法
ui1 T
1
+VCC
T2
RC
uo
ui2
RC
VEE
I
ui1
T1
+VCC
T2
RC
uo
ui2
RC
VE
E
R2R3
IC3
T3
T4
IREF
IC4
R1
第三章 多级放大电路复习
1.差分放大电路的类别基本差分放大电路长尾差分放大电路恒流源式差分放大电路
2.差分放大电路的接法
+VCC
Rc2
+ VT
1
VT
2
Rb2
Rc1R
b1
~
~+
+
uId Id21u
Id21u
+ uo
R1
R2
+VCCR
c
+ VT
1
VT
2
Rc
~
~+
+
uId Id21u
Id2
1u
+ uo
R
R?
VEE
Re
Rc
VT
1
VT
2
Rc
+ uo
R R
uI1 u
I2
C
C
Re
Rb2
Rb1
VEE
VT
3
Rc
VT
1
VT
2
Rc
+ uo
R
uI
uI2
+VCC
VEE
IR
+
双端输入、双端输出；
双端输入、单端输出；
单端输入、双端输出；
单端输入、单端输出。
FET差分放大电路
T2
Rg1
vid T
1
Rd Rd VDD
-VEE
Rg2
Vo2iD2iD2
I0
第三章 多级放大电路
Rc
T1 T2
Rc
+ uo
R R
uI1 uI2
LR
RW
VEE
+VCC
I
图 3.3.14 恒流源电路的简化画法及电路调零措施带调节电位器 RW的恒流源电路的简化画法调节电位器 RW的滑动端位置可使电路在 uI1=uI2=0时,uO=0。
第三章 多级放大电路
FET差分式放大电路电路图
（单入单出）
分析方法相同但输入电阻很大,JEFT 1012欧姆
MOSFET 1015欧姆图 3.3.15 FET差分式放大电路
FET差分式放大电路常用于集成电路的输入级
T2
Rg1
vid T
1
Rd Rd VDD
-VEE
Rg2
Vo2iD2iD2
I0
第三章 多级放大电路
3.3.3 直接耦合互补输出级一、基本电路在输入信号的正半周,
T1 导通,iC1 流过负载；
负半周,T2导通,iC2
流过负载 。
在信号的整个周期都有电流流过负载,负载上 iL
和 uO 基本上是正弦波 。 存在的问题,交越失真交越失真图 3.3.16
基本要求：输出电阻低，最大不失真输出电压尽可能大。
2CCV
VCC
静态时，输入输出电压均为零。
第三章 多级放大电路二、消除交越失真的互补输出级给 T1,T2 提供静态电压
t
iC
0
ICQ1
ICQ2
消除交越失真思路,电路：
RL
R
D1
D2
T1
T2
+VCC
+
ui
+
uo
VCCV5R2
R1
ui
图 3.3.17消除交越失真的互补输出级第三章 多级放大电路消除交越失真的其它电路
T1
T2
T3
T4
T1
T2
Rt
B1
B2
21 BBURT t
)( 43
4
B E 3
C E 3 RRR
UU
T1
T2
T3R4
R3
图 3.3.17 消除交越失真的互补输出级（ b） UBE倍增电路第三章 多级放大电路消除交越失真的 实际电路为了增大 T1和 T2的电流放大倍数，以减小前级驱动电流，
常采用复合管结构。
如图 3.3.18为采用复合管的准互补输出级,OCL电路。
RL
+VCC
+
uo
T1
T2
T3
T4
V5
VCC
R
R
ui
T4 R
L
+VCC
+
uo
T1
T2
T3
VEE
R*1
R2
R3
R4
ui
第三章 多级放大电路
3.3.4 直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路的构成：
输入级,差分放大电路或 FET差分放大电路，从而减小温漂，增大共模抑制比。
中间级,共射放大电路，从而获得高电压放大倍数。
输出级,采用复合管的准互补输出级电路，从而使输出电阻小，带负载能力增强，而且最大不失真输出电压幅值接近电源电压。
