直接耦合是級與級連接方式中最簡單的,就是將后級的輸入與前級輸出直接連接在一起,一個放大電路的輸出端與另一個放大電路的輸入端直接連接的耦合方式稱為直接耦合。另外直接耦合放大電路既能對交流信號進行放大,也可以放大變化緩慢的信號;并且由于電路中沒有大容量電容,所以易于將全部電路集成在一片硅片上,構成集成放大電路。由于電子工業的飛速發展,使集成放大電路的性能越來越好,種類越來越多,價格也越來越便宜,所以直接耦合放大電路的使用越來越廣泛。除此之外很多物理量如壓力、液面、流量、溫度、長度等經過傳感器處理后轉變為微弱的、變化緩慢的非周期電信號,這類信號還不足以驅動負載,必須經過放大。因這類信號不能通過耦合電容逐級傳遞,所以,要放大這類信號,采用阻容耦合放大電路顯然是不行的,必須采用直接耦合放大電路。但是各級之間采用了直接耦合的聯接方式后卻出現前后級之間靜態工作點相互影響及零點漂移的問題,在此主要分析零點漂移的產生原因,并尋找解決的辦法。
1 直接耦合放大電路的特點
當多級放大電路需要放大頻率極低的信號,甚至直流信號時,級間采用阻容耦合和變壓器耦合都不適用,必須采用如圖1所示的直接耦合方式。
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圖1中的阻容耦合方式只用一只電容器就將兩級放大電路連接起來,方式簡單。耦合電容器具有隔直通交作用。根據信號頻率的高低選取電容器的電容量,使容抗很小,就能順利傳送交流信號;電容器的隔直作用,使各級放大電路的靜態工作點各自獨立,互不影響,只要各級靜態工作點比較穩定,整個放大電路工作就比較穩定。所以阻容耦合放大電路應用十分廣泛。但是,在各種自動控制系統和一些測量儀表中,傳遞信號多數是變化極為緩慢的、非周期的信號,甚至為直流信號。例如,水輪發電機組的轉速,發電機的端電壓,變壓器的油溫,水電站前池的水位等變化是緩慢的,要實現對這些緩慢變化的物理量的測量和自動控制,必須將這些物理量轉變為電信號(即模擬信號),由于這些電信號不僅是緩變的,而且是微弱的,因此必須進行放大。緩變信號包含的頻率極低,用電容耦合,電容量必須很大,這樣的電容器難以制作,不僅成本高、體積大,而且性能也差,是不現實的。人們自然會想到直接用導線將兩級放大電路連接起來,這樣再低頻率的信號,乃至直流信號就能順利通過,這就是的直接耦合方式。直接耦合放大電路既能放大交流信號,又能放大緩變信號和直流信號(所以在一些書中稱其為直流放大電路),它的頻率特性的下限頻率為零,在自動控制系統和電子儀表中獲得廣泛應用。
2 直接耦合放大電路的特殊問題——零點漂移
零點漂移是直接耦合放大電路存在的一個特殊問題。所謂零點漂移的是指放大電路在輸入端短路(即沒有輸入信號輸入時)用靈敏的直流表測量輸出端,也會有變化緩慢的輸出電壓產生,稱為零點漂移現象,如圖2所示。零點漂移的信號會在各級放大的電路間傳遞,經過多級放大后,在輸出端成為較大的信號,如果有用信號較弱,存在零點漂移現象的直接耦合放大電路中,漂移電壓和有效信號電壓混雜在一起被逐級放大,當漂移電壓大小可以和有效信號電壓相比時,是很難在輸出端分辨出有效信號的電壓;在漂移現象嚴重的情況下,往往會使有效信號“淹沒”,使放大電路不能正常工作。因此,必須找出產生零漂的原因和抑制零漂的方法。
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3 零點漂移產生的原因
產生零點漂移的原因很多,主要有3個方面:一是電源電壓的波動,將造成輸出電壓漂移;二是電路元件的老化,也將造成輸出電壓的漂移;三是半導體器件隨溫度變化而產生變化,也將造成輸出電壓的漂移。前兩個因素造成零點漂移較小,實踐證明,溫度變化是產生零點漂移的主要原因,也是最難克服的因素,這是由于半導體器件的導電性對溫度非常敏感,而溫度又很難維持恒定造成的。當環境溫度變化時,將引起晶體管參數VBE,β,ICBO的變化,從而使放大電路的靜態工作點發生變化,而且由于級間耦合采用直接耦合方式,這種變化將逐級放大和傳遞,最后導致輸出端的電壓發生漂移。直接耦合放大電路的級數愈多,放大倍數愈大,則零點漂移愈嚴重,并且在各級產生的零點漂移中,第l級產生零點漂移影響最大,因此,減小零點漂移的關鍵是改善放大電路第1級的性能。
4 抑制零點漂移的措施
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