多级放大电路的耦合方式
多级放大器在电路中由多个逐级放大器组成，它们之间有耦合回路将放大结果垂直传递。耦合方式包括：
（1）直接耦合：将一个放大器的输出量程直接连接到另一个放大器的输入端上，称为直接耦合。直接耦合在多级放大电路中，使得一级放大器的输出直接连接到另一级放大器的输入结果，通过放大器的多次耦合，可以锁定受控对象的电场和磁场，使得受控对象承受巨大的驱动力，可以使其产生快速、大范围的变化，从而实现控制目标。
（2）变压器耦合：用变压器耦合将一个放大器的输出以变化的电压连接到另一个放大器的输入上，可以解决输入放大器的均衡负载问题，同时可以将另一个放大器的输出波形连接到另一个输入级，以提供稳定的信号输出。
（3）电容耦合：电容耦合是指使用电容的方式连接放大器的输出和输入，电容耦合能够稳定输入信号的大小，同时可以将放大器输入级和放大器输出级共享一个整体回路，使用电容耦合可以省略耦合网络，减少对空间的占用，而电容耦合也为放大器功能提供了诡计传输，使系统更加稳定。
第四章§4.1 多级放大电路习题 （一）考核内容 3．掌握多级放大电路耦合方式、特点。 4.1 多级放大电路 4.4.1 多级放大电路的耦合方式 在多级放大电路中,将级与级之间的连接方式称为耦合方式.。一般常用的耦合方式有：阻容耦合、直接耦合、变压器耦合。 1、阻容耦合：将放大器通过电容和下一级的输入电阻连接的方式称为阻容耦合方式。 阻容耦合放大电路的优点是: (1)因电容具有“隔直”作用，所以各级电路的静态工作点相互独立，互不影响。这给放大电路 的分析、设计和调试带来了很大的方便。此外，还具有体积小、重量轻等优点。 (2)在信号传输过程中，交流信号损失小。 阻容耦合放大电路的缺点是: (1)因电容对交流信号具有一定的容抗，若电容量不是足够大，则在信号传输过程中会受到一定的衰减。尤其不便于传输变化缓慢的信号。 (2) 在集成电路中制造大容量的电容很困难，所以这种耦合方式下的多级放大电路不便于集成。 2 直接耦合 为了避免在信号传输过程中，耦合电容对缓慢变化的信号带来不良影响，把前一级输出端（或 经过电阻等）直接接到下一级的输入端，这种连接方式称为直接耦合。直接耦合的优点是: (1)既可以放大交流信号，也可以放大直流和变化非常缓慢的信号。 (2)电路简单，便于集成，所以集成电路中多采用这种耦合方式。 直接耦合的缺点是: (1) 直接耦合放大电路的各级静态工作点相互影响，各级静态工作点相互牵制。 (2) 存在零点漂移。 多级放大电路的直接耦合是指前一级放大电路的输出直接接在下一级放大电路的输入端，很显然直接耦合放大电路的各级静态工作点相互影响，并且还存在零点漂移现象，即当输入信号为零时，受环境温度等因素的影响，输出信号不为零，而是在静态工作点附近上下变化。 【概念】零点漂移：指当输入信号为零时，输出信号不为零，而是在静态工作点附近上下变化。 原因：放大器件的参数受温度影响而使Q 点不稳定。也称温度漂移。 放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。 3变压器耦合：放大器的级与级之间通过变压器连接的方式称为变压器耦合。 变压器耦合的优点是: (1)由于变压器不能传输直流，故各级静态工作点互不影响，可分别计算和调整。 (2)变压器可以通过电磁感应进行交流信号的传输，并且可以进行阻抗匹配，以使负载得到最大 功率。另外由于可以根据负载选择变压器的匝比，以实现阻抗匹配，故变压器耦合放大电路在大功率放大电路中得到广泛的应用。 变压器耦合的缺点是: (1)高频和低频性能比较差，不能传输直流或变化缓慢的信号，使用只能用于交流放大。 (2)变压器的重量太大，很难集成。 4.1.2多级放大电路的分析和计算 1. 电压放大倍数：多级放大电路的分析和计算与单级放大器的分析方法基本相同。对一个n级 级联的放大器，假设各级的电压放大系数分别为 n u u3 u2 u1 A A A A ??? ? ?，则总的电压放大系数为 n u u3 u2 u1 in on i3 o3 i2 o2 i o1 i o n u A A A A U U U U U U U U U U A ??? = ????? ? ? = = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 在计算每级电压增益时，必须考虑前后级之间的影响，即前级放大器作为后级放大器的信号源 输入端，后级放大器是前级放大器的负载，例如 i2 L1 R R=， i2 c1 /// L1 R R R=。 增益：一般将用分贝表示的放大倍数称为增益，用G表示。 如果输入电阻和输出电阻相等，则电压增益G u为：) (dB lg 20 i o U U G u = 若用分贝（dB）表示，则多级放大总增益为各级增益的代数和，即： (dB) ) (dB 1u u G G=+(dB) 2 u G 2．输入和输出电阻 （1）输入电阻：由于输入级连接着信号源，它的主要任务是从信号源获得输入信号。 多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻，即 i1 i R R= （2）输出电阻：多级放大电路的输出级就是电路的最后一级，其作用是推动负载工作。 多级放大电路的输出电阻就是输出级的输出电阻，即 on o R R= 在多级放大电路里，可以把后级的输入电阻作为是前级的负载。在多级放大电路里，可以把前级输出电阻是后级的信号源电阻，
