【任务描述】

（1）认识多级放大电路的极间耦合方式。

（2）能估算多级放大电路的电压放大倍数、输入输出电阻，能选择合适的极间耦合方式。

【知识学习】

一、多级放大电路的组成

多级放大电路方框图如图2.2.1所示。

图2.2.1　多级放大电路方框图

多级放大电路对输入级的要求与信号源的性质有关，例如，当输入信号源为高阻电压源时，则要求输入级也必须有高的输入电阻（如用共集电极放大电路），以减少信号在内阻上的损失。如果输入信号为电流源，为了充分利用信号电流，则要求输入级有较低的输入电阻（如用共基极放大电路）。

中间级的主要任务是电压放大，多级放大电路的放大倍数主要取决于中间级，它本身就可能由几级放大电路组成。

输出级主要是推动负载。当负载仅需较大的电压时，则要求输出具有大的电压动态范围。在更多场合下，输出级会推动扬声器、电机等执行部件，需要输出足够大的功率，常称为功率放大电路。

二、多级放大电路的耦合方式

1.阻容耦合

如图2.2.2所示，通过电阻、电容将前级输出接至下级输入。从图上看实际只接入了一个电容，但考虑到输入电阻，则每个电容都与电阻相连，故称这种连接为阻容耦合。

（1）阻容耦合的优点：由于前后级是通过电容相连的，所以各级的静态工作点是相互独立的，不互相影响，这给放大电路的分析、设计和调试带来了很大的方便。而且只要电容选的足够大，就可以使得前级输出的信号在一定的频率范围内，几乎不衰减地传到下一级。所以阻容耦合方式在分立元件组成的放大电路中得到了广泛的应用。

（2）阻容耦合的缺点：不适用传送缓慢变化的信号，更不能传送直流信号；另外，大容量的电容在集成电路中难以制造，所以，阻容耦合在线性集成电路中无法使用。

图2.2.2　阻容耦合放大电路

2.直接耦合

如图2.2.3所示，为了避免电容对缓慢信号带来的不良影响，去掉耦合电容，将前级输出直接连到下一级，我们称之为直接耦合。但这又出现了新问题，第二级发射结正向电压仅有0.7 V左右，所以限制了第一级管子的集电极电压，使其处于饱和状态附近，限制了输出电压。如果第二级发射结正向电压选择过大，会使V2管的基极电流增大，也会使V2管进入饱和，甚至烧毁V2管的发射结。

图2.2.3　直接耦合放大电路

以上问题可以使用图2.2.4所示的方法解决。

（1）在V2管的发射极接入电阻Re2，提高了V2管的基极电位UB2，从而保证第一级集电极可以有较高的静态电位，而不至于进入饱和区。但是，Re2的接入，将使第二级的电压放大倍数大降低（加旁路电容因频率低作用不大，如果频率较高就采用阻容耦合方式）。

（2）用稳压管VDz代替电阻Re2，由于稳压管的动态电阻很小，这样可使第二级的放大倍数损失较小，解决了方法（1）的缺陷。但V2集电极电压变化范围变小，限制了输出电压的幅度。如果是多于二级的放大电路，还会带来电平上移问题。

如果Uz=5.3 V，则UB2=5.3+0.7=6 V，为保证V2管工作在放大区，且也要求具有较大的动态范围，即要求UCE2较大，设UCE2=5伏，则UC2=UE2+UCE2=5+5.3=10.3 V。

若有第三级，则

UC3=UCE3+UE3=UCE3+UB3-0.7=UCE3+UC2+0.7=5+10.3+0.7=16 V

如此下去，使得基极、集电极电位逐级上升，最终由于UCC的限制而无法实现。

图2.2.4　直接耦合方式实例

（3）第二级采用PNP管，由于PNP管的集电极电位比基极电位低，可使各级获得合适的工作点。在集成电路中经常采用这种电路形式。当输入电压为0时，输出电压不为0，即有零点漂移现象产生。

