第2章-2.8多级放大电路

252.8多级放大电路P842.8.1电路的耦合方式耦合：多级放大电路内部各级之间的连接方式称为耦合。1、阻容耦合P85图中可见，电路的第一级与第二级之间通过电阻和电容元件相连接，故称为阻容耦合放大电路。其中电容C2与Rb2及2ber构成阻容耦合。优点：由于电容隔直流，故级与级之间的直流通路是断开的，各级的静态工作点各自独立，互不影响。便于分析、设计和调试。而且，如果耦合电容的容值足够大，就可以做到在一定的频率范围内，前一级的输出信号几乎不衰减地传送到后一级的输入端，使信号得到充分的利用。缺点：不适合传送缓慢变化的信号，当缓慢变化信号通过电容时，将被严重地衰减。由于电容有“隔直”作用，因此直流成分的变化不能通过电容。更重要的是，由于集成电路工艺很难制造大容量的电容，因此，阻容耦合方式在集成放大电路中无法采用。2、变压器耦合变压器通过磁路的耦合将一次侧的交流信号传送到二次侧，可以作为多级放大电路的耦合元件。P86图中。变压器T1将第一级的输出信号传送给第二级，变压器T2将第二级的输出信号传送给负载。在第二级，三极管VT2、VT3组成推挽式放大电路，在交流正弦信号的正、负半周，VT2和VT3轮流导电，而在负载上仍能得到基本为正弦波的输出信号。变压器耦合的重要优点是具有阻抗变换作用。如果变压器一次和二次绕组的匝数分别为N1和N2，其匝数比（即变比）21NNn，而在二次侧接有一个负载电阻RL，如图所示，此时从变压器一次侧看，等效的负载电阻将为多大?设变压器一次电压和电流为U1和Il，二次电压和电流为U2和I2，则nNNUU2121即21nUUnNNII11221即nII21故次级负载电阻RL折合到初级的等效电阻为LLRnIUnnInUIUR22/222/211可见变压器有阻抗变换的作用。另一个优点是直流通路隔离，静态工作点互相独立。缺点：笨重、缓慢变化的信号和直流信号无法传送。3、直接耦合前级的输出端直接或通过电阻接到后一级的输入端。优点：既能放大交流信号，又能放大缓慢变化信号和直流信号。便于实现集成化，因此，实际的集成运算放大电路，通常都是直接耦合多级放大电路。直接耦合，应注意两边的电平匹配，否则有可能使放大电路不能正常工作。例如在P87图2．8．4中，由于三极管VTl的集电极电位与VT2的基极电位相等，约为0．7V左右，因此VTl的静态工作点接近饱和区，无法正常进行放大。P87图2。8。5（a）中，VT2的发射极接入电阻Re2，提高了第二级的发射极电位2EU和基极电位2BU，从而使第一级的集电极具有较高的静态电位，避免工作在饱和区。但是，接入Re2后，将使第二级的放大倍数下降。在图（b）中，用稳压管VDz代替图（a）中的Re2。因为稳压管的动态内阻通常很小，一般RLN1N2U1U2I1I226在几十欧的数量级，因此第二级的放大倍数不致下降很多。但是，接入稳压管相当接人一个固定电压，将使VT2集电极的有效电压变化范围减小。图（a）和（b）电路还存在一个共同的问题，那就是当耦合的级数更多时，集电极的电位将愈来愈高。这是由于为了保证三极管工作在放大区，必须使发射结正向偏置，集电结反向偏置。对于NPN三极管，要求0BEU，0BCU。而0BCU表示集电极电位CU高于基极电位BU。假设VUBE7.0，VUCE5，则集电极电位比基极电位高4.3V。而本级的BU又等于前级的CU，所以每增加一级，集电极电位就升高4.3V。如为三级放大，则各级集电极电位为Ucl=5VUc2=(5+4.3)V=9.3VUc3=(9.3+4.3)V=13.6V以此类推，如果级数更多，由于集电极电位逐级上升，最终将因电源电压Vcc的限制而无法实现。解决这个问题的办法是采取措施实现电平移动。例如在图（c）中，前一级的集电极经过一个稳压管再接至后级的基极，这样既降低了第二级基极的电位，又不致使放大倍数损失太大。缺点是稳压管的噪声较大。图（d）的电路给出了实现电平移动的另一种方法。这个电路的后级采用了PNP管，由于PNP管的集电极电位比基极电位低，因此，即使耦合的级数比较多，也可以使各级获得合适的工作点，而不至于造成电位逐级上升。所以，这种NPN—PNP的耦合方式无论在分立元件或者集成的直接耦合电路中都经常被采用。在某些情况下，要求当输入电压等于零时，输出电压也为零，此时除了电平移动以外，还需用正负两路直流电源。直接耦合主要问题是零点漂移现象。这是直接耦合放大电路最突出的缺点。假设将一个直接耦合放大电路的输人端对地短路，并调整电路使输出电压也等于零。从理论上说，输出电压应一直为零保持不变，但实际上，输出电压将离开零点，缓慢地发生不规则的变化，如图2。8。6所示，这种现象称为零点漂移。产生零点漂移的主要原因是放大器件的参数受温度的影响而发生波动，导致放大电路的静态工作点不稳定，而放大级之间又采用直接耦合方式，使静态工作点的缓慢变化逐级传递和放大。