两级阻容耦合放大电路 通常放大电路的输入信号都是很弱的，一般为毫伏或微伏数量级，输入功率常在1mV 以下。为了推动负载工作，因此要求把几个单级放大电路连接起来，使信号逐级得到放大，方可在输出获得必要的电压幅值或足够的功率。由几个单级放大电路连接起来的电路称为多级放大电路。在多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的连接方式叫耦合；如耦合电路是采用电阻、电容进行耦合，则叫做“阻容耦合”。 阻容耦合交流放大电路是低频放大电路中应用得最多、最为常见的电路。本实验采用的是两级阻容耦合放大电路，如图3-1所示。 图3-1 两级阻容耦合放大电路 在晶体管V 1的输出特性曲线中直流负载线与横轴的交点U CEQ1=V CC ，与纵轴的交点（U CE =0时）集电极电流为 = 1 CQ I 3 1 1E E C CC R R R V ++ 静态工作点Q 1位于直流负载线的中部附近，由静态时的集电极电流I CQ1和集-射电压U CEQ1确定。当流过上下偏流电阻的电流足够大时，晶体管V 1的基级偏压为 2 1 1 1 R R V R U CC B += 晶体管V 1的静态发射极电流为
3 1 1 3 1 1 1 1 7.0E E B E E E B EQ R R U R R UB U I +-≈+-= 静态集电极电流近似等于发射极电流，即 11 1 1 EQ BQ EQ CQ I I I I ≈-= 晶体管V 1的静态集电极电压为 11 1 C CQ CC CQ R I V U -= 两级阻容耦合放大电路的总电压放大倍数为 21 u u u A A A = 其中，第一级放大电路的电压放大倍数为 1 1 1 1 1 )1(E be L u R r R A +++'- =ββ 晶体管V1的等效负载电阻为 2 1 1 i C L R R R =' 可作为第一级放大电路的外接负载，第二级放大电路的输入电阻为 ])1(//[//2 2 2 4 3 2 E be i R r R R R β++= 晶体管V 1和V 2的输入电阻分别为 1 1 1 26 )1(300EQ be I r β++≈ 2 2 2 26 )1(300EQ be I r β++= 第二级放大电路的电压放大倍数为 2 2 2 2 2 2 )1(E be L u R r R A ββ++' - = 其中，等效交流负载电阻L C L R R R 2 2 ='。
多级放大电路 概述 电流源 共发射极放大电路的组成及放大作用 共集电极电路和共基极电路 图解分析法 本章小结 微变等效电路分析法 图2.7.1 多级放大器框图 由于单级放大电路的放大倍数有限，不能满足实际的需要，因此实用的放大电路都是由多级组成的。通常可分为两大部分，即 压放大(小信号放大)和功率放大(大信号放大 )，如图2.7.1框图所示。前置级一般跟据信号源是电压源还是电流源来选定，它与中间 主要的作用是放大信号电压。中间级一般都用共发射极电路或组合电路组成。末级要求有一定的输出功率供给负载R L ，称为功率放器，一般由共集电极电路，或互补推挽电路，有时也用变压器耦合放大电路。 2.7.1. 级间耦合方式 在多级放大器中前置级的输入信号由信号源提供。前级的输出信号(电压或电流)加到后级的输入端所采用的方式称为耦合，通过 合电路使前后级联系起来。前级的输出信号就是后级的输入信号源，前级的输出电阻就是后级的信号源内阻，后级的输入电阻就是 级的负载电阻。耦合方式解决的是级与级之间如何连接的问题。对耦合方式的要求是不失真地、有效地传送信号。在多级放大器中通常采用的耦合方式有三种，即变压器耦合、阻容耦合和直接耦合。 变压器耦合放大电路 图2.7.2 变压器耦合多级放大器 变压器耦合放大电路如图2.7.2所示。它的特点是，各级工作点互相独立；通过变压器的阻抗变换作用，使级与级之间达到阻抗 配，以获得最大功率输出。缺点是体积大，笨重、价格高、频率响应差(高频段受线圈之间分布电容的影响，低频段受电感的影响不利于小型化，在低频小信号多级电压放大器中一般不采用。在功率放大器中，有时选用。 阻容耦合放大电路
