多级放大电路的级间耦合

1.多级放大电路的组成

一般多级放大电路输入级与中间级的主要作用是实现电压放大，输出级的主要作用是功率放大，以推动负载工作。

2.多级放大电路的耦合方式

多级放大电路是由两级或两级以上的单级放大电路级联而成的。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，而级与级之间耦合时，必须满足：

第一，耦合后各级电路仍具有合适的静态工作点。

第二，保证信号在级与级之间能够顺利地传输。

第三，耦合后多级放大电路的性能指标必须满足实际的要求。

为了满足上述要求，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。

放大器级与级之间通过电容连接的方式称为阻容耦合方式。阻容耦合放大电路的特点如下：

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，该电路还具有体积小、重量轻等优点。

②因对交流信号电容具有一定的容抗，若电容量不足够大，则信号在传输过程中会有一定的衰减，尤其不便于传输变化缓慢的信号。此外，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，也可以把级与级之间直接用导线连接起来，这种连接方式称为直接耦合。

多级放大电路的直接耦合是指前一级放大电路的输出端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，即当输入电压ui=0时，受环境温度等因素的影响，输出电压uo将在静态工作点的基础上漂移。若输入信号比较微弱，零点漂移信号有时会覆盖要放大的信号，使得电路无法正常工作，因此要抑制零点漂移，使漂移电压和有用信号相比可以忽略。

直接耦合的特点如下：

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；电路简单，便于集成，所以集成电路中多采用这种耦合方式。

②需要电位偏移电路，以满足各级静态工作点的需要。

③存在着各级静态工作点相互牵制和零点漂移这两个问题。

（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。变压器耦合电路多用于低频放大电路中，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。由于变压器不能传输直流电，故各级静态工作点互不影响，可分别计算和调整。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。但由于存在电磁干扰，也很难集成，且变压器的质量太大，因此在电压放大电路中现已很少使用变压器耦合。

（4）光电耦合。

光电耦合器件是把发光器件（如发光二极管）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，通过光线实现耦合，构成的电—光和光—电的转换器件。当电信号施加到光电耦合器的输入端时，发光二极管通过电流而发光，光敏三极管受到光照后饱和导通，产生电流iC；当输入端无信号时，发光二极管不亮，光敏三极管截止。若基极有引出线则可满足温度补偿等要求。这种光耦合器性能较好，价格便宜，因而应用广泛。

光电耦合器主要有以下特点：

①光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，具有较强的抗干扰能力。因为，干扰源的阻抗较大，通常为105～106Ω。即使干扰电压的幅度较大，馈送到光电耦合器输入端的噪声电压也很小，只能形成很微弱的电流，不足以使二极管发光。

②光电耦合器具有较好的电隔离性能。由于光电耦合器输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地，之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。

③光电耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。

④光电耦合器的响应速度极快，其响应延迟时间只有10μs左右，适用于对响应速度要求很高的场合。

此外，电耦合器具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、输入与输出在电气上完全隔离等特点，因而在各种电子设备上得到广泛的应用。光电耦合器可用于隔离电路、负载接口电路及各种家用电器电路中。