动态分析

模电笔记-多级放大电路基础

2015-04-29 EDN电子技术设计

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一 多级放大电路的耦合方式

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；

直接耦合：将前一级的输出直接连接到后一级的输入端，称为直接耦合；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，这样就给电路分析、设计和调试带来一定的困难；实际应用中应采用计算机软件辅助分析；直接耦合放大电路的突出优点是低频特性好，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，易于构成集成放大电路；

阻容耦合：将放大电路的前级输出端通过电容连接到后级输入端，成为阻容耦合方式；这样各级之间直流通路独立，静态工作点独立，分析时可按单级处理；不足是低频特性差，不能放大变化缓慢的信号，且大容量电容不易于集成化；

变压器耦合：将放大电路前级的输出信号通过变压器接到后级的输入端或负载电阻上，称为变压器耦合；优点在于使每级放大电路直流通路独立，便于分析设计，以及可以实现阻抗变换，以使负载得到足够功率；缺点与阻容耦合类似，不能放大直流信号且不易于集成；

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，因其抗干扰能力强而得到广泛应用；光电耦合器将发光元件如发光二极管与光敏元件如光电三极管相互绝缘地组合在一起，其特性类似于光电三极管，重要参数包括传输比CTR；目前，集成光耦已具有较强放大能力，光电耦合最主要优点即抗干扰能力强。

二 多级放大电路动态分析方法

动态放大倍数：多级放大电路动态放大倍数为各级放大倍数的乘积；

输入电阻：多级放大电路输入电阻为第一级放大电路的输入电阻；

输出电阻：多级放大电路输出电阻为最后一级放大电路的输出电阻；应当注意的是：当共集放大电路作为输入级（即第一级）时，其输入电阻与其负载即第二级电路的输入电阻有关；而当共集放大电路作为输出级（即最后一级）时，其输出电阻与其信号源内阻，即倒数第二级的输出电阻有关；

非线性失真：判断多级放大电路的失真，应首先确定是在哪一级先出现的失真，然后再判断是饱和失真还是截止失真，然后调整电路参数。

三 直接耦合放大电路

零点漂移现象：输入端短路即输入为零时，输出端仍有缓慢变换的输出电压，这种现象称为零点漂移现象，其本质为静态工作点的缓慢变化；导致零点漂移的原因很多如电源电压的波动、元件的老化、半导体器件的温度敏感性；阻容耦合或变压器耦合电路不会将漂移传递至下一级，但直接耦合电路会加剧这种现象，甚至使电路不能正常工作；导致零点漂移的最普遍原因为温度变化，因此零点漂移也称为温度漂移、温漂；抑制零点漂移即是抑制Q点漂移，因此方法主要有：引入直流负反馈；温度补偿；构成“差分放大”，自身抵消；

差分放大电路基础：差分放大电路采用对称电路，其对共模信号如温度漂移有较强抑制作用，仅放大差模信号即有用信号；差放采用的对称电路即一般单管放大电路，分析并不复杂，关键是要理解共模信号、差模信号的定义以及在电路上是如何抑制共模信号的；

差分放大电路分析方法：分析差分放大电路静态工作点时，关键在于射级电阻的接法，确定射级电流、基极电流及C-E电压；差分放大电路对共模信号的抑制既利用了电路对称性，也利用了射极电阻对共模信号的负反馈作用，因此射极电阻也称为共模负反馈电阻，此电阻越大，反馈越强，抑制共模信号导致集电极电流变化的能力就越强，衡量差分放大电路对共模信号抑制能力的为共模放大倍数，即共模输出电压与共模输入电压之比；对于有用输入信号即差模信号，其放大倍数的分析同样采用动态等效电路法；

差分放大电路四种接法：四种接法即双输入双输出、双输入单输出、单输入双输出、单输入单输出，四种接法的输入电阻相同，但输出电阻、共模放大倍数、差模放大倍数有所不同，双入双出共模放大倍数为0，差模放大倍数由公式计算，输出电阻为2倍集电极电阻；双入单出共模放大倍数不为零，与射极电阻值成反比，差模放大倍数由公式计算，输出电阻等于集电极电阻；单入双出和单入单出电路的输入信号自身包含共模和差模两种分量，因此可等价变换为双入双出和双入单出电路，动态参数计算也类似；

差分放大电路改进：在单端输出差分放大电路中，共模放大倍数与射极电阻成反比，因此可采用电流源电路取代长尾式差分放大电路的射极电阻，因为理想电流源具有无穷大内阻，可尽量减小共模放大倍数，提高共模抑制比；为提高差分放大电路的输入电阻也可以采用场效应管作为输入级；

直接耦合互补输出级：电压放大电路输出级的一般要求为输出电阻低和最大不失真输出电压大；直接耦合互补输出极具有此特点，由双电源分别提供交流信号的正负半周输出电流，称双向跟随，并且其在输入信号为0时，输出也可靠为零；为消除一般互补输出级的交越失真现象，可采用改进的互补电路，使得输出晶体管在静态时也微弱导通，常用的改进电路有二极管形式和倍增电路形式；为提高输出级电流放大倍数（能够减小前级驱动电流）也可采用复合管构成准互补电路。

参考书籍：

1．模拟电子技术，第四版，童诗白，高等教育出版社

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