直流放大器

能夠放大直流信號或變化很緩慢的信號的電路稱為直流放大電路或直流放大器。測量和控制方面常用到這種放大器。

最簡單的直流放大電路圖（一）

共發(fā)射極放大電路中的直流通路

對一個放大電路進(jìn)行分析主要要做兩方面的工作：一是確定靜態(tài)工作點(diǎn)，即求出當(dāng)沒有輸入信號時，電路中三極管各極的電流和電壓值，它們是Ib、Ic、Ube和Uce。如果這些值不在正常范圍，放大器便不能進(jìn)行正常放大；二是計算放大器對交流信號的放大能力及其他交流參數(shù)進(jìn)行動態(tài)分析，以確定放大電路的電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri和輸出電阻ro等。

從共發(fā)射極放大單元電路結(jié)構(gòu)圖可知，該電路在工作時，既有直流分量又有交流分量。為了便于分析，一般將直流分量和交流分量分開研究，因此將放大電路劃分為直流通路和交流通路。所謂直流通路，是放大電路未加輸入信號時，放大電路在直流電源Ec的作用下，直流分量所流過的路徑。

直流通路

由于電容器對于直流電壓可視為開路，因此，當(dāng)集電極電壓源確定為直流電壓時，可將電壓放大器中的電容器省去，晶體管電壓放大器直流電路如圖3-5所示。

最簡單的直流放大電路圖（二）

如圖所示是晶體管構(gòu)成的直流放大電路。電路中，晶體管VT1和VT2構(gòu)成差動輸入放大電路，晶體管VT3構(gòu)成抑制共模增益的恒流源電路，輸入信號Uo與輸出信號Uo相位相反。

最簡單的直流放大電路圖（三）

直流通路下的共射、共集、共基放大電路分析

1、共射級放大電路

基本的共射放大電路如圖所示，在模電書里應(yīng)該經(jīng)常遇見，不過那時更多的是分析靜態(tài)工作點(diǎn)，交、直流放大倍數(shù)，然而在真正的電路設(shè)計中，R1和R2的取值范圍應(yīng)該是多少呢？或者說它們應(yīng)該如何取值呢？

已知NPN型管2N2219是硅型管，處于放大正常工作時飽和電壓Ube=0.7V。首先是對R1的選擇，2N2219的Ib最大值是800mA，僅僅選取R1使其電流值小于800mA顯然是不行的，一般Ib的電流值為幾mA到uA，因為Ic最大值是800mA，按照普通的100倍的放大倍數(shù)算Ib最大也只能到8mA

按此標(biāo)準(zhǔn)就可以取值了，比如R1=10k（先分析分析看是否合適），這時Ib=0.43mA，假設(shè)放大倍數(shù)是100倍（粗略估算，所以取這個值）則Ic=43mA，為了使三極管工作在放大區(qū)，必須要求Uce》Ube，則Uce起碼應(yīng)該大于0.7V，恩，假設(shè)是1v（應(yīng)該比這大，因為在動態(tài)條件下還會有一個交流信號，要防止出現(xiàn)飽和失真），那么R2應(yīng)該取值為R2=（12-1）V/43mA=256Ω，即R2不能比256大了（估算，放大倍數(shù)等等很多因素在，但是就是在這個附近）。所以可以取R2=200Ω及其以下（R2越小則Uce越大）。

2、共集電極放大電路

圖8共集電極放大電路

圖8中的R1，R2如何選擇呢？由于R2是在發(fā)射極上，所以Uce電壓肯定大于5v，也就是說集電結(jié)反偏，這時只要保證發(fā)射結(jié)正偏而Ib電流值合適就可以了。所以R1，R2的選擇只用跟著十幾要求就可以了，比較廣泛，都可以從幾百歐到幾k。

3、共基極放大電路

R1，R2應(yīng)該選擇多少呢？

Ie一般都是在幾十mA，假定Ie=43mA、此時R1約為100Ω，Ic約等于Ie=43mA，為了保證Uce反向偏置，還要保證Uce》1v則R2最大取256Ω，根據(jù)Uo的輸出情況可以取R2為幾十到200之間。

最簡單的直流放大電路圖（四）

直接耦合其實存在極大的隱憂，我們將前一級的輸出端「直接」連接至下一級的輸入端以耦合交流信號，如上圖，則前一級的集極電壓的變化將影響下一級的基極電壓，所以下一級的工作點(diǎn)將受上一級的工作狀態(tài)牽引。工作點(diǎn)的相互影響，造成直接耦合放大器的穩(wěn)定性極差，必須仔細(xì)審慎地設(shè)計直流偏壓，并采用品質(zhì)良好、數(shù)值精確的零件，以盡可能使穩(wěn)定度提高。

