兩級(jí)直接耦合放大電路的調(diào)試

1、摘 要直接耦合是級(jí)與級(jí)連接方式中最簡單的，就是將后級(jí)的輸入與前級(jí)的輸出連接在一起，一個(gè)放大電路的輸出端與另一個(gè)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(duì)交流信號(hào)進(jìn)行放大，也可以放大變化緩慢的信號(hào)：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(jià)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?hào)，這類信號(hào)還不足以驅(qū)動(dòng)負(fù)載，必須經(jīng)過放大。這類信號(hào)不能通過耦合電

2、容逐級(jí)傳遞，所以，要放大這類信號(hào)，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(jí)之間采用了直接耦合的連接方式后卻出現(xiàn)了前后級(jí)之間靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響及零點(diǎn)漂移的問題，在此主要分析零點(diǎn)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(diǎn) ；零點(diǎn)漂移目 錄1、緒論12、方案的確定23、總體電路設(shè)計(jì)和仿真分析44、工作原理、硬件電路的設(shè)計(jì)或參數(shù)的計(jì)算65、心得體會(huì)8參考文獻(xiàn)8附錄91、緒論 直接耦合兩級(jí)放大電路為了傳遞變化緩慢的直流信號(hào)，可以把前級(jí)的輸出端直接接到后級(jí)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(diǎn)，它既可以放大和傳遞交流信號(hào)

3、，也可以放大和傳遞變化緩慢的信號(hào)或者是直流信號(hào)，且便于集成。實(shí)際的集成 運(yùn)算放大器其內(nèi)部就是一個(gè)高增益的直接耦合多級(jí)放大電路。直接耦合放大電路，由于前后級(jí)之間存在著直流通路，使得各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互相制約、互相影響。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須采取一定的措施，以保證既能有效地傳遞信號(hào)，又要使各級(jí)有合適的工作點(diǎn)。 圖1直接耦合兩級(jí)放大電路 直接耦合放大電路的特殊問題 零點(diǎn)漂移直接耦合放大電路存在的最突出的問題是零點(diǎn)漂移問題。所謂零點(diǎn)漂移是指當(dāng)把一個(gè)直接耦合放大電路的輸入端短路時(shí)由于種種原因引起輸出電壓發(fā)生漂移（波動(dòng)）。 產(chǎn)生零點(diǎn)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(dòng)等，其中，溫度的

4、影響是最重要的。在多級(jí)放大電路中，又以第一、二級(jí)的漂移影響最為嚴(yán)重。因此抑制零點(diǎn)漂移著重點(diǎn)在于第一、二級(jí)。在直接耦合放大電路中，抑制零點(diǎn)漂移最有效的方法是采用差動(dòng)式放大電路。因此直接耦合放大電路的輸入 級(jí)廣泛采用這種電路。2、方案的確定 兩級(jí)耦合放大電路 直接耦合放大電路級(jí)與級(jí)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(hào)，便于集成化，Q點(diǎn)相互影響，存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。輸入為零，輸出產(chǎn)生變化的現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移。 當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，前級(jí)由溫度變化所引起的電流、電位的變化會(huì)逐級(jí)放大。既是第一級(jí)的集電極電阻，又是第二級(jí)的基極電阻.圖2直接耦合放大電路零點(diǎn)漂移當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，