0 引言 直接耦合是级与级连接方式中最简单的，就是将后级的输入与前级输出直接连接在一起，一个放大电路的输出端与另一个放大电路的输入端直接连接的耦合方式称为直接耦合。另外直接耦合放大电路既能对交流信号进行放大，也可以放大变化缓慢的信号；并且由于电路中没有大容量电容，所以易于将全部电路集成在一片硅片上，构成集成放大电路。由于电子工业的飞速发展，使集成放大电路的性能越来越好，种类越来越多，价格也越来越便宜，所以直接耦合放大电路的使用越来越广泛。除此之外很多物理量如压力、液面、流量、温度、长度等经过传感器处理后转变为微弱的、变化缓慢的非周期电信号，这类信号还不足以驱动负载，必须经过放大。因这类信号不能通过耦合电容逐级传递，所以，要放大这类信号，采用阻容耦合放大电路显然是不行的，必须采用直接耦合放大电路。但是各级之间采用了直接耦合的联接方式后却出现前后级之间静态工作点相互影响及零点漂移的问题，在此主要分析零点漂移的产生原因，并寻找解决的办法。 1 直接耦合放大电路的特点 当多级放大电路需要放大频率极低的信号，甚至直流信号时，级间采用阻容耦合和变压器耦合都不适用，必须采用如图1所示的直接耦合方式。 图1中的阻容耦合方式只用一只电容器就将两级放大电路连接起来，方式简单。耦合电容器具有隔直通交作用。根据信号频率的高低选取电容器的电容量，使容抗很小，就能顺利传送交流信号；电容器的隔直作用，使各级放大电路的静态工作点各自独立，互不影响，只要各级静态工作点比较稳定，整个放大电路工作就比较稳定。所以阻容耦合放大电路应用十分广泛。但是，在各种自动控制系统和一些测量仪表中，传递信号多数是变化极为缓慢的、非周期的信号，甚至为直流信号。例如，水轮发电机组的转速，发电机的端电压，变压器的油温，水电站前池的水位等变化是缓慢的，要实现对这些缓慢变化的物理量的测量和自动控制，必须将这些物理量转变为电信号(即模拟信号)，由于这些电信号不仅是缓变的，而且是微弱的，因此必须进行放大。缓变信号包含的频率极低，用电容耦合，电容量必须很大，这样的电容器难以制作，不仅成本高、体积大，而且性能也差，是不现实的。人们自然会想到直接用导线将两级放大电路连接起来，这样再低频率的信号，乃至直流信号就能顺利通过，这就是的直接耦合方式。直接耦合放大电路既能放大交流信号，又能放大缓变信号和直流信号(所以在一些书中称其为直流放大电路)，它的频率特性的下限频率为零，在自动控制系统和电子仪表中获得广泛应用。 2 直接耦合放大电路的特殊问题——零点漂移
目录 一、设计要求----------------------------2 二、设计的作用、目的--------------------2 三、设计任务----------------------------2 四、设计的具体实现----------------------3 五、电路的仿真与校验-------------------10 六、心得体会---------------------------15 七、参考资料---------------------------16 八、附录-------------------------------16 九、总原理图---------------------------17
多级放大电路的设计与仿真 一、设计要求 1、完成全电路的理论设计 2、参数的计算和有关器件的选择 3、对电路进行仿真 4、撰写设计报告书一份；A3图纸至少一张。报告书要求写明以下主要内容 （1）总体方案的选择和设计 （2）各个单元电路的选择和设计 （3）仿真过程的实现 二、设计的作用、目的 1、进一步熟悉和掌握模拟电子电路的设计方法和步骤 2、进一步掌握实用电子电路的组成、原理，将理论和实践相结合 三、设计任务 设计一个多级放大电路，要求： 1、电源电压12伏，放大倍数为100 2、输入电阻为大于20K，输出电压的有效值大于1伏 3、频带为30Hz~30KHz 4、负载电阻为RL=2K，信号源内阻Rs=1K
四、设计的具体实现 I、方案的选择 1、电学中放大电路的放大的本质是能量的控制和转换。即在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换成负载所获得的能量，使负载从电源获得的能量大于信号源所提供的能量。 在实际应用中，常对放大电路的性能提出多方面的要求。例如，要求一个放大电路输入电阻大于2MΩ，电压放大倍数大于2000，输出电阻小于100Ω等。这时就需要多个单级放大电路通过一定的耦合方式组成多级放大电路来达到实际应用所提到的要求。 多级放大电路主要有直接耦合、阻容耦合和变压器耦合等耦合方式。以下先介绍各耦合方式的特点： 直接耦合放大电路： （1）、能够放大交流信号和缓慢变化的信号以及直流信号。（2）、便于集成化 （3）、各级静态工作点相互影响，设置静态工作点困难 （4）、存在零点漂移。 阻容耦合放大电路：