直接耦合放大電路兩級放大器間采用直接連接的方式傳遞交流信號。而下圖則是為了方便進(jìn)行直流分析而繪制直流等效電路，我們將要分析它，但請您注意分析的過程中，會反映出第一級的工作點(diǎn)變化將影響第二級的直流工作狀態(tài)。當(dāng)然，第二級的工作點(diǎn)變化，也將影響第一級的直流工作狀態(tài)。

第一步：第一極輸入端用概略算法，直接求IEI。

第二步：求VCI=VB2

對Q1集電極電流節(jié)點(diǎn)而言可列出

其中IB2極小于其它電流，可視為零，重新列式為

所以可求出Q1集電極電壓CI=VB2=6.7v

我們發(fā)現(xiàn)第二級基極電壓受前級集極電壓牽動，當(dāng)?shù)谝患壷ぷ鼽c(diǎn)改變，而使得集極電壓變動，將進(jìn)而造成第二級工作點(diǎn)的改變。相反的，當(dāng)?shù)诙壍墓ぷ鼽c(diǎn)改變，也會使第一級的工作點(diǎn)變動。這樣的相互影響的關(guān)系，使得直接耦合放大器的穩(wěn)定性不佳，必須使用相當(dāng)精確的元件，才能確保不至產(chǎn)生連鎖效應(yīng)，造成工作點(diǎn)的偏移。

最簡單的直流放大電路圖（五）

一些照相機(jī)CRT使用11．4Cｍ（4．5英寸）純平面CRT作為顯示部件，其高壓部件的陽極電壓為＋20ｋV，聚焦極電壓為＋3．2ｋV，加速極電壓為＋1000V，高壓部件供電為直流24V。以下電路是為替換維修這些顯示器的高壓部件而設(shè)計（電路選自網(wǎng)絡(luò)文章，原作者不詳）。該電路的設(shè)計也可為其他升壓電路設(shè)計提供參考。

基本原理：NE555構(gòu)成脈沖發(fā)生器，調(diào)節(jié)電位器VR2可使之產(chǎn)生頻率為20ｋHｚ左右的脈沖，電位器VR1調(diào)脈寬。TR1為推動級，脈沖變壓器T1采用反極性激勵，即TR1導(dǎo)通時TR2截止，TR1截止時TR2導(dǎo)通，D3、C9、VR3、R7及D4、R6、TR3組成高壓保護(hù)電路。VR2用于調(diào)頻率，調(diào)節(jié)VR2可調(diào)整高壓大小。

VR2選用精密可調(diào)電阻。T2可選用彩電行輸出變壓器變通使用。筆者選用的是東洋SE－1438G系列35Cｍ（14英寸）彩電的行輸出變壓器，采用此變壓器陽極電壓可達(dá)20ｋV，再適當(dāng)選取R8的阻值使加速極電壓為＋1000V、R9的阻值使聚焦極電壓為＋3．2ｋV即可。整個部件采用鋁盒封裝，鋁殼接地，這樣可減少對電路干擾。

最簡單的直流放大電路圖（六）

雙管直耦放大器

直流放大器不能用 RC 耦合或變壓器耦合，只能用直接耦合方式。圖 8 是一個兩級直耦放大器。直耦方式會帶來前后級工作點(diǎn)的相互牽制，電路中在 VT2 的發(fā)射極加電阻 R E 以提高后級發(fā)射極電位來解決前后級的牽制。直流放大器的另一個更重要的問題是零點(diǎn)漂移。所謂零點(diǎn)漂移是指放大器在沒有輸入信號時，由于工作點(diǎn)不穩(wěn)定引起靜態(tài)電位緩慢地變化，這種變化被逐級放大，使輸出端產(chǎn)生虛假信號。放大器級數(shù)越多，零點(diǎn)漂移越嚴(yán)重。所以這種雙管直耦放大器只能用于要求不高的場合。

最簡單的直流放大電路圖（七）

解決零點(diǎn)漂移的辦法是采用差分放大器，圖 9 是應(yīng)用較廣的射極耦合差分放大器。它使用雙電源，其中 VT1 和 VT2 的特性相同，兩組電阻數(shù)值也相同， R E 有負(fù)反饋?zhàn)饔?。實際上這是一個橋形電路，兩個 R C 和兩個管子是四個橋臂，輸出電壓 V 0 從電橋的對角線上取出。沒有輸入信號時，因為 RC1=RC2 和兩管特性相同，所以電橋是平衡的，輸出是零。由于是接成橋形，零點(diǎn)漂移也很小。

差分放大器有良好的穩(wěn)定性，因此得到廣泛的應(yīng)用。