直流放大器設計

直流放大器 放大的是直流信號或隨時間變化極為緩慢的交變信號，其級間必需采用等線或電阻等能通過直流的元件連接起來，所以，亦稱直接耦合放大器。

1、單端式直流放大器

（1）單端式直流放大器的兩個重點共同特點 當幾級直流放大直接耦合時，靜態(tài)工作點互相有影響，要保證正常工作在放大區(qū)，必須解決好各級間直流配置問題，即在放大電路中加入電平配置元件，但也不要使信號損失太大，其三就是直接耦合放大器，即使將輸入端短路，輸出端電壓也會出現(xiàn)隨機起伏現(xiàn)象，稱之零點漂移。并且，級數(shù)越多，放大倍數(shù)越大，零點漂移現(xiàn)象也就越嚴重。

（2）幾種常用的電平配置電路 單端式直流放大器需要正角設置級間直流電平。圖5.2-13A電路是利用電阻RO2墊高第二級發(fā)射極電位，提高V1的集電極電位，使兩管都工作在放大區(qū)；圖5.2-13B電路是同類型晶體管的直接耦合放大器，通過適當?shù)卦O置RO1、RO2實現(xiàn)前后級直流電平的配置；圖5.2-13C電路是利用V4及V5二極管作電平配置，如果前級輸出電壓和后級輸入法電壓相差較大時，可利用硅穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓來代替硅二極管的作用，V4起保護作用；圖5.2-13D是PNP-NPN管直接耦合放大器，利用PNP、NPN兩種管型的互補特性，這種連接方式能夠很方便地前后兩級都能得到滿意工作點，V1的輸出電路是V3的輸入電流，較好地實現(xiàn)級間電平配置，而且信號不受衰減。

（3）零點漂移

1）單管放大器零點漂移的估算 為了找到抑制零點漂移有效方法，必須了解產生原因。晶體管是對溫度變化十分敏感的器件，溫度變化時，引起晶體管參數(shù)變化，使輸出電壓產生漂移，由溫度引起的漂移稱溫漂。下面給出溫度變化時，引起單管放大器的輸入總漂移電壓，輸出漂移電壓的定量關系式，圖5.2-14是計算單管溫漂電路。

輸入總漂移電壓為以下三部分之和

放大器的溫度漂移由三項組成，由于硅管的反向和電流比鍺管小得多，最后一項可以忽略，因此直流放大器毫不例外地采用硅管。

2）減小輸出零點漂移的辦法 在直流放大器中可以采用溫度敏感元件，如二極管、穩(wěn)壓管、熱每電阻等，對晶體三極管的溫度漂移進行補償，但由于這些溫度敏感元件的溫度特性與晶體三極管的溫度特性總不能完全一致，而且結漏也很難做到一樣，因此，補償?shù)臏囟确秶呛苡邢薜?；另才，人們發(fā)現(xiàn)利用一只溫度特性基本相同的晶體三極管來抵消另一只晶體三極管的溫度漂移，能夠得到比較理想的補償，這是差分放大。

2、差分放大器

（1）抑制零點漂移原理

圖5.2-15示出典型的差分放大電路。其電路結構特點是高度的對稱性，這是抑制零點漂移重要條件之一；同時電路中設置了射極公共電阻RO，這個電阻對零點漂移有很強的負反饋作用。

國為電路的對稱性IC1Q=IC2Q，IC1Q=IC2Q=ICQ2故流過射極電阻RW的靜態(tài)電流為兩管電流之和，限等于單管電流的兩倍：IRO=2IOQ。當溫度或電源電壓變化時，電流隨之變化，產生了溫度漂移，因此發(fā)生如下過程。

由以上過程可見，RO的負反饋作用，使溫度變化時，集電極電流幾乎保持穩(wěn)定，從而使單端輸出時的漂移得到抑制。RO越大，負反饋越強，抑制漂移的能力也就越強。國為流過RO的兩管信號電流是等值反向的，所以RO對信號不起負反饋作用，故RO的數(shù)值可以取得很大（一般為幾千歐~幾百千歐），對漂移抑制作用很強。

以上分析指出，差分電路中的負反饋已把單端輸出漂移減小很多，再加之電路的對稱性，使兩端已經降低得很小的漂移電壓進一步抵消了，國些總的輸出漂移電壓就更小了。

（2）差分放大器各種典型電路及性能指標計算

表5.2-11示出差分放大器各種典型電路及它們的性能指標計算公式。

（3）差分放大器的失調與溫度漂移

1）差分放大器的失調 差分電路一般要求當輸入為零時，輸出也要為零，但由于器件及其他電路參數(shù)不可能做到完全對稱，所以做不到“零輸入”時“零輸出”通宵零輸入時輸出不為零的現(xiàn)象為差分放大器的“失調”

失調的根本原因在于電路的不對稱性，暫且忽略電阻RO的不對稱性，國為電阻選配得對稱還是容易做到，所以往往分析導致失調的主要原因是晶體管參數(shù)的不對稱性。

1）失調電壓定義，在忽略電阻RO不對稱條件下，稱差分電路兩管UBA之差為失調電壓，并用UO2表示。

UO2=UBA1-UBA2

2）失調電流定義，如果兩管的B有差異，則同樣的IB將會引起失調，即兩管的IO不同；反之若把IC調到相同，但由于B不相同，則要求兩管輸入電流IB不相同，通常把這種IB的不對稱；稱之失調電流，并用IOA表示。

以上分析表明，失調主要是UO2、LOA影響電流LC的不對稱性引起的，使“零輸入”時不能做到“零輸出”。因此，在差分電路中必須附加“調零元件”，人為地保證“零輸入”時做到“零輸出”。圖5.2-16示出幾種常用調零電路。

各調零電路圖A、B、C分別是調集電極電阻、調發(fā)射極反饋電阻、調發(fā)射極直流電阻的辦法來補償管子參數(shù)不對稱而引起的失調。

（2）差分放大器的溫度漂移 失調產生的零偏現(xiàn)象是隨溫度變化而變化的，而失調的溫漂又是隨機的，一般是很難消除。在實際應用中，失調的溫漂必須在整個溫度范圍內都小于精度要求。失調的溫漂包括以下兩個部分

由以上分析可知，要減小差分管的失調電壓和失調電流，必須精選管子和電路參數(shù)。