多级放大电路分析技巧

知识储备

一般情况下，单管放大电路的电压放大倍数只能达到几十至几百倍，放大电路的其他技术指标也难以达到实际工作中提出的要求。因此，实际的电子设备中，大多采用各种形式的多级放大电路。

多级放大电路的组成可用图2.36所示的框图来表示。其中，输入级和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。

图2.36　多级放大器一般结构框图

1.多级放大器的耦合方式

在多级放大电路中，通常把级与级之间的连接方式称为耦合方式。

级与级之间耦合时，需要满足以下几点。

① 耦合后，各级放大电路的静态工作点合适。

② 耦合后，多级放大电路的性能指标满足实际工作要求。

③ 前一级的输出信号能够顺利地传输到后一级的输入端。

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

阻容耦合能够满足上述要求，是一种常见的多级放大电路的耦合方式。

放大电路级与级之间通过电容连接的耦合方式称为阻容耦合。电路如图2.37所示，电容C2连接第一级放大电路的输出端和第二级放大电路的输入端，即将VT1集电极的输出信号耦合到VT2的基极。阻容耦合多级放大电路的特点如下。

（1）优点。因电容的“隔直流”作用，前后两级放大电路的静态工作点相互独立，互不影响，所以阻容耦合放大电路的分析、设计和调试方便。此外，阻容耦合电路还有体积小、重量轻等优点。

（2）缺点。因耦合电容对交流信号具有一定的容抗，在传输过程中信号会受到一定程度的衰减。特别对于变化缓慢的信号，其容抗很大，不便于传输。此外，在集成电路中，制造大容量的电容很困难，所以阻容耦合多级放大电路不便于集成。

2）直接耦合

将放大电路级与级间用导线直接连接，这种连接方式称为直接耦合，电路如图2.38所示。

图2.37　阻容耦合放大电路

图2.38　直接耦合两级放大电路

直接耦合多级放大电路的特点如下。

（1）优点。既可以放大交流信号，又可以放大直流和变化缓慢的信号；电路便于集成，所以集成电路中多采用直接耦合方式。

（2）缺点。各级静态工作点存在相互牵制和零点漂移问题（零点漂移问题将在本书后续内容中详细讨论）。

3）变压器耦合

放大电路级与级之间通过变压器连接的耦合方式称为变压器耦合。电路如图2.39所示。变压器耦合多级放大电路的特点如下。

（1）优点。因变压器只能传输交流信号和进行阻抗变换，所以各级电路的静态工作点相互独立、互不影响。通过改变变压器的匝数比可以实现阻抗变换，从而获得较大的输出功率。

（2）缺点。变压器体积大、重量大，不便于集成。同时，频率特性差，也不能传送直流和变化非常缓慢的信号。

图2.39　变压器耦合放大电路

2.多级放大器性能指标的估算

1）电压放大倍数

根据电压放大倍数的定义Au=uo/ui，由图2.40，由于

图2.40　多级放大器级联图

即多级放大器电压放大倍数等于各级电压放大倍数之积。

注意：在计算各级电路电压放大倍数时，须考虑后级电路输入电阻对前级电路电压放大倍数的影响。

所以，实际放大倍数为

2）输入电阻

多级放大电路的输入电阻，就是输入级的输入电阻。计算时要注意：当输入级为共集电极放大电路时，要考虑第二级的输入电阻作为前级负载时对输入电阻的影响。

3）输出电阻

多级放大电路的输出电阻就是输出级的输出电阻。计算时要注意：当输出级为共集电极放大电路时，要考虑其前级对输出电阻的影响。

知识拓展

*放大器频率特性的分析

前面讨论放大电路的性能时，是以单一频率的正弦波信号为放大对象。在实际应用中，信号并非是单一频率，而是一段频率范围。在放大电路中，由于存在耦合电容、旁路电容及三极管的结电容与电路中的杂散电容等，它们的容抗都将随着频率的变化而变化。同时，三极管内PN结的电容效应，使管子的电流放大系数在高频时也随频率变化。因此，放大电路对不同频率信号的放大能力并不相同。不仅电压放大倍数的大小（模）随频率变化，而且幅角（即输出电压与输入电压的相位差）也随频率变化。电压放大倍数的模与频率f的关系称为幅频特性，用Au（f）表示。输出电压与输入电压之间的相位差与频率的关系称为相频特性，用φ（f）表示。幅频特性和相频特性总称为频率特性。

