2.6　多级放大电路

前面学习了几种单级放大电路。在一般情况下，放大器的输入信号都很微弱，一般为毫伏或微伏级，输入功率常在1mW以下，单级放大电路的放大倍数是有限的，当单级放大电路不能满足要求时，就需要把若干单级放大电路串联连接，组成多级放大电路。一个多级放大电路一般可分为输入级、中间级、输出级3部分，图2-25所示为多级放大电路的组成框图。第一级与信号源相连称为输入级，常采用有较高输入电阻的共集放大电路或共射放大电路；最后一级与负载相连称为输出级，常采用大信号放大电路——功率放大电路（见3.6节）；其余为中间级，常由若干级共射放大电路组成，以获得较大的电压增益。

2.6.1　多级放大电路的组成特点

在多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的连接方式称为耦合。耦合方式有直接耦合、阻容耦合和变压器耦合3种，如图2-26所示。前两种只能放大交流信号，后一种既能放大交流信号又能放大直流信号。

多级放大电路的各单元电路，除了对信号逐级进行放大之外，还担任与信号源配合、驱动实际负载等任务。

直接耦合最为简单，但却存在放大器静态工作点随温度变化的问题，即零点漂移问题。零点漂移问题可以用差分放大器等方法加以解决。直接耦合方式与后两种方式不同，它既可以用于交流放大电路，也可以用于直流放大电路。又因为不需要耦合电容器和变压器，所以直接耦合方式被广泛应用于集成电路之中。

阻容耦合具有电路简单的特点，而且由于电容器具有隔直流通交流的功能，所以阻容耦合方式适用于交流放大电路。

变压器耦合与阻容耦合类似，也适用于交流放大电路。但它可以利用变压器的阻抗变换作用，由于变压器耦合在放大电路中的应用已经逐渐减少，所以本节只讨论另外两种耦合方式。

此外，还有一种光耦合方式，前级与后级之间的耦合元件是光耦合器，光耦合器是把发光器件和光敏器件组装在一起，通过光线实现耦合，构成电光电的转换器件。将电信号送入发光器件时，发光器件将电信号转换成光信号，光信号经过光接收器接收，并将其还原成电信号，如图227所示。光耦合器用发光二极管发射。

由于它是通过电光电的转换来实现级间的耦合，优点有：①各级的直流工作点相互独立；②采用光耦合，可以提高电路的抗干扰能力。

2.6.2　多级放大电路的技术指标计算

多级电压放大电路一般采用微变等效电路法分析。其方法与单级放大电路基本相同。

将多级放大电路整体作微变信号模型分析，因电路复杂，相当麻烦，并且各级放大电路之间的关系也不清楚，所以一般不予以采用。通常采用的方法是在考虑级间影响的情况下，将多级放大电路分成若干个单级放大电路分别研究。然后再将结果加以综合，以得到多级放大电路总的特性，即把复杂的多级放大电路的分析归结为若干个单级放大电路的分析。

前面几节讨论了各种类型的单级放大电路，结论可直接用于多级放大电路的分析。剩下的问题，只是如何处理前后级之间的影响了。

在多级放大电路中，前级输出信号经耦合电容器加到后级输入端作为后级的输入信号，所以，可将后级输入电阻视为前级的负载，前级按接负载的情况分析，即在前级的分析中考虑前后级之间的影响。

1.电压放大倍数

对于多级放大电路，总的电压放大倍数可以表示为各级单元电路的电压放大倍数的乘积，即

例如对于图2-28两级放大电路，总的电压放大倍数，其中

在应用公式计算多级放大电路的总电压放大倍数时，各单元电路的电压放大倍数是带负载时的数值。前一级的负载电阻要包括后一级的输入电阻。

放大电路的放大倍数也可以用分贝（dB）来表示，

用分贝表示的放大倍数，又称增益；所以多级放大电路的总电压增益为

2.输入电阻Ri

多级放大电路，总的输入电阻Ri即为第一级（输入级、前置级）的输入电阻Ri1。

3.输出电阻Ro

多级放大电路，总的输出电阻Ro即为最后一级（输出级、末级）的输出电阻Ron。

【例2-5】在图2-28所示两级阻容耦合放大电路中，已知UCC=12V，Rb1=30kΩ，Rb2=15kΩ，Rc1=3kΩ，Re1=3kΩ，，，Rc2=2.5kΩ，Re2=2kΩ，RL=5kΩ，β1=β2=50，UBEQ1=UBEQ2=0.7V。试求：

