多级放大电路优化设计

图4-23 共集电极放大电路

当一级放大电路的放大倍数不够时，可以考虑采用多级放大电路，多级放大电路的总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。

各级放大电路之间的连接方法主要有三种：变压器耦合法、阻容耦合法和直接耦合法。因为变压器的局限性，变压器耦合法在低频场合应用越来越少，几乎完全被淘汰，只有高频领域里仍有应用。直接耦合法常见于集成电路设计，分立元器件的直接耦合设计和调试都比较复杂。阻容耦合法的电路结构清晰，各放大级可以分别独立设计和调试，应用最为广泛。

阻容耦合法的核心元件是耦合电容，这个耦合电容的大小要能使有用信号顺利通过，尽量不受损失。

图4-25是阻容耦合两级放大电路，图中耦合电容C₂是两级放大电路的分界线；耦合电容C₁和C₂之间是以VT1为核心的第一级共射极放大电路；耦合电容C₂和C₅之间是以VT2为核心的第二级共射极放大电路。

图4-24 共集电极放大电路的波形

图4-25 阻容耦合两级放大电路

图4-26为图4-25的输入及输出信号波形，上面的波形为输入信号，下面的波形为负载R₁₀上的输出信号。通过对比可以知道，两者同频率、同相位，电压幅度得到放大。

由于交流信号电流和直流偏置电流是不同的路径，所以，对于较复杂的电路，一般要分别画出等效的直流通路和交流通路。

1）图4-25的直流通路如图4-27所示。在绘制直流通路时，交流电压源视为短路，交流电流源视为开路，电容视为开路，电感视为短路。通过直流通路可以求解晶体管的工作点，判断晶体管的工作状态。

图4-26 阻容耦合两级放大电路的波形(www.xing528.com)

2）图4-25的交流通路如图4-28所示。在绘制交流通路时，直流电压源视为短路，直流电流源视为开路，耦合电容视为短路，大电感视为断路。绘制的交流通路往往比较杂乱，需要简单整理，以便于分析，图4-28经过整理后如图4-29所示。通过交流通路可以求解晶体管的放大倍数、输入电阻和输出电阻等。

图4-27 直流通路

图4-28 交流通路

图4-29 整理后的等效电路

在多级放大电路中经常会有负反馈出现，如图4-30中的R₁₀和C₆所在的支路。引入负反馈一般会降低整体放大倍数，拓宽通频带，改善输入输出电阻，提高系统稳定性。负反馈支路连接了输入端和输出端，如果这个支路中有耦合电容，则这个负反馈只对交流信号起作用，称为交流负反馈；如果这个支路有对地的旁路电容，则这个负反馈只对直流偏置起作用，称为直流负反馈。图4-30中的C₆隔断了直流的反馈，所以这个负反馈支路就是交流负反馈。

负反馈都是从输出端取一部分信号回馈到输入端，从输出端来看，如果从输出端取电流信号回馈，就称为电流负反馈，能够稳定输出电流；如果从输出端取电压信号回馈，就称为电压负反馈，能够稳定输出电压。

从输入端来看，如果反馈回输入端的信号与原始输入信号处于串联状态，则称为串联负反馈，可以提高输入电阻；如果反馈回输入端的信号与原始输入信号处于并联状态，则称为并联负反馈，可以降低输入电阻。

综上所述，如果一个电路是准备作为电压信号源带负载，则这个电路应该引入电压负反馈；如果准备作为电流信号源，则应该引入电流负反馈；如果这个电路准备给电流源做负载，则应该引入并联负反馈；如果这个电路准备给电压源作为负载，则应该引入串联负反馈。

通过前面的分析可知，图4-30中的负反馈是串联、电压负反馈，这个电路合适的信号源应该是个电压源，负载应该具有较大的输入电阻。

图4-30 具有负反馈的多级放大器