单管放大电路的设计

102章单管放大电路的设计单管放大电路方案设计工作原理晶体管放大器中广泛应用如图1.1.1Q主要由RB1RB2、假设满足条件I1>>IBQ，当温度上升时，ICQ↑→VEQ↑→VBE↓→IBQ↓→ICQ↓，结果抑制了ICQ的变化，从而获得稳定的静态工作点.图2.1.1 阻容耦合共射极放大器静态工作状况：放大器接通电源后，当所输入沟通信号为零时，则放大电路中只有直流电I、I和U、U四个直流参BQ CQ

BEQ

CEQ的静态工作点，用Q表示.如图2.1.2所示。iBIBQ

QiCIiCBEQo U uBE o UCE uCEBEQ动态工作状况：

图2.共放射极放大器的静态工作点图2.1.2放大电路接入输入信号ui

后的工作状态，称为动态。在动态时，放大电路ui

Ec

的共同作用下工作，因此，电路中既有直流重量，2.1.3UiWtuUiWtuBEube〔1〕 〔2〕 wtiBibiCiBibiCicwtwt(3) (4)uCEuceuCEuceUCE wt(5) wt图3.动态分析

(6)图2.1.3信号的动态变化由图2.1.3可得到以下结论：在适当的静态工作点和输入信号幅值足够小的条件下〔使晶体管工作在特性曲线的线性区，晶体管各极的电流II〕和各极间的压uu〕都B C BE CE是由两个重量线性叠加而成的脉动量，其中一个是由直流电源EC

引起的直流分量，另一个是随输入信号ui

而变化的沟通重量。当输入信号ui

是正弦波时，电路中的各沟通重量都是与输入信号uiu

反相。输出电压be b c i ce o i与输入电压相位相反，是共放射极放大器的一个重要特性。uo

ui

uo

的幅度比i

经过电路后被线性放大了。从图3中还可以看出，只是指输出信号的沟通重量与输入信号的关系，并不包含直流重量。放大电路的非线性失真:称为波形失真。由于晶体管特性曲线的非线性所引起的波形失真称为非线性失真。产生非线性失真的缘由与放大器静态工作点选择的是否适宜有关。如图2.1.4a到了同等的放大。图2.1.4a 静态工作点Q、和iB、iC、uCE的波形假设静态工作点选择不当，而输入信号ui

的幅度又较大，使得放大器的工作范真有以下四种：由于输入特性曲线的非线性引起的失真；2.1.4bQui

Q段上移动，虽然输入信号ui

ib

却是一个正负半周不对称的失真了的波形，如图中阴影所示，这样就导致了放大器输出信号的失真。图5图2.1.4b输入特性曲线的非线性引起的失真由于输出特性曲线的间隔不均匀引起的失真；2.1.4c是一个NPN均匀，因此各点的β值不相等。此时，虽然ib是不失真的正弦波，但放大电路IBQ=30μA，ib=20sinωt〔μAiB50μAQQ1点间的βQQ2点间的βib的正负半周就得到了不同程度的2.1.4c 图2.1.4c输出特性曲线的间隔不均匀引起的失真 图2.1.4d 饱和失真饱和失真当静态工作点Q的位置偏高，接近输出特性曲线的饱和区时，假设输入电压uui

ib可能不失真，如图2.1.4d所示，当ib

沿正半周方向增大时，工作点从Q点移动Qβ值很小，且不存在iβi的关系。因此，1 c b

连续增大，但i却不增加，结果iu〔u〕b c c ce o的负半周也消灭了平顶。以后，随着ib

的削减，工作点又退回到放大区内，ic入饱和区而引起的波形失真称为饱和失真。4〕截止失真图2.1.4e 截止失真如图1.4.5〔a〕所示，当静态偏置电流IBQ

很小时，静态工作点Q的位置ui

ui入负半周的局部时间内消灭uBE

小于放射结导通电压的状况，此时i=0，晶体管Bb

的负半周消灭了平顶。对应到晶体管的输出特性曲线上，如图2.1.4e〔b〕所示，此时工作点移到Q

1 b c ce ou，ii

uc

〔u〕的正半周消灭了平顶。这种由o于晶体管进入截止区而引起的失真称为截止失真。只要适当地调整静态工作点的位置使它与输入电压的非线性失真。例如，要消退截止失真，就必需提高静态工作点QI>i。这样在放大过程中工作点就不会进入截止区，这可以通过减小R的值BQ bm b1Rb1

的值使QRc

2.1.4e〔b〕所示，当Rc

减小时，〔2.1.4〔b〕中虚线〕I不变，静态工作点便由QQBQ

点。从图中可以看出，当同样的ibQ´Q´´点之间移动，放大器工作在放大区内，从而避开了饱和失真。参数计算与元件选择：直流参数共放射极放大器的直流参数主要有I、I及U

、U。如图2.1.1电路所示，这些直流参数的关系式如下：

BQ CQ

CEQ

BEQU=U -U U =ER /(R+R)EQ BQ BEQ BQ C b2 b1 b2I=I=U/R (2.2.1)CQ BQ EQ eU=E-IR-UE-IR-UCEQ C CQC EQ C CQC BQE

、R、R

、R、R

值代入1IIUC b1 b2 c e

BQ CQ

CEQ直流参数。沟通参数A

与输出电阻RU等：

uo io omA：uou R”A o L

(2.2.2)uo u ri beR=R//R，L c Lr称为三极管的动态输入电阻：ber 300()

26(mV)