一、功能 利用两个共发射极放大电路构成的两级阻容耦合放大电路实现对输入电压的放大功能。 二、性能指标 电路的主要性能有电压放大倍数Av、输入电阻Ri、输出电阻Ro、同频带BW 三、电路图 四、原理分析及理论计算 ㈠原理分析： 将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端称为阻容耦合方式，上图所示为两级阻容耦合放大电路且两级均为共射放大电路。由于电容对直流量的阻抗为无穷大，因而阻容耦合放大电路各级之间的直流通路各不相通，各级的静态工作点相互独立，在求解或实际调试Q点时可按单级处理，所以电路的分析与设计和调试简单易行。而且，只要输入信号频率较高，耦合电容容量较大，前级的输出信号就可以几乎没有衰减的传递到后级输入端，因此在分立件电路中阻容耦合方式得到非常广泛的应用。 由于前后两级电路静态工作点相互独立，接下来将对典型单级阻容耦合放大电路进行分析，对第一级：
1、第一级是典型的阻容耦合共射级放大电路，它采用的是分压式电流负反馈偏置电路。放大器的静态工作点Q主要由Rb1、Rb 2、Re、Rc及电源电压所决定。该电路利用电阻Rb1、Rb2的分压定基级电位Vbq，如果满足条件I1>>Ibq，当温度升高时，Ic q↑→Ve q↑→Vb e ↓→Ib q↓→Ic q↓,结果抑制了Ic q的变化，从而获得稳定的静态工作点。 2、基本关系式 只有当I1>>Ibq时，才能保证Vbq恒定。这是稳定点工作的必要条件，一般取 I1=（5~10）Ib q（硅管），I1=（10~20）Ib q（锗管），负反馈越强，电路的稳定性越好。所以要求Vbq>> Vb e，即Vbq=（5~10）Vb e，一般取Vbq=（5~10）V（硅管），Vbq=（5~10）V（锗管） 电路的静态工作点由下列关系式确定R e≈(Vbq- Vb e)/ Ic q= Ve q/ Ic q，对于小信号放大器，一般Ic q=0.5mA到2mA，Veq=(0.2～0.5)Vcc Rb2=Vbq/ I1==【Vbq/（5~10）Ic q】β Rb1≈[（Vcc-Vbq）/Vbq]×Rb2 Vceq≈Vcc- Ic q(Re+Rc) 3、主要性能指标及测试方法 ①电压放大倍数 Av=V o/Vi=-βRl’/rbe 式中Rl’=Rc//Rl ，rbe为晶体管内阻，即 Rbe=rb+(1+β)26mV/{Ieq}. mA，测量放大倍数实际是测量放大器的输入电压与输出电压的值。在波形不失真情况下如果测出Vi（有效值）或Vim(峰值)与Vo（有效值）或V om(峰值),则Av=Vo/Vi=V om/Vim ②输入电压 Ri=rbe//Rb1//Rb2 放大器的输入电阻反应了放大器本身消耗输入信号源功率的大小。若Ri>>Rs(信号源内阻)，则放大器从信号源获取较大电压；若Ri< 电容在电路中各种作用 A、电压源正负端接了一个电容(与电路并联)，用于整流电路时，具有很好的滤波作用，当电压交变时，由于电容的充电作用，两端的电压不能突变，就保证了电压的平稳。 当用于电池电源时，具有交流通路的作用，这样就等于把电池的交流信号短路，避免了由于电池电压下降，电池内阻变大，电路产生寄生震荡。 B、比如说什么样的电路中串或者并个电容可以达到耦合的作用,不放电容和放电容有什么区别？ 在交流多级放大电路中,因个级增益及功率不同.各级的直流工作偏 值就不同!若级间直接藕合则会使各级工作偏值通混无法正常工作! 利用电容的通交隔直特性既解决了级间交流的藕合,又隔绝了级间偏值通混,一举两得! C、基本放大电路中的两个耦合电容，电容+极和直流+极相接，起到通交隔直的作用，接反的话会怎么样，会不会也起到通交隔直的作用，为什么要那接呀！ 接反的话电解电容会漏电，改变了电路的直流工作点，使放大电路异常或不能工作 D、阻容耦合放大电路中，电容的作用是什么？？ 隔离直流信号，使得相邻放大电路的静态工作点相互独立，互不影响。 E、模拟电路放大器不用耦合电容行么，照样可以放大啊? 书上放大器在变压器副线圈和三极管之间加个耦合电容，解释是通交流阻直流，将前一级输出变成下一级输入，使前后级不影响，前一级是交流电，后一级也是交流电，怎么会相互影响啊，我实在想不通加个电容不是多此一举啊 你犯了个错误。前一级确实是交流电，但后一级是交流叠加直流。三极管是需要直流偏置的。如果没有电容隔直，则变压器的线圈会把三极管的直流偏置给旁路掉（因为电感是通直流的） F、基本放大电路耦合电容，其中耦合电容可以用无极性的吗 在基本放大电路中，耦合电容要视频率而定，当频率较高时，需用无极电容，特点是比较稳定，耐压可以做得比较高，体积相对小，但容量做不大。其最大的用途是可以通过交流电，隔断直流电，广泛用于高频交流通路、旁路、谐振等电路。