第三章 多级放大电路直接耦合多级放大电路分析三级放大电路第一级 是以 T1和 T2 为放大管，双端输入，单端输出的差分放大电路。
第二级 是以 T3和 T4 管组成的复合管为放大管的共射放大电路。
第三级 是准互补电路,R2,R23,和 T5为组成 UBE倍增电路以消除交越失真。
第三章 多级放大电路
P168 3.7
解,双入双出差分放大电路
k4.20)1(2
97
2
)1(
k2.5
mV26
)1(
mA517.0
2
2
2
2
Wbei
W
be
c
d
EQ
b b 'be
e
W
B E QEE
EQEEeEQ
W
EQB E Q
RrR
R
r
R
A
I
rr
R
R
UV
IVRI
R
IU
＋
，
第三章 多级放大电路
P168 3.8
解,双入单出差分放大电路
V67.0
67
2
mV10
mV15
2
IddO
be
c
d
I2I1Id
I2I1
IC
uAu
r
R
A
uuu
uu
u
第三章 多级放大电路
P169 3.12
解：
带恒流源的 双入单出差分放大电路交流等效电路
Ui
Uo
－
rbe3
Rd
bI?U
gs gmUgs
bI?
Rd
rbe2
＋ ＋
－
gmUgsUgs
16 00
2
)(2
)(
－
＝－
dm
begsmgs
dgsmgsm
d
Rg
rUgU
RUgUg
A
第三章 多级放大电路
P169 3.13
解,三级放大电路
＋
－
Ui
Ii
rbe1
rbe2 R
2
11 bI?
22 bI? rbe4
R5 R
6
44 bI?
－
＋rbe5
U0R7?55 bI?
带恒流源的双入单出差分放大电路共射放大电路 (PNP管 ）
共集放大电路（ 射集跟随器 ）交流等效电路
Ri3Ri1 Ri2
第三章 多级放大电路
＋
－
Ui
Ii
rbe1
rbe2 R
2
11 bI?
22 bI? rbe4
R5 R
6
44 bI?
－
＋rbe5
U0R7?55 bI?
Ri3Ri1 Ri2
75be 53
54be 42
)1(
)1(
RrR
RrR
i
i
221
75b e 5
75
3
2
75b e 564
2
b e 1
54b e 421
1
)1(
)1(
])1([
2
])1([
uuuu
u
i
u
u
AAAA
Rr
R
A
R
RrR
A
r
RrR
A
∥
∥
5
6b e 5
7o
1
1
2
Rr
RR
rR bei
∥
第三章 多级放大电路
3.1 多级放大电路的耦合方式
3.3 直接耦合放大电路
3.2 多级放大电路的动态分析第三版童诗白第三版童诗白第三版童诗白本章重点和考点：
1,掌握多级放大电路的耦合方式,为集成电路的学习打好基础
2,掌握直接耦合放大电路中差分放大电路的组态及动态参数的计算
3、了解多级放大电路中的互补输出级本章教学时数,4学时第三版童诗白第三版童诗白第三版童诗白第三版童诗白本章讨论的问题：
1.单管放大电路为什么不能满足多方面性能的要求？
2.如何将多个单级放大电路连接成多级放大电路？
各种连接方式有和特点？
3.直接耦合放大电路的特殊问题是什么？如何解决？
4.差分放大电路与其它基本放大电路有什么区别？
为什么它能抑制零点漂移？
5.直接耦合放大电路输出级的特点是什么？如何根据要求组成多级放大电路？
3.1 多级放大电路的耦合方式将多个单级基本放大电路合理联接，构成多级放大电路组成多级放大电路的每一个基本电路称为 一级,
级与级之间的连接称为 级间耦合 。
四种常见的耦合方式,
直接耦合阻容耦合变压器耦合光电耦合
3.1.1 直接耦合图 3.1.1（ a) 两个单管放大电路简单的直接耦合特点：
(1)可以放大交流和缓慢变化及直流信号；
(2)便于集成化 。
(3)各级静态工作点互相影响；基极和集电极电位会随着级数增加而上升；
(4)零点漂移 （ 如何克服 ） 。
Rc1R
b1
+VCC
+
T1+
i
U?
