直流放大器

能夠放大直流信號(hào)或變化很緩慢的信號(hào)的電路稱為直流放大電路或直流放大器。測(cè)量和控制方面常用到這種放大器。

最簡(jiǎn)單的直流放大電路圖（一）

共發(fā)射極放大電路中的直流通路

對(duì)一個(gè)放大電路進(jìn)行分析主要要做兩方面的工作：一是確定靜態(tài)工作點(diǎn)，即求出當(dāng)沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，電路中三極管各極的電流和電壓值，它們是Ib、Ic、Ube和Uce。如果這些值不在正常范圍，放大器便不能進(jìn)行正常放大；二是計(jì)算放大器對(duì)交流信號(hào)的放大能力及其他交流參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，以確定放大電路的電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri和輸出電阻ro等。

從共發(fā)射極放大單元電路結(jié)構(gòu)圖可知，該電路在工作時(shí)，既有直流分量又有交流分量。為了便于分析，一般將直流分量和交流分量分開(kāi)研究，因此將放大電路劃分為直流通路和交流通路。所謂直流通路，是放大電路未加輸入信號(hào)時(shí)，放大電路在直流電源Ec的作用下，直流分量所流過(guò)的路徑。

直流通路

由于電容器對(duì)于直流電壓可視為開(kāi)路，因此，當(dāng)集電極電壓源確定為直流電壓時(shí)，可將電壓放大器中的電容器省去，晶體管電壓放大器直流電路如圖3-5所示。

最簡(jiǎn)單的直流放大電路圖（二）

如圖所示是晶體管構(gòu)成的直流放大電路。電路中，晶體管VT1和VT2構(gòu)成差動(dòng)輸入放大電路，晶體管VT3構(gòu)成抑制共模增益的恒流源電路，輸入信號(hào)Uo與輸出信號(hào)Uo相位相反。

最簡(jiǎn)單的直流放大電路圖（三）

直流通路下的共射、共集、共基放大電路分析

1、共射級(jí)放大電路

基本的共射放大電路如圖所示，在模電書里應(yīng)該經(jīng)常遇見(jiàn)，不過(guò)那時(shí)更多的是分析靜態(tài)工作點(diǎn)，交、直流放大倍數(shù)，然而在真正的電路設(shè)計(jì)中，R1和R2的取值范圍應(yīng)該是多少呢？或者說(shuō)它們應(yīng)該如何取值呢？

已知NPN型管2N2219是硅型管，處于放大正常工作時(shí)飽和電壓Ube=0.7V。首先是對(duì)R1的選擇，2N2219的Ib最大值是800mA，僅僅選取R1使其電流值小于800mA顯然是不行的，一般Ib的電流值為幾mA到uA，因?yàn)镮c最大值是800mA，按照普通的100倍的放大倍數(shù)算Ib最大也只能到8mA

按此標(biāo)準(zhǔn)就可以取值了，比如R1=10k（先分析分析看是否合適），這時(shí)Ib=0.43mA，假設(shè)放大倍數(shù)是100倍（粗略估算，所以取這個(gè)值）則Ic=43mA，為了使三極管工作在放大區(qū)，必須要求Uce》Ube，則Uce起碼應(yīng)該大于0.7V，恩，假設(shè)是1v（應(yīng)該比這大，因?yàn)樵趧?dòng)態(tài)條件下還會(huì)有一個(gè)交流信號(hào)，要防止出現(xiàn)飽和失真），那么R2應(yīng)該取值為R2=（12-1）V/43mA=256Ω，即R2不能比256大了（估算，放大倍數(shù)等等很多因素在，但是就是在這個(gè)附近）。所以可以取R2=200Ω及其以下（R2越小則Uce越大）。

2、共集電極放大電路

圖8共集電極放大電路

圖8中的R1，R2如何選擇呢？由于R2是在發(fā)射極上，所以Uce電壓肯定大于5v，也就是說(shuō)集電結(jié)反偏，這時(shí)只要保證發(fā)射結(jié)正偏而Ib電流值合適就可以了。所以R1，R2的選擇只用跟著十幾要求就可以了，比較廣泛，都可以從幾百歐到幾k。

3、共基極放大電路

R1，R2應(yīng)該選擇多少呢？

Ie一般都是在幾十mA，假定Ie=43mA、此時(shí)R1約為100Ω，Ic約等于Ie=43mA，為了保證Uce反向偏置，還要保證Uce》1v則R2最大取256Ω，根據(jù)Uo的輸出情況可以取R2為幾十到200之間。

最簡(jiǎn)單的直流放大電路圖（四）

直接耦合其實(shí)存在極大的隱憂，我們將前一級(jí)的輸出端「直接」連接至下一級(jí)的輸入端以耦合交流信號(hào)，如上圖，則前一級(jí)的集極電壓的變化將影響下一級(jí)的基極電壓，所以下一級(jí)的工作點(diǎn)將受上一級(jí)的工作狀態(tài)牽引。工作點(diǎn)的相互影響，造成直接耦合放大器的穩(wěn)定性極差，必須仔細(xì)審慎地設(shè)計(jì)直流偏壓，并采用品質(zhì)良好、數(shù)值精確的零件，以盡可能使穩(wěn)定度提高。