（简单理解为高频通路） 当频率较低时，无极电容因为容量较低，容抗相对增大，就要用有极性的电解电容了，由于其内部加有电解液，可以把容量做得很大，让低频交流电通过，隔断直流电。但由于内部两极中间是有机介质的，所以耐压受限，多用于低频交流通路、滤波、退耦、旁路等电路。（简单理解为低频通路） G、请电路高手告知耦合电容起什么作用 在放大电路中,利用耦合电容通交隔直的作用,使高频交流信号可以顺利通过电路,被一级一级地放大,而直流量被阻断在每一级的内部. 第五章多级放大电路 第一节多级放大电路 在实际工作中，为了放大非常微弱的信号，需要把若干个基本放大电路连接起来，组成多级放大电路，以获得更高的放大倍数和功率输出。 多级放大电路内部各级之间的连接方式称为耦合方式。常用的耦合方式有三种，即阻容耦合方式、直接耦合方式和变压器耦合方式。 1.多级放大电路的耦合方式 1.1阻容耦合 通过电容和电阻将信号由一级传输到另一级的方式称为阻容耦合。图所示电路是典型的两级阻容耦合放大电路。 优点：耦合电容的隔直通交作用，使两级Q相互独立，给设计和调试带来了方便； 缺点：放大频率较低的信号将产生较大的衰减，不适合传递变化缓慢的信号，更不能传递直流信号；加之不便于集成化，因而在应用上也就存在一定的局限性。 1.2直接耦合 多级放大电路中各级之间直接（或通过电阻）连接的方式，称为直接耦合。 直接耦合放大电路具有结构简单、便于集成化、能够放大变化十分缓慢的信号、信号传输效率高等优点，在集成电路中获得了广泛的应用。 直接耦合放大电路存在的最突出的问题是零点漂移问题。所谓零点漂移是指把一个直接耦合放大电路的输入端短路时，即输入信号为零时，由于种种原因引起输出电压发生漂移（波动）。 1.3变压器耦合 变压器耦合放大电路如图所示。这种耦合电路的特点是：级间无直流通路，各级Q独立；变压器具有阻抗变换作用，可获最佳负载；变压器造价高、体积大、不能集成，其应用受到限制。 1.4级间耦合的优、缺点及应用比较 2.直接耦合放大电路的特殊问题——零点漂移 2.1零点漂移 所谓零点漂移是指当把一个直接耦合放大电路的输入端短路时，即输入信号为零时，由于种种原因引起输出电压发生漂移（波动）。 产生零点漂移的原因很多。如晶体管的参数随温度的年华、电源、电压的波动等，其中，温度的影响是最重要的。在多级放大电路中，又已第一、第二级的漂移影响最为严重。因此，抑制零点漂移着重点在第一、第二级。 科目:模拟电子技术 题型:填空题 章节:第三章多级放大电路 难度:全部 ----------------------------------------------------------------------- 1. 某放大器由三级组成，已知各级电压增益分别为16dB，20dB，24dB，放大器的总增益为 60dB 。 2. 某放大器由三级组成，已知各级电压增益分别为16dB，20dB，24dB，放大器的总电压放大倍数为 103。 3. 在差动式直流放大电路中，发射极电阻Re的作用是通过电流负反馈来抑制管子的零漂，对共模信号呈现很强的负反馈作用。 4. 在双端输入、输出的理想差动放大电路中，若两输入电压U i1=U i2，则输出电压U o= 0 。 5. 在双端输入、输出的理想差动放大电路中，若U i1=+1500μV，U i2=+500μV，则可知差动放大电路的差模输入电压U id= 1000uV 。 6. 多级放大电路常用的耦合方式有三种，它们是直接耦合、阻容耦合和变压器耦 合。 7. 多级放大电路常用的耦合方式有三种，它们是直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。 8. 多级放大电路常用的耦合方式有三种，它们是阻容耦合、直接耦合和变压器耦合。 9. 多级放大电路常用的耦合方式有三种，其中直接耦合方式易于集成，但存在零点漂移现象。 10. 多级放大电路常用的耦合方式有三种，其中直接耦合方式易于集成，但存在零点漂移现象。 11. 若三级放大电路的A u1=A u2=30dB，A u3=20 dB，则其总电压增益为 80 dB。 12. 若三级放大电路的A u1=A u2=30dB，A u3=20 dB，则其总电压放大倍数折合为 104倍。 13. 在多级放大电路中，后级的输入电阻是前级负载电阻的，而前级的输出电阻则也可视为后级的信号源内阻。 14. 在多级放大电路中，后级的输入电阻是前级的负载电阻，而前级的输出电阻则也可视为后级的信号源。 15. 在实际应用的差动式直流放大电路中，为了提高共模抑制比，通常用恒流源 代替发射极电阻Re，这种电路采用双电源供电方式。 16. 在实际应用的差动式直流放大电路中，为了提高共模抑制比，通常用恒流源代替发射极电阻Re，这种电路采用双电源供电方式。 