（1）各级电路的静态值；

（2）各级电路的电压放大倍数、和总电压放大倍数；

（3）各级电路的输入电阻和输出电阻。

解：（1）静态值的估算

第一级：

UCEQ1=UCC-ICQ1（Rc1+Re1）=[12-1.1×（3+3）]V=5.4V

第二级：

（2）求各级电路的电压放大倍数、和总电压放大倍数。

首先画出电路的微变等效电路，如图2-29所示。

晶体管VT1的动态输入电阻为

晶体管VT2的动态输入电阻为

第二级输入电阻为

第一级等效负载电阻为

第二级等效负载电阻为

第一级电压放大倍数为

第二级电压放大倍数为

两级总电压放大倍数为

4.多级放大电路应用举例

图2-30所示是一个简易助听器电路，实质上是一个多级音频放大电路，图中M为传声器（话筒），它将接收到的外界声音转换成电信号（音频电流），经三级放大电路放大后，推动耳机N发出较大声，从而起到助听的作用。三级放大电路均采用共发射极电路，是为了得到较大的电压、电流放大倍数。图中100kΩ电位器用以调整电路的放大倍数，达到控制音量的目的。VT1～VT3均为PNP型锗低频小功率晶体管（3AX型）。

2.6.3　放大电路的频率特性简介

放大电路的频率特性，反映的是输入信号频率变化时，放大电路的性能随之发生变化的情况。信号频率过高或过低时，放大电路的性能会在以下两方面发生变化：

（1）电压放大倍数下降，变化规律称为幅频特性。

（2）输出信号与输入信号之间将产生附加的位相移动，变化规律称为相频特性。

放大电路中除有电容量较大的、串联在支路中的隔直耦合电容器和旁路电容器外，还有电容量较小的、并联在支路中的极间电容以及杂散电容。因此，分析放大电路的频率特性时，为分析的方便，常把频率范围划分为3个频区：低频区、中频区和高频区。

前面对放大电路的讨论仅限于中频区，即频率不太高也不太低的情况，在所讨论的频段内，放大电路中所有电容的影响都可以忽略。因而放大电路的各项指标均与频率无关，如电压放大倍数为一常数，输出信号对输入信号的相位偏移恒定（为π的整倍数）等。

通常放大电路的输入信号不是单一频率的正弦波，而是包括各种不同频率的正弦分量，输入信号所包含的正弦分量的频率范围称为输入信号的频带。由于放大电路中有电容存在，晶体管PN结也存在结电容，电容器的容抗随频率变化，因此，实际上放大电路的输出电压也随频率的变化而变化。

对于低频段的信号，串联电容器的分压作用不可忽视，随着频率的降低，耦合电容器和射极旁路电容器的容抗增大，以致不可视为开路。

对于高频段的信号，晶体管的结电容以及电路中的分布电容等的容抗减小，并联电容器的分流作用不可忽视，多级放大电路这个问题更为突出。由此造成在低频和高频段，电压放大倍数降低，输出信号对输入信号也会产生附加的相位偏移，且随频率而改变。所以，同一放大电路对不同频率的输入信号电压放大倍数不同，电压放大倍数与频率的关系称为放大器的幅频特性。实验求得单级放大器的频率特性如图2-31所示。

所谓附加相移，是指相对于中频信号来说，输出电压对于输入电压所增加的位相移动。以共射极单级放大电路为例，这种电路的输出电压与输入电压的位相有倒相关系，即输出电压相对于输入电压有180°的相位移动。如果输入信号的频率过高或过低，输出电压相对于输入信号的相移就不等于180°，其相差的部分称为附加相移。

通频带是表示放大器频率性能的一个重要指标。

从图2-32中可以看出，幅频特性在中频段的电压放大倍数最大，且几乎与频率无关，能够用正常的放大，用表示。当频率很低或很高时，都将下降。通常将下降到对应的频率fL称为下限截止频率，将对应的频率fH称为上限截止频率。两者之间的频率范围fH-fL称为通频带BW，即

BW=fH-fL

在多级放大电路中，总的通频带比其中一个单级放大器的通频带要窄。