多级放大电路的分析与设计

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1、摘要电子设备中，往往需要放大微弱的信号，这主要是通过放大电路实现的。基本放大电路由单个晶体管或场效应管构成，为单级放大电路，其电压放大倍数可以达到几十倍。而当信号非常微弱时，单级放大电路无法满足放大需求，此时我们把若干个单级放大电路串接在一起，级联组成多级放大电路。本文主要研究多级放大电路的分析与设计，根据各级电路级间耦合方式的不同，分别设计了直接耦合放大电路、阻容耦合放大电路和光耦合放大电路，分析了电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等指标特性。在此基础上，讨论了差分放大电路以及消除互补

2、输出级交越失真的方法。最后，以前面的讨论为基础，设计了一款具有差分输入的多级放大电路，对电路性能指标进行了设定，并分析了各部分的作用。2.1直接耦合多级放大电路的设计2.1.1设计原理根据设计要求，本设计主要采用两级放大，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2.1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

3、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2.1直接耦合两级放大电路通常在第二级的发射极接入稳压二极管，这样既提高了第二级的基级电位，也使第一级的集电极静态电位抬高，脱离饱和工作区，可以使整个电路稳定正常的工作，稳定三极管的静态工作点。但是在一个多级放大电路的输入端短路时，输出电压并非始终不变，而是会出现电压的随机漂动，这种现象叫做零点漂移，简称零漂。产生零漂的原因有

4、很多，主要是以下两点：一方面，由于元器件参数，特别是晶体管的参数会随温度的变化而变化；另一方面，即使温度不变化，元器件长期使用也会使远见老化，参数就会发生变化，由温度引起的叫做温漂，由元器件老化引起的叫做零漂，在多级放大电路中，第一级的影响尤为严重，它将被逐级放大，以至影响整个电路的工作，所以零漂问题是直接耦合放大电路的特殊问题。解决零漂的方法有很多种，例如引入直流负反馈来稳定静态工作点，以减小零漂；利用温度补偿元件补偿放大管的零点漂移，利用热敏电阻或二极管来与工作管的温度特性相补偿；利用工作特性相同的

5、管子构成对称的一种电路—差动放大电路，这是最为行之有效的方法，故本次设计采用差动放大电路来设计实现。2.1.2设计电路与仿真仿真电路如图2.2所示，第一级为差分输入电路，第二季为放大电路，第一级的两个差分对管由两个特性相同的管子构成，属于双端输入单端输出电路。图2.2仿真电路图为了电路处在正常的工作范围内，需要在零输入的情况下，是系统的输出尽可能的小，所以在测试过程中，需要校准调零，除此之外，在第一级采用射级差动电路，共射级输出接三极管，该三极管的基级利用3.7V的稳压管来实现供电，使得差分管的集电极电

6、位保持稳定电位，减小集电极电流的变化，使得管子正常工作，提高稳定性。如图2.3所示，万用表显示调零示数图2.3调零示数显示调零过程中，电位的变化如表2.1所示表2.1R1/KΩ9.339.329.319.309.299.279.28UCQ2/V10.93510.93810.93710.93810.93910.9410.94UCQ4/mv20.9352.803-14.997-32.784-50.781-68.406-86.213由于整个输入级采取差分输入的电路，因此在测量的过程中，测出的电压放大倍数就是差

7、模电压放大倍数，整个电压的测量结果利用示波器显示，示波器显示结果如图2.4所示，测量结果表格如表2.2所示图2.4示波器测量结果图表2.2电压放大倍数的测试输入差模信号/mv第一级差模放大倍数第二级放大倍数整个电路放大倍数第一级差模输出电压/mv第二级输出电压峰峰值/mv238.64619.323-668.567-17.300-334.284为了更好完善电路的功能，电路的设计的过程中考虑到共模抑制比的问题，在测量的过程中考虑到，工模电压放大倍数的测量，整个测量电路图与整个仿真电路图相同，测量数据的表格如

8、表2.3所示表2.3共模电压倍数的测量输入共模信电压峰值/mv第一级输出电压峰值/pv第二级输出电压峰值/pv第一级共模放大倍数整个电路的共模放大倍数共模抑制比1008.745164.876-8.9*10-91.68*10-92.46*1011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.2.2阻容耦合多级放大电路2.2.1设计原理图2.5阻容耦合多级放大电路通过电阻和