OU?
Rc2R
b2
T2
第三章 多级放大电路一,直接耦合放大电路静态工作点的设置改进电路 —(b)
电路中接入 Re2，
保证第一级集电极有较高的静态电位,但第二级放大倍数严重下降 。
改进电路 —(c1)
稳压管动态电阻很小,可以使第二级的放大倍数损失小 。
但集电极电压变化范围减小 。
DZ
Rc1R
b1
+VCC
+
T1+
iU?
OU?
Rc2R
T2
(c)
Rc1R
b1
+VCC
+
T1+
iU?
OU?
Rc2
Re2
T2
(b)
第三章 多级放大电路改进电路 —(c2) +VCCR
c1Rb1
+
T1+
iU?
OU?
Rc2
Rb2
T2
Dz
改进电路 —(d)
可降低第二级的集电极电位,又不损失放大倍数 。 但稳压管噪声较大 。
NPN管和 PNP管混合使用,可获得合适的工作点 。 为经常采用的方式 。
(c)
Rc1R
b1
+VCC
+T1+
iU?
OU?
Re2
Rc2
T2
(d)
图 3.1.1 直接耦合放大电路静态工作点的设置第三章 多级放大电路
3.1.2 阻容耦合图 3.1.2 阻容耦合放大电路
C1
RC1R
b1
+VCC
C2
RL
+
+ T
1+
i
U?
oU?
+
Rc2Rb2 C3
T2
+
第 一 级 第 二 级特点：静态工作点相互独立，在分立元件电路中广泛使用。
在集成电路中无法制造大容量电容，不便于集成化，尽量不用。
第三章 多级放大电路
3.1.3 变压器耦合图 3.1.3 变压器耦合共射放大电路
(a)电路 (b)交流等效电路以前功率放大电路广泛采用此耦合方式。
目前基本不用。
第三章 多级放大电路变压器耦合放大电路选择恰当的变比,可在负载上得到尽可能大的输出功率 。
变压器耦合放大电路第二级 VT2、
VT3组成推挽式放大电路,
信号正负半周
VT2,VT3 轮流导电 。
第三章 多级放大电路
3.1.4 光电耦合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，因而其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。
一、光电耦合图 3.1.5光电耦合器及其传输特性发光元件 光敏元件第三章 多级放大电路二、光电耦合放大电路图 3.1.6光电耦合放大电路目前市场上已有集成光电耦合放大电路，
具有较强的放大能力。
第三章 多级放大电路
3.2多级放大电路的动态分析一、电压放大倍数总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积,即
unuuu AAAA 21
其中,n 为多级放大电路的级数 。
二,输入电阻和输出电阻通常,多级放大电路的输入电阻就是 输入级的输入电阻 ；输出电阻就是 输出级的输出电阻 。
具体计算时,有时它们不仅仅决定于本级参数,也与后级或前级的参数有关 。
第三章 多级放大电路如图所示的两级电压放大电路，
已知 β 1= β 2 =50,T1和 T2均为 3DG8D。
计算前、后级放大电路的静态值 (UBE=0.6V)
及电路的动态参数。
RB1
C1
C2
RE1
+
++
–
RC2 C3
CE
+
+
+24V
+
–
B1R?
B2R?
T1 T2
E2R?
E1R?
1M?
27k?
82k?
43k? 7.5k?
510?
10k?
oU
.
Ui.
例,1
第三章 多级放大电路两级放大电路的静态值可分别计算。
RB1
C1
C2
RE1
+
++
–
RC2 C3
CE
+
+
+24V
+
–
B1R?
