直流放大器

一,概念及存在问题

集成电路主要由半导体材料构成,其内部适合用二极管,三极管等类型的元器件制作,而不适用电容,电感和变压器,因此集成放大电路内部多个放大电路之间通常采用直接耦合。直接耦合电路除了可以放大交流信号外,还可以放大直流信号,所以直流耦合放大电路又称为直流放大器。

直流放大器在传输信号时不会使信号衰减,但是前后级电路之间的静态工作点会互相影响 ,而且容易出现零点偏移。下面介绍两种方法的解决办法。

二,静态工作点互相影响的问题

1,问题解析

如下图所示为一个两级直接耦合直流放大器。从图中可以看出,VT1的集电极Uc1和VT2基极Ub2大小相等,由于PN结的导通电压为0.7V所以Ub2=Uc1=0.7V,而VT1的基极和发射极导通电压也为0.7V,所以Ub1=0.7V,这时Uc1=Ub1,如果给Ub1加上正向电压信号会使Ub1上升,Uc1下降,这时Uc1<Ub1,VT1就会进入饱和状态,这就是静态工作点互相影响导致的问题。具体解决方法有在后级电路中增加发射极电阻,在后级电路中增加稳压二极管,将PNP型三极管和NPN型三极管配合使用。

2,在后级电路中增加发射极电阻

在VT2的发射极增加发射极电阻来抬高VT2的发射极电压,VT2基极电压也被抬高,VT1集电极电压也被抬高,这样VT1不易进入饱和状态。发射极电阻R5越大抬高的电压也就越高,VT1也就越不容易进入饱和状态,但是R5太高会导致基极电流减少,这样流过三极管的电流就会减少而导致三极管的放大能力下降,这也是这种方法的缺点。

3,在后级电路增加稳压二极管

在VT2的发射极增加一个稳压二极管VZ(R5用来提高发射极电压达到稳压二极管的击穿电压,否则发射极电压太低无法达到稳压效果,发射极会断路),来抬高VT2发射极电压。选用不同稳压值的稳压二极管可以将Ue2抬高到不同的电压,另外稳压二极管击穿导通电压不是很大,不会使VT2基极的电流减少太多,VT2仍有较大放大能力。

4, 将PNP型三极管和NPN型三极管配合使用

VT2为PNP型三极管,它的发射极电压比它的基极电压高0.7V,所以可以抬高VT2的基极电压,而且电阻R4在发射极电路,这样也不会影响VT1的电流大小。

三,零点漂移问题

一个直流放大器,在输入信号为0时,输出信号并不为0,这种现象称为0点漂移

下图电路,如果不存在零点漂移,当VT1的基极A点无信号输入时(即电位不变化时),输出端B点的电位也不会变化,但实际上由于环境温度变化等某些原因,即使A点不变化,B点电位也会变化(比如环境温度升高,VT1的集电极电流Ic1升高导致E点电压下降,最终会导致输出端B点点位升高)。

放大级数越多,零点漂移越严重。如果输入信号很小,可能会导致信号被零点漂移信号淹没。产生零点漂移的原因很多,如温度的变化,电源电压的波动,元器件参数变化等,其中主要是三极管随温度变化而导致的Ic的变化。解决零点漂移的方法是选择温度性能好的三极管和其他元器件,电路供电采用稳定的电源,但这些无法从根本上解决零点漂移问题,最好的方法是采用差动放大电路作为直流放大器。

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