兩級直接耦合放大電路的調(diào)試

1、摘 要直接耦合是級與級連接方式中最簡單的，就是將后級的輸入與前級的輸出連接在一起，一個放大電路的輸出端與另一個放大電路的輸入端直接連接的耦合方式稱為直接耦合。另外直接耦合放大電路既能對交流信號進行放大，也可以放大變化緩慢的信號：并且由于電路中沒有大容量電容，所以易于將全部電路集成在一片硅片上，構(gòu)成集成放大電路。由于電子工業(yè)的飛速發(fā)展，使集成放大電路的性能越來越好，種類越來越多，價格也越來越便宜，所以直接耦合放大電路的使用越來越廣泛。除此之外很多物理量如壓力、液面、流量、溫度、長度等經(jīng)過傳感器處理后轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑷醯?、變化緩慢地非周期信號，這類信號還不足以驅(qū)動負載，必須經(jīng)過放大。這類信號不能通過耦合電

2、容逐級傳遞，所以，要放大這類信號，采用阻容耦合放大電路顯然是不行的，必須采用直接耦合放大電路。但是各級之間采用了直接耦合的連接方式后卻出現(xiàn)了前后級之間靜態(tài)工作點相互影響及零點漂移的問題，在此主要分析零點漂移的產(chǎn)生原因，并尋找解決的辦法。關(guān)鍵詞：直接耦合；靜態(tài)工作點 ；零點漂移目 錄1、緒論12、方案的確定23、總體電路設計和仿真分析44、工作原理、硬件電路的設計或參數(shù)的計算65、心得體會8參考文獻8附錄91、緒論 直接耦合兩級放大電路為了傳遞變化緩慢的直流信號，可以把前級的輸出端直接接到后級的輸入端。這種連接方式稱為直接耦合。如圖1所示。直接耦合式放大電路有很多優(yōu)點，它既可以放大和傳遞交流信號

3、，也可以放大和傳遞變化緩慢的信號或者是直流信號，且便于集成。實際的集成 運算放大器其內(nèi)部就是一個高增益的直接耦合多級放大電路。直接耦合放大電路，由于前后級之間存在著直流通路，使得各級靜態(tài)工作點互相制約、互相影響。因此，在設計時必須采取一定的措施，以保證既能有效地傳遞信號，又要使各級有合適的工作點。 圖1直接耦合兩級放大電路 直接耦合放大電路的特殊問題 零點漂移直接耦合放大電路存在的最突出的問題是零點漂移問題。所謂零點漂移是指當把一個直接耦合放大電路的輸入端短路時由于種種原因引起輸出電壓發(fā)生漂移（波動）。 產(chǎn)生零點漂移的原因很多。如晶體管的參數(shù)（、等）隨溫度的變化、電源電壓的波動等，其中，溫度的

4、影響是最重要的。在多級放大電路中，又以第一、二級的漂移影響最為嚴重。因此抑制零點漂移著重點在于第一、二級。在直接耦合放大電路中，抑制零點漂移最有效的方法是采用差動式放大電路。因此直接耦合放大電路的輸入 級廣泛采用這種電路。2、方案的確定 兩級耦合放大電路 直接耦合放大電路級與級之間不經(jīng)電抗元件而直接連接的方式，稱為直接耦合。 能夠放大變化緩慢的信號，便于集成化，Q點相互影響，存在零點漂移現(xiàn)象。輸入為零，輸出產(chǎn)生變化的現(xiàn)象稱為零點漂移。 當輸入信號為零時，前級由溫度變化所引起的電流、電位的變化會逐級放大。既是第一級的集電極電阻，又是第二級的基極電阻.圖2直接耦合放大電路零點漂移當輸入信號為零時，

