多级放大电路的耦合方式探究

为了得到更高的放大倍数或者使输入电阻和输出电阻达到指标要求，常把若干个基本放大电路连接起来，组成多级放大电路。多级放大电路中的每个基本放大电路为一级，级与级之间的连接称为级间耦合。常见的耦合方式有直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。其中，阻容耦合的应用最广。阻容耦合多用于低频电压放大电路，变压器耦合多用于高频调谐放大器，直接耦合多用于直流放大器，光电耦合多用于隔离电路。

1.阻容耦合

阻容耦合是利用电容器作为耦合元件将前级和后级连接起来。这个电容器称为耦合电容，如图4-1所示。第一级共射放大电路的集电极输出信号通过电容器和第二级共集放大电路的基极输入端相连接。

图4-1 两级阻容耦合放大电路

阻容耦合的优点：前级和后级直流通路彼此隔开，每一级的静态工件点相互独立，互不影响。所以电路的分析和设计比较方便。在输入频率较高和耦合电容容量较大情况下，交流信号在级与级之间的损耗非常小。因此，阻容耦合在多级交流放大电路中得到了广泛应用。

阻容耦合的缺点：信号在通过耦合电容加到下一级时会大幅衰减，对直流信号（或变化缓慢的信号）很难传输。在集成电路里制造大电容很困难，不利于集成化。所以，阻容耦合只适用于由分立元件组成的电路。

2.变压器耦合

变压器耦合是利用变压器将前级的输出端与后级的输入端连接起来，这种耦合方式称为变压器耦合，如图4-2所示。将VT₁的输出信号经过变压器T₁送到VT₂的基极和发射极之间。VT₂的输出信号经T₂耦合到负载R_L上。R_b11、R_b12和R_b21、R_b22分别为VT₁管和VT₂管的偏置电阻，C_b2是R_b21和R_b22的旁路电容，用于防止信号被偏置电阻所衰减。

图4-2 两级变压器耦合放大电路

变压器耦合的优点：由于变压器不能传输直流信号，且有隔直作用，因此各级静态工作点相互独立、互不影响。变压器在传输信号的同时还能够进行阻抗、电压、电流变换。

变压器耦合的缺点：体积大、笨重等，不易实现集成化应用。(www.xing528.com)

图4-3 两级直接耦合放大电路

3.直接耦合

直接耦合是将前级放大电路和后级放大电路直接相连的耦合方式，这种耦合方式称为直接耦合，如图4-3所示。

直接耦合的优点：直接耦合所用元件少，体积小，可放大缓慢变化的信号和直流信号，即低频特性好。另外便于集成化，所以集成电路中多采用这种耦合方式。

直接耦合的缺点：由于失去隔离作用，使前级和后级的直流通路相通，静态电位相互牵制，使得各级静态工作点相互影响，从而使电路的设计和调试不方便。另外，还存在着零点漂移现象。当放大电路输入电压为零时，由于温度变化等原因导致输出电压不为零且缓慢变化的零点漂移现象。在放大电路中，引起零点漂移的原因很多，如电源电压的波动，元器件的老化，半导体元器件参数随温度变化而变化等。放大电路中的元器件经过老化处理，并采用高稳定性能的直流电源，则由于温度变化而引起半导体元器件参数的变化是产生零点漂移的主要原因，因而零点漂移也称温度漂移。

4.光电耦合

光电耦合是通过光信号实现耦合，构成电→光和光→电的转换过程。由光敏晶体管作接收管的光电耦合器如图4-4a所示。当电信号进入光电耦合器的输入端时，发光二极管通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，光敏晶体管CE导通；当输入端无信号，发光二极管不亮，光敏晶体管截止，CE不通。对于数字量，当输入为低电平“0”时，光敏晶体管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏晶体管饱和导通，输出为低电平“0”。采用光电耦合，可以提高电路的抗干扰能力。

图4-4b所示电路为输入信号u_i＞0的线性光电耦合电路，二极管接在放大器的负反馈回路中，流过它的电流i_f=u_i/R₁，即i_f只取决于u_i与R₁的变化，而与其他因素无关，克服了二极管本身的非线性以及温度影响，且i_f与u_i严格成比例关系。通过调节电阻R₁的数值，使电路工作在光电耦合器的线性段。

图4-4 线性光电耦合电路