2.8　多級(jí)放大電路

在很多情況下，放大電路的輸入信號(hào)都十分微弱，一般為毫伏或微伏級(jí)。而單管放大電路的電壓放大倍數(shù)一般只能達(dá)到幾十倍，其他技術(shù)指標(biāo)也難以滿足實(shí)用的要求。因此，為推動(dòng)負(fù)載工作，必須將若干個(gè)單管放大電路連接起來，組成多級(jí)放大電路，由多級(jí)放大電路對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行連續(xù)放大，方可在輸出端獲得必要的電壓幅值或足夠的功率。

2.8.1　多級(jí)放大電路的組成

在多級(jí)放大電路中，其級(jí)與級(jí)之間信號(hào)傳遞的電路連接方式稱為耦合。常用的耦合方式有阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合以及光電耦合等形式。各種耦合各具特點(diǎn)，但不論何種耦合方式，其總的電壓放大倍數(shù)的計(jì)算方法規(guī)則相同，而輸入電阻和輸出電阻的分析計(jì)算與單管放大電路相同。

1.直接耦合

放大電路中把前級(jí)的輸出端直接或通過電阻接到下級(jí)的輸入端，這種連接方式稱為直接耦合。直接耦合方式的優(yōu)點(diǎn)是：既能放大交流信號(hào)，也能放大緩慢變化信號(hào)和直流信號(hào)，并且便于集成化。實(shí)際的集成運(yùn)算放大電路，一般都是直接耦合多級(jí)放大電路。缺點(diǎn)是：直接耦合使前后級(jí)之間存在著直流通路，造成各級(jí)工作點(diǎn)互相影響，不能獨(dú)立，使多級(jí)放大電路的分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試工作比較麻煩。

注意

直接耦合放大電路最突出的問題是零點(diǎn)漂移問題。將直接耦合放大電路的輸入端對(duì)地短路，即當(dāng)輸入電壓恒為零時(shí)，出現(xiàn)輸出電壓不等于零的情況，這種現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移（簡稱“零漂”），有時(shí)候又稱為溫度漂移（簡稱“溫漂”）。

如果漂移的電壓很大，可能將有用的信號(hào)“淹沒”，使我們無法分辨輸出端的電壓究竟是有用信號(hào)還是漂移電壓，造成嚴(yán)重的混淆，使放大電路不能正常工作，這是我們所不希望的。所以零點(diǎn)漂移也是直接耦合放大電路的主要缺點(diǎn)。

2.變壓器耦合

放大電路中通過變壓器連接前后級(jí)的方式稱為變壓器耦合。變壓器不僅能夠傳送交流信號(hào)，而且還具有阻抗變換的作用。其主要優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換，而且各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互相獨(dú)立。這種耦合方式的缺點(diǎn)是使用變壓器比較笨重，更無法集成化，而且也不能放大緩慢變化信號(hào)和直流信號(hào)。目前一般較少使用變壓器耦合方式。

3.阻容耦合

放大電路中兩級(jí)之間通過電阻和電容相連接，稱為阻容耦合放大電路。阻容耦合方式的優(yōu)點(diǎn)是前后級(jí)之間沒有直流通路。由于前后級(jí)之間通過電容相連，所以各級(jí)的直流電路互不相通，每一級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)都是相互獨(dú)立的，互不影響，這樣就給分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來了很大的方便。而且，只要耦合電容選得足夠大，就可以做到前一級(jí)的輸出信號(hào)在一定的頻率范圍內(nèi)幾乎不衰減地加到后一級(jí)的輸入端上去，使信號(hào)得到了充分的利用。

提示

阻容耦合具有很大的局限性。首先，它不適合于傳送緩慢變化的信號(hào)，因?yàn)檫@一類信號(hào)在通過耦合電容加到下一級(jí)時(shí)，將受到很大的衰減。至于直流成分的變化，則根本不能通過電容。其次，在集成電路中，要想制造大容量的電容是很困難的，因而這種耦合方式在線性集成電路中無法采用。

