直流放大器理论分析与设计

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直流放大器 放大的是直流信号或随时间变化极为缓慢的交变信号，其级间必需采用等线或电阻等能通过直流的元件连接起来，所以，亦称直接耦合放大器。
1、单端式直流放大器
（1）单端式直流放大器的两个重点共同特点 当几级直流放大直接耦合时，静态工作点互相有影响，要保证正常工作在放大区，必须解决好各级间直流配置问题，即在放大电路中加入电平配置元件，但也不要使信号损失太大，其三就是直接耦合放大器，即使将输入端短路，输出端电压也会出现随机起伏现象，称之零点漂移。并且，级数越多，放大倍数越大，零点漂移现象也就越严重。
（2）几种常用的电平配置电路 单端式直流放大器需要正角设置级间直流电平。图5.2-13A电路是利用电阻RO2垫高第二级发射极电位，提高V1的集电极电位，使两管都工作在放大区；图5.2-13B电路是同类型晶体管的直接耦合放大器，通过适当地设置RO1、RO2实现前后级直流电平的配置；图5.2-13C电路是利用V4及V5二极管作电平配置，如果前级输出电压和后级输入法电压相差较大时，可利用硅稳压管的稳定电压来代替硅二极管的作用，V4起保护作用；图5.2-13D是PNP-NPN管直接耦合放大器，利用PNP、NPN两种管型的互补特性，这种连接方式能够很方便地前后两级都能得到满意工作点，V1的输出电路是V3的输入电流，较好地实现级间电平配置，而且信号不受衰减。



（3）零点漂移
1）单管放大器零点漂移的估算 为了找到抑制零点漂移有效方法，必须了解产生原因。晶体管是对温度变化十分敏感的器件，温度变化时，引起晶体管参数变化，使输出电压产生漂移，由温度引起的漂移称温漂。下面给出温度变化时，引起单管放大器的输入总漂移电压，输出漂移电压的定量关系式，图5.2-14是计算单管温漂电路。



输入总漂移电压为以下三部分之和









                          
                       
                          
                               

放大器的温度漂移由三项组成，由于硅管的反向和电流比锗管小得多，最后一项可以忽略，因此直流放大器毫不例外地采用硅管。
2）减小输出零点漂移的办法 在直流放大器中可以采用温度敏感元件，如二极管、稳压管、热每电阻等，对晶体三极管的温度漂移进行补偿，但由于这些温度敏感元件的温度特性与晶体三极管的温度特性总不能完全一致，而且结漏也很难做到一样，因此，补偿的温度范围是很有限的；另才，人们发现利用一只温度特性基本相同的晶体三极管来抵消另一只晶体三极管的温度漂移，能够得到比较理想的补偿，这是差分放大。
2、差分放大器
（1）抑制零点漂移原理
图5.2-15示出典型的差分放大电路。其电路结构特点是高度的对称性，这是抑制零点漂移重要条件之一；同时电路中设置了射极公共电阻RO，这个电阻对零点漂移有很强的负反馈作用。



国为电路的对称性IC1Q=IC2Q，IC1Q=IC2Q=ICQ2故流过射极电阻RW的静态电流为两管电流之和，限等于单管电流的两倍：IRO=2IOQ。当温度或电源电压变化时，电流随之变化，产生了温度漂移，因此发生如下过程。



由以上过程可见，RO的负反馈作用，使温度变化时，集电极电流几乎保持稳定，从而使单端输出时的漂移得到抑制。RO越大，负反馈越强，抑制漂移的能力也就越强。国为流过RO的两管信号电流是等值反向的，所以RO对信号不起负反馈作用，故RO的数值可以取得很大（一般为几千欧"几百千欧），对漂移抑制作用很强。
以上分析指出，差分电路中的负反馈已把单端输出漂移减小很多，再加之电路的对称性，使两端已经降低得很小的漂移电压进一步抵消了，国些总的输出漂移电压就更小了。
（2）差分放大器各种典型电路及性能指标计算
表5.2-11示出差分放大器各种典型电路及它们的性能指标计算公式。



                          
                       
                          
                               




（3）差分放大器的失调与温度漂移
1）差分放大器的失调 差分电路一般要求当输入为零时，输出也要为零，但由于器件及其他电路参数不可能做到完全对称，所以做不到“零输入”时“零输出”通宵零输入时输出不为零的现象为差分放大器的“失调”
失调的根本原因在于电路的不对称性，暂且忽略电阻RO的不对称性，国为电阻选配得对称还是容易做到，所以往往分析导致失调的主要原因是晶体管参数的不对称性。
1）失调电压定义，在忽略电阻RO不对称条件下，称差分电路两管UBA之差为失调电压，并用UO2表示。
UO2=UBA1-UBA2
2）失调电流定义，如果两管的B有差异，则同样的IB将会引起失调，即两管的IO不同；反之若把IC调到相同，但由于B不相同，则要求两管输入电流IB不相同，通常把这种IB的不对称；称之失调电流，并用IOA表示。



以上分析表明，失调主要是UO2、LOA影响电流LC的不对称性引起的，使“零输入”时不能做到“零输出”。因此，在差分电路中必须附加“调零元件”，人为地保证“零输入”时做到“零输出”。图5.2-16示出几种常用调零电路。



各调零电路图A、B、C分别是调集电极电阻、调发射极反馈电阻、调发射极直流电阻的办法来补偿管子参数不对称而引起的失调。
（2）差分放大器的温度漂移 失调产生的零偏现象是随温度变化而变化的，而失调的温漂又是随机的，一般是很难消除。在实际应用中，失调的温漂必须在整个温度范围内都小于精度要求。失调的温漂包括以下两个部分



由以上分析可知，要减小差分管的失调电压和失调电流，必须精选管子和电路参数。