单管分压式稳定共射极放大电路设计报告

单管分压式稳定共射极放大电路单管分压式稳定共射极放大电路设计设计 设计题目 设计题目 输入信号 vi 5mv f 10kHz 输出信号 vo 500mv 工作电 压 Vcc 6v 输入电阻 Ri 1k 输出电阻 Ro 2k 用分压式稳 定单管共射极放大路进行设计 RL 10k 一 一 设计思考题 设计思考题 如何正确选择放大电路的静态工作点 在调试中应注意什么 负载电阻 RL 变化对放大电路静态工作点 Q 有无影响 对放 大倍数 AU 有无影响 放大电路中 那些元件是决定电路的静态工作点的 试分析输入电阻 Ri 的测量原理 两种方法分别做简述 二 二 设计目的设计目的 a 掌握单管放大电路的静态工作点和电压放大倍数的测量方法 b 三极管在不同工作电压下的共基放大系数的测定 c 了解电路中元件的参数改变对静态工作点及电压放大倍数的 影响 d 掌握放大电路的输入和输出电阻的测量方法 三 三 所需仪器设备所需仪器设备 a 示波器 b 低频模拟电路实验箱 c 低频信号发生器 d 数字式万用表 e PROTUES 仿真 四 四 设计原理设计原理 a 设计原理图如图 1 所示分压式稳定共射极放大电路 图 1 分压式稳定共射极放大电路 b 对电路原理图进行静态分析与反馈分析说明分压式对电路稳 定性的作用 静态分析 当外加输入信号为零时 在直流电源的作用下 CCV 三极管的基极回路和集电极回路均存在着直流电流和直流电压 这 些直流电流和直流电压在三极管的输入 输出特性上各自对应一个 点 称为静态工作点 静态工作点的基极电流 基极与发射极之间 的电压分别用符号和表示 集电极电流 集电极与发射极之BQIBEQU 间的电压则用和表示 CQICEQU 为了保证的基本稳定 要求流过分压电阻的电流 为BQUBQRII 此要求电阻小些 但若太小 则电阻上消耗的功率将增大 21 RR21 RR 而且放大电路的输入电阻将降低 在实际工作中通常用适中的 值 一班取 常常取 10 倍 而且使 21 RRBQRII 10 5 BEQBQUU 10 5 常常取 5 倍 分析分压式工作点稳定电路的静态工作点时 可先从估算入手 BQU 由于 可得 BQRII CC bb b BQV RR R U 21 1 然后可得到静态发射极电流为 CQ BEQBQEQ EQI UUU I eeRR 对于硅管一般 VUBEQ7 0 则三极管 c e 之间的静态电压为 R Ree cCQCCCQCCCEQRIVIVU 最后得到静态基极电流为 CQ BQ I I 反馈分析 在图 1 所示的电路图中 三极管的静态基极电位由BQU 经电阻分压得到 可认为其基本上不受温度变化的影响 比较稳CCV 定 当温度升高时 集电极电流增大 发射极电流也相应的增CQIEQI 大 流过使发射极电位升高 则三极管的发射极结电压EQIeREQU 将降低 从而使静态基极电流减小 于是也随之EQBQU U BEQUBQICQI 减小 最终使静态工作点基本保持稳定 c 对电路进行动态分析 输入电阻与输出电阻对放大电路的作 用 输入电阻 从放大电路的输入端看进去的等效电阻 输入电阻的iR 大小等于外加正弦输入电压与相应输入电流之比 电压放大倍数 be L r R Au 即 i i i I U R 输入电阻这项技术指描述放大电路对信号源索取能力的大小 通常 希望放大电路的输入电阻越大越好 愈大 说明放大电路对信号iR 索取的能力越强 即输入放大电路的信号越多 消耗到电源内阻上 的信号越少 输出电阻 从放大电路的输出端看进去的等效电阻 在中频段 当 输入信号短路 输出端负载开路时 输出电阻的大小等于外加输oR 出电压与相应输出电流之比 即 LsR 0 U o o o I U R 输出电阻是描述放大电路带负载能力的一项技术指标 通常希望放 大电路的输出电阻越小越好 由上图可知 越小 说明放大电路oR 的带负载能力越强 放大器的输入电阻应该越高越好 这样可以提高输入信号源的有效 输入 将信号源的内阻上所消耗的有效信号降低到最小的范围 而 输出电阻则应该越低越好 这样可以提高负载上的有效输出信号比 例 提高放大电路带负载能力 co b2b1bei RR RRrR be L r R Au LcL RRR 五 五 设计步骤设计步骤 1 三极管共射放大系数三极管共射放大系数 的测定的测定 1 按图 2 连接共射极放大电路 rbe e b c Rc RL o U b I c I i U b I Rb2 Rb1 图 2 共射极放大电路 2 共射放大系数 测量静态工作点 仔 细检查 Ib 平均值 3 554 uA Ic 平均值 0 441 mA 124 1 值值 值b 值值 值c I I 结论 首先把滑动变阻器的阻值调到最大 求出最小电流 ibmin 1 79uA 再连续调小滑动变阻器 Rv1 的阻值从而引起 ib 测量值 Ib1 uA Ib2 uA Ib3 uA Ib4 uA Ib5 uA Ib6 uA Ib7 uA Ib8 uA 平均值bI Ib9 uA Ib10 uA 3 253 313 383 443 513 