4.光電耦合

兩級(jí)放大電路之間通過采用光電耦合器相連接，稱為光電耦合放大電路。光電耦合器以光為媒介實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳輸，輸出端和輸入端之間在電氣上是絕緣的，因此光電耦合方式的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性能好、能隔噪聲、響應(yīng)快和壽命長。光電耦合器用作線性傳輸時(shí)失真小、工作頻率高；用作開關(guān)時(shí)，無機(jī)械觸點(diǎn)疲勞，具有很高的可靠性；它還能實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換、電信號(hào)電氣隔離等功能。因此，光電耦合器在電子技術(shù)等應(yīng)用領(lǐng)域中已得到了廣泛的應(yīng)用。

2.8.2　多級(jí)放大電路的分析計(jì)算

現(xiàn)以圖2.31所示的兩級(jí)阻容耦合共射放大電路為例進(jìn)行分析討論。由圖可知，多級(jí)放大電路還是以單級(jí)放大電路為基礎(chǔ)組成的，由于采用阻容耦合，因此各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)各自獨(dú)立，相互不受影響，而交流信號(hào)可直接傳遞。下面分析多級(jí)放大電路的性能指標(biāo)。

1.電壓放大倍數(shù)

在多級(jí)放大電路中，不論何種耦合方式和何種組態(tài)電路，由于各級(jí)是互相串聯(lián)起來的，從交流參數(shù)來看，前一級(jí)的輸出信號(hào)就是后一級(jí)的輸入信號(hào)，而后一級(jí)的輸入電阻即為前級(jí)的交流負(fù)載，所以多級(jí)放大電路總的電壓放大倍數(shù)等于各級(jí)電壓放大倍數(shù)的乘積，即

　?。?.44）

其中，n為多級(jí)放大電路的級(jí)數(shù)。

但是，在分別計(jì)算每一級(jí)的電壓放大倍數(shù)時(shí)，必須考慮前后級(jí)之間的相互影響。例如，可把后一級(jí)的輸入電阻看做為前一級(jí)的負(fù)載電阻。

2.輸入電阻和輸出電阻

一般說來，多級(jí)放大電路的輸入電阻就是輸入級(jí)的輸入電阻；而多級(jí)放大電路的輸出電阻就是輸出級(jí)的輸出電阻。在具體計(jì)算輸入電阻或輸出電阻時(shí)，有時(shí)它們不僅僅決定于本級(jí)的參數(shù)，也與后級(jí)或前級(jí)的參數(shù)有關(guān)。例如，射極輸出器作為輸入級(jí)時(shí)，它的輸入電阻與本級(jí)的負(fù)載電阻（即后一級(jí)的輸入電阻）有關(guān)。而射極輸出器作為輸出級(jí)時(shí)，它的輸出電阻又與信號(hào)源內(nèi)阻（即前一級(jí)的輸出電阻）有關(guān)。在選擇多級(jí)放大電路的輸入級(jí)和輸出級(jí)的電路形式和參數(shù)時(shí)，常常主要考慮實(shí)際工作對(duì)輸入電阻和輸出電阻的要求，而把放大倍數(shù)的要求放在次要地位，至于放大倍數(shù)可主要由中間各放大級(jí)來提供。

【例2.7】　求圖2.31所示兩級(jí)阻容耦合放大電路的放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。已知電路參數(shù)RB1=81kΩ，RB2=27kΩ，RB3=20kΩ，RB4=10kΩ，RC1=10kΩ，RC2=RE1=RE2=3kΩ，RL=3kΩ，VCC=12V，三極管的β=50，rbe=1kΩ。

解：

請(qǐng)用實(shí)驗(yàn)來測試圖2.31所示電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)（或用Multisim軟件仿真）。

思考題

1.多級(jí)放大電路耦合方式有幾種？各有什么特點(diǎn)？

2.直接耦合放大電路存在什么問題？應(yīng)如何解決？

3.如何計(jì)算多級(jí)放大電路的性能指標(biāo)？