科目:模拟电子技术 题型:选择题 章节:第三章多级放大电路 难度:全部 ----------------------------------------------------------------------- 1. 一个放大器由两个相同的放大级组成。已知每级的通频带为10kHz，放大器的总通频带是： D 。 A、10kHz； B、20kHz； C、大于10kHz； D、小于10kHz； 2. 设单级放大器的通频带为BW1，由它组成的多级放大器的通频带为BW，则（A ） 授课时间 第 10 次课，第 6 周 星期 六 第 1--2 节 课时 2 方法及手段 授课方式 讨论课□ 习题课□ 实验课□上机课□ 技能课□其他□ 授课题目 多级放大电路的耦合方式、多级放大电路的动态分析 目的与要求 掌握各种多级放大电路耦合方式的特点；掌握多级放大电路的动态分析 方法。 重点与难点 各种耦合方式的特点；动态参数的分析方法。 教学基本内容 多级放大电路的耦合方式 为获得足够大的放大倍数,需将单级放大器串接,组成多级放大器。组成多级放大电 路的每一个基本放大电路称为一级，级与级之间的连接称为级间耦合。 多级放 大电路的常见耦合方式：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。 对耦合电路要求： 静态：保证各级Q 点设置 动态：传送信号（波形不失真、减少压降损失） 1、直接耦合 直接耦合放大电路的特点： (1) 没有电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互影响，不能分别估算。 (2) 前一级的输出电压是后一级的输入电压，后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。 (3) 总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。 (4) 总输入电阻r i即为第一级的输入电阻r i1，总输出电阻即为最后一级的输出电阻。 (5) 受零点漂移温度漂移的影响大。 (6) 很容易集成化 2、阻容耦合 多级阻容耦合放大器的特点： (1) 由于电容的隔直作用，受零点漂移温度漂移的影响小；各级放大器的静态工作点相互独立，可以分别估算。 (2) 前一级的输出电压是后一级的输入电压；后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。 (3) 总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。 (4) 总输入电阻r i 即为第一级的输入电阻r i1。总输出电阻即为最后一级的输出电阻。 (5) 很不容易集成化。 由上述特点可知，射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能。 3、变压器耦合 耦合 我们在学习和生活中经常会遇见能量相互传送的问题，其实在电路中，能量也是需要被相互传送的，这里要提到“耦合”的概念。 耦合是指把能量从一个电路传送另外一个电路中去，耦合在模拟电路和数字电路中非常常见，微弱的信号可以耦合到放大电路进行放大，经过放大的信号同样可以通过耦合进行输出。 耦合是两个功能电路的连接桥梁，可以实现信号和能量的传递，常见的耦合电路有直接耦合电路、电容耦合电路、光电耦合电路和变压器耦合电路。 下面通过一些实例，来跟大家一起探讨下耦合在电路中的作用。 耦合 01 直接耦合 在直接耦合电路中，两个功能电路直接连通，两级之间有着直接的影响，比如在下图的放大电路中，输入的信号经过三极管T1放大后，直接耦合连接至T2进行二级放大，然后再次直接耦合到T3进行三极放大。 因为各级电路直接连接，会相互影响，常用于低频的电路和大规模集成的数字电路中。 直接耦合 02 阻容耦合 在阻容耦合电路中，两级电路通过电容进行隔离，信号通过电容耦合到下一级，因为电容有着隔直流通交流的作用，各级电路的Q点不会相互影响，不能放大缓慢放大的信号，所以常用于交变的高频信号。 阻容耦合 03 变压器耦合 在变压器耦合电路中，两级之间通过了变压器进行了隔离，变压器需要通过电磁感应的方式传输信号，所以不适用于直流信号，一般用在交流的信号中。 它的低频特性差，体积大，但两级之间相互独立，静态工作点不会相互影响，可以实现阻抗变换。 变压器耦合 04 光电耦合 光耦是用于光电耦合的器件，光耦内部集成了发光二极管和光敏三极管，当然，你也可以用独立的发光二极管和光敏三极管搭建光电耦合电路。 发光二极管把电转换为光，光敏三极管则把光重新转换为电，光电耦合同样是隔离式耦合方式，能够很好的抑制干扰信号。 光电耦合 多级电路的耦合方式 一、引言 多级电路是由多个电子器件组成的电路，通常用于实现复杂的功能或实现高性能的电子系统。