（4）采用双电源（正负电源）供电，可解决此问题。

3.变压器耦合

如图2.2.5所示，通过变压器，把初级的交流信号传送到次级，而直流电压和电流通不过变压器。变压器耦合主要用于功率放大电路。它的优点是不仅实现交流的传送而直流不能通过，而且起到可变换电压和实现阻抗匹配以及隔离的作用。但缺点是体积大、重量大、频率特性差。

图2.2.5　变压器耦合放大电路

三、多级放大电路的指标计算

1.电压放大倍数

多级放大电路的电压放大倍数为：

以上公式说明多级放大电路的电压放大倍数，等于各级电压放大倍数的乘积。

2.输入输出电阻

一般说来，多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻，而输出电阻就是输出级的电阻。由于多级放大电路的放大倍数为各级放大倍数的乘积，所以，在设计多级放大电路的输入和输出级时，主要考虑输入电阻和输出电阻的要求，而放大倍数的要求由中间级完成。

在具体计算输入电阻和输出电阻时，可直接利用已有的公式。但要注意，有的电路形式要考虑后一级对输入电阻的影响和前一级对输出电阻的影响。

【例2.2.1】如图2.2.6所示，为三级放大电路。已知：Ucc=15 V，Rb1=150 kΩ，Rb22=100 kΩ，Rb21=15 kΩ，Rb32=100 kΩ，Rb31=22 kΩ，Re1=20 kΩ，Re2’=100Ω，Re2=750Ω，Re3=1 kΩ，Rc2=5 kΩ，Rc3=3 kΩ，RL=1 kΩ，三级管的电流放大倍数均为β=50。试求电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。

图2.2.6　三级阻容耦合放大电路

解：第一级是射极输出器，第二、三级都是具有电流反馈的工作点稳定电路，均是阻容耦合，所以各级静态工作点均可单独计算。注意，第二级多出了R′e2，引入了交流负反馈，会降低第二级的电压放大倍数，但会减小失真，还有其他好处到后面就会清楚。

（1）求静态工作点。

第一级：

第二级：

第三级：

（2）求电压放大倍数。

Au=Au1·Au2·Au3

第一级：

第二级：

式中，

而

第二级：(www.daowen.com)

式中，

则

故

Au=Au1·Au2·Au3=1×5.13×39.06≈200

（3）输入电阻。

输入电阻即为第一级的输入电阻，

式中，

（4）输出电阻。

输出电阻即为第三级的输出电阻

ro=ro3=Rc3=3（kΩ）

【任务实施】

实训2.2.1　两极放大电路及负反馈放大电路的研究

一、实训目的

（1）掌握阻容耦合两级放大电路的典型线路及其工作原理。

（2）理解负反馈环节的特点及其对电路性能的影响。

二、实训电路和工作原理

（1）两级阻容耦合放大及电压串联负反馈放大电路如图2.2.7所示。

图2.2.7　电压串联负反馈放大电路

图2-2-7中VT1（9013）与VT2（BU406）构成两级放大电路，两级间采用阻容耦合（C2、R7），图中电位器RP1及RP2为调节VT1和VT2的静态工作点。

图中R3、R4及R8对本级构成电流负反馈，其中R3及R8并有旁路电容C3和C5，它们对交流信号将构成短路，从而消除R3和R8对交流信号的负反馈作用。

从电压输出端uO引入反馈信号，经RF接至第一级的A点，它将向R4灌入反馈电流if，这样它将使R4上的反馈电压Uf升高。使uBA幅值减小，从而构成负反馈。由于Uf与所加基极电压UB串联，所以是串联反馈。又由于if取决于输出电压uO，所以是电压反馈。综上所述，if构成电压串联负反馈。

（2）本级发射极串接电阻构成的负反馈，可减小温度变化对静态工作点的影响。RF跨级构成的电压串联负反馈将使输入电阻增大，输出电阻减小，并使工作状态稳定，但它会使放大倍数下降。

