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1.2.4 直流晶体管放大器单元电路

1. 直流晶体管放大器

在一些电子设备中,需要放大的信号并不全是交流信号。有很多是变化极为缓慢的、非周期性的“直流”信号,而这种信号一般只有几毫伏到几十毫伏,必须加以放大才能利用。

当放大器的输入信号和输出信号都是变化缓慢的“直流”信号时,就把这种情况下的放大器叫做直流放大器。

直流晶体管放大器要放大的信号中包括了变化缓慢的“直流”信号,因此前面介绍的直接耦合多级放大器就是典型的直流放大器。

采用直接耦合的放大器,零点漂移是必然的产物。所谓零点漂移,是指在直流放大器中,当输入信号为零时,输出端的电平偏离零电平或某一已知电平而缓慢地移动的现象,如图1-24所示。

图1-24 零点漂移

由于零点漂移与输入信号同属信号变化缓慢的“直流”量,如果漂移的大小接近或者超过了输入信号,那么输入信号将被零点漂移所淹没。因此,减小零点漂移就成为制作高质量直流放大器的一个重要课题。

直流放大器包括各种电路形式,其中最主要的电路为:差动放大器。

2. 差动晶体管放大器

差动晶体管放大器也可以称为差分晶体管放大器,不但能有效地放大直流信号,而且还能有效地抑制零点漂移。常用在多级放大电路的前级,也是运算电路的基本电路。

如图1-25所示为差动晶体管放大器的基本电路,实际上是由两个对称的单级共发射极放大器组成的,并且有2个输入端和2个输出端。构成差动晶体管放大器的2个晶体管VT1和VT2是两只特性相同的晶体管,以及采用双直流供电电源。

图1-25 差动晶体管放大器基本电路

[1] 单端输入

如图1-26所示为单端输入差动晶体管放大器基本电路,一个输入端接地,另一个输入端接输入信号。如图1-26(a)所示,将输入端2接地,输入信号由输入端1输入,放大信号由输出端1输出,由于晶体管VT1与VT2的发射极连在一起,故VT1发射极的信号称为VT2发射极的输入,如同共基极晶体管放大器一般,经过VT2放大输出非反向的信号波形。如图1-26(b)所示,将输入端1接地,输入信号由输入端2输入,反向的放大信号将出现在输出端2,此时晶体管VT1如同共基极晶体管放大器,在输出端1有非反向的放大信号波形。

图1-26 单端输入差动晶体管放大器基本电路

[2] 差模输入

如图1-27所示为差模输入差动晶体管放大器基本电路,两个反向的输入信号接在输入端。图1-27(b)所示的是当输入端1的输入信号引起的输出波形;图1-27(c)所示的是当输入端2的输入信号引起的输出波形。由于这两组输出信号引起的输出信号均相同,根据叠加原理相加,可得到输出波形如图1-27(d)所示。

图1-27 差模输入差动晶体管放大器基本电路

[3] 共模输入

如图1-28所示为共模输入差动晶体管放大器基本电路,两个频率与振幅均相同的输入信号接在输入端。输入信号有输入端1或输入端2输入的工作情况,分别如图1-28(b)和(c)所示,由于输出的信号振幅相等且相位相反,故相互抵消,输出均为0 V。

图1-28 共模输入差动晶体管放大器基本电路

3. 运算放大器

标准的运算放大器是由三种晶体管放大器组成的:差动放大器、电压放大器和推挽放大器,具体内容将在本书第4章中详细介绍。