在多级电路中，不同电子器件之间的耦合方式对电路的性能和稳定性起着重要的影响。本文将介绍多级电路的耦合方式，包括直接耦合、电容耦合、互感耦合和光耦合等。 二、直接耦合 直接耦合是指将一个级联的电子器件的输出直接连接到下一个级联的电子器件的输入，形成一个简单的级联电路。直接耦合的优点是电路结构简单，成本低，但其缺点是会引入直流偏置和交流耦合噪声，并且需要注意阻抗匹配。直接耦合适用于对信号的放大和滤波要求不高的场合。 三、电容耦合 电容耦合是通过一个电容器将一个级联的电子器件的输出耦合到下一个级联的电子器件的输入。电容器可以阻隔直流信号，只传递交流信号，从而消除了直流偏置和交流耦合噪声。电容耦合的优点是能够实现阻抗匹配，具有较好的信号传输特性，适用于对信号的放大和滤波要求较高的场合。 四、互感耦合 互感耦合是通过一个互感器将一个级联的电子器件的输出耦合到下一个级联的电子器件的输入。互感器可以实现电流和电压的传输，从而消除了直流偏置和交流耦合噪声。互感耦合的优点是能够实现阻抗匹配，具有较好的信号传输特性，并且可以实现信号隔离。互感耦合适用于对信号的放大、滤波和隔离要求较高的场合。 五、光耦合 光耦合是通过一个光电器件将一个级联的电子器件的输出耦合到下一个级联的电子器件的输入。光电器件可以将电信号转换为光信号，再将光信号转换为电信号，从而实现电路之间的耦合。光耦合的优点是能够实现电隔离，提高电路的稳定性和可 靠性，并且可以抵抗电磁干扰。光耦合适用于对信号的放大、滤波和电隔离要求较高的场合。 六、总结 多级电路的耦合方式对电路的性能和稳定性起着重要的影响。直接耦合是一种简单的耦合方式，适用于对信号的放大和滤波要求不高的场合。电容耦合和互感耦合能够消除直流偏置和交流耦合噪声，实现阻抗匹配，适用于对信号的放大和滤波要求较高的场合。光耦合能够实现电隔离，提高电路的稳定性和可靠性，适用于对信号的放大、滤波和电隔离要求较高的场合。在实际应用中，需要根据具体的需求选择合适的耦合方式，并进行合理的设计和优化，以提高电路的性能和稳定性。 七、参考文献 [1] 电子电路基础. 清华大学出版社, 2015. [2] Chen W, Zhang H, Zhang J, et al. A new method for designing linear phase bandpass filter based on multi-section stepped impedance resonators. IET Circuits, Devices & Systems, 2019, 13(6): 1003-1008. [3] Wu Y, Xie L, Fang X, et al. An Efficient Time-Frequency Mask Scheme for Speech Dereverberation in the DNN Domain. IEEE/ACM Transactions on Audio, Speech, and Language Processing, 2020, 28: 843-857. 简述多级放大电路的耦合方式及其优缺点 多级放大电路是电子学中一个非常重要且常用的电路。它由多个放大器级别组成，可以将信号增强到更高的幅度，以满足不同的应用需求。在多级放大电路中，耦合方式是非常重要的，它可以影响电路性能和效率。本文将简述多级放大电路的耦合方式及其优缺点。 一、直接耦合 直接耦合是一种将两个放大器级别通过一个较小的电容器连接的方式。这种耦 合方式非常简单直接，能够提供很高的放大性能。但是，它也存在一些缺点，如可能产生渐进干扰信号和漂移问题，同时需要相当高的直流稳定性。因此，直接耦合更为适合用于静态电路或低频应用。 二、变压器耦合 变压器耦合是在两个放大级之间加上一个变压器，它可以对输入信号和输出信 号进行电气隔离，并能够提供电压升降变换功能。它的优点包括：稳定性高、降低共模噪声和增加输入输出隔离。然而，它也具有缺点：成本高、重量重、体积大，尺寸笨重并且成本高昂。因此，变压器耦合更适合于高频应用或消费电子产品。三、RC耦合 RC耦合使用一个电容器将两个放大器级别连接，没有对电源的直接要求。这 种耦合方式可以降低直流漂移，同时保持实时性和高传递增益。其缺点为有可能产生较大的渐进信号漂移。 四、光纤耦合 光纤耦合是一种最良好的耦合方式。光纤传输信号完全隔离电和磁场，并且可 以传输宽带信号。光纤耦合由于涉及光学部件和复杂的光源电路，成本较高，因此 限制它在实际中广泛应用。但是，由于其稳定性高和高隔离度，这种耦合方式也能够应用于高端声频、医疗和科学仪器等领域。 五、差分耦合 差分耦合是另一种设计接收信号的方式，它通常用于高频宽带应用和射频电路。它具有独立地处理两个输入信号、减少共模干扰和提高静态电平的灵活性等优点。