因此，一般来说，直接耦合放大电路的级数愈多，放大倍数愈高，则零点漂移问题愈严重。而且控制多级直接耦合放大电路中第一级的漂移是至关重要的问题。零点漂移的技术指标通常用折合到放大电路输入端的零漂来衡量，即将输出端的漂移电压除以电压放大倍数得到的结果。对于一个高质量的直接耦合放大电路，要求它既有很高的电压放大倍数，而零点漂移又比较低。为了抑制零点漂移，常用的措施有以下几种：第一，引入直流负反馈以稳定Q点来减小零点漂移。分压式工作点稳定电路就是基于这种思想而引出的电路。第二，利用热敏元件补偿放大管的零漂，例如，在放大电路中接入另一个对温度敏感的元件，如热敏电阻、半导体二极管等，使该元件在温度变化时产生的零漂，能够抵消放大三极管产生的零漂。例如在P89图中，放大管VTl的基极引入了另一个接成二极管的三极管VT2。当温度升高时，放大管的集电极电流Ic1将增大，但与此同时，VT2的发射结电压2BEU将减小（P63：三极管2BEU的温度系数是-2mV/℃），使VTl的基极27电位1BU降低，导致Ic1减小，从而补偿了输出端的零点漂移。在集成运算放大电路中常常采用这种措施以抑制零漂。第三，将两个参数对称的单管放大电路接成差分放大电路的结构形式，使输出端的零漂互相抵消。这种措施十分有效而且比较容易实现，实际上，集成运算放大电路的输入级基本上都采用差分放大的结构。关于差分放大电路，将在本书第5章进行详尽的讨论。直接耦合方式的另一个缺点是，由于前后级之间存在直流通路，导致各级静态工作点互相影响，不能独立，使直接耦合多图2．8．7利用热敏元件补偿零漂级放大电路的分析、设计和调试维修工作比较麻烦。例：在图2．8．8所示的由NPN和PNP三极管组成的双电源直接耦合放大电路中，已知Vcc=VEE=18V，Rc1=5K6Re1=200ΩRc1=4K7Re2=1K2三极管的VUUBEQBEQ7.021β1=50β2=30假设当输入信号等于零时，输出电压0Ou，试估算放大电路的静态工作点。解：由于输入信号为零时，0Ou，因此，最容易确定的参数是2CQI。mAmARVICEECQ83.37.41822则mAmAIIECQBQ.13.03083.3222mAmAIIIBQCQEQ96.3).13.083.3(222VVRIVUeBQCCEQ2.13).2.196.38.1(222（此为VT2射极对地电压）由图：VVUUUBEQEQCQ5.12).7.02.13(221流过Rc1的电流为mAmARUVICCQCCRC.98.06.55.1218111则mAmAIIIBQRCCQ.11.113.098.0211）（mAmAIICQBQ.022.05011.1111mAmAIIIBQCQEQ.13.1022.011.1111）（282．8。2多级放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻P911．电压放大倍数在多级放大电路中，由于各级是互相串联起来的，前一级的输出就是后一级的输入，所以多级放大电路总的电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即AunAuAuAu21其中n为多级放大电路的级数。但是，在分别计算每一级的电压放大倍数时，必须考虑前后级之问的相互影响。例如，可把后一级的输入电阻看作为前一级的负载电阻，或把前一级的输出电阻作为后一级的信号源内阻。2．输入电阻和输出电阻一般说来，多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻；而多级放大电路的输出电阻就是输出级的输出电阻。在具体计算输入电阻或输出电阻时，有时它们不仅仅决定于本级的参数，也与后级或前级的参数有关。例如，射极输出器作为输入级时，它的输入电阻与本级的负载电阻（即后一级的输人电阻）有关。而射极输出器作为输出级时，它的输出电阻又与信号源内阻（即前一级的输出电阻）有关。例（P91)试估算图中两级放大电路总的电压放大倍数iOUUAu以及输入电阻Ri和输出电阻Ro。解：先分别估算1Au和2Au。已知291Re)1()//(1112111beiCiCrRRUUAu式中Krbe47.1147313.12651300KRrRebei7.373770412003196.32631300)1(2222则9.202.05147.17.376.57.376.5501Au74.37.377.4302Re)1(222221beCCOrRUUAu所以2.78)74.3)(9.20(21AuAuAuKKrRiRibe7.11)2.05147.1(1Re)1(11KRRRCOO7.422