(04730)半导体器件之基本放大器工作原理（三）

本文主要阐述多级与差动放大器

为使输入的微弱信号进行放大后能获得足够的输出功率去推动负载运行，往往要采用所谓的多级放大电路，信号逐级通过放大，直至得到输出信号。这就必须考虑放大电路级与级之间的信号传递方法，或者称为耦合方式。常用的级间耦合有电容耦合、变压器耦合和直接耦合三种方式，分别如图2.3.1、图2.3.2及图2.3.3所示。

电容耦合方式多用于交流信号放大电路；变压器耦合方式一般用于功率放大电路；本节重点讨论直接耦合多级放大电路，这种方式经常用于交、直流放大电路或中、大规模集成电路中。

直接耦合多级放大电路的特点及存在的问题

直接耦合多级放大电路的特点

在前面讨论的共射放大电路中，输人、输出端都有一个隔断直流的耦合电容，对输入频率较低的信号会使传输效率变差，对缓慢变化的信号（也称直流信号）则完全隔断不能通过。在实际使用中，往往需要对一些缓慢变化的信号（如温度变化、压力变化的电信号等）进行放大，直接耦合多级放大电路就是针对这种变化缓慢的电信号进行放大的电路，前级输出信号通过导线直接接到后级的输人端，既可放大直流信号，也可放大交流信号。

直接耦合方式存在的问题

由于各级放大电路级间直接用导线连接，信号的传递效率很高，但会出现两个特别明显的问题。

(1)各级静态工作点相互影响

在图2.3.4中，第一级电路的集电极输出端与第二级电路的基极直接相连，RC1既为T1管的集电极负载，又是T2管的基极偏置电阻，静态工作点的调整会相互影响，严重时造成电路无法正常工作，又因为VC1=VB2=UBE2≈0.7V,可见T1管的UCE1=VC1≈0.7V,造成T1管的静态工作点接近饱和区，动态范围变窄，造成输出信号的严重失真。

为解决这一问题，可采用图2.3.5所示的电路，在T2管的发射极中串接发射极电阻RE2使后级的发射极电位提高，从而使T1管的集电极电位也得到提高，使T1管有合适的静态工作点，但RE2的接人又使第二

级的电压放大倍数减少。

图2.3.6所示电路，用稳压管Dz代替RE2也可达到提高后级发射极电位的目的，由于稳压管Dz的动态电阻很小，对T2级的电压放大倍数影响不大，但放大电路的级数较多时，可能会带来其他问题。

(2)零点漂移现象

在静态工作，即没有输人信号作用时，放大器输出端出现一个变化不定偏离原来电位的输出信号，这种现象称为零点漂移，简称零漂。产生零漂的原因主要有：电源电压波动、晶体三极管参数的变化、温度变化等。其中主要是温度变化引起零漂最为严重，电容耦合电路中由于输出端电容的隔直功能，零点漂移在输出端不会产生影响。而在直接耦合放大电路中，零漂信号经逐级放大后，将干扰正常信号的运行，尤其是多级直接耦合放大电路的最前级对放大器的影响最为严重，使放大电路无法稳定工作。

对于要求较低的放大器，可采用温度补偿方法抑制零漂；而在电路结构上，采用差动放

大电路是目前应用最为广泛的能有效抑制零漂的方法。

直接耦合多级放大电路的动态分析

电压放大倍数

多级放大电路接收的信号是逐级串联连续放大的，总的电压放大倍数是各级放大倍数的乘积，写成：

计算各级放大电路的电压放大倍数时，需注意的是后级电路视为相邻前级电路所带的负载；前级电路视为相邻后级电路的信号源。

2.输入电阻

把多级放大电路等效成一个放大器，从该放大器的输入端看进去的等效电阻即为输入电阻Ri,Ri的大小只取决于第一级放大电路的结构和电路参数。

3.输出电阻

把多级放大电路等效成一个放大器，从该放大器的输出端看进去的等效电阻即为输出电阻Ro,Ro的大小只取决于最末级放大电路的结构和电路参数。

差动放大器的基本结构和工作原理

基本结构

图2.3.9所示电路中晶体三极管T1、T2特性相同，电路结构对称，所选电阻参数大小一样，组成基本差动放大器。输入信号由两个三极管的基极对地引人，输出信号由两个三极管的集电极之间取出。

工作原理

零点漂移的抑制

静态时ui1=ui2=0，并且

当温度变化时，列入温度升高时，两个三极管的集电极电流IC1、IC2都会产生相同的变化量

可见，电路在静态或者温度变化时，由于差动放大电路结构对称的特点，输出电压等于零，电路有很好的抑制零漂的作用。

信号输入

①共模信号输入

将大小相等、极性相同的两个输入信号称为共模信号，如图2.3.10所示。共模信号输入相当于零漂的影响。

当uic变化时，两个三极管的参数均同方向变化，输出电压仍为零，共模信号电压放大倍数。

上式说明基本差动放大电路对共模信号无放大作用，即零漂被抑制。

②差模信号输入

将大小相等、极性相反的两个输人信号称为差模信号，如图2.3.11所示。

输入端采用分压电路，将输入信号uid分成一对差模信号，分别送到两个三极管的输人端，差动电路能对差模信号进行有效的放大。

差模信号电压放大倍数

差动放大器的其他几种输入与输出方式

由图2.3.9可知差动放大器有两个输人端，两个输出端。因此差动电路可根据不同需要进行双端输人或单端输入（从一端对地输入信号)；输出信号也可以双端输出或单端输出(从任一晶体管集电极对地输出)，使用十分方便，常见差动放大器有四种接法。

1.双端输入一双端输出

图2.3.9所示电路，信号分别从三极管的基极对地输入，输出信号从两个三极管的集电极之间取出，其差模电压放大倍数Aud相当于一个三极管组成电路的放大倍数，抑制零漂的能力很好。

2.双端输入一单端输出

如图2.3.12所示，信号分别从三极管的基极对地输入，输出分别从三极管的集电极对地之间取出差模信号。差模电压放大倍数Aud为双端输出时的一半。T1管的输出电压uo1与输入电压相位相反，而T2管的

输出电压uo2与输人电压相位相同，这种工作方式输出端会出现零漂现象，必须采取负反馈（见2.4节)

措施（在两个三极管的发射极加个大电阻和反向的VCC直流源），保证差动电路的正常运行。

感觉书上的这个图画的难以让人理解，我的理解是这里的单端输出，并不是uo1与uo2同时并存的。

可以尝试着自己推一下

3.单端输入一双端输出

如图2.3.13所示，信号从一个三极管的基极对地引入输入信号，由于发射极电阻RE的射极耦合作用，会使两个三极管得到一对差模信号，工作状态与双入一双出工作方式完全相同。

4.单端输入一单端输出

如图2.3.14所示，信号从一个三极管的基极对地引人输入信号，另一个三极管的基极接地，如输出信号从T1管的集电极对地取出，则输出信号与输入信号反相位变化；如从T2管的集电极对地取出信号时，则输出信号与输入信号会同相位变化。

综上所述，电路的差模放大倍数只取决于信号输出方式，而与输入方式无关。双端输出时，差模放大倍数与单管放大倍数相同；单端输出时，差模放大倍数为单管放大倍数的一半。双端输出抑制零漂和抗共模干扰的能力比单端输出要好。