模电·多级放大电路的耦合方式_直接耦合_043

妖兽喽

于 2024-05-16 18:31:04 发布

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分类专栏：模电文章标签：基带工程

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在实际应用中，常对放大电路的性能提出多方面的要求。例如，要求一个放大电路输入电阻大于2M，电压放大倍数大于2000，输出电阻小于100等。仅靠前面所讲的任何一种放大电路都不可能同时满足上述要求，这时就可选择多个基本放大电路，将它们合理连接构成多级放大电路。组成多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级，级与级之间的连接称为级间耦合。多级放大电路有四种常见的耦合方式:直接耦合、阻容合、变压器耦合和光电耦合。

直接耦合

一、直接耦合放大电路静态工作点的设置
二、直接耦合方式的优缺点

将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端，称为直接合，如图1.(a)所示。图中所示电路省去了第二级的基极电阻，而使 $R\tiny c1$ 既作为第一级的集电极电阻，又作为第二级的基极电阻，只要 $R\tiny c1$ 取值合适，就可以为 $T\tiny 2$ 管提供合适的基极电流。

一、直接耦合放大电路静态工作点的设置

从图1.(a)所示电路中不难看出，静态时， $T\tiny 1$ 管的管压降 $U\tiny CEQ1$ 等于 $T\tiny 2$ 管的b - e间电压 $U\tiny BEQ2$ 。通常情况下，若 $T\tiny 1$ 为硅管， $U\tiny CEQ2$ 约为0.7 V，则 $T\tiny 1$ 管的静态工作点将靠近饱和区，在动态信号作用时容易引起饱和失真。因此，为使第一级有合适的静态工作点，就要抬高工 $T\tiny 2$ 管的基极电位。为此，可以在 $T\tiny 2$ 管的发射极加电阻 $R\tiny e2$ ，如图1.(b)所示。
直接耦合放大电路静态工作点的设置

图1. 直接耦合放大电路静态工作点的设置 (a)前级的输出直接接到后级的输入(b)后级加射极电阻或二极管 (c)后级发射极加稳压管(d)NPN和PNP管混合使用

然而，增加 $R\tiny e2$ 后，虽然在参数取值得当时，两级均可有合适的静态工作点，但是，毫无疑问， $R\tiny e2$ 会使第二级的电压放大倍数大大下降，从而影响整个电路的放大能力。因此，需要选择一种器件取代 $R\tiny e2$ ，它应对直流量和交流量呈现出不同的特性；对直流量，它相当于一个电压源；而对交流量，它等效成一个小电阻；这样，既可以设置合适的静态工作点，又对放大电路的放大能力影响不大。二极管和稳压管都具有上述特性。
通过二极管正向特性的分析可知，当二极管流过直流电流时，在伏安特性上可以确定它的端电压 $U\tiny D$ ；而在这个直流信号上叠加一个交流信号时，二极管的动态电阻为 $\frac{\large du\tiny D}{\large di\tiny D}$ ，对于小功率管，其值仅为几至几十欧。若要求 $T\tiny 1$ 管的管压降 $U\tiny CEQ$ 的数值小于2V，则可用一只或两只二极管取代 $R\tiny e2$ ，如图1.（b）所示。
通过第一章对稳压管反向特性的分析可知，当稳压管工作在击穿状态时在一定的电流范围内，其端电压基本不变，并且动态电阻也仅为十几至几十欧，所以可用稳压管取代 $R\tiny e2$ ，如图1.（c）所示。为了保证稳压管工作在稳压状态，图1.（c）中电阻R的电流 $I\tiny R$ 流经稳压管，使得稳压管中的电流大于稳定电流(多为5mA或10mA)。根据 $T\tiny 1$ 管管压降 $U\tiny CEO$ 所需的数值，选取稳压管的稳定电压 $U\tiny Z$ 。
在图1.（a）、图1.（b）、图1.（c）所示电路中，为使各级晶体管都工作在放大区必然要求 $T\tiny 2$ 管的集电极电位高于其基极电位。可以设想，如果级数增多，且仍为NPN管构成的共射电路，则由于集电极电位逐级升高，以至于接近电源电压，势必使后级的静态工作点不合适。因此，直接耦合多级放大电路常采用NPN型和PNP型管混合使用的方法解决上述问题，如图1.（d）所示。在图1.（d）所示电路中，虽然 $T\tiny 1$ 管的集电极电位高于其基极电位；但是为使 $T\tiny 2$ 工作在放大区， $T\tiny 2$ 管的集电极电位应低于其基极电位(即 $T\tiny 1$ 管的集电极电位)。

二、直接耦合方式的优缺点

从以上分析可知，采用直接耦合方式使各级之间的直流通路相连，因而静态工作点相互影响，这样就给电路的分析、设计和调试带来一定的困难。在求解静态工作点时，应写出直流通路中各个回路的方程，然后求解多元一次方程。实际应用时，则应采用各种计算机软件辅助分析。
直接耦合放大电路的突出优点是具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号;并且由于电路中没有大容量电容，所以易于将全部电路集成在一片硅片上，构成集成放大电路。由于电子工业的飞速发展，集成放大电路的性能越来越好，种类越来越多，价格也越来越便宜，所以凡能用集成放大电路的场合，均不再使用分立元件放大电路。
关于直接耦合放大电路的零点漂移现象以及为克服这种现象而采用的差分放大电路。