两级直接耦合放大电路的调试

摘 要

直接耦合是级与级连接方式中最简单的，就是将后级的输入与前级的输出连接在一起，一个放大电路的输出端与另一个放大电路的输入端直接连接的耦合方式称为直接耦合。另外直接耦合放大电路既能对交流信号进行放大，也可以放大变化缓慢的信号：并且由于电路中没有大容量电容，所以易于将全部电路集成在一片硅片上，构成集成放大电路。由于电子工业的飞速发展，使集成放大电路的性能越来越好，种类越来越多，价格也越来越便宜，所以直接耦合放大电路的使用越来越广泛。除此之外很多物理量如压力、液面、流量、温度、长度等经过传感器处理后转变为微弱的、变化缓慢地非周期信号，这类信号还不足以驱动负载，必须经过放大。这类信号不能通过耦合电容逐级传递，所以，要放大这类信号，采用阻容耦合放大电路显然是不行的，必须采用直接耦合放大电路。但是各级之间采用了直接耦合的连接方式后却出现了前后级之间静态工作点相互影响及零点漂移的问题，在此主要分析零点漂移的产生原因，并寻找解决的办法。

关键词：直接耦合；静态工作点 ；零点漂移

目 录

1、绪论 ..................................................................... 1

2、方案的确定 ............................................................... 2

3、总体电路设计和仿真分析 ................................................... 4

4、工作原理、硬件电路的设计或参数的计算 ..................................... 6

5、心得体会 ................................................................. 8

参考文献 .................................................................... 8

附录 ........................................................................ 9

1、绪论

直接耦合两级放大电路 为了传递变化缓慢的直流信号，可以把前级的输出端直接接到后级的输入端。这种连接方式称为直接耦合。如图1

所示。直接耦合式放大电路有很多优点，它既可以放大和传递交流信号，也可以放大和传递变化缓慢的信号或者是直流信号，且便于集成。实际的集成 运算放大器其内部就是一个高增益的直接耦合多级放大电路。直接耦合放大电路，由于前后级之间存在着直流通路，使得各级静态工作点互相制约、互相影响。因此，在设计时必须采取一定的措施，以保证既能有效地传递信号，又要使各级有合适的工作点。

图1直接耦合两级放大电路

直接耦合放大电路的特殊问题 ──零点漂移 直接耦合放大电路存在的最突出的问题是零点漂移问题。所谓零点漂移是指当把一个直接耦合放大电路的输入端短路时由于种种原因引起输出电压发生漂移（波动）。 产生零点漂移的原因很多。如晶体管的参数（ICEO、UBE、等）随温度的变化、电源电压的波动等，其中，温度的影响是最重要的。在多级放大电路中，又以第一、二级的漂移影响最为严重。因此抑制零点漂移着重点在于第一、二级。在直接耦合放大电路中，抑制零点漂移最有效的方法是采用差动式放大电路。因此直接耦合放大电路的输入 级广泛采用这种电路。

2、方案的确定

两级耦合放大电路

直接耦合放大电路

级与级之间不经电抗元件而直接连接的方式，称为直接耦合。

能够放大变化缓慢的信号，便于集成化，Q点相互影响，存在零点漂移现象。输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移。

当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。Rc1既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻.

图2直接耦合放大电路

零点漂移

当输入信号为零时，输出端电压偏离原来的起始电压缓慢地无规则的上下漂动，这种现象叫零点漂移。

产生原因---温度变化、电源电压的波动、电路元件参数的变化等等。

第一级产生的零漂对放大电路影响最大。

零点漂移是指当放大电路输入信号为零时，由于受温度变化，电源电压不稳等因素的影响，使静态工作点发生变化，并被逐级放大和传输，导致电路输出端电压偏离原固定值而上下漂动的现象。显然，放大电路级数愈多、放大倍数愈大，输出端的漂移现象愈严重。严重时，有可能使输入的微弱信号湮没在漂移之中，无法分辩，从而达不到预期的传输效果，因此，提高放大倍数、降低零点漂移是直接耦合放大电路的主要矛盾。

产生零点漂移的原因很多，如电源电压不稳、元器件参数变值、环境温度变化等。其中

最主要的因素是温度的变化，因为晶体管是温度的敏感器件，当温度变化时，其参数UBE、、ICBO都将发生变化，最终导致放大电路静态工作点产生偏移。此外，在诸因素中，最难控制的也是温度的变化。

温度变化产生的零点漂移，称为温漂。它是衡量放大电路对温度稳定程度的一个指标，定义为：

UipUop

AuTo(℃) （1）

即温度每升高1℃时，输出端的漂移电压Uop折合到输入端的等效输入电压Uip。式中Au为放大电路总的电压放大倍数，To（℃）为温度变化量

抑制零点漂移的措施

抑制零点漂移的措施，除了精选元件、对元件进行老化处理、选用高稳定度电源以及用第二单元中讨论的稳定静态工作点的方法外，在实际电路中常采用补偿和调制两种手段。补偿是指用另外一个元器件的漂移来抵消放大电路的漂移，如果参数配合得当，就能把漂移抑制在较低的限度之内。在分立元件组成的电路中常用二极管补偿方式来稳定静态工作点。在集成电路内部应用最广的单元电路就是基于参数补偿原理构成的差动式放大电路。调制是指将直流变化量转换为其它形式的变化量（如正弦波幅度的变化），并通过漂移很小的阻容耦合电路放大，再没法将放大了的信号还原为直流成份的变化（有关调制的概念将在第九单元中讨论）。这种方式电路结构复杂、成本高、频率特性差。