5、輸出端電壓偏離原來的起始電壓緩慢地?zé)o規(guī)則的上下漂動(dòng)，這種現(xiàn)象叫零點(diǎn)漂移。 產(chǎn)生原因-溫度變化、電源電壓的波動(dòng)、電路元件參數(shù)的變化等等。第一級(jí)產(chǎn)生的零漂對(duì)放大電路影響最大。 零點(diǎn)漂移是指當(dāng)放大電路輸入信號(hào)為零時(shí)，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(diǎn)發(fā)生變化，并被逐級(jí)放大和傳輸，導(dǎo)致電路輸出端電壓偏離原固定值而上下漂動(dòng)的現(xiàn)象。顯然，放大電路級(jí)數(shù)愈多、放大倍數(shù)愈大，輸出端的漂移現(xiàn)象愈嚴(yán)重。嚴(yán)重時(shí)，有可能使輸入的微弱信號(hào)湮沒在漂移之中，無法分辯，從而達(dá)不到預(yù)期的傳輸效果，因此，提高放大倍數(shù)、降低零點(diǎn)漂移是直接耦合放大電路的主要矛盾。產(chǎn)生零點(diǎn)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?yàn)榫w管是溫度的敏感器件，當(dāng)溫度變化時(shí)，其參數(shù)、都將發(fā)生變化，最終導(dǎo)致放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)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(diǎn)漂移，稱為溫漂。它是衡量放大電路對(duì)溫度穩(wěn)定程度的一個(gè)指標(biāo)，定義為： （1）即溫度每升高1時(shí)，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(diǎn)漂移的措施 抑制零點(diǎn)漂移的措施，除了精選元件、對(duì)元件進(jìn)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(diǎn)的方法外，在實(shí)際電路中常采用補(bǔ)償和調(diào)制兩種手段。補(bǔ)償是指用另外一個(gè)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(dāng)，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(bǔ)償方式來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。在集成電路內(nèi)部應(yīng)用最廣的單元電路就是基于參數(shù)補(bǔ)償原理構(gòu)成的差動(dòng)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?zèng)]法將放大了的信號(hào)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(fù)雜、成本高、頻率特性差。 阻容耦合放大電路圖3為兩級(jí)阻容耦合放大電路。圖中兩級(jí)都有各自獨(dú)立的分壓式偏置電路，以便穩(wěn)定各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)。前級(jí)的輸出與后級(jí)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(hào)，更不能傳遞直流信號(hào)。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(jí)放大器的第一級(jí)叫輸入級(jí)，最后一級(jí)叫輸出級(jí)。多級(jí)放大器的輸入電阻，就是第一級(jí)的輸入電阻；多級(jí)放大器的輸出電阻，就是最后一級(jí)放大電路的輸出電阻。多級(jí)放大器總的電壓放大倍數(shù)等于各級(jí)電壓放大倍數(shù)的乘積，即 (2) 因?yàn)槊恳患?jí)共射接法的放電路對(duì)所放大的交流信號(hào)都有一次倒相作用，因此，在圖3所示的兩級(jí)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(shè)計(jì)和仿真分析仿真電路 圖4中所示電路為兩級(jí)直接耦合放大電路，第一級(jí)為雙端輸入，單端輸入差分放大電路，第二級(jí)為公設(shè)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(shí)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(diǎn)調(diào)試電路如圖4所示。圖4 靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)試電路圖（a） (b) (c)圖5 兩級(jí)直接耦合放大電路測(cè)試（a） 靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試和電壓放大倍數(shù)的測(cè)試(b)(c)為電壓表讀數(shù)圖6 共模放大倍數(shù)測(cè)試電路圖7 共模放大倍數(shù)的測(cè)試4、工作原理、硬件電路的設(shè)計(jì)或參數(shù)的計(jì)算 仿真內(nèi)容 （1）調(diào)整電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，使電路在輸入電壓為零時(shí)輸出電壓為零。用直流電壓表測(cè)量Q2、Q3集電極靜態(tài)點(diǎn)位，測(cè)試電路見圖4所示。 （2）測(cè)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(cè)試方法見圖4所示。 （3）測(cè)試電路的共模抑制比。加共模信號(hào)，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(cè)試電路見圖6所示。 仿真結(jié)果 （1）靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試見表1表1 靜態(tài)工作點(diǎn)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(cè)

11、試見表2表2 電壓放大倍數(shù)的測(cè)試輸入差模信號(hào)/mV第一級(jí)輸出電壓峰值/mV第一級(jí)差模放大倍數(shù)第二級(jí)輸出電壓峰值/mV第二級(jí)電壓放大倍數(shù)整個(gè)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(cè)試見表3表3 共模放大倍數(shù)的測(cè)試輸入共模信號(hào)電壓峰值/mV第一級(jí)輸出電壓峰值/pV第二級(jí)輸出電壓峰值/pV第一級(jí)共模放大倍數(shù)整個(gè)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(jí)之間的靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響，一般情況下，應(yīng)高通過EDA軟件調(diào)試各級(jí)之間的靜態(tài)工作點(diǎn)，基本合適后再搭建電路，進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。 （2

12、）當(dāng)輸入級(jí)為差分放大電路時(shí)，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(duì)稱的差分放大電路抑制共模信號(hào)的能力很強(qiáng)，因此以它作直接耦合多級(jí)放大電路的輸入級(jí)可提高整個(gè)電路的的共模抑制比。5、心得體會(huì)經(jīng)過這段時(shí)間的艱苦奮斗，我的課程設(shè)計(jì)終于完結(jié)了。我在這次課程設(shè)計(jì)中可以說是受益匪淺，不僅將書本上的理論知識(shí)進(jìn)行了深入理解，同時(shí)也明白了實(shí)踐的重要性。要想設(shè)計(jì)出一個(gè)較好的電路，光靠書本上的知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，要結(jié)合實(shí)際情況全方面的去思考，經(jīng)過多次不斷修改驗(yàn)證后使其達(dá)到需要的性能指標(biāo)。在設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的性能指標(biāo)，還要盡量使其電路結(jié)構(gòu)簡單。設(shè)計(jì)的過程中難免會(huì)遇到許多問題，這時(shí)則需要我們開動(dòng)腦筋，查閱資料，結(jié)合所學(xué)知識(shí)去分析解決問題。課程設(shè)計(jì)不僅是一門任務(wù)，更多的是教會(huì)我們?cè)鯓屿`活運(yùn)用書本上所學(xué)的知識(shí)，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(xué)習(xí)和工作作風(fēng)。雖然這段時(shí)間設(shè)計(jì)非常辛苦，但更多的是收獲的喜悅。參考文獻(xiàn)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