B2R?
T1 T2
E2R?
E1R?
1M?
27k?
82k?
43k? 7.5k?
510?
10k?
oU
.
Ui.
解,
第三章 多级放大电路第一级是射极输出器,
A8.9mA275 0 )(11 0 0 0 0,624) (1
E1B1
BECC
B1 μ
RβR
UUI
mA 49,0mA 00 98.050 )(1)1( B1E1 II?
V77,10V2749.024E1E1CCCE RIUU
第三章 多级放大电路
V26.84 3 V4382 24B2
B2B1
CC
B2 RRR
UV
mA 96,0mA5,751,0 6,026,8
E2E2
B E 2B2
C2
RR
UUI －
第二级是分压式偏置电路
V71,6)V5,751,010(96,024
)( E2E2C2C2CCC E 2
RRRIUU
第三章 多级放大电路计算 r i和 r 0
小信号等效电路
2ir1ii rr?
2bI 2cI
rbe2
RC2
rbe1
RB1
B1R? 2BR?
1bI 1cI
RE1
+
_
+
_
+
_ 2ER?
Ui,oU.
o1U
.
由等效电路可知，放大电路的输入电阻 ri 等于第一级的输入电阻 ri1。
第一级是射极输出器，它的输入电阻 ri1与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻 ri2。
第三章 多级放大电路
k Ω58,1Ω96,0 26512 0 026)1(2 0 0
E
b e 2 Ir?
k 14)1(//// E2b e 2B2B12 Ω RrRRr i?
k 22,9k1427 1427// i2E1L1 ΩΩ rRR
2ir
2bI 2cI
rbe2
RC2
rbe1
RB1
B1R? 2BR?
1bI 1cI
RE1
+
_
+
_
+
_ 2ER?
Ui。 oU.
o1U
.
第三章 多级放大电路
k Ω 349 0 265 0 )(12 0 026) (12 0 0r
E1
1b e 1,Iβ
k Ω 320)1(// L1b e 1B1i1i RrRrr?
2oo rr?
k10C2o2o Ω Rrr
2bI 2cI
rbe2
RC2
rbe1
RB1
B1R? 2BR?
1bI 1cI
RE1
+
_
+
_
+
_ 2ER?
Ui。 oU.
o1U
.
第三章 多级放大电路求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数第一级放大电路为射极输出器
994 0
22 950)(13
22 9)501(
)1(
)1(
L111be
L11
1u,.
.
Rr
RA?
2bI 2cI
rbe2
RC2
rbe1
RB1
B1R? 2BR?
1bI 1cI
RE1
+
_
+
_
+
_ 2ER?
Ui,oU.
o1U
.
第三章 多级放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路总电压放大倍数
2bI 2cI
rbe2
RC2
rbe1
RB1
B1R? 2BR?
1bI 1cI
RE1
+
_
+
_
+
_ 2ER?
Ui,oU.
o1U
.
