多級放大電路分析

摘 要 在電子電路中，輸入信號通常很微弱，由于單級放大電路的放大倍數(shù)較低，僅靠單級放大電路常常不能滿足實(shí)際需要，因此常把兩級或兩級以上的單級放大電路連接起來，組成多級放大電路。文章闡述了多級放大電路幾種常用的耦合方式，并對多級放大電路的放大倍數(shù)與通頻帶的關(guān)系進(jìn)行了分析。多級放大電路的級數(shù)越多，放大倍數(shù)越大，而通頻帶越窄，因此在多級放大電路中應(yīng)兼顧放大倍數(shù)和通頻帶，避免顧此失彼。

關(guān)鍵詞 多級放大電路；耦合方式；放大倍數(shù)；通頻帶

中圖分類號：TN72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0107-02

在電子電路中，輸入信號通常很微弱，由于單級放大電路的放大倍數(shù)較低，僅靠單級放大電路常常不能滿足實(shí)際需要，因此常把兩級或兩級以上的單級放大電路連接起來，組成多級放大電路。多級放大電路有多種耦合方式，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，只有弄清它們的特點(diǎn)，才能在實(shí)際中根據(jù)需要靈活運(yùn)用。另外，在多級放大電路中，級數(shù)越多，其電壓增益越大，但其通頻帶越窄，因此，在多級放大電路中應(yīng)兼顧放大倍數(shù)和通頻帶，才有實(shí)際意義。

1 多級放大電路的耦合方式

構(gòu)成多級放大電路時(shí)，根據(jù)不同的需要，常用的耦合方式有三種：阻容耦合、直接耦合和變壓器耦合[1]。

1.1 阻容耦合

阻容耦合是指通過電容和電阻把前級輸出接到下一級輸入的連接方式。阻容耦合兩級放大電路如圖1所示。

圖1 阻容耦合兩級放大電路

阻容耦合的優(yōu)點(diǎn)：由于耦合電容“隔直”的作用，各級靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，互不影響，[2]而且輸出溫度漂移比較小。

阻容耦合的缺點(diǎn)：當(dāng)信號頻率很低時(shí)，由于耦合電容容抗很大，因此阻容耦合方式不能放大直流信號及緩慢變化的信號，如果信號頻率較低，則需要采用容量較大的電解電容；由于集成電路不能在內(nèi)部構(gòu)成容量較大的電容，因此這種耦合方式不適于集成電路。

1.2 變壓器耦合

變壓器耦合是指通過變壓器把前級輸出接到下一級輸入的連接方式。圖2所示為變壓器耦合兩級放大電路。

變壓器耦合的優(yōu)點(diǎn)：由于變壓器是利用線圈間的電磁感應(yīng)原理工作的，因此各級的靜態(tài)工作點(diǎn)彼此獨(dú)立，互不影響，而且輸出溫度漂移比較小；利用變壓器能變換阻抗的作用，當(dāng)阻抗匹配時(shí)，可以獲得比較大的輸出功率，因此這種耦合方式通常應(yīng)用于功率放大電路。

圖2 變壓器耦合兩級放大電路

變壓器耦合的缺點(diǎn)：變壓器體積大而重，不便于集成；由于變壓器只能變換交流，因此這種耦合方式不能放大直流及變化緩慢的信號。

1.3 直接耦合

直接耦合是指把前一級的輸出端直接接到下一級輸入端的連接方式。圖3所示為直接耦合兩級放大電路。

圖3 直接耦合兩級放大電路

直接耦合的優(yōu)點(diǎn)：可以放大交流信號，還可以放大直流信號和緩慢變化的信號，電路簡單，易于集成[3]。

直接耦合的缺點(diǎn)：各級放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，不利于電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試和維修；輸出存在溫度漂移。

為了避免多級放大電路的缺點(diǎn)，一方面各級放大電路可采用NPN和PNP型管交替使用，同時(shí)在各級放大電路的發(fā)射極用穩(wěn)壓二極管代替射極電阻，來穩(wěn)定各級的靜態(tài)工作點(diǎn)，另一方面在輸入級采用差動(dòng)放大電路，抑制溫度漂移。

2 多級放大電路電壓放大倍數(shù)與通頻帶的關(guān)系

在各種放大電路中，由于耦合電容、旁路電容、三極管的結(jié)電容以及引線的分布電容等電容的容抗會(huì)隨著頻率的變化而變化，因此對于不同頻率但相同幅度的正弦輸入信號，放大電路輸出電壓的幅度和相位都是不同的，電壓放大倍數(shù)與頻率的函數(shù)關(guān)系稱為放大電路的頻率特性，也稱頻率響應(yīng)。

圖4 兩級放大電路的幅頻響應(yīng)

一個(gè)放大器對不同的頻率信號有不同的放大倍數(shù)和相移，使放大器的輸出信號波形不能復(fù)現(xiàn)輸入信號波形，產(chǎn)生失真，稱為頻率失真。實(shí)際應(yīng)用中，為了避免發(fā)生失真，應(yīng)盡量使放大電路的上限頻率高于實(shí)際信號中的最高頻率，下限頻率低于實(shí)際信號中的最低頻率。

圖4所示為兩級和組成兩級放大電路的單級放大電路的幅頻響應(yīng)。從圖4可看出，與單級放大電路相比，兩級放大電路的下限頻率變高，而上限頻率變低，兩級放大電路的通頻帶比單級放大電路的通頻帶窄。

通頻帶是放大電路的一項(xiàng)非常重要的技術(shù)指標(biāo)。通頻帶越寬，表示放大器工作的頻率范圍越寬。在多級放大電路中，有電壓放大倍數(shù)：Au=Au1Au2Au3…，隨著放大電路級數(shù)的增加，其電壓放大倍數(shù)增大，但其通頻帶變窄，放大倍數(shù)與通頻帶是一對矛盾。因此多級放大電路的級數(shù)并不是越多越好。實(shí)際應(yīng)用中，不僅要考慮電壓放大倍數(shù)，還要兼顧電路的通頻帶寬，當(dāng)放大電路的通頻帶不能滿足要求時(shí)，只放大部分信號的幅度是沒有意義的。

只有弄清幾種耦合方式的特點(diǎn)及多級放大電路的放大倍數(shù)與通頻帶的關(guān)系，才能在實(shí)際中根據(jù)需要靈活運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)

[1]李仁華，馮赟.電子技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2010：45.

[2]蘇士美.模擬電子技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2007：63.

[3]黃冬梅.電子技術(shù)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2011：40.

作者簡介

李新（1966-），女，河南社旗人，高級講師，碩士學(xué)位，研究方向：電工電子。endprint