5、輸出端電壓偏離原來的起始電壓緩慢地無規(guī)則的上下漂動，這種現(xiàn)象叫零點漂移。 產(chǎn)生原因-溫度變化、電源電壓的波動、電路元件參數(shù)的變化等等。第一級產(chǎn)生的零漂對放大電路影響最大。 零點漂移是指當放大電路輸入信號為零時，由于受溫度變化，電源電壓不穩(wěn)等因素的影響，使靜態(tài)工作點發(fā)生變化，并被逐級放大和傳輸，導致電路輸出端電壓偏離原固定值而上下漂動的現(xiàn)象。顯然，放大電路級數(shù)愈多、放大倍數(shù)愈大，輸出端的漂移現(xiàn)象愈嚴重。嚴重時，有可能使輸入的微弱信號湮沒在漂移之中，無法分辯，從而達不到預期的傳輸效果，因此，提高放大倍數(shù)、降低零點漂移是直接耦合放大電路的主要矛盾。產(chǎn)生零點漂移的原因很多，如電源電壓不穩(wěn)、元器件參數(shù)變

6、值、環(huán)境溫度變化等。其中最主要的因素是溫度的變化，因為晶體管是溫度的敏感器件，當溫度變化時，其參數(shù)、都將發(fā)生變化，最終導致放大電路靜態(tài)工作點產(chǎn)生偏移。此外，在諸因素中，最難控制的也是溫度的變化。溫度變化產(chǎn)生的零點漂移，稱為溫漂。它是衡量放大電路對溫度穩(wěn)定程度的一個指標，定義為： （1）即溫度每升高1時，輸出端的漂移電壓折合到輸入端的等效輸入電壓。式中為放大電路總的電壓放大倍數(shù)，（）為溫度變化量抑制零點漂移的措施 抑制零點漂移的措施，除了精選元件、對元件進行老化處理、選用高穩(wěn)定度電源以及用第二單元中討論的穩(wěn)定靜態(tài)工作點的方法外，在實際電路中常采用補償和調(diào)制兩種手段。補償是指用另外一個元器件的漂移

7、來抵消放大電路的漂移，如果參數(shù)配合得當，就能把漂移抑制在較低的限度之內(nèi)。在分立元件組成的電路中常用二極管補償方式來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。在集成電路內(nèi)部應用最廣的單元電路就是基于參數(shù)補償原理構(gòu)成的差動式放大電路。調(diào)制是指將直流變化量轉(zhuǎn)換為其它形式的變化量（如正弦波幅度的變化），并通過漂移很小的阻容耦合電路放大，再沒法將放大了的信號還原為直流成份的變化（有關(guān)調(diào)制的概念將在第九單元中討論）。這種方式電路結(jié)構(gòu)復雜、成本高、頻率特性差。 阻容耦合放大電路圖3為兩級阻容耦合放大電路。圖中兩級都有各自獨立的分壓式偏置電路，以便穩(wěn)定各級的靜態(tài)工作點。前級的輸出與后級的輸入之間通過電阻和相連接，所以叫阻容耦合放大電路

8、。阻容耦合不適合于傳遞變化緩慢的信號，更不能傳遞直流信號。在集成電路中，由于制作工藝的限制，無法采用阻容耦合。圖3 阻容耦合放大電路多級放大器的第一級叫輸入級，最后一級叫輸出級。多級放大器的輸入電阻，就是第一級的輸入電阻；多級放大器的輸出電阻，就是最后一級放大電路的輸出電阻。多級放大器總的電壓放大倍數(shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積，即 (2) 因為每一級共射接法的放電路對所放大的交流信號都有一次倒相作用，因此，在圖3所示的兩級阻容耦合放大電路中，其輸出電壓與輸入電壓同相。3、總體電路設計和仿真分析仿真電路 圖4中所示電路為兩級直接耦合放大電路，第一級為雙端輸入，單端輸入差分放大電路，第二級為公設放

