多级放大器简介

多级放大器

常见的共射放大电路放大系数$\beta_V=-\frac{\beta R_{C}}{R_{b1}}$

耦合方式

将多个单级基本放大电路合理连接即构成多级放大电路

组成多级放大电路的每个基本电路称为一级，级与级之间的连接称为级间耦合

有下列四种常见的耦合方式

• 直接耦合

  可以放大交流和缓慢变化的直流信号，便于集成化

  但是各级静态工作点会互相影响——基极和集电极电位会随着级数增加而上升；并且存在零点漂移

  改进方法：

  1. 在后级的射极接入电阻，提高后级基极电位，但是会导致第二级的放大倍数下降
  2. 在后级的射极接入稳压二极管并上拉电阻（启动电阻）到Vcc，可以使后级的放大倍数损失减小，但是会导致集电极电压的变化范围减小
  3. 在前级和后级之间使用反接的稳压二极管耦合，并在后级的基极接入下拉电阻到地，可以做到不损失放大倍数，但是稳压管噪声较大，会对输出信号造成影响
  4. 混合使用NPN管和PNP管（对管）直接耦合，可以较完美地实现需求，实际经常使用的电路就是这种

• 阻容耦合

  在前级和后级之间使用电容进行耦合

  静态工作点相互独立，在分立元件电路中广泛使用；但集成电路中难以制造大容量电容，不便于集成化

• 变压器耦合

  过去广泛采用的耦合方式，利用变压器的阻抗变换功能，但是难以高频工作，过去经常使用这种方式实现收音机放大电路

• 光电耦合

  使用光耦器件进行前后级耦合，耦合效果好、抗干扰能力强，但是难以做到良好的线性放大

多级放大器动态分析

性能参数

1. 电压放大倍数

   总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积

   $\beta_A=\beta_1\times\beta_2\times\cdots\times\beta_n$

   各级的放大倍数、静态值等可以独立计算

2. 输入电阻、输出电阻等同于从输入端口、输出端口分别看入电路的总电阻

直接耦合放大电路的零点漂移问题

零点漂移：直接耦合时，输入电压为0，但输出电压离开零点，并缓慢地发生不规则变化的现象

原因：放大器件的参数受温度影响而使Q点不稳定，所以零点漂移也称为温度漂移

多级放大器会使零点漂移更加严重

抑制零点漂移的方法：

1. 引入直流负反馈
2. 利用热敏元件补偿放大器零漂
3. 使用差分放大电路，放大差分信号（只有这种方法可以达到完美抑制零点漂移）

差分放大电路

核心思想：构造电压源补偿由于零点漂移带来的电压不稳定

差分放大电路也称为差动放大电路，电路以两只并联的三极管集电极电位差为输出，以共模或差模信号为输入，其中共模信号会被直接忽略，由于零点漂移造成的信号也是一种共模信号，所以会被去除

差分放大电路中构造了两个“虚地”——负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变，相当于“接地”；对管射极相连节点的电位由于差分信号而不变，构造了另一个“接地点”

差分放大器具有四种接法

• 双入双出
• 双入单出
• 单入双出
• 单入单出

单端情况下还是具有一定的共模抑制比，但是不如双端效果好

差模电压放大倍数、共模电压放大倍数与单端输入或双端输入无关，只与输出方式有关

双端输出时，共模电压放大倍数$A_{VC}=0$

差模输入电阻始终是基本放大电路的两倍

输出电阻双端输出时为$2R_C$，单端输出时为$R_C$

双端输出时共模抑制比KCMR可认为等于无穷大，单端输出时为有限值

可搭配恒流源电路构造改进的差分放大电路

互补放大电路

基本要求：输出电阻低、最大不失真输出电压尽可能大

使用NPN、PNP对管采用图腾柱连接，实现推挽输出，一个三极管放大正半周信号，另一个放大负半周信号；但这种方案存在交越失真

解决方案如下：

1. 使用两个二极管钳位输入，并使用射极-基极并联电阻给三极管提供静态电压
2. 使用压敏电阻、NPN-PNP对管、构建UBE倍增电路等方式为对管提供静态电压
3. 使用复合管结构，增大对管电流放大倍数，减小前级驱动电流

赏

我本想大声斥责，但奈何给的太多了

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