直流放大器

直流和慢变化信号的放大电路。直流放大器常用于测量仪表。在高精度电位测量和生物电与物理电测量中（见生物医学核电子仪器），电信号往往很弱，而且变化缓慢，含有直流成分，经放大后才便于检测、记录和处理。此外，在许多情况下，被测信号源的内阻高，要求放大器具有高增益和高输入阻抗。具有这种特性的直流放大器也适合用作运算放大器。

直接耦合的晶体管或电子管放大器都可作为直流放大器。这类放大器也靠直流电源供电。当无信号输入时，理想的直流放大器的输出电位应该是零、或者是一个称之为放大器直流零点的参考电位。但是实际上，由于电源电压的波动和诸如温度等环境因素的改变，以及电子元件、器件的老化，这个参考电位会随放大器特性参数的改变而发生变化。这样，放大器的输出中就不可避免地含有一个称为零点漂移的不固定误差。在多级放大器直接耦合的情况下，前级的零点漂移会被后面各级渐次放大，结果便会与被放大的有用信号相混淆，影响放大器的性能。最大限度地克服零点漂移，是直流放大器设计中的一个重要目标。

直流放大器的类型很多。直接耦合的单管放大器是最简单的一种。这种放大器的缺点是零点漂移大。利用成对晶体管或场效应晶体管构成的差分放大器是一种零点漂移较小的直流放大器，常用于集成运算放大器的输入级和中间级。在测量仪器中还常用斩波式直流放大器。

图中是双通道斩波式直流放大器的原理图。它由斩波通道、高频通道和主放大器三部分组成。被测信号中的直流分量(包括缓变分量)和高频分量，分别经斩波通道和高频通道处理后由主放大器相加。经过斩波通道的信号在被放大之前，先被“斩切”成方波，经交流放大以后再由解调器恢复为直流。交流放大器和低通滤波器不会产生零点漂移，只要斩波器的“通”、“断”不引入残存电压和漏电流，整个放大器基本上不会产生零点漂移。高频通道使信号频率较高的分量直接经主放大器输出，能起补偿和加宽频带的作用。斩波器的好坏对直流放大器的性能影响很大。早期的机械振子斩波器具有理想的开关特性，但工作频率只有几百赫，而且寿命短。现代的以场效应晶体管为主构成的斩波器具有良好的性能，得到了广泛的应用。

单端式直流放大器需要解决级间直流电平配置问题，利用电阻Re2拉低BG2的射极电位以满足直流电平配置要求(即令Ube2=Uc1-Ue2)。利用D1及D2作电平配置，使BG2、BG3的偏置电压分别为Ube2=0.3伏、Ube3=0.45伏。D3起保护作用，避免使BG1基极受到过大的反压。如果前级输出电压和后级输入电压相差较大，可以利用硅稳压管的稳定电压来代替硅二极管的作用。下图C的电路是利用较大的Rc1、Rc2来提高集电极电压，以实现前后级直流电平的配置。下图D的电路是利用PNP(BG1和BG3)与NPN(BG2)的极性相反来进行电平配置，BG1的输出电流是BG2的输入电流，BG2的输出电流是BG3的输入电流，较好地实现了级间耦合。上述四种电路的最大缺点是零点漂移大。

它是由BG1、BG2一对特性相同的晶体管组成，而且电路元件也都是对称的。输入信号分别为Ui1、Ui2；单端输出信号分别是Uc1、Uc2；双端输出为Uc1与Uc2之差，即UO=Uc1-Uc2。差动电路具有下列特点：

• 具有抑制零点漂移能力：差动电路由于管特性相同和电路元件对称，所以当温度升高时，两管的集电极电流将得到同样的增量，即ΔIC1=ΔIC2。而双端输出为UO=ΔIC1RC-ΔIC2RC=0，所以输出没有零点漂移。
• 共模输入时，具有抑制放大能力：通常把幅度相等，相位相同的一对输入信号，称为共模信号。由电路图A可见，当Ui1=Ui2时，在对称条件下，则双端输出Uo=KUi1-KUi2=0。
• 差模输入时，具有放大能力：通常把幅度相等，相位相反的一对输入信号，称为差模信号。当Ui1=-Ui2差模输入时，两管集电极输出分别为Uc1=-KUi1、Uc2=-KUi2；所以，差模放大倍数Kud：Kud=(Uc1-Uc2)/(Ui1-Ui2)=(-Ui1K-Ui1K)/2Ui1=-K=(-)(hfeRc)/(Rs+hie)。由于差动电路的双端输入电压、双端输出电压均比单管共射放大电路多了一倍，所以差模放大倍数Kud与单管共射电路的放大倍数相同。
• 具有稳定静态工作点的能力：射极电阻Re对共模信号及温漂电平均有很强的负反馈作用。例如在温度升高时，Ic1、Ic2都同时增加，并产生下列负反馈过程：结果使Ic1、Ic2的实际变化相对地减小，这里Re起着恒流作用，从而稳定静态工作点，显然Re越大，恒流作用也越大，抑制零漂的能力也就越强。引入辅助电源，以抵消Re的压降，使射极对地电位能维持正常的数值。值得注意的是，对差模信号，Re不起负反馈作用，因此，它不会降低差模信号的放大倍数。

为提高抑制零漂能力，应使共模放大倍数越小越好，差模放大倍数越大越好，因而利用共模抑制比CMRR=Kud/Kuc作为评价差动放大电路性能好坏的重要指标。

斩波式直流放大器作为运算放大器，曾在模拟计算机中发挥过重要作用，后来主要用于高精度的测试系统。集成式运算放大器可以直接用于线性直流放大，使用比较广泛。

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