(2.2.3)be I(mA)c元件的选择：通过万用表直接测得β=75。be EQ CQCQ BQ CQ 1 BQ假设取Ｖ＝０.25，ＶＣＣ＝3Ｖ，则Ｒ＝Ｖ I＝3.33ＫΩ假设我们把ＥＱ Ｅ ＥＱ/ CQV

)/I=31KΩ,取33KΩ,R

＝〔VＣＣ

－V〕/Ｉ＝ＢＱＥ

BE

BE EQ 1Ｂ１89ＫΩ，用2.2ＫΩ的电阻与100KΩ的电位器串连〔试验完毕时，应测量电位Ｂ１器的具体值〕要求Au＞30.o依据A uo

R”L,可得

R＝2kΩ,则R=2.2kΩＬ Cuo u ri beCB=CC>=10/2πfＬRc+RL)=10μFCＥ＞＝１/2πfＬ〔RＥ/RＳ＝rbe+RS/1＋β〕＝100uf.第3章、试验仿真与调试EWB3.1.1电路给出的元件值和电路图接线一个单级放大器。3.1.1静态工作点的测量接线图如下：3.1.2由图3.1.2可读出：UBQ=3.794V图2.1.3 图2.1.4由图3.1.3可读出:UEQ=3.099V 由图3.1.4可知UCEQ=7.969V3.1.5Ri=R=2.7KΩ3.1.63.1.7图3.1.8在波形不失真的状况下(16所示)，测得RO=2.18K图3.1.8电路的调试过程与方法依据图3.2.1分压式共射极偏置放大器电路图以及所给出的元件值安装一个单级放大器。+VccRwRcRb1RwRcRb1c1R’uouiRb2Receb1

=2.2kΩ，R=100kΩ，wR=33kΩ，R=2.2kΩb2 cC=10µF，C1

=10µF，C2 =100µF〕图17.图3.2.1 分压式共射极偏置放大器静态工作点的测量与调整：BQ确定，I 很小〔A数量级〕一般不测BQBQ CQ CEQ BEQ它。测量步骤：不接输入信号，调整直流电源至选定的直流电压EC

，接通电源。检查放大器各级电压推断其是否正常工作；用万用表的直流电压档测量图18中c对地与图17分压式共射极偏置放大eUCQ

=EUC

=0ICQ

0，晶体管工作在截

U－U=U

上压降过CQ CQ

CEQ

CQ c大，晶体管工作在饱和区。直接测量图9中b对e的电压，对硅管来说正常的U值约为07V，锗管的值为02V。当各极电压都处在正常值时，说明晶体管工BEQ作正常。

说明静态工作电流ICQ

1.0mA，由于ICQ

EQ=I=UBQ

EQ/R，因此可调整电e位器RW

IBQ

UEQ

2.4VI I UEQIICQ EQ R CQ

及电压UCEQ

e调整好静态工作点后，再测量各直流电压值，将测量结果填入3.2.1

表3.2.1 各直流电压值工程U〔V〕U〔V〕U〔V〕U〔V〕I=U/REQBEQCQCEQCQ EQe测量数据2.8测量数据2.80.710.17.30.85mA毫伏表稳压电源+-+-毫伏表稳压电源+-+-毫伏表Ui放大器Uo示波器信号发生器图9系的接线图Af=1000Hz，U

=10mV，uo iU2o表3.2.2 Au的测量UUiUoA =U/Uuooi9.99mV333.1mv33.1输入电阻和输出电阻的测试：Ri放大器的输入电阻反映了它消耗输入信号源的功率的大小。假设Ri

R〔信s号源内阻Ri

<<R，放大器从信号源吸取sRi

=RsR=r //R //Rri be b1 b2 bei

的输入端之间，串联一个电阻R〔R值的数量级应接近于Ri

的值20所示。在输出波形不失真的状况下，用晶体管毫伏表或示波器分别测量出U与sU的值，则i

iR Ui

R 〔3.2.1〕i U Us i式中，U 信号源的输出电压如表2.2.3s3.2.3UsUsUiRi=UiR/(Us-Ui)5.5mV3mV2.76KRoo

RRo L放大器输出电阻的测量方法如图21所示，电阻RL

的值应接近于R。在输出波形o不失真的状况下，首先测量未接入RL

之前〔即放大器负载开路时〕的输出电压URo

再测量放大器负载上的电压UoL

值，则U R Uooo

1R (3.2.2〕L oL UoUoUolRo180mV86mV2.18KRo信号源放大器Ro信号源放大器UoLRLUOUsUsUi放大器Ri20输入电阻的测量

21输出电阻的测量图3.2.3输入电阻的测量 图3.2.4输出电阻的测量观看由于静态工作点选择不合理而引起的输出波形失真：f=1000Hz，Ui

=10mV的信号接入放大器后：将RW

的阻值调到最大，观看输出波形是否失真〔假设失真不明显，可增大u〕描下失真波形和测量此时的静态工作点电流I。并说明该波形属于什么i失真波形？将RW

CQ的阻值调到最小，观看输出波形是否失真〔假设波形为始终线，可RI。并说明该波形属于什么W失真波形？将所观看到的波形与ICQ

CQ的测量值记入表2.2.4中。QIQI=U/R=0.43I=U/R=1.17CQ EQ e CQ EQ e输出波形输出波形误差分析与解决方法QQIcIc针对ICBO的影响，可设法使基极电流IB随温度的上升而自动减小。小。b).电阻大小在实际购置的时候与计算值稍有偏差，可通过串联与并联的方式削减误差。误差分析：表2.3.1 各测量值静态工作静态工作UBQVCQUEQUCEQICQ点3.5V10.1V2.8V7.3V0.85mA电压