直接耦合放大電路兩級(jí)放大器間采用直接連接的方式傳遞交流信號(hào)。而下圖則是為了方便進(jìn)行直流分析而繪制直流等效電路，我們將要分析它，但請(qǐng)您注意分析的過(guò)程中，會(huì)反映出第一級(jí)的工作點(diǎn)變化將影響第二級(jí)的直流工作狀態(tài)。當(dāng)然，第二級(jí)的工作點(diǎn)變化，也將影響第一級(jí)的直流工作狀態(tài)。

第一步：第一極輸入端用概略算法，直接求IEI。

第二步：求VCI=VB2

對(duì)Q1集電極電流節(jié)點(diǎn)而言可列出

其中IB2極小于其它電流，可視為零，重新列式為

所以可求出Q1集電極電壓CI=VB2=6.7v

我們發(fā)現(xiàn)第二級(jí)基極電壓受前級(jí)集極電壓牽動(dòng)，當(dāng)?shù)谝患?jí)之工作點(diǎn)改變，而使得集極電壓變動(dòng)，將進(jìn)而造成第二級(jí)工作點(diǎn)的改變。相反的，當(dāng)?shù)诙?jí)的工作點(diǎn)改變，也會(huì)使第一級(jí)的工作點(diǎn)變動(dòng)。這樣的相互影響的關(guān)系，使得直接耦合放大器的穩(wěn)定性不佳，必須使用相當(dāng)精確的元件，才能確保不至產(chǎn)生連鎖效應(yīng)，造成工作點(diǎn)的偏移。

最簡(jiǎn)單的直流放大電路圖（五）

一些照相機(jī)CRT使用11．4Cｍ（4．5英寸）純平面CRT作為顯示部件，其高壓部件的陽(yáng)極電壓為＋20ｋV，聚焦極電壓為＋3．2ｋV，加速極電壓為＋1000V，高壓部件供電為直流24V。以下電路是為替換維修這些顯示器的高壓部件而設(shè)計(jì)（電路選自網(wǎng)絡(luò)文章，原作者不詳）。該電路的設(shè)計(jì)也可為其他升壓電路設(shè)計(jì)提供參考。

基本原理：NE555構(gòu)成脈沖發(fā)生器，調(diào)節(jié)電位器VR2可使之產(chǎn)生頻率為20ｋHｚ左右的脈沖，電位器VR1調(diào)脈寬。TR1為推動(dòng)級(jí)，脈沖變壓器T1采用反極性激勵(lì)，即TR1導(dǎo)通時(shí)TR2截止，TR1截止時(shí)TR2導(dǎo)通，D3、C9、VR3、R7及D4、R6、TR3組成高壓保護(hù)電路。VR2用于調(diào)頻率，調(diào)節(jié)VR2可調(diào)整高壓大小。

VR2選用精密可調(diào)電阻。T2可選用彩電行輸出變壓器變通使用。筆者選用的是東洋SE－1438G系列35Cｍ（14英寸）彩電的行輸出變壓器，采用此變壓器陽(yáng)極電壓可達(dá)20ｋV，再適當(dāng)選取R8的阻值使加速極電壓為＋1000V、R9的阻值使聚焦極電壓為＋3．2ｋV即可。整個(gè)部件采用鋁盒封裝，鋁殼接地，這樣可減少對(duì)電路干擾。

最簡(jiǎn)單的直流放大電路圖（六）

雙管直耦放大器

直流放大器不能用 RC 耦合或變壓器耦合，只能用直接耦合方式。圖 8 是一個(gè)兩級(jí)直耦放大器。直耦方式會(huì)帶來(lái)前后級(jí)工作點(diǎn)的相互牽制，電路中在 VT2 的發(fā)射極加電阻 R E 以提高后級(jí)發(fā)射極電位來(lái)解決前后級(jí)的牽制。直流放大器的另一個(gè)更重要的問(wèn)題是零點(diǎn)漂移。所謂零點(diǎn)漂移是指放大器在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，由于工作點(diǎn)不穩(wěn)定引起靜態(tài)電位緩慢地變化，這種變化被逐級(jí)放大，使輸出端產(chǎn)生虛假信號(hào)。放大器級(jí)數(shù)越多，零點(diǎn)漂移越嚴(yán)重。所以這種雙管直耦放大器只能用于要求不高的場(chǎng)合。

最簡(jiǎn)單的直流放大電路圖（七）

解決零點(diǎn)漂移的辦法是采用差分放大器，圖 9 是應(yīng)用較廣的射極耦合差分放大器。它使用雙電源，其中 VT1 和 VT2 的特性相同，兩組電阻數(shù)值也相同， R E 有負(fù)反饋?zhàn)饔谩?shí)際上這是一個(gè)橋形電路，兩個(gè) R C 和兩個(gè)管子是四個(gè)橋臂，輸出電壓 V 0 從電橋的對(duì)角線上取出。沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，因?yàn)?RC1=RC2 和兩管特性相同，所以電橋是平衡的，輸出是零。由于是接成橋形，零點(diǎn)漂移也很小。

差分放大器有良好的穩(wěn)定性，因此得到廣泛的應(yīng)用。