才能放大直流訊號或變化很平緩的訊號的電路稱為直流放大電路或直流放大器。檢測和控制方面常用到這些放大器。
最簡單的直流放大電路圖(一)共發射極放大電路中的直流通路
對一個放大電路進行剖析主要要做兩方面的工作:一是確定靜態工作點,即求出當沒有輸入訊號時,電路中二極管各極的電壓和電流值,它們是Ib、Ic、Ube和Uce。若果這種值不在正常范圍,放大器便不能進行正常放大;二是估算放大器對交流訊號的放大能力及其他交流參數進行動態剖析,以確定放大電路的電流放大倍數Au、輸入內阻ri和輸出內阻ro等。
從共發射極放大單元電路結布光可知,該電路在工作時,既有直流份量又有交流份量。為了易于剖析,通常將直流份量和交流份量分開研究,因而將放大電路界定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訊號時,放大電路在直流電源Ec的作用下,直流份量所流過的路徑。
直流通路
因為電容器對于直流電流可視為開路,因而,當柵極電流源確定為直流電流時,可將電流放大器中的電容器省去,晶體管電流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成的直流放大電路。電路中,晶體管VT1和VT2構成差動輸入放大電路,晶體管VT3構成抑制紋波增益的恒流源電路,輸入訊號Uo與輸出訊號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、共基放大電路剖析
1、共射級放大電路
基本的共射放大電路如圖所示,在模電書里應當時常遇到,不過那時更多的是剖析靜態工作點,交、直流放大倍數,但是在真正的電路設計中,R1和R2的取值范圍應當是多少呢?或則說它們應當怎樣取值呢?
已知NPN型管是硅型管,處于放大正常工作時飽和電流Ube=0.7V。首先是對R1的選擇,的Ib最大值是800mA,僅僅選定R1使其電壓值大于800mA其實是不行的,通常Ib的電壓值為幾mA到uA,由于Ic最大值是800mA,根據普通的100倍的放大倍數算Ib最大也只能到8mA
按此標準就可以取值了,例如R1=10k(先剖析剖析看是否合適),這時Ib=0.43mA,假定放大倍數是100倍(簡略計算,所以取這個值)則Ic=43mA,為了使二極管工作在放大區,必須要求Uce》Ube,則Uce至少應當小于0.7V,恩,假定是1v(應當比這大,由于在動態條件下都會有一個交流訊號,要避免出現飽和失真),這么R2應當取值為R2=(12-1)V/43mA=256Ω,即R2不能比256大了(計算,放大倍數等等好多誘因在,而且就是在這個附近)。所以可以取R2=200Ω及其以下(R2越小則Uce越大)。
2、共基極放大電路
圖8共基極放大電路
圖8中的R1,R2怎么選擇呢?因為R2是在發射極上,所以Uce電流肯定小于5v,也就是說集電結反偏,這時只要保證發射結正偏而Ib電壓值合適就可以了。所以R1,R2的選擇只用跟隨十幾要求就可以了,比較廣泛,都可以從幾百歐到幾k。
3、共柵極放大電路
R1電阻的測量電路圖描述,R2應當選擇多少呢?
Ie通常都是在幾十mA,假設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,按照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)
直接耦合雖然存在極大的弊端,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訊號,如上圖,則前一級的集極電流的變化將影響下一級的柵極電流,所以下一級的工作點將受上一級的工作狀態牽引。工作點的互相影響,導致直接耦合放大器的穩定性極差,必須仔細審慎地設計直流展寬,并采用品質良好、數值精確的零件,以盡可能使穩定度提升。
直接耦合放大電路兩級放大器間采用直接聯接的形式傳遞交流訊號。而右圖則是為了便捷進行直流剖析而勾畫直流等效電路,我們即將剖析它,但請您注意剖析的過程中,會反映出第一級的工作點變化將影響第二級的直流工作狀態。其實,第二級的工作點變化,也將影響第一級的直流工作狀態。
第一步:第一極輸入端用概貌算法,直接求IEI。
第二步:求VCI=VB2
對Q1基極電壓節點而言可列舉
其中IB2極大于其它電壓,可視為零,重新列式為
所以可求出Q1基極電流CI=VB2=6.7v
我們發覺第二級集電極電流受功放集極電流挑動,當第一級之工作點改變,而促使集極電流變動,將從而導致第二級工作點的改變。相反的,當第二級的工作點改變,也會使第一級的工作點變動。這樣的互相影響的關系,促使直接耦合放大器的穩定性不佳,必須使用相當精確的器件,能夠確保不至形成連鎖效應,導致工作點的偏斜。
最簡單的直流放大電路圖(五)
一些照像機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流為+20kV,聚焦極電流為+3.2kV,加速極電流為+1000V,高壓部件供電為直流24V。以下電路是為替換修理這種顯示器的高壓部件而設計(電路選自網路文章,原作者不詳)。該電路的設計也可為其他升壓電路設計提供參考。
基本原理:NE555構成脈沖發生器,調節電位器VR2可使之形成頻度為20kHz左右的脈沖,電位器VR1調納秒。TR1為推進級,脈沖變壓器T1采用反極性激勵,即TR1導通時TR2截至,TR1截至時TR2導通,D3、C9、VR3、R7及D4、R6、TR3組成高壓保護電路。VR2用于調頻度,調節VR2可調整高壓大小。
VR2選用精密可調阻值。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流可達20kV,再適當選定R8的電阻使加速極電流為+1000V、R9的電阻使聚焦極電流為+3.2kV即可。整個部件采用鋁盒封裝,鋁殼接地,這樣可降低對電路干擾。
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,只能用直接耦合形式。圖8是一個兩級直耦放大器。直耦方法會帶來前后級工作點的互相敵視,電路中在VT2的發射極加內阻RE以提升后級發射極電位來解決前后級的敵視。直流放大器的另一個更重要的問題是零點甩尾。所謂零點甩尾是指放大器在沒有輸入訊號時,因為工作點不穩定導致靜態電位平緩地變化,這些變化被逐級放大,使輸出端形成虛假訊號。放大器級數越多,零點甩尾越嚴重。所以這些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)
解決零點甩尾的辦法是采用差分放大器,圖9是應用較廣的射極耦合差分放大器。它使用雙電源,其中VT1和VT2的特點相同,兩組內阻數值也相同電阻的測量電路圖描述,RE有負反饋作用。實際上這是一個橋形電路,兩個RC和兩個管子是四個橋臂,輸出電流V0從電橋的對角線上取出。沒有輸入訊號時,由于RC1=RC2和兩管特點相同,所以電橋是平衡的,輸出是零。因為是接成橋形,零點甩尾也很小。
差分放大器有良好的穩定性,因而得到廣泛的應用。