6.6 多级放大电路

 

6.6  多级放大电路

6.6.1  多级放大电路静态分析

在实际的电子设备中，为了得到足够大的增益或者考虑到输入电阻和输出电阻等特殊要求，放大器往往由多级组成。多级放大器由输入级、中间级和输出级组成。如图6-28所示，输出级一般是大信号放大器，这里只讨论由输入级到中间级组成的多级小信号放大器。

图6-28  多级放大器的组成框图

1．级间耦合方式

在多级放大器中，要求前级的输出信号通过耦合不失真地传送到后级的输入端。常用的耦合方式有阻容耦合、直接耦合、变压器耦合。下面分别介绍。

（1）阻容耦合。阻容耦合就是利用电容作为耦合和隔直流元件的电路，如图6-29所示。第一级的输出信号通过电容C₂和第二级的输入电阻r_i2加到第二级的输入端。

阻容耦合的优点是：前后级直流通路彼此隔开，每一级的静态工作点都相互独立，便于分析、设计和应用。缺点是：信号在通过耦合电容加到下一级时会大幅度衰减。在集成电路里制造大电容很困难，所以阻容耦合只适用于分立元件电路。

（2）直接耦合。直接耦合是将前后级直接相连的一种耦合方式。但是，两个基本放大电路不能像图6-30那样简单地连接在一起。如果按图6-30那样连接，V₁管集电极电位被V₂管基极限制在0.7V左右（设V₂为硅管），导致V₁处于临界饱和状态；同时，V₂基极电流由和流过的电流决定，因此V₂的工作点将发生变化，容易导致V₂饱和。通过上述分析，在采用直接耦合方式时，必须解决级间电平配置和工作点漂移两个问题，以保证各级各自有合适的稳定的静态工作点。

 

图6-29  阻容耦合放大电路                           图6-30  直接耦合

图6-31给出了两个直接耦合的例子。图6-31（a）中，由于提高了V₂发射极电位，保证了V₁的集电极得到较高的静态电位。所以V₁不致于工作在饱和区。图6-31（b）中，用负电源U_BB既降低了V₂，基极电位，又与R₁、R₂配合，使V₁集电极得到较高的静态电位。

（a）                                      （b）

图6-31  直接耦合方式实例

直接耦合的优点是：电路中没有大电容和变压器，能放大缓慢变化的信号，它在集成电路中得到广泛的应用。它的缺点是：前、后级直流电路相通，静态工作点相互牵制、相互影响，不利于分析和设计。

（3）变压器耦合。变压器耦合是用变压器将前级的输出端与后级的输入端连接起来的方式，如图6-32所示。

图6-32  变压器耦合放大电路

图6-32中，V₁输出的信号通过变压器T₁加到V₂基极和发射极之间。V₂输出的信号通过变压器T₂耦合到负载R_L上。、、和、、分别为V₁和V₂确定静态工作点。

变压器耦合的优点是：各级直流通路相互独立，变压器通过磁路，把初级绕组的交流信号传到次级绕组，直流电压或电流无法通过变压器传给次级。变压器在传递信号同时，能实现阻抗变换。变压器耦合的缺点是：体积大，不能实现集成化，此外，由于频率特性比较差，一般只应用于低频功率放大和中频调谐放大电路中。

2．共电耦合

在多级放大器中，各级由同一直流电源供电，如图6-33（a）所示，图中R是直流电源的交流内阻。其交流通路如图6-33（b）所示。由图6-33（b）可见，输出信号电压U_o在R上产生的压降将被耦合到V₁和V₂管的输入端。这种通过直流电源内阻将信号经输出端向各级输入端的传送称为共电耦合。

（a）                                 （b）

图6-33  共电耦合放大电路

如果传送到某一级输入端的电压与输入信号源在该级输入端产生的电压有相同的极性，那么该级的合成输入电压便增大，使放大器输出电压U_o增大，而增大了的输出电压通过共电耦合加到后级输入端的电压也增大，使U_o进一步增大，如此循环下去将产生振荡。这样，就破坏了放大器对信号的正常放大作用。

6.6.2  多级放大电路动态分析

1．电压放大倍数

                                                         （6.6.1）

由于则上式可写成

                            （6.6.2）

加以推广到n级放大器

                                    （6.6.3）

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，而输出电阻就是输出级的输出电阻。由于多级放大电路的放大倍数为各级放大倍数的乘积，所以在设计多级放大电路的输入级和输出级时，主要考虑输入电阻和输出电阻的要求，而放大倍数的要求由中间级完成。

具体计算输入电阻和输出电阻时，可直接利用已有的公式。但要注意，有的电路形式要考虑后级对输入级电阻的影响和前一级对输出电阻的影响。

下面以一个例子来说明多级放大电路动态参数的计算。

【例6-5】 如图6-34所示电路为三级放大电路。已知：，，，，，，，，，，，，。

三极管的电流放大倍数均为β=50。试求电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。

解：图示放大电路，第一级是射极输出器，第二、三级都是具有电流反馈的工作点稳定电路，均是阻容耦合，所以各级静态工作点均可单独计算。

（1）各级静态工作点。第一级

                           

                           

                           

图6-34  三级阻容耦合放大电路

第二级

                           

                           

                           

                           

第三级

                           

                           

                           

                           

（2）动态分析。

电压放大倍数             

第一级是射极输出级， 其电压放大倍数

                           

第二级

                           

                           

                           

                           

                           

                           

第三级

                           

                           

                           

                           

输入电阻即为第一级输入电阻。

                           

                           

                           

                           

                           

输出电阻即为第三级的输出电阻。