模拟数字电力电子技术第2章 直接耦合放大电路及反馈.pptx

### 模拟数字电力电子技术第2章：直接耦合放大电路及反馈 #### 一、直接耦合放大电路概述 直接耦合放大电路是指在多级放大电路中，前级输出端直接与后一级输入端相连的方式。这种方式能够有效地放大缓慢变化的信号，非常适合于集成化的应用场合。随着半导体技术的发展，直接耦合放大电路因其结构简单、体积小、易于集成等优点，在现代电子系统中得到了广泛的应用。 然而，直接耦合放大电路也存在一些缺点，例如各级之间的静态工作点相互影响，使得电路的设计和调试变得复杂。此外，该电路还容易出现一种被称为“零点漂移”（或称“温漂”）的现象。零点漂移是指当输入信号为零时，输出端仍然存在缓慢变化的信号输出。这种现象主要由温度变化引起，同时也可能受到电源电压波动、元器件老化等因素的影响。 #### 二、差动放大电路详解 差动放大电路是一种常见的直接耦合放大电路形式，它由两个对称的共发射极放大电路组成，通过发射极电阻直接耦合起来。下面详细介绍差动放大电路的工作原理及其特性。 ##### 1. 差动放大电路的基本结构 差动放大电路通常由两个晶体管T1和T2构成，它们的参数完全相同。每个晶体管都有自己的基极电阻Rb1和Rb2、集电极电阻Rc1和Rc2以及发射极电阻Re。为了更好地抑制零点漂移，通常采用双电源供电方式，其中VEE为负电源。差动放大电路有两种输出方式：单端输出和双端输出。 - **单端输出**：输出信号从任一个晶体管的集电极取出，即输出信号为uo1或uo2。 - **双端输出**：输出信号从两个晶体管集电极之间取出，输出信号为uo=uo1-uo2。 ##### 2. 静态工作点设置 为了确保差动放大电路能够在理想状态下工作，需要合理设置静态工作点。在电路完全对称的情况下，基极电流IB1=IB2=IB，集电极电流IC1=IC2=IC，发射极电流IE1=IE2=IE。此时，流经发射极电阻Re的电流I=2IE。通过调整Re的阻值和电源VEE的配合，可以设置合适的静态工作点。 根据基极回路方程可知，由于基极电阻Rb的阻值较小，基极电流IB也很小，因此Rb上的电压可以忽略不计。合理设置静态工作点后，即使输入信号为零，输出信号也为零，从而有效抑制了由温度变化引起的零点漂移。 ##### 3. 共模输入信号的抑制作用 差动放大电路的一个重要特点是能够很好地抑制共模输入信号。共模输入信号是指两个输入端同时施加相同大小和相位的信号。差动放大电路能够将这些信号抵消掉，从而实现对共模信号的有效抑制。 在双端输出情况下，共模电压放大倍数Auc定义为双端共模输出电压与共模输入电压之比。对于完全对称的电路，由于输出信号大小相等且方向相同，共模电压放大倍数Auc为0，表明差动放大电路对共模信号具有很强的抑制能力。 在单端输出情况下，共模电压放大倍数Auc1和Auc2则定义为单端共模输出电压与共模输入电压之比。此时，Auc1和Auc2并不为零，但是可以通过增加Re的阻值来进一步提高共模抑制比。 ##### 4. 差模输入信号的放大作用 差模输入信号是指两个输入端分别施加大小相等而相位相反的信号。差动放大电路能够有效地放大这类信号，并且在双端输出情况下，差模电压放大倍数Aud等于单管共射放大电路的电压放大倍数。 在单端输出情况下，每管的负载电阻为RL，差模电压放大倍数Aud1和Aud2定义为单端差模输出电压与差模输入电压之比。Aud1和Aud2的大小相等，符号相反，数值约为单管共射放大电路电压放大倍数的一半。 ##### 5. 共模抑制比 共模抑制比（Common Mode Rejection Ratio, CMRR）是衡量差动放大电路对共模信号抑制能力的重要指标。CMRR定义为差模电压放大倍数Aud与共模电压放大倍数Auc之比的绝对值。当电路完全对称并且采用双端输出时，由于Auc接近于0，CMRR趋向于无穷大，这表明电路对共模信号的抑制效果非常好。 为了提高单端输出时的CMRR，可以通过增大Re的阻值或者采用直流电阻小、交流电阻大的电流源来代替Re。此外，还可以通过调节电阻Rp来改善两侧电路的对称性，从而提高电路的整体性能。 差动放大电路作为一种典型的直接耦合放大电路，不仅能够有效放大差模信号，还能显著抑制共模信号，是模拟电路设计中的一个重要组成部分。通过对差动放大电路的深入理解和应用，可以进一步提高电子设备的性能和稳定性。