1851,050)(179,1 1050)1(
2E2b e 2
2C
2 －－ Rr
RA
u
9,171 8 )(9 9 4,021 uuu AAA
第三章 多级放大电路一,零点漂移现象及其产生的原因直接耦合时,输入电压为零,但输出电压离开零点,
并缓慢地发生不规则变化的现象 。
原因,放大器件的参数受温度影响而使 Q 点不稳定。也称 温度漂移。
图 3.3.1 零点漂移现象
uO
tO
uI
tO
放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。
3.3 直接耦合放大电路
3.3.1直接耦合放大电路的零点漂移现象第三章 多级放大电路二、抑制温度漂移的方法：
(1)引入直流负反馈以稳定 Q 点；
(2)利用热敏元件补偿放大器的零漂；
图 利用热敏元件补偿零漂
R2
R1
+VCC
+
T2+
Rc
T1
uI uO
iC1
Re
R uB1
(3)采用差分放大电路。
第三章 多级放大电路
3.3.2 差分放大电路差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路一、电路的组成图 3.3.2差分放大电路的组成 (a)
T
Re
利用射极电阻稳定 Q点但仍存在零点漂移问题图 3.3.2差分放大电路的组成 (b)
T
Re
uO
V
T的 UCQ变化时，直流电源 V始终与之保持一致。
第三章 多级放大电路
Rb2Rb1
+
uI2
-
+
uI1
-
VBB VBB
采用与图（ a） 所示电路参数完全相同，管子特性也相同的电路图 3.3.2差分放大电路的组成 (c)
电路以两只管子集电极电位差为输出，可克服温度漂移。
共模信号输入信号 uI1和 uI2大小相等，
极性相同。
差模信号输入信号 uI1和 uI2大小相等，
极性相反。
差 分放大电路也称为差动放大电路动画 avi\6-2.avi
第三章 多级放大电路差分放大电路的改进图将发射极电阻合二为一、
对差模信号 Re相当于短路。
Re
Rb1 Rb2
+
uI1
-
VBB
-
uI2
+
图 3.3.2差分放大电路的组成 (d)
典型差分放大电路图 3.3.2差分放大电路的组成 (e)
Re
Rb1 Rb2
+
uI1
-
-VEE
-
uI2
+
长尾式差分放大电路便于调节静态工作点，
电源和信号源能共地第三章 多级放大电路二、长尾式差分放大电路图 3.3.3 长尾式差分放大电路
Re
Rb1 Rb2
-VEE
uI1 uI2
RC2RC1
1,静态分析
IE1=IE2=(UEE― UBE)∕2 Re ；
UCE1=UCE2≈ UCC+UEE―(R C+2Re)IE1
Uo=0；
IB1=IB2 =IE1/(1+ β )
由于 Rb较小，其上的电压降可忽略不计。
（动画 avi\6-1.avi）
第三章 多级放大电路
2.对共模信号的抑制作用共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。
所以 0
o c 2o c 1oc uuu
共模增益电路参数的理想对称性，温度变化时管子的电流变化完全相同，故可以 将温度漂移等效成共模信号,差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用。
射极电阻 Re对共模信号的负反馈作用，抑制了每只晶体管集电极电流的变化，从而抑制集电极的电位的变化。
△
Ic
oc
C u
uA?
△
图 3.3.4差分放大电路输入共模信号
Re
Rb1 Rb2
-VEE
+
uI1
-
+
uI1
-
第三章 多级放大电路
3.对差模信号的放大作用图 3.3.5差分放大电路加差模信号（ a)
分析时注意二个“虚地”
Re
Rb1 Rb2
-VEE
uI1 uI2
RC2RC1
+
uId
-
-2
Idu
2Idu
+
+
-
+ uod-
E E点电位在差模信号作用下不变，相当于接
“地”。
负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。
第三章 多级放大电路
+
-
Odu?
11 Bi
22 Bi
2LR
2LR
Idu?
+
Rb1
Rb2
2Bi?
1Bi?
-
差模信号作用下的等效电路图 3.3.5差分放大电路加差模信号（ b)
动态参数
beb
Lc
1
1
2i1
21
id
0
d
)
2
1
//(
2
2
uu
u
=
rR
RR
u
u
u
uu
A
i
o
i
oo
Rid=2(Rb +rbe;)
Rod=2RC
共模抑制比
C
D
C M R A
AK? dB lg20
C
D
C M R A
AK?
