多级放大电路分析

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来源：《硅谷》2014年第07期

        摘 要 在电子电路中，输入信号通常很微弱，由于单级放大电路的放大倍数较低，仅靠单级放大电路常常不能满足实际需要，因此常把两级或两级以上的单级放大电路连接起来，组成多级放大电路。文章阐述了多级放大电路几种常用的耦合方式，并对多级放大电路的放大倍数与通频带的关系进行了分析。多级放大电路的级数越多，放大倍数越大，而通频带越窄，因此在多级放大电路中应兼顾放大倍数和通频带，避免顾此失彼。

        关键词 多级放大电路；耦合方式；放大倍数；通频带

        中图分类号：TN72 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）07-0107-02

        在电子电路中，输入信号通常很微弱，由于单级放大电路的放大倍数较低，仅靠单级放大电路常常不能满足实际需要，因此常把两级或两级以上的单级放大电路连接起来，组成多级放大电路。多级放大电路有多种耦合方式，它们各有优缺点，只有弄清它们的特点，才能在实际中根据需要灵活运用。另外，在多级放大电路中，级数越多，其电压增益越大，但其通频带越窄，因此，在多级放大电路中应兼顾放大倍数和通频带，才有实际意义。

        1 多级放大电路的耦合方式

        构成多级放大电路时，根据不同的需要，常用的耦合方式有三种：阻容耦合、直接耦合和变压器耦合[1]。

        1.1 阻容耦合

        阻容耦合是指通过电容和电阻把前级输出接到下一级输入的连接方式。阻容耦合两级放大电路如图1所示。

        图1 阻容耦合两级放大电路

        阻容耦合的优点：由于耦合电容“隔直”的作用，各级静态工作点相互，互不影响，[2]而且输出温度漂移比较小。

        阻容耦合的缺点：当信号频率很低时，由于耦合电容容抗很大，因此阻容耦合方式不能放大直流信号及缓慢变化的信号，如果信号频率较低，则需要采用容量较大的电解电容；由于集成电路不能在内部构成容量较大的电容，因此这种耦合方式不适于集成电路。

        1.2 变压器耦合

        变压器耦合是指通过变压器把前级输出接到下一级输入的连接方式。图2所示为变压器耦合两级放大电路。

        变压器耦合的优点：由于变压器是利用线圈间的电磁感应原理工作的，因此各级的静态工作点彼此，互不影响，而且输出温度漂移比较小；利用变压器能变换阻抗的作用，当阻抗匹配时，可以获得比较大的输出功率，因此这种耦合方式通常应用于功率放大电路。

        图2 变压器耦合两级放大电路

        变压器耦合的缺点：变压器体积大而重，不便于集成；由于变压器只能变换交流，因此这种耦合方式不能放大直流及变化缓慢的信号。

        1.3 直接耦合

        直接耦合是指把前一级的输出端直接接到下一级输入端的连接方式。图3所示为直接耦合两级放大电路。

        图3 直接耦合两级放大电路

        直接耦合的优点：可以放大交流信号，还可以放大直流信号和缓慢变化的信号，电路简单，易于集成[3]。

        直接耦合的缺点：各级放大电路的静态工作点相互影响，不利于电路的设计、调试和维修；输出存在温度漂移。

        为了避免多级放大电路的缺点，一方面各级放大电路可采用NPN和PNP型管交替使用，同时在各级放大电路的发射极用稳压二极管代替射极电阻，来稳定各级的静态工作点，另一方面在输入级采用差动放大电路，抑制温度漂移。

        2 多级放大电路电压放大倍数与通频带的关系

        在各种放大电路中，由于耦合电容、旁路电容、三极管的结电容以及引线的分布电容等电容的容抗会随着频率的变化而变化，因此对于不同频率但相同幅度的正弦输入信号，放大电路输出电压的幅度和相位都是不同的，电压放大倍数与频率的函数关系称为放大电路的频率特性，也称频率响应。

        图4 两级放大电路的幅频响应

        一个放大器对不同的频率信号有不同的放大倍数和相移，使放大器的输出信号波形不能复现输入信号波形，产生失真，称为频率失真。实际应用中，为了避免发生失真，应尽量使放大电路的上限频率高于实际信号中的最高频率，下限频率低于实际信号中的最低频率。

        图4所示为两级和组成两级放大电路的单级放大电路的幅频响应。从图4可看出，与单级放大电路相比，两级放大电路的下限频率变高，而上限频率变低，两级放大电路的通频带比单级放大电路的通频带窄。

        通频带是放大电路的一项非常重要的技术指标。通频带越宽，表示放大器工作的频率范围越宽。在多级放大电路中，有电压放大倍数：Au=Au1Au2Au3…，随着放大电路级数的增加，其电压放大倍数增大，但其通频带变窄，放大倍数与通频带是一对矛盾。因此多级放大电路的级数并不是越多越好。实际应用中，不仅要考虑电压放大倍数，还要兼顾电路的通频带宽，当放大电路的通频带不能满足要求时，只放大部分信号的幅度是没有意义的。

        只有弄清几种耦合方式的特点及多级放大电路的放大倍数与通频带的关系，才能在实际中根据需要灵活运用。

        参考文献

        [1]李仁华，冯赟.电子技术[M].北京：北京理工大学出版社，2010：45.

        [2]苏士美.模拟电子技术[M].北京：人民邮电出版社，2007：63.

        [3]黄冬梅.电子技术[M].北京：中国轻工业出版社，2011：40.

        作者简介

        李新（1966-），女，河南社旗人，高级讲师，硕士学位，研究方向：电工电子。