电路设计从入门到弃坑4【多级放大电路】

基本放大电路可以应付常用的情景，但是在需要微小信号放大（要求Au>=5000）、大输入阻抗、小输出阻抗、极宽通频带的时候，就难以应付了，因此引入了多级放大电路，通过组合多个单极放大电路的方式改进放大电路的参数特性。

多级放大电路的耦合方式

耦合：两个功能相关但拓扑不同电路之间连接的方式

多级放大电路常采用以下的耦合方式

直接耦合

两级放大电路的输入输出直接通过导线级联

优点：能够放大低频/高频信号，便于集成化

缺点：会产生零点漂移，且信号失真部分会逐级放大

零点漂移指的是由于前后级电路相互影响，尤其是共射放大电路接在c极上电阻Rc作用下，后级电路Q点电势被抬高，以至于输入为0时，输出产生变化的现象

输入信号越微小，零点漂移越严重，前级由于温度变化引起的电流、电势变化会逐级放大以至于输出失真

面对这种情况，可以考虑在e极和地之间接入稳压管，并在Vcc和e极之间跨接上拉电阻，这样就能通过稳压二极管的负反馈抑制零点漂移

采用基本放大电路的温度改进版拓扑也是一种抑制零点漂移的方法

此外，直接耦合非常不适合两个NPN管级联使用——后级电路c极电势会被前级电路的c极抬升，级联越多，抬升越明显，最后甚至会接近电源电压，这样三极管就无法实现放大作用了。而PNP、NPN管混合级联就可以相对应避免这种情况

在之后还会介绍使用PNP、NPN管共同构建的准互补OCL电路，该电路具有较好的放大性能，使用的就是类似直接耦合的思想

零点漂移现象的详细解释

【待补全】

阻容耦合

在前后级之间接入大电容，就可以将前后级隔离开

这种思路简单粗暴，称为阻容耦合

并且由于前后级隔离、直流通路和交流通路隔离，整个电路的零点漂移被完美抑制！Q点相互独立，也很方便调参

但是由于级联中使用的耦合电容往往容量在1uF以上，甚至某些低频信号需要使用法拉电容进行耦合，因此不适合集成化。往往能在高端功放中看到阻容耦合的放大器，它们一般会使用很大的电容来获取好的低频特性，因此造价不菲。

优点：Q点相互独立，能有效抑制零点漂移

缺点：不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化

变压器耦合

变压器体积巨大，听名字就知道这个耦合方法不适合集成电路

但是这种耦合方法常见于各种开关电源——使用变压器耦合-反馈并存的特性在输出的同时获得反馈对开关信号进行调制。高频情况下变压器的功率特性比较接近理想变压器，这种耦合方式的功率特性也不错

然而并不能用于集成电路——甚至一般的低频分立元件放大器也很少使用

光电耦合

使用光耦进行电信号耦合

特点就是频率特性差但是能够做到前后级绝对隔离

常用于两个不同电压域之间的信号传输

多级放大电路理论分析方法

多级放大电路实际上就是基本放大电路的简单组合，只要掌握了基本放大电路的分析流程，多级放大电路最多就是乘乘除除

直流通路分析

1. 静态工作点

   对于直接耦合的电路，需要从输入开始依次计算三极管的静态工作点，并在前级c极电压的基础上计算后一级的静态工作点，因为每个三极管的静态工作点都会由于直接耦合而累加起来；对于阻容耦合的电路，分别计算所有直流通路的静态工作点即可

2. 带载能力

   多级放大电路的带载能力由供电电源功率决定，需要结合交流通路中的负载和电源能提供的最大功率计算

交流通路分析

1. 电压放大倍数
   $$
   A_u=\frac{u_o}{u_i}=\prod_{j=1}^{n}A_{u_j}
   $$
   就是各级放大电路电压增益之积

2. 输入阻抗

   等于第一级放大电路的输入阻抗

3. 输出阻抗

   等于最后一级放大电路的输出阻抗

显然，输入阻抗大、输出阻抗小、放大倍数大、最大不失真输出电压大、通频带大

满足以上要求的放大器就是优秀的放大器了

小结论

• 在前级均未出现失真的情况下，多级放大电路的最大不失真电压等于输出级的最大不失真电压
• 放大电路的总体特性需要根据采用的放大电路具体分析

多级放大电路实际分析方法

现在的放大电路常常以集成运放的形式出现，集成运放相关内容会在之后的博文涉及，因此这里不赘述。厂商往往会为自家的集成运放配备计算工具、datasheet、辅助脚本乃至仿真器等工具，只要将相关参数输入计算工具，就可以轻松得到要选用的电路元件参数和放大电路特性。

而在设计集成运放时，会使用PSpice等仿真软件，直接根据晶体管特性仿真得到电路的相关参数，它们往往依赖VHDL、hspice等模拟集成电路设计工具。

设计电路和分析电路时需要结合理论分析和工具仿真来得到可信结果

赏

我本想大声斥责，但奈何给的太多了

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