三、实训设备

（1）装置中的直流可调稳压电源、函数信号发生器、双踪示波器、晶体管毫伏表（或数字万用表）。

（2）单元：VT3（9013）、VT1（BU406）、R01、R04、R05、R06×2、R14、RP9、RP10、C06×2、C15×2。

四、实训内容与实训步骤

（1）按图2.2.7所示电路完成接线（先不接入RF）。

（2）正弦信号uS由函数信号发生器提供，调节使uS=5 mV，频率f=1000 Hz。

（3）此电路的调试关键是VT1和VT2两级放大器静态工作点的选择（调RP1及RP2）以及反馈量if的大小。

在检查接线正确无误后，可先调试第一级放大环节。可先调节RP1，使第一级VT1集电极输出点（C点）的电压波形不失真，用示波器检查C点电压波形并记录其幅值。（可使UC直流电位约为9 V）。

（4）待第一级静态工作点基本调节好后，再调节RP2，使第二级输出点（D点）的电压波形不失真（使UD的直流电位给为6 V左右）。

若两级的放大器倍数过大，有可能使输出波形幅值过大，从而造成失真。为此可适当降低输入信号电压的幅值。

（5）用晶体管毫伏表（或数字万用表）测量ui及uO幅值（或用双踪示波器检测ui与的uO的峰-峰值）由此求得放大电路的电压放大倍数。

（6）接上RF，并接入电压串联负反馈。观察反馈对电压波形的影响及对放大倍数的影响。重复步骤（5），测量并计算出加上电压串联负反馈后的放大倍数。

（7）若反馈接入端由A点接入B点，请分析这构成哪一类反馈，并观察和测量输出电压的波形和电压幅值。

五、实训注意事项

与项目三的实训注意事项相同。

六、实训报告要求

（1）记录下输出电压不失真时RP1和RP2的选取值（实测）。

（2）记录输入和输出电压波形，并算出放大电路的电压和放大倍数。

（3）分析电压串联负反馈对输出电压波形和放大倍数的影响。

（4）当反馈输入端由A点误接在B点后，分析对反馈环节性质的影响以及输出电压的影响。

实训2.2.2　助听器电路的调试

一、实训目的

（1）加深理解多级放大电路的工作原理和典型负反馈环节的应用。

（2）学会对实际电子产品电路的调试。

二、实训电路和工作原理

（1）助听器电路原理图如图2.2.8所示。

图2.2.8　助听器电路原理图

（2）图2.2.8中VT1为NPN双极晶体管9013，它构成第一级电压放大回路。图中Rp1构成电压并联负反馈（对交流信号，C点的极性与B点相反，所以为负反馈。由C点取出的信号为电压信号，它与在B点的输入信号构成并联关系，所以构成了电压并联负反馈）。

（3）图中VT2为PNP双极晶体管9012，由它构成第二级电压放大电路。与上述同理，Rp2构成电压并联负反馈。此外由Rf构成电压串联负反馈，以上这些反馈环节将稳定静态工作点，并减少失真，从而显著地改善了助听器的声音品质。

VT3为NPN双极晶体管BU406，VT3构成射极跟随器，它实质是一个电流（或功率）放大环节。

三、实训设备

（1）装置中的直流可调稳压电源。

（2）单 元：VT1、VT2、VT3、R01、R05、R06、R08、R12、R14、RP7、RP10、RP11、C04、C06、C07。

四、实训内容与实训步骤

（1）按图2.2.8完成接线。

（2）为调节VT1和VT2的静态工作点，图中的Rp1、Rp2采用相应的电位器来进行整定。图中的Rf也采用相应的电位器，以调节反馈量。

（3）为观察电路的失真度、传声器的输出信号，由函数信号发生器接入正弦信号，其峰-峰值UiPP=30 mV，频率f=1000 Hz，而耳机则以27Ω左右的电阻代替。用双踪示波器观察输入和输出的电压波形，估算出助听器的电压放大倍数。调节电位器，观察其失真程度，并分析其原因。