9、大電路。 由于在分立元件中很難找到在任何溫度下均具有完全相同特性的兩只晶體管，因而就很難實現(xiàn)共模抑制比很高的差分放大電路。在Multisim環(huán)境下可以做到兩只晶體管特性基本相同。 靜態(tài)工作點調(diào)試電路如圖4所示。圖4 靜態(tài)工作點調(diào)試電路圖（a） (b) (c)圖5 兩級直接耦合放大電路測試（a） 靜態(tài)工作點的調(diào)試和電壓放大倍數(shù)的測試(b)(c)為電壓表讀數(shù)圖6 共模放大倍數(shù)測試電路圖7 共模放大倍數(shù)的測試4、工作原理、硬件電路的設計或參數(shù)的計算 仿真內(nèi)容 （1）調(diào)整電路的靜態(tài)工作點，使電路在輸入電壓為零時輸出電壓為零。用直流電壓表測量Q2、Q3集電極靜態(tài)點位，測試電路見圖4所示。 （2）測試電路

10、的電壓放大倍數(shù)，輸入電壓的峰值為2mV的正弦波，從示波器可讀出輸出電壓的峰值，由此得電壓放大倍數(shù)。測試方法見圖4所示。 （3）測試電路的共模抑制比。加共模信號，從示波器可讀出輸出電壓的峰值，得共模放大倍數(shù)，從而的共模抑制比。測試電路見圖6所示。 仿真結(jié)果 （1）靜態(tài)工作點的調(diào)試見表1表1 靜態(tài)工作點的調(diào)試/k9.329.29.19.08.98.88.78.6/V10.93610.94810.95710.96710.97710.98710.99711.007/mV2.804-210.912-389.193-567.622-746.162-924.791-1103-1282 （2）電壓放大倍數(shù)的測

11、試見表2表2 電壓放大倍數(shù)的測試輸入差模信號/mV第一級輸出電壓峰值/mV第一級差模放大倍數(shù)第二級輸出電壓峰值/mV第二級電壓放大倍數(shù)整個電路的電壓放大倍數(shù)238.64619.323-668.567-17.300-334.2835 （3）共模放大倍數(shù)的測試見表3表3 共模放大倍數(shù)的測試輸入共模信號電壓峰值/mV第一級輸出電壓峰值/pV第二級輸出電壓峰值/pV第一級共模放大倍數(shù)整個電路的共模放大倍數(shù)共模抑制比1008.745164.876 結(jié)論（1）由于直接耦合方大電路各級之間的靜態(tài)工作點互相影響，一般情況下，應高通過EDA軟件調(diào)試各級之間的靜態(tài)工作點，基本合適后再搭建電路，進行實際測試。 （2

12、）當輸入級為差分放大電路時，電路的電壓放大倍數(shù)是指差模放大倍數(shù)。 （3）具有理想對稱的差分放大電路抑制共模信號的能力很強，因此以它作直接耦合多級放大電路的輸入級可提高整個電路的的共模抑制比。5、心得體會經(jīng)過這段時間的艱苦奮斗，我的課程設計終于完結(jié)了。我在這次課程設計中可以說是受益匪淺，不僅將書本上的理論知識進行了深入理解，同時也明白了實踐的重要性。要想設計出一個較好的電路，光靠書本上的知識還遠遠不夠，要結(jié)合實際情況全方面的去思考，經(jīng)過多次不斷修改驗證后使其達到需要的性能指標。在設計的過程中方案的選擇尤為重要，不經(jīng)要考慮到是否滿足設計的性能指標，還要盡量使其電路結(jié)構(gòu)簡單。設計的過程中難免會遇到許多問題，這時則需要我們開動腦筋，查閱資料，結(jié)合所學知識去分析解決問題。課程設計不僅是一門任務，更多的是教會我們怎樣靈活運用書本上所學的知識，培養(yǎng)我們善于調(diào)查研究，勤于創(chuàng)造思維，勇于大膽開拓的自主學習和工作作風。雖然這段時間設計非常辛苦，但更多的是收獲的喜悅。參考文獻低頻電子線路 張肅文 高等教育出版社電子線路集 人民郵電出版社電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分 康華