多级放大电路是电子技术中常见的一种设计,用于增强微弱信号的幅度。直接耦合放大电路是其中一种实现方式,其特点是放大器之间没有使用电容或电感进行隔离,而是通过导线直接相连,这使得放大电路能够传递直流信号,同时也带来了零点漂移的问题。
直接耦合放大电路在设计时需要考虑静态工作点的分析,例如题目中的例子,计算Q点(静态工作点)涉及到基极电流IB、集电极电流IC以及发射极电流IE的计算。对于第一级射级输出器和第二级共射放大电路,需要利用BJT的基本关系式,如β(电流增益)和发射极电阻Re等,来求解静态工作点。交流等效电路的绘制是为了分析动态性能,包括放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro,这些参数直接影响到电路的放大能力和负载能力。
零点漂移是直接耦合放大电路特有的问题,当输入信号为零但输出不为零时发生。造成零点漂移的原因主要是电源电压波动、元件老化以及半导体器件参数受温度影响,特别是温度变化会导致半导体参数的变化,导致输出电压的漂移,因此又称为温度漂移。为抑制温度漂移,可以采取以下策略:一是引入直流负反馈,使用Re稳定静态工作点;二是利用热敏元件进行温度补偿;三是采用差分放大电路,通过特性相同的双管和参数对称的电路设计,使得温漂相互抵消。
差分放大电路是抑制共模信号和增强差模信号的有效手段。它由两个对称的放大电路构成,当输入为共模信号(大小相等、极性相同)时,差分放大电路能极大地抑制这种信号,从而减少温漂和其他干扰的影响。而当输入为差模信号(大小相等、极性相反)时,电路会放大这种信号,实现有效的电压放大。长尾式差分放大电路是一种常见的改进形式,通过公共发射极电阻Re和对称的电路设计,进一步提升了对差模信号的放大效果,同时减少了对共模信号的响应。
在长尾式差分放大电路中,参数的理想对称性包括偏置电阻Rb1=Rb2,集电极电阻Rc1=Rc2,以及公共发射极电阻Re。静态分析时,通常假设在没有输入信号时,基极电流IBQ很小,可以忽略不计,此时发射极电压UE等于基极-发射极电压UBE。
总结来说,多级放大电路和直接耦合放大电路涉及静态工作点分析、交流等效电路的构建以及零点漂移的抑制。差分放大电路作为重要的噪声抑制手段,其长尾式设计在实际应用中十分常见,通过参数对称和电路结构优化,能够有效提高信号放大效果并降低噪声影响。