多级放大电路的耦合方式介绍

组成多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级，级与级之间的连接称为级间耦合。多级放大电路有4种常见的耦合方式：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。

4.1.1.1　直接耦合放大电路

将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端，称为直接耦合，如图4.1.1（a）所示。图中所示电路省去了第二级的基极电阻，而使Rc1既作为第一级的集电极电阻，又作为第二级的基极电阻，只要Rc1取值合适，就可以为T2管提供合适的基极电流。

图4.1.1　直接耦合放大电路

1.静态工作点的分析

从图4.1.1（a）所示电路中可知，静态时，T1管的管压降UCEQ1等于T2管的b-e间电压UBEQ2。通常情况下，若T1管为硅管，UBEQ2≈0.7 V，则T1管的静态工作点靠近饱和区，在动态信号作用时容易引起饱和失真。因此，为使第一级有合适的静态工作点，就要抬高T2管的基极电位。为此，可以在T2管的发射极加电阻Re2，如图4.1.1（b）所示。

为使各级晶体管都工作在放大区，必然要求T2管的集电极电位高于其基极电位。可以设想，如果级数增多且仍为NPN型管构成的共射电路，则由于集电极电位逐级升高，以至于接近电源电压，势必使后级的静态工作点不合适。因此，直接耦合多级放大电路常采用NPN型和PNP型管混合使用的方法解决上述问题，如图4.1.1（c）所示。在图4.1.1（c）所示电路中，虽然T1管的集电极电位高于其基极电位，但是为使T2管工作在放大区，T2管的集电极电位应低于其基极电位（即T1管的集电极电位）。

2.直接耦合方式的优缺点

从以上分析可知，采用直接耦合方式使各级之间的直流通路相连，因静态工作点相互影响，这样就给电路的分析、设计和调试带来一定的困难。在求解静态工作点时，应写出直流通路中各个回路的方程，然后求解多元一次方程组。实际应用时，则应采用各种计算机软件辅助分析。

直接耦合放大电路的突出优点是具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；并且由于电路中没有大容量电容，所以易于将全部电路集成在一片硅片上，构成集成放大电路。由于电子工业的飞速发展，集成放大电路的性能越来越好，种类越来越多，价格也越来越便宜，所以凡能用集成放大电路的场合，均不再使用分立元件放大电路。

直接耦合放大电路最大的问题是存在零点漂移现象，即输入信号为零时，输出电压产生变化的现象。

4.1.1.2　阻容耦合放大电路

将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端，称为阻容耦合方式。图4.1.2所示为两级阻容耦合放大电路，第一级为共射放大电路，第二级为共集放大电路。

图4.1.2　两级阻容耦合放大电路

由于电容对直流量的电抗为无穷大，因而阻容耦合放大电路各级之间的直流通路各不相通，各级的静态工作点相互独立，在求解或实际调试Q点时可按单级处理，所以电路的分析、设计和调试简单易行。而且，只要输入信号频率较高、耦合电容容量较大，前级的输出信号就可以几乎没有衰减地传递到后级的输入端，因此，在分立元件电路中阻容耦合方式得到了非常广泛的应用。

阻容耦合放大电路的低频特性差，不能放大变化缓慢的信号。这是因为电容对这类信号呈现出很大的容抗，信号的一部分甚至全部都衰减在耦合电容上，而根本不向后级传递。此外，在集成电路中制造大容量电容很困难甚至不可能，所以这种耦合方式不便于集成化。

应当指出，通常只有在信号频率很高、输出功率很大等特殊情况下，才采用阻容耦合方式的分立元件放大电路。

4.1.1.3　变压器耦合放大电路

将放大电路前级的输出信号通过变压器接到后级的输入端或负载电阻上，称为变压器耦合。图4.1.3（a）所示为变压器耦合共射放大电路，R既可以是实际的负载电阻，也可以代表后级放大电路，图（b）是它的交流等效电路。(www.xing528.com)

由于变压器耦合放大电路的前、后级靠磁路耦合，所以与阻容耦合放大电路一样，它的各级放大电路的静态工作点相互独立，便于分析、设计和调试。但它的低频特性差，不能放大变化缓慢的信号，且笨重，更不能集成化。与前两种耦合方式相比，其最大特点是可以实现阻抗变换，因而在分立元件功率放大电路中得到了广泛应用。

图4.1.3　变压器耦合共射放大电路

4.1.1.4　光电耦合

光电耦合以光信号为媒介实现电信号的耦合和传递，其因抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。

1.光电耦合器

光电耦合器是实现光电耦合的基本器件，它将发光元件（发光二极管）与光敏元件（光电三极管）相互绝缘地组合在一起，如图4.1.4（a）所示。发光元件为输入回路，它将电能转换成光能；光敏元件为输出回路，它将光能再转换成电能。光电耦合器实现了两部分电路的电气隔离，有效地抑制了电干扰。在输出回路常采用复合管（也称为达林顿结构）形式以增大放大倍数。

图4.1.4　光电耦合器及其传输特性

光电耦合器的传输特性如图4.1.4（b）所示，它描述当发光二极管的电流为一个常量ID时，集电极电流iC与管压降uCE之间的函数关系，即

因此，与晶体管的输出特性一样，光电耦合器的输出特性也是一簇曲线。当管压降uCE足够大时，iC几乎仅取决于iD。与晶体管的β相类似，在c-e之间电压一定的情况下，iC的变化量与iD的变化量之比称为传输比CTR，即

不过CTR的数值比β小得多，只有0.1～1.5。

2.光电耦合放大电路

图4.1.5　光电耦合放大电路

图4.1.5所示为光电耦合放大电路，信号源部分可以是真实的信号源，也可以是前级放大电路。当动态信号为0时，输入回路有静态电流IDQ，输出回路有静态电流ICQ，从而可以确定出静态管压降UCEQ。有动态信号时，随着iD的变化，iC将产生线性变化。当然，uCE也将产生相应的变化。

由于传输比的数值较小，所以一般情况下，输出电压还需进一步放大。实际上，目前已有集成光电耦合放大电路，具有较强的放大能力。

在图4.1.5所示电路中，若信号源部分与输出回路部分采用独立电源且分别接不同的“地”，则即使是远距离信号传输，也可以避免受到各种电干扰。