才能放大直流讯号或变化很平缓的讯号的电路称为直流放大电路或直流放大器。检测和控制方面常用到这些放大器。
最简单的直流放大电路图(一)共发射极放大电路中的直流通路
对一个放大电路进行剖析主要要做两方面的工作:一是确定静态工作点,即求出当没有输入讯号时,电路中二极管各极的电压和电流值,它们是Ib、Ic、Ube和Uce。若果这种值不在正常范围,放大器便不能进行正常放大;二是估算放大器对交流讯号的放大能力及其他交流参数进行动态剖析,以确定放大电路的电流放大倍数Au、输入内阻ri和输出内阻ro等。
从共发射极放大单元电路结布光可知,该电路在工作时,既有直流份量又有交流份量。为了易于剖析,通常将直流份量和交流份量分开研究,因而将放大电路界定为直流通路和交流通路。所谓直流通路,是放大电路未加输入讯号时,放大电路在直流电源Ec的作用下,直流份量所流过的路径。
直流通路
因为电容器对于直流电流可视为开路,因而,当栅极电流源确定为直流电流时,可将电流放大器中的电容器省去,晶体管电流放大器直流电路如图3-5所示。
最简单的直流放大电路图(二)
如图所示是晶体管构成的直流放大电路。电路中,晶体管VT1和VT2构成差动输入放大电路,晶体管VT3构成抑制纹波增益的恒流源电路,输入讯号Uo与输出讯号Uo相位相反。
最简单的直流放大电路图(三)直流通路下的共射、共集、共基放大电路剖析
1、共射级放大电路
基本的共射放大电路如图所示,在模电书里应当时常遇到,不过那时更多的是剖析静态工作点,交、直流放大倍数,但是在真正的电路设计中,R1和R2的取值范围应当是多少呢?或则说它们应当怎样取值呢?
已知NPN型管是硅型管,处于放大正常工作时饱和电流Ube=0.7V。首先是对R1的选择,的Ib最大值是800mA,仅仅选定R1使其电压值大于800mA其实是不行的,通常Ib的电压值为几mA到uA,由于Ic最大值是800mA,根据普通的100倍的放大倍数算Ib最大也只能到8mA
按此标准就可以取值了,例如R1=10k(先剖析剖析看是否合适),这时Ib=0.43mA,假定放大倍数是100倍(简略计算,所以取这个值)则Ic=43mA,为了使二极管工作在放大区,必须要求Uce》Ube,则Uce至少应当小于0.7V,恩,假定是1v(应当比这大,由于在动态条件下都会有一个交流讯号,要避免出现饱和失真),这么R2应当取值为R2=(12-1)V/43mA=256Ω,即R2不能比256大了(计算,放大倍数等等好多诱因在,而且就是在这个附近)。所以可以取R2=200Ω及其以下(R2越小则Uce越大)。
2、共基极放大电路
图8共基极放大电路
图8中的R1,R2怎么选择呢?因为R2是在发射极上,所以Uce电流肯定小于5v,也就是说集电结反偏,这时只要保证发射结正偏而Ib电压值合适就可以了。所以R1,R2的选择只用跟随十几要求就可以了,比较广泛,都可以从几百欧到几k。
3、共栅极放大电路
R1电阻的测量电路图描述,R2应当选择多少呢?
Ie通常都是在几十mA,假设Ie=43mA、此时R1约为100Ω,Ic约等于Ie=43mA,为了保证Uce反向偏置,还要保证Uce》1v则R2最大取256Ω,按照Uo的输出情况可以取R2为几十到200之间。
最简单的直流放大电路图(四)
直接耦合虽然存在极大的弊端,我们将前一级的输出端「直接」连接至下一级的输入端以耦合交流讯号,如上图,则前一级的集极电流的变化将影响下一级的栅极电流,所以下一级的工作点将受上一级的工作状态牵引。工作点的互相影响,导致直接耦合放大器的稳定性极差,必须仔细审慎地设计直流展宽,并采用品质良好、数值精确的零件,以尽可能使稳定度提升。
直接耦合放大电路两级放大器间采用直接联接的形式传递交流讯号。而右图则是为了便捷进行直流剖析而勾画直流等效电路,我们即将剖析它,但请您注意剖析的过程中,会反映出第一级的工作点变化将影响第二级的直流工作状态。其实,第二级的工作点变化,也将影响第一级的直流工作状态。
第一步:第一极输入端用概貌算法,直接求IEI。
第二步:求VCI=VB2
对Q1基极电压节点而言可列举
其中IB2极大于其它电压,可视为零,重新列式为
所以可求出Q1基极电流CI=VB2=6.7v
我们发觉第二级集电极电流受功放集极电流挑动,当第一级之工作点改变,而促使集极电流变动,将从而导致第二级工作点的改变。相反的,当第二级的工作点改变,也会使第一级的工作点变动。这样的互相影响的关系,促使直接耦合放大器的稳定性不佳,必须使用相当精确的器件,能够确保不至形成连锁效应,导致工作点的偏斜。
最简单的直流放大电路图(五)
一些照像机CRT使用11.4Cm(4.5英寸)纯平面CRT作为显示部件,其高压部件的阳极电流为+20kV,聚焦极电流为+3.2kV,加速极电流为+1000V,高压部件供电为直流24V。以下电路是为替换修理这种显示器的高压部件而设计(电路选自网路文章,原作者不详)。该电路的设计也可为其他升压电路设计提供参考。
基本原理:NE555构成脉冲发生器,调节电位器VR2可使之形成频度为20kHz左右的脉冲,电位器VR1调纳秒。TR1为推进级,脉冲变压器T1采用反极性激励,即TR1导通时TR2截至,TR1截至时TR2导通,D3、C9、VR3、R7及D4、R6、TR3组成高压保护电路。VR2用于调频度,调节VR2可调整高压大小。
VR2选用精密可调阻值。T2可选用彩电行输出变压器变通使用。笔者选用的是东洋SE-1438G系列35Cm(14英寸)彩电的行输出变压器,采用此变压器阳极电流可达20kV,再适当选定R8的电阻使加速极电流为+1000V、R9的电阻使聚焦极电流为+3.2kV即可。整个部件采用铝盒封装,铝壳接地,这样可降低对电路干扰。
最简单的直流放大电路图(六)双管直耦放大器
直流放大器不能用RC耦合或变压器耦合,只能用直接耦合形式。图8是一个两级直耦放大器。直耦方法会带来前后级工作点的互相敌视,电路中在VT2的发射极加内阻RE以提升后级发射极电位来解决前后级的敌视。直流放大器的另一个更重要的问题是零点甩尾。所谓零点甩尾是指放大器在没有输入讯号时,因为工作点不稳定导致静态电位平缓地变化,这些变化被逐级放大,使输出端形成虚假讯号。放大器级数越多,零点甩尾越严重。所以这些双管直耦放大器只能用于要求不高的场合。
最简单的直流放大电路图(七)
解决零点甩尾的办法是采用差分放大器,图9是应用较广的射极耦合差分放大器。它使用双电源,其中VT1和VT2的特点相同,两组内阻数值也相同电阻的测量电路图描述,RE有负反馈作用。实际上这是一个桥形电路,两个RC和两个管子是四个桥臂,输出电流V0从电桥的对角线上取出。没有输入讯号时,由于RC1=RC2和两管特点相同,所以电桥是平衡的,输出是零。因为是接成桥形,零点甩尾也很小。
差分放大器有良好的稳定性,因而得到广泛的应用。