双端输出,理想情况
C M RK
第三章 多级放大电路
4,电压传输特性放大电路的输出电压和输入电压之间的关系曲线。
uo ＝ f( uI )
如改变 uI的极性，可得另一条图中虚线所示的曲线，它与实线完全对称。
uI
uo
第三章 多级放大电路三,差分放大电路的四种接法
<A> 双入,双出
<B> 双入,单出
<C> 单入,双出
<D> 单入,单出基于不同的应用场合，有 双,单端输入和 双,单端输出的情况。
所谓“单端”指一端接地。
“单端”的情况，还具有共模抑制能力吗？
如何进一步改进呢？
第三章 多级放大电路静态工作点
IE1=IE2=(UEE― UBE)∕2 RE
UCE1=Uo+UEE―R EIE
1,双端输入单端输出电路图 3.3.7双端 输入单端输出差分放大电路
-
+
uI
-
Rb2Rb1
IB1=IB2 =IE1/(1+ β )
注意：由于输出回路的不对称性,UCEQ1≠ UCEQ2。
第三章 多级放大电路
+
-
Odu?
11 Bi
22 Bi
2LR
2LR
Idu?
+
Rb1
Rb2
2Bi?
1Bi?
-
RL +
-
Odu?
图 3.3.9 图 3.3.7所示电路对差模信号的等效电路动态分析
beb
Lc
d
)//(
2
1=
rR
RRA
Rid=2(Rb +rbe;)
Rod=RC
问题：如输出信号取自
T2管的集电极,动态分析结果如何？
第三章 多级放大电路共模电压增益如输入共模信号：
uoc=― ICR'L;
uic=― IB[rbe+(1+β )2Re];
IC
OC
c = u
uA
ebeb
L
2)1(
'=
RrR
R
e
L
2
'
R
R
图 3.3.10共模信号作用下的双入单出电路
）（
）（＝＝
be
bed
r
r
b
eb
C
C M R R2
R12R
A
AK?
增大 Re是改善共模抑制比的基本措施第三章 多级放大电路静态分析
2,单端输入,双端输出与双入双出的一样
IE1=IE2=(VEE― VBE)∕2 RE ；
VCE1=VCE2≈ VCC+VEE―(R C+2RE)IE
Vo=0
uI
IB1=IB2 =IE1/(1+ β )
图 3.3.11单端输入、双端输出 电路 a
第三章 多级放大电路动态分析运用叠加定理：
与双入双出的一样共模输入信号差模输入信号图 3.3.11单端输入、双端输出等效 电路 (b)
第三章 多级放大电路静态分析与双入单出的一样
IE=(VEE― VBE)∕2 RE ；
VCE1=Vo+VEE―R EIE
Vo=VCCRL∕(R C+RL)―I CRLRC∕(R C+RL)
3,单端输入,单端输出图 3.3.12 单端输入单端输出 电路动态分析：与双入单出的一样。（略）
IB1=IB2 =IE1/(1+ β )
uI
第三章 多级放大电路双端输出时：
be
L
c
d
)
2
//(
rR
RR
A
b
v
单端输出时：
beLcd 2
//
rR
RRA
b
v
(2)共模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：
双端输出时,单端输出时：0?
vcA
e
L
c 2
'
R
RA
v
4.差动放大器动态参数计算总结
(1)差模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：
第三章 多级放大电路
(3)差模输入电阻不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻
Rid是基本放大电路的两倍。
beid 2 rRR b
(4)输出电阻
co RR?
co 2 RR?
单端输出时双端输出时第三章 多级放大电路
(5)共模抑制比共模抑制比 KCMR是差分放大器的一个重要指标。
beb
e
eL
bebL
C M R 2/'
)(2/'
rR
R
RR
rRRK
c
d
CMR
v
v
A
AK?
dBlg20
c
d
C M R
v
v
A
AK?或双端输出时 KCMR可认为等于无穷大，
单端输出时共模抑制比：
第三章 多级放大电路四、改进型差分放大电路用三极管代替,长尾式,电路的长尾电阻,即构成恒流源式差分放大电路
Rc
T1 T2
Rc
+ uo
R R
uI1 u
I2
+VCC
Re
Rb2
Rb1
VEE
T3
1,电路组成
T3,恒流管作用：
能使 iC1,iC2基本上不随温度的变化而变化,从而抑制共模信号的变化 。
图 3.3.13 具有恒流源的差分放大电路第三章 多级放大电路
2,静态分析当忽略 T3 的基极电流时,Rb1 上的电压为
Rc
T1 T2
Rc
+ uo
R R
uI1 uI2
+VCC
Re
Rb2
Rb1
VEE
T3
)( EECC
2b1b
1b
1b VVRR
RU
R
于是得到
C Q 3C Q 2C Q 1 2
1 III
C1CQCCC Q 2C Q 1 RIVUU
1
1CQ
B Q 2B Q 1?
