共射放大电路的设计

139 第三章第三章 设设 计计 型型 实实 验验 实验一实验一 共射极放大器的设计共射极放大器的设计 一 一 实验目的实验目的 1 学会根据一定的技术指标设计单级阻容耦合共射极放大器 2 学会在计算机上进行电路仿真及验证 3 练习安装技术 学会检查 调整 测量电路的工作状态 4 掌握测量放大器的电压放大倍数 频率响应曲线和动态范围的方法 5 定性了解工作点对输出波形的影响 二 预习要求二 预习要求 1 复习有关共射极放大器的理论知识 了解共射极放大器静态工作点的选择原则及放 大器主要指标的定义及测量方法 2 根据给出的技术指标计算出放大器电路各元件数值 制定出实验方案 选择实验仪 器设备 并在计算机上进行电路仿真 找出元件最佳值 三 共射极放大器的设计方法三 共射极放大器的设计方法 共射极放大器的设计 是指根据技术指标要求 确定电路方案 选择晶体管和直流电 源电压 确定静态工作点和电路元件的数值 对于信号幅度较大的放大器 除了应有适当 的电压放大倍数外 还应有足够的动态范围 指放大器最大不失真输出信号的峰峰值 这时对工作点的选择必须考虑外接负载的影响 只有恰当的选择 EC Rc和静态工作点 Q 才能达到所需的动态范围 设计一个共射极放大器 通常是给出所要达到的放大倍数 Au 负载电阻 RL的值 输 出电压幅度 Uom 或动态范围 Uop p 和某一温度范围内的工作条件 然后根据这些指标进 行电路的设计和参数的计算 1 动态范围与电路参数的关系 动态范围与电路参数的关系 对于图 1 的放大器 当输出信号的动态范围有一定的要求时 应根据给定的负载电阻 140 RL的值和动态范围 Uop p 以及发射极电压 UEQ来选择电源电压 EC 确定直流负载 Rc和静态 工作点 Q EC Rc Rb1 C2 Ib1 C1 IBQ 3DG6 RL uo ui Rb2 Re Ce 图 1 共射极放大器电路图 具体步骤如下 1 选择电源电压 EC 通常稳定条件为 UB 5 10 UBE 1 Ib1 5 10 IBQ 2 EC 1 5 Uop p UCES UEQ 3 UCES为晶体管的反向饱和压降 一般小于 1V 计算时取 1V UEQ UB 2 确定直流负载 Rc 4 L om CESC c R U UE R 2 其中 E C EC UEQ 3 确定静态工作点 Q ICQ IBQ 5 UCEQ EC ICQRc UB 6 另外根据图 2 所示放大器的电压最大输出范围可得 UCEQ Uom UCES 7 141 8 c omCESC CQ R UUE I iC mA A 饱和线 N Q ICQ Icm B M 0 Uom uCE UCES Uop p 图 2 放大器的电压最大输出范围 4 偏置电路元件计算公式 9 1 1 b BC b I UE R 10 11 2 b B Bb B b I U II U R 11 CQ BEB EQ E e I UU I U R 单级放大器的设计方法举例 单级放大器的设计方法举例 设计一个放大器 它的主要技术指标为 电压放大倍数 Au 80 输出电压峰峰值 Uop p 6V 负载电阻 RL 3 6 K 信号源内阻 Rs 600 142 带宽 f 100Hz 100kHz 有较好的温度稳定性 设计步骤 1 确定电路方案 选择晶体管 确定电路方案 选择晶体管 要求有较好的温度稳定性 放大器的静态工作点必须比较稳定 为此采用具有电流负 反馈的共射极放大器 如图 1 所示 因放大器的上限频率要求较高 故选用高频小功率管 3DG6 其特性参数为 ICM 20mA BUCEO 20V fT 150MHz 60 由于 UCEO EC ICM IC一倍以上 因此可以满足要求 2 选择电源电压 选择电源电压 EC 根据 3 式 UEQ UB 5 10 UBEQ 3 5 7 V 对于硅管 UEQ 3 5V 现取 UEQ 4V 饱和压降 UCES一般取 1V 于是 EC为 EC 1 5 Uop p UCES UE 1 5 6 1 4 14 5 V 取 EC 15V 3 计算 计算 Rc 直流负载电阻 Rc与放大倍数 动态范围等都有关系 在本例中 要求有较大的动态范 围 故应用下式计算 Rc的值 L om CESC c R U UE R 2 其中 E C EC UEQ 15 4 11 3 106 32 3 111 c R 4 8 103 4 8k 4 确定静态工作点 确定静态工作点 静态工作点的电流 ICQ和电压 UCEQ 分别为 c omCESC CQ R UUE I A 3 1046 1 8 4 3111 UCEQ Uom UCES 3 1 4V 143 5 校核放大器倍数 校核放大器倍数 be L u r R A 其中 R L RL Rc 26 1 mAI mV rr EQ bbbe k4 1 1386 46 1 26 601 300 3 3 33 101 2 10 6 38 4 106 3108 4 Lc Lc L RR RR R 86 104 1 101 260 3 3 be L u r R A 所以 Au值达到指标要求 6 计算偏置电路元件 计算偏置电路元件 Rb1 Rb2与与 Re等 等 从 2 5 式可得 IBQ ICQ Ib1 8 IBQ 因要求 Q 点较稳定 故 Ib1取大点 于是 BQb II8 1 CQ I 8 mAA195 0 10195 0 60 1046 1 8 3 3 1 1 b BC b I UE R 144 k 8 52 10 8 52 10195 0 7 0415 3 3 k I U R b BQ b 1 24 10 1 24 10195 0 7 04 3 3 1 2 k I U R EQ EQ e 74 2 1074 2 1046 1 4 3 3 其中 UBQ UEQ UBEQ 4 0 7 4 7V 实验时 Rb1可用 4 7k 电阻与 100 k 电位 器串联来代替 Rb2取 24 k Re取 2 7 k Rc取 4 7 k RL为 3 6 k 6 选择电容选择电容 C1 C2和和 Ce 单级放大器的低频响应是由 C1 C2和 Ce决定的 如果放大器的下限频率 fL已知 可 按下列公式估算 C1 C2和 Ce F rRf C bes 6 1 108 0 10 3 1386600 10014 3 2 1 10 3 2 1 10 3 2 1 10 3 2 Lc RRf C 36004800 10014 3 2 1 10 3 F 6 1019 0 10 3 145 F rRf C bes e 5 1089 4 3 1 1386600 10014 3 2 601 3 1 2 1 3 1 取 C1 C2 10 uF Ce 100uF 的电解电容 就可满足要求 四四 实验内容与方法实验内容与方法 设计一个单级放大器 其技术指标如下 电压放大倍数 Au 60 输出电压峰峰值 Uop p 4V 负载电阻 RL 3K 信号源内阻 Rs 600 带宽 f 20Hz 200kHz 有较好的温度稳定性 步骤如下 步骤如下 1 根据技术要求选好放大器电路后 计算放大器各元件的参数值 2 将设计好的电路先在计算机上仿