1.截止频率与通频带

图2.41（a）是单级阻容耦合共发射极放大电路，图2.41（b）是其幅频响应特性，图2.41（c）是其相频响应特性。从幅频特性可以看出，在中间一段频率范围内，放大倍数几乎不随频率变化，这一段频率范围称为中频段。中频段的电压放大倍数用Aum来表示。在中频段以外，随着频率的减小或增大，放大倍数都将下降。

图2.41　放大电路的频率响应特性

（a）共射放大电路；（b）幅频特性曲线；（c）相频特性曲线

2.幅频特性分析

在中频区，由于耦合电容和射极旁路电容的容量较大，其等效容抗很小，可视为短路。另外，因三极管的结电容以及电路中的杂散电容很小，等效容抗很大，可视为开路。所以在中频区，可认为信号在传输过程中不受电容的影响，从而使电压放大倍数几乎不受频率变化的影响，该区的特性曲线较平坦。(www.xing528.com)

在低频区，Au下降的原因主要是耦合电容C1和C2以及发射极旁路电容Ce的存在。由于频率降得很低，这些电容的容抗很大，使信号在这些电容上的压降也随之增加，因而减少了输出电压，导致低频段Au的下降。

在高频区，由于三极管的极间电容和电路中的分布电容因频率升高而等效容抗减小，对信号的分流作用增大，降低了集电极电流和输出电压，导致高频段Au的下降。

3.多级放大电路的通频带

在多级放大电路中，随着级数的增加，其通频带变窄，且窄于任何一级放大电路的通频带。下面以两级共发射极阻容耦合放大电路为例，分析多级放大电路的通频带变窄的原因。

图2.42（a）所示为两个单级共射放大电路的幅频特性曲线，设Aum1=Aum2、fL1=fL2、BW1=BW2，由它们级联组成的两级放大电路，在中频段时，总的电压放大倍数Au=Au1×Au2。

图2.42　多级放大电路的通频带

（a）单级电路；（b）两级电路

由图2.42（b）可以看出，两级放大电路的上限截止频率fH＜fH1（fH2），下限截止频率fL＞fL1（fL2），即两级放大电路的通频带变窄了。

从图2.42（b）所示的两级放大电路的通频带可以推知，多级放大电路的通频带一定比它的任何一级都窄，且级数越多，通频带越窄。也就是说，将放大电路级联后，总电压放大倍数虽然提高了，但通频带变窄了。为了改善放大电路的频率特性，展宽通频带，除了合理地选择电路参数，适当加大C1、C2和Ce的容量和选用fT高的三极管外，还可以从电路上加以改进，如采用共基极放大电路、在电路中引入负反馈或在多级放大电路中采用直接耦合方式等。

自测习题

1.填空

（1）已知某放大电路的第一级电压增益为40 dB，第二级电压增益为20 dB，总的电压增益为_____dB，总的电压放大倍数是_________。

（2）多级放大电路的输出电阻取决于它的__________电路（第一级、最后一级）；多级放大电路的输入电阻取决于它的__________电路（第一级、最后一级）；多级放大电路的放大倍数是每一级电路的__________（和、乘积）；为了提高电路的带负载能力，一般在多级放大电路的输出端加__________放大电路，这是利用该电路的输出电阻小。

（3）多级放大电路常见的耦合方式有__________、__________和__________耦合。

（4）某放大电路电压放大倍数为1 000倍，相当于__________dB；电压放大倍数为100倍，相当于__________dB。

2.选择

（1）直接耦合放大电路零点漂移产生的主要原因是（　　）。

A. 输入信号较大　B. 环境温度　C. 各元件质量

（2）阻容耦合多级放大电路各级的Q点（　　），它只能放大（　　）。

A. 相互独立　交流信号　B. 相互影响 直流信号

C. 相互独立　直流信号

（3）在3种常见的耦合方式中，静态工作点不独立，体积较小的是（　　）的优点。

A. 阻容耦合　B. 变压器耦合　C. 直接耦合

（4）阻容耦合放大电路的特点是（　　）。

A. 工作点互相独立　B. 便于集成　C. 存在零点漂移

（5）多级放大电路与组成它的各个单级放大电路相比，其通频带（　　）。

A. 变宽　B. 变窄

C. 不变　D. 与单级放大电路有关

（6）当信号频率等于放大电路的fL或fH时，放大倍数的值约下降到中频时的（　　）。

A.0.5倍　B.0.7倍　C.0.9倍　D.0.3倍

（7）测试放大电路输出电压幅值与相位的变化，可得到其频率响应，条件是（　　）。

A. 输入电压幅值不变，改变频率

B. 输入电压频率不变，改变幅值

C. 输入电压幅值与频率同时改变

D. 两者都不变

自测习题答案