III
RIUU 1BQBQ2BQ1
e
3B E Q
E Q 3C Q 3
1b
R
UU
II R
图 3.3.13具有恒流源的差分放大电路第三章 多级放大电路
3,动态分析由于恒流三极管相当于一个阻值很大的长尾电阻,
它的作用也是引入一个共模负反馈,对差模电压放大倍数没有影响,所以与长尾式交流通路相同 。
差模电压放大倍数为
be
L
C
2I1I
O
d
)
2
//(
ΔΔ
Δ
rR
RR
uu
uA
差模输入电阻为差模输出电阻为
)(2 beid rRR
co 2 RR?
Rc
T1 T2
Rc
+?uo
R R
uI1?uI22LR 2LR
第三章 多级放大电路具有电流源的差分放大电路简化画法
ui1 T
1
+VCC
T2
RC
uo
ui2
RC
VEE
I
ui1
T1
+VCC
T2
RC
uo
ui2
RC
VE
E
R2R3
IC3
T3
T4
IREF
IC4
R1
第三章 多级放大电路复习
1.差分放大电路的类别基本差分放大电路长尾差分放大电路恒流源式差分放大电路
2.差分放大电路的接法
+VCC
Rc2
+ VT
1
VT
2
Rb2
Rc1R
b1
~
~+
+
uId Id21u
Id21u
+ uo
R1
R2
+VCCR
c
+ VT
1
VT
2
Rc
~
~+
+
uId Id21u
Id2
1u
+ uo
R
R?
VEE
Re
Rc
VT
1
VT
2
Rc
+ uo
R R
uI1 u
I2
C
C
Re
Rb2
Rb1
VEE
VT
3
Rc
VT
1
VT
2
Rc
+ uo
R
uI
uI2
+VCC
VEE
IR
+
双端输入、双端输出；
双端输入、单端输出；
单端输入、双端输出；
单端输入、单端输出。
FET差分放大电路
T2
Rg1
vid T
1
Rd Rd VDD
-VEE
Rg2
Vo2iD2iD2
I0
第三章 多级放大电路
Rc
T1 T2
Rc
+ uo
R R
uI1 uI2
LR
RW
VEE
+VCC
I
图 3.3.14 恒流源电路的简化画法及电路调零措施带调节电位器 RW的恒流源电路的简化画法调节电位器 RW的滑动端位置可使电路在 uI1=uI2=0时,uO=0。
第三章 多级放大电路
FET差分式放大电路电路图
（单入单出）
分析方法相同但输入电阻很大,JEFT 1012欧姆
MOSFET 1015欧姆图 3.3.15 FET差分式放大电路
FET差分式放大电路常用于集成电路的输入级
T2
Rg1
vid T
1
Rd Rd VDD
-VEE
Rg2
Vo2iD2iD2
I0
第三章 多级放大电路
3.3.3 直接耦合互补输出级一、基本电路在输入信号的正半周,
T1 导通,iC1 流过负载；
负半周,T2导通,iC2
流过负载 。
在信号的整个周期都有电流流过负载,负载上 iL
和 uO 基本上是正弦波 。 存在的问题,交越失真交越失真图 3.3.16
基本要求：输出电阻低，最大不失真输出电压尽可能大。
2CCV
VCC
静态时，输入输出电压均为零。
第三章 多级放大电路二、消除交越失真的互补输出级给 T1,T2 提供静态电压
t
iC
0
ICQ1
ICQ2
消除交越失真思路,电路：
RL
R
D1
D2
T1
T2
+VCC
+
ui
+
uo
VCCV5R2
R1
ui
图 3.3.17消除交越失真的互补输出级第三章 多级放大电路消除交越失真的其它电路
T1
T2
T3
T4
T1
T2
Rt
B1
B2
21 BBURT t