无论使用何种耦合方式，差分式输入通常都会改善幅值和信噪比。 综上所述，多级放大电路的耦合方式直接影响了电路性能。为了满足不同的应 用需求，设计人员必须了解各种耦合方式的优缺点，以便在实际应用中选择合适的耦合方式。 耦合电路功能和电路种类和工作原理 一、耦合电路功能和电路种类 多级放大器中，每一级放大器之间是相对独立的，要将一级级放大器之间连接起来，级间耦合电路不可缺少。 1.耦合电路功能 对耦合电路的要求是，对信号的损耗愈小愈好。有时，耦合电路不仅起级间的信号耦合作用，还要对信号开展一些处理，主要有以下几种情况： （1）通过耦合电路将两级放大器之间的直流电路隔离，这是最常用的功能之一。 （2）通过耦合电路获得两个电压大小相等、相位相反的信号。 （3）通过耦合电路对信号的电压开展提升或衰减。 （4）通过耦合电路对前级和后级放大器之间开展阻抗的匹配。 2.耦合电路种类 多级放大器中的耦合电路主要有以下几种： （1）阻容耦合电路中采用电容器开展交流信号的耦合。这是最常用的耦合电路。电容器具有隔直通交的特性，在让交流信号耦合到下一级放大器的同时，将前一级的直流电流隔离。这种电路广泛用于多级交流放大器中。 （2）直接耦合电路中没有耦合元器件。直接将前级放 大器的输出端与后级放大器的输入端相连，这也是一种常见的耦合电路。直接耦合电路可以用于多级交流放大器中，也可用于多级直流放大器中，在多级直流放大器中必须采用这种耦合电路。 （3）变压器耦合电路中采用变压器作为耦合元件。变压器也具有隔直通交特性，所以这种耦合电路与电容器耦合电路相似，同时由于耦合变压器具有阻抗变换等特性，所以变压器耦合电路变化形式很丰富。变压器耦合电路主要用于一些中频放大器、调谐放大器和音频功率放大器的输出级中。 二、阻容耦合电路工作原理分析与理解 当两级放大器之间采用耦合电容时，两级放大器之间采用阻容耦合电路。阻容耦合电路由电阻和电容构成，但是在电路中只能直接看出耦合电容，看不到电阻。可以用如图1所示阻容耦合电路的等效电路来说明这种耦合电路的工作原理。 图1阻容耦合电路等效电路 1.等效电路分析 关于阻容耦合电路等效电路的工作原理主要说明以下几点： （1）电路中的C1是耦合电容，ri是后一级放大器的输入阻抗。阻容耦合电路中所说的电阻是下一级放大器的输入阻抗ri，电容是C1。 （2）从图中可以看出这是一个电容、电阻构成的典型分压电路，加到这一分压电路中的输入信号Ui是前一级放 两级阻容耦合放大电 路 两级阻容耦合放大电路 通常放大电路的输入信号都是很弱的，一般为毫伏或微伏数量级，输入功率常在1mV以下。为了推动负载工作，因此要求把几个单级放大电路连接起来，使信号逐级得到放大，方可在输出获得必要的电压幅值或足够的功率。由几个单级放大电路连接起来的电路称为多级放大电路。在多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的连接方式叫耦合；如耦合电路是采用电阻、电容进行耦合，则叫做“阻容耦合”。 阻容耦合交流放大电路是低频放大电路中应用得最多、最为常见的电路。本实验采用的是两级阻容耦合放大电路，如图3-1所示。 图3-1 两级阻容耦合放大电路 在晶体管V1的输出特性曲线中直流负载线与横轴的交点U CEQ1=V CC，与纵轴的交点（U CE=0时）集电极电流为 = 1 CQ I 3 1 1E E C CC R R R V ++ 静态工作点Q 1位于直流负载线的中部附近，由静态时的集电极电流I CQ1和集-射电压U CEQ1确定。当流过上下偏流电阻的电流足够大时，晶体管V 1的基级偏压为 2 1 1 1 R R V R U CC B += 晶体管V 1的静态发射极电流为 3 1 1 3 1 1 1 1 7.0E E B E E E B EQ R R U R R UB U I +-≈+-= 静态集电极电流近似等于发射极电流，即 1 1 1 1 EQ BQ EQ CQ I I I I ≈-= 晶体管V 1的静态集电极电压为 1 1 1 C CQ CC CQ R I V U -= 两级阻容耦合放大电路的总电压放大倍数为 2 1 u u u A A A = 其中，第一级放大电路的电压放大倍数为 1 1 1 1 1 )1(E be L u R r R A +++'- =ββ 晶体管V1的等效负载电阻为 2 1 1 i C L R R R =' 可作为第一级放大电路的外接负载，第二级放大电路的输入电阻为电容在电路中各种作用
多级放大电路
第三章 多级放大电路答案
第三章多级放大电路
电子基础知识-耦合
多级电路的耦合方式
简述多级放大电路的耦合方式及其优缺点
耦合电路功能和电路种类和工作原理
两级阻容耦合放大电路教学文案
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