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第三章_多级放大
为什么要多级放大?在第2章,我们主要研究了由一个晶体管组成基本放大电路,它们的电压放大倍数一般只有几十倍。但是在实际应用中,往往需要放大非常微弱的信号,上述的放大倍数是远远不够的。为了获得更高的电压放大倍数,可以把多个基本放大电路连接起来,组成“多级放大电路”。其中每一个基本放大电路叫做一“级”,而级与级之间的连接方式则叫做“耦合方式”。 实际上,单级放大电路中也存在电路与信号源以及负载之间的耦合问题。 例:1 解: 例:2 3.2.2.差动放大电路的输入输出形式 差动放大器共有四种输入输出方式: 1.双端输入、双端输出(双入双出) 2.双端输入、单端输出(双入单出) 3.单端输入、双端输出(单入双出) 4.单端输入、单端输出(单入单出) 主要讨论的问题有: 差模电压放大倍数、共模电压放大倍数 差模输入电阻、输出电阻 3.单端输入双端输出 单端输入等效双端输入: 因为右侧的Rb+rbe归算到发射极回路的值[(Rs+rbe) /(1+?)] Re,故 Re 对 rbe 分流极小,可忽略,于是 4.单端输入单端输出 注意放大倍数的正负号: 设从T1的基极输入信号,如果从C1 输出,为负号;从C2 输出为正号。 (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: 3.3.2 电流源电路 电流源对提高集成运放的性能起着极为重要的作用。 为各级电路提供稳定的直流偏置电流 可作为有源负载,提高单级放大器的增益。 集成运放中常用的电流源电路。 二、镜像电流源 在单管电流源中,要用三个电阻,所以不便集成。为此,用一个完全相同的晶体管V1,将集电极和基极短接在一起来代替电阻R2和R3,便得到图所示的镜像电流源电路。由图可知,参考电流Ir为 多路镜像电流源:如图所示。图中为三路电流源,V5管是为了提高各路电流的精度而设置的。因为在没有V5管时,IC1=Ir-4IB1 ,加了V5管后, IC1 = Ir – IB5 = Ir – IE5 /(1+β5) =Ir - 4IB1 /(1+β5) 因β1(1+β5)+4容易满足,所以各路电流更接近Ir,并且受β的温度影响也小。 在集成电路中,多路镜像电流源是由多集电极晶体管实现的。图中利用一个三集电极横向PNP管组成双路电流源(横向PNP管是采用标准工艺,在制作NPN管过程中同时制作出来的一种PNP管) 。 三、比例电流源 如果希望电流源的电流与参考电流成某一比例关系,可采用所示的比例电流源电路。 当Ir和所需要的小电流一定时, 可计算出所需的电阻R2。 例如,已知Ir=1mA,要求IC2=10μA时,则R2为 五、负反馈型电流源 以上介绍的几种电流源,虽然电路简单,但有两个共同的缺点:一是动态内阻不够大, 六、有源负载放大器 集成运放要有极高的电压增益,这是通过多级放大器级联实现的。在电压增益一定时,为了减少级数,就必须提高单级放大器的电压增益。因此,在集成运放中,放大器多以电流源作有源负载。典型的有源负载共射放大电路如图所示。图中,V2,V3管构成镜像电流源作V1管的集电极负载。由于该电流源的动态内阻为rce3,所以此时V1管的电压增益只需将共射增益表达式中的RC用rce3取代即可。当实际负载RL通过射随器隔离后接入,则该级放大器可获得极高的电压增益。 3.3 集成运放电路举例 3.3.3集成运算放大器F007 双极型集成运放F007是一种通用型运算放大器。由于它性能好,价格便宜,所以是目前使用最为普遍的集成运放之一。F007的电路原理图所示。图中各引出端所标数字为组件的管脚编号。F007由三级放大电路和电流源等组成。 V8~V13,R4和R5构成电流源组。其中,V11、V5和V12产生整个电路的基准电流。V10和V11组成小电流电流源,作镜像电流源V8,V9的参考电流,并为V3,V4提供基极偏流。 V8的输出电流为输入级提供偏置。V12,V13组成镜像电流源,作中间放大级的有源负载。 镜像电流源 只要Ir一定,IC2就恒定;改变 Ir、IC也跟着改变。两者的关系 好比物与镜中的物像一样, 故称为镜像电流源 多集电极晶体管镜像电流源 (a)三集电极横向PNP管电路;(b)等价电路 比例电流源 当两管的射极电流相差10倍以内时: 室温下,两管的UBE相差不到60mV, 仅为此时两管UBE电压
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