阻容耦合放大电路

图3为两级阻容耦合放大电路。图中两级都有各自独立的分压式偏置电路，以便稳定各级的静态工作点。前级的输出与后级的输入之间通过电阻Rc1和C2相连接，所以叫阻容耦合放大电路。阻容耦合不适合于传递变化缓慢的信号，更不能传递直流信号。 在集成电路中，由于制作工艺的限制，无法采用阻容耦合。

最主要的因素是温度的变化，因为晶体管是温度的敏感器件，当温度变化时，其参数UBE、

、ICBO都将发生变化，最终导致放大电路静态工作点产生偏移。此外，在诸因素中，最难控制的也是温度的变化。

温度变化产生的零点漂移，称为温漂。它是衡量放大电路对温度稳定程度的一个指标，定义为：

Uip

UopAuTo(℃)

（1）

即温度每升高1℃时，输出端的漂移电压Uop折合到输入端的等效输入电压Uip。式中Au为放大电路总的电压放大倍数，To（℃）为温度变化量 抑制零点漂移的措施

抑制零点漂移的措施，除了精选元件、对元件进行老化处理、选用高稳定度电源以及用第二单元中讨论的稳定静态工作点的方法外，在实际电路中常采用补偿和调制两种手段。补偿是指用另外一个元器件的漂移来抵消放大电路的漂移，如果参数配合得当，就能把漂移抑制在较低的限度之内。在分立元件组成的电路中常用二极管补偿方式来稳定静态工作点。在集成电路内部应用最广的单元电路就是基于参数补偿原理构成的差动式放大电路。调制是指将直流变化量转换为其它形式的变化量（如正弦波幅度的变化），并通过漂移很小的阻容耦合电路放大，再没法将放大了的信号还原为直流成份的变化（有关调制的概念将在第九单元中讨论）。这种方式电路结构复杂、成本高、频率特性差。 阻容耦合放大电路

图3为两级阻容耦合放大电路。图中两级都有各自独立的分压式偏置电路，以便稳定各级的静态工作点。前级的输出与后级的输入之间通过电阻Rc1和C2相连接，所以叫阻容耦合放大电路。阻容耦合不适合于传递变化缓慢的信号，更不能传递直流信号。 在集成电路中，由于制作工艺的限制，无法采用阻容耦合。

3

图3 阻容耦合放大电路

多级放大器的第一级叫输入级，最后一级叫输出级。多级放大器的输入电阻，就是第一级的输入电阻；多级放大器的输出电阻，就是最后一级放大电路的输出电阻。多级放大器总的电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即

AuAu1Au2......Aun (2)

因为每一级共射接法的放电路对所放大的交流信号都有一次倒相作用，因此，在图3

所示的两级阻容耦合放大电路中，其输出电压U0与输入电压Ui同相。





3、总体电路设计和仿真分析

仿真电路

图4中所示电路为两级直接耦合放大电路，第一级为双端输入，单端输入差分放大电路，第二级为公设放大电路。

由于在分立元件中很难找到在任何温度下均具有完全相同特性的两只晶体管，因而就很难实现共模抑制比很高的差分放大电路。在Multisim环境下可以做到两只晶体管特性基本相同。

静态工作点调试电路如图4所示。

4

图4 静态工作点调试电路图

（a）

(b) (c) 图5 两级直接耦合放大电路测试

（a） 静态工作点的调试和电压放大倍数的测试

(b)(c)为电压表读数

5

图6 共模放大倍数测试电路

图7 共模放大倍数的测试

4、工作原理、硬件电路的设计或参数的计算

仿真内容

（1）调整电路的静态工作点，使电路在输入电压为零时输出电压为零。用直流电压表

测量Q2、Q3集电极静态点位，测试电路见图4所示。

（2）测试电路的电压放大倍数，输入电压的峰值为2mV的正弦波，从示波器可读出输

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出电压的峰值，由此得电压放大倍数。测试方法见图4所示。

（3）测试电路的共模抑制比。加共模信号，从示波器可读出输出电压的峰值，得共模放大倍数，从而的共模抑制比。测试电路见图6所示。 仿真结果

（1）静态工作点的调试见表1

表1 静态工作点的调试

（2）电压放大倍数的测试见表2

表2 电压放大倍数的测试

（3）共模放大倍数的测试见表3

表3 共模放大倍数的测试

结论

（1）由于直接耦合方大电路各级之间的静态工作点互相影响，一般情况下，应高通过EDA软件调试各级之间的静态工作点，基本合适后再搭建电路，进行实际测试。 （2）当输入级为差分放大电路时，电路的电压放大倍数是指差模放大倍数。 （3）具有理想对称的差分放大电路抑制共模信号的能力很强，因此以它作直接耦合多级放大电路的输入级可提高整个电路的的共模抑制比。

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5、心得体会

经过这段时间的艰苦奋斗，我的课程设计终于完结了。我在这次课程设计中可以说是受益匪浅，不仅将书本上的理论知识进行了深入理解，同时也明白了实践的重要性。要想设计出一个较好的电路，光靠书本上的知识还远远不够，要结合实际情况全方面的去思考，经过多次不断修改验证后使其达到需要的性能指标。在设计的过程中方案的选择尤为重要，不经要考虑到是否满足设计的性能指标，还要尽量使其电路结构简单。设计的过程中难免会遇到许多问题，这时则需要我们开动脑筋，查阅资料，结合所学知识去分析解决问题。课程设计不仅是一门任务，更多的是教会我们怎样灵活运用书本上所学的知识，培养我们善于调查研究，勤于创造思维，勇于大胆开拓的自主学习和工作作风。虽然这段时间设计非常辛苦，但更多的是收获的喜悦。

参考文献

《低频电子线路》 张肃文 高等教育出版社 《电子线路集》 人民邮电出版社 《电子技术基础数字部分》 康华光 高等教育出版社 《模拟电子技术基础》 童诗白 高等教育出版社

附录

元器件清单如表1

表1 元器件清单