多級(jí)放大電路分析

摘 要 在電子電路中，輸入信號(hào)通常很微弱，由于單級(jí)放大電路的放大倍數(shù)較低，僅靠單級(jí)放大電路常常不能滿足實(shí)際需要，因此常把兩級(jí)或兩級(jí)以上的單級(jí)放大電路連接起來，組成多級(jí)放大電路。文章闡述了多級(jí)放大電路幾種常用的耦合方式，并對(duì)多級(jí)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(jí)放大電路的級(jí)數(shù)越多，放大倍數(shù)越大，而通頻帶越窄，因此在多級(jí)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(jí)放大電路；耦合方式；放大倍數(shù)；通頻帶

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

在電子電路中，輸入信號(hào)通常很微弱，由于單級(jí)放大電路的放大倍數(shù)較低，僅靠單級(jí)放大電路常常不能滿足實(shí)際需要，因此常把兩級(jí)或兩級(jí)以上的單級(jí)放大電路連接起來，組成多級(jí)放大電路。多級(jí)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(jí)放大電路中，級(jí)數(shù)越多，其電壓增益越大，但其通頻帶越窄，因此，在多級(jí)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(jí)放大電路的耦合方式

構(gòu)成多級(jí)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(jí)輸出接到下一級(jí)輸入的連接方式。阻容耦合兩級(jí)放大電路如圖1所示。

圖1 阻容耦合兩級(jí)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(jí)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(hào)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(hào)及緩慢變化的信號(hào)，如果信號(hào)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(jí)輸出接到下一級(jí)輸入的連接方式。圖2所示為變壓器耦合兩級(jí)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(jí)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(jí)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(hào)。

1.3 直接耦合

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

圖3 直接耦合兩級(jí)放大電路

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

直接耦合的缺點(diǎn)：各級(jí)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(jí)放大電路的缺點(diǎn)，一方面各級(jí)放大電路可采用NPN和PNP型管交替使用，同時(shí)在各級(jí)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(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)，另一方面在輸入級(jí)采用差動(dòng)放大電路，抑制溫度漂移。

2 多級(jí)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(duì)于不同頻率但相同幅度的正弦輸入信號(hào)，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(jí)放大電路的幅頻響應(yīng)

一個(gè)放大器對(duì)不同的頻率信號(hào)有不同的放大倍數(shù)和相移，使放大器的輸出信號(hào)波形不能復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)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(hào)中的最高頻率，下限頻率低于實(shí)際信號(hào)中的最低頻率。

圖4所示為兩級(jí)和組成兩級(jí)放大電路的單級(jí)放大電路的幅頻響應(yīng)。從圖4可看出，與單級(jí)放大電路相比，兩級(jí)放大電路的下限頻率變高，而上限頻率變低，兩級(jí)放大電路的通頻帶比單級(jí)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(jí)放大電路中，有電壓放大倍數(shù)：Au=Au1Au2Au3…，隨著放大電路級(jí)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(duì)矛盾。因此多級(jí)放大電路的級(jí)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(hào)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(jí)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(guó)輕工業(yè)出版社，2011：40.

作者簡(jiǎn)介

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