)( 43
4
B E 3
C E 3 RRR
UU
T1
T2
T3R4
R3
图 3.3.17 消除交越失真的互补输出级（ b） UBE倍增电路第三章 多级放大电路消除交越失真的 实际电路为了增大 T1和 T2的电流放大倍数，以减小前级驱动电流，
常采用复合管结构。
如图 3.3.18为采用复合管的准互补输出级,OCL电路。
RL
+VCC
+
uo
T1
T2
T3
T4
V5
VCC
R
R
ui
T4 R
L
+VCC
+
uo
T1
T2
T3
VEE
R*1
R2
R3
R4
ui
第三章 多级放大电路
3.3.4 直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路的构成：
输入级,差分放大电路或 FET差分放大电路，从而减小温漂，增大共模抑制比。
中间级,共射放大电路，从而获得高电压放大倍数。
输出级,采用复合管的准互补输出级电路，从而使输出电阻小，带负载能力增强，而且最大不失真输出电压幅值接近电源电压。
第三章 多级放大电路直接耦合多级放大电路分析三级放大电路第一级 是以 T1和 T2 为放大管，双端输入，单端输出的差分放大电路。
第二级 是以 T3和 T4 管组成的复合管为放大管的共射放大电路。
第三级 是准互补电路,R2,R23,和 T5为组成 UBE倍增电路以消除交越失真。
第三章 多级放大电路
P168 3.7
解,双入双出差分放大电路
k4.20)1(2
97
2
)1(
k2.5
mV26
)1(
mA517.0
2
2
2
2
Wbei
W
be
c
d
EQ
b b 'be
e
W
B E QEE
EQEEeEQ
W
EQB E Q
RrR
R
r
R
A
I
rr
R
R
UV
IVRI
R
IU
＋
，
第三章 多级放大电路
P168 3.8
解,双入单出差分放大电路
V67.0
67
2
mV10
mV15
2
IddO
be
c
d
I2I1Id
I2I1
IC
uAu
r
R
A
uuu
uu
u
第三章 多级放大电路
P169 3.12
解：
带恒流源的 双入单出差分放大电路交流等效电路
Ui
Uo
－
rbe3
Rd
bI?U
gs gmUgs
bI?
Rd
rbe2
＋ ＋
－
gmUgsUgs
16 00
2
)(2
)(
－
＝－
dm
begsmgs
dgsmgsm
d
Rg
rUgU
RUgUg
A
第三章 多级放大电路
P169 3.13
解,三级放大电路
＋
－
Ui
Ii
rbe1
rbe2 R
2
11 bI?
22 bI? rbe4
R5 R
6
44 bI?
－
＋rbe5
U0R7?55 bI?
带恒流源的双入单出差分放大电路共射放大电路 (PNP管 ）
共集放大电路（ 射集跟随器 ）交流等效电路
Ri3Ri1 Ri2
第三章 多级放大电路
＋
－
Ui
Ii
rbe1
rbe2 R
2
11 bI?
22 bI? rbe4
R5 R
6
44 bI?
－
＋rbe5
U0R7?55 bI?
Ri3Ri1 Ri2
75be 53
54be 42
)1(
)1(
RrR
RrR
i
i
221
75b e 5
75
3
2
75b e 564
2
b e 1
54b e 421
1
)1(
)1(
])1([
2
])1([
uuuu
u
i
u
u
AAAA
Rr
R
A
R
RrR
A
r
RrR
A
∥
∥
5
6b e 5
7o
1
1
2
Rr
RR
rR bei
∥
第三章 多级放大电路
