零点漂移就是在输入信号为零的状态下,输出电压、电流发生的缓慢、无规则的飘动现象,如图3-55所示,其中Uo为无漂移输出电压。
图3-54 放大器的直接耦合方式
电源电压的波动和环境温度的变化是产生零点漂移的主要原因,受这些因素的影响,电路中每个晶体管的静态工作点都会产生缓慢、无规则的变化,形成各自的漂移电压。在阻容耦合和变压器耦合的多级放大电路中,这些频率特性很低的漂移电压会被电容、变压器隔断,不能传递到后级。但在直接耦合的多级放大电路中,每一级的微弱漂移电压,都能直送到后级,经过反复放大,到末级输出端就会成为明显的电位起伏。
特别是第一级的漂移电压,经过放大的级数最多,对输出电压的影响最大。零点漂移会干扰、淹没有用信号,甚至损坏扬声器等负载元件。
2.差动放大电路
(1)电路结构
鉴于零点漂移对于多级直耦放大电路的严重不良作用,必须给以有效抑制。要在普通电路稳定工作点的常用措施(选用稳定性良好的硅晶体管,使用负反馈技术)基础上增加新措施,这就是采用对管技术的差动放大电路。差动放大电路的基本结构如图3-56所示。
图3-55 放大电路的零点漂移
图3-56 差动放大电路的基本结构
差动放大电路由两个参数绝对一致的单管放大电路组成对称结构,即两只放大管VT1=VT2,电阻RB11=RB12、RB21=RB22、RC1=RC2。
相对“地”参考点,差动放大电路有两个输入端和两个输出端。有双端输入—双端输出、单端输入—双端输出、双端输入—单端输出和单端输入—单端输出4种使用方式,以适应各种输入、输出的使用要求。如图3-56所示称为双端输入—双端输出方式,负载RL接在两个管的集电极之间。
(2)差动电路抑制零点漂移原理
1)共模输入与共模信号。在差动电路的两个输入端加入大小相等、极性相同的输入信号,称为共模输入,所输入的信号称为共模信号。由于温度变化及电源电压波动等造成电路零点漂移的因素,对两只晶体管的影响都是相同的,所以零点漂移也具有共模信号特性。(www.daowen.com)
由于差动放大电路是左右严格对称的,对于具有共模特性的温度变化、电源电压波动等因素造成两管的集电极电流变化都是大小相等、方向相同的,两管的集电极电压变化也是相同的,反映到负载上,RL两端的电压变化却为0。
【边学边练】
1)按图3-56在实验板上排布、焊接电路。组装要点:两只晶体管要用橡皮筋绑在一起,引脚保留原长度,都要套绝缘管,焊接位置要邻近。
2)给电路接通电源。
3)在RL两端接万用表,监测电压。理想值应该是OV,实际电压不为0(若表针反打,要及时调换表笔)。
4)检验差动放大电路对零点漂移的抑制效果:
①用电烙铁对两只晶体管同时烘烤,观察万用表表针位置变化。
②移开电烙铁,让晶体管降温。
③将捆绑晶体管的橡皮筋打开,用电烙铁只对一个晶体管烘烤,观察万用表表针位置变化。
2)差模输入与差模信号。在差动电路的两个输入端加入大小不等或极性相反的输入信号,称为差模输入,所输入的信号称为差模信号。
差模信号对两管的集电极电流的作用效果不同,在RL两端形成的电压变化也不同。但差动放大电路的双管对称结构只在抑制零点漂移方面发挥作用,对差模信号的放大能力却与单管相同。
对称结构虽然有效地抑制了零点漂移对输出电压的影响,但两管的集电极电流还是随漂移信号有明显变化,为了牵制两管集电极电流的波动,可在差动电路中引入直流负反馈,接入发射极电阻RE,如图3-57所示。
图3-57 接入发射极电阻RE的差动放大电路
由于发射极电阻RE对两只晶体管是平衡的,只对共模信号有极大的负反馈抑制作用,而对极性相反的差模输入信号,RE的负反馈作用却可互相抵消。所以为增加对零点漂移的抑制效果,RE可用较大阻值,对差模信号放大没有影响(但会影响输出动态范围)。
改进差动放大电路性能的方法有很多,但严格对称的差动放大电路只在集成电路里才能实现,用分立元器件很难做到,差动放大电路在分立元器件电路中使用较少。
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