58 3 653 73 3 554 3 803 89 Ic1 m A Ic2 m A Ic3 m A Ic4 m A Ic5 m A Ic6 m A Ic7 m A Ic8 m A 平均值cIIc9 m A Ic10 mA 0 4 1 0 4 1 0 4 2 0 4 3 0 4 4 0 4 4 0 4 5 0 4 6 0 4 41 0 4 7 0 48 与 ic 的连续变化 当 ic 不在随 ib 连续变化时记下此时的 ib 值 为 ibmax 3 55uA ib ibmin ibmax 2 2 67uA 调整滑动变阻器 Rv1 使得微安表的示数为 ib 2 67uA 左右 我取 2 67uA 记录下毫安表的示数 ic 0 33 毫安 如图 一 所示 ic ib 123 6 上表可读出 随着 Ib 的增加 的值也不断增加 但是当 Ib 达到 一定值后 的值又随着降低 2 三极管共射放大倍数的设计三极管共射放大倍数的设计 1 根据 100 得 100 i oL v v r R be V A V A 2 根据题意有输出电阻 Ro 3k 设 Rc 3k 而 RL 10K 由此得 Rc RL 2 3 RL k 故 2 85 由得 V be A R r L k BQEQ be II 26mv 300 26mv 1300r 10 2uA 300 v26 be BQ r m I 由电路图 2 可知 357 7 BQ I R v v becc b k 连接电路 对电路进行微调 使放大电路的放大倍数为 V A 100 测得 IBQ 15 0uA VBEQ 0 67V 3 分压式稳定共射极放大电路设计分压式稳定共射极放大电路设计 1 设 Re 0 6k 由 IBQ 15uA 可知 VBQ VBEQ IBQ 1 Re 1 76 V 得 VBQ 1 76V 2 按工程设计可知 电路原理图如图 1 所示 流经 R1 R2的电流 0 15mA 可知 39 BQ II10 BQ I Vcc I RR 10 Vcc 21 k 1 又因 21 BQcc V V R V R BQ 2 联立解方程组得 1 2 R1 12 R2 27 k k 3 分别接入耦合电容 旁路电容 C1 C3约 10uF 在三极管基 极 B 接入直流电流表 在 R1 R2两端分别接入可变电阻 RV1 RV2 微调 RV1 RV2使 IB IBQ 15 uA 4 直流反馈过程 说明当温度变化时对此电路的静态工作点的 影响 三极管的静态基极电位由经电阻分压得到 可认为其基本BQUCCV 上不受温度变化的影响 比较稳定 当温度升高时 集电极电流 增大 发射极电流也相应的增大 流过使发射极电位CQIEQIEQIeR 升高 则三极管的发射极结电压将降低 从而使EQUEQBQU U BEQU 静态基极电流减小 于是也随之减小 最终使静态工作点基BQICQI 本保持稳定 4 分压式稳定共射极放大电路各参数的测定分压式稳定共射极放大电路各参数的测定 1 放大信号的放大倍数的测定 将低频信号发生器和万用表接入放大器的输入 Vi 放大电路 输出端接入示波器 如图 2 所示 信号发生器和示波器接入直流 电源 调整信号发生器的频率为 10KHZ 输入信号幅度为 5mv 的 正弦波 从示波器上观察放大电路的输出电压 VO的波形 分别测 Ui和 UO的值 求出放大电路电压放大倍数 AV 则 AV 96 则放大误差为 4 2 保持输入信号大小不变 改变 RL 观察负载电阻的改变对电 压放大倍数的影响 并将测量结果记入表 2 中 低频信号 发生器 放大电路 示波器 示波器 RL UiUo 表 2 电压放大倍数实测数据 保持 Vi不变 RLVo mVVi mVAU测量 值 AU理论 值 误差 1K1363 544210058 5K 2873 547810022 结论 在 Ui 不变的情况下 随着 RL 的增加 Au 增加 Au 测量值 与 Au 理论值的差减小 误差减小 在一定范围内 即负载越大 误差越小 3 观察工作点变化对输出波形的影响 调整信号发生器的输出电压幅值 增大放大器的输入电压 Ui 观察放大电路的输出电压的波形 使放大电路处于最大不 失真状态时 同时调节 RP1 与输入电压使输出电压达到最大又不 失真 记录此时的 RP1 RB11 值 测量此时的静态工作点 保 持输入信号不变 改变 RP1 使 RP1 RB11 分别为 25K 和 100K 将所测量的结果记入表 3 中 注意 观察记录波形时 需加上输入信号 而测量静态工作点时需撤去输入信号 表表 3 3 R Rb b对静态 动态影响的实验结果对静态 动态影响的实验结果 万用表 静态测量与计算值 输出波形 保持 UI不变 判断失 真性质 RL 结 果 Rv1 R1Ic mAV E VV B VV CE VRi 35k2 521 372 070 961 6k上不失真 下不失真不失真 23k2 31 772 451 4 1 47k 上不失真 下失真 截止失 真 63K1 261 11 83 48 1 67k 上失真 下不失真 饱和失 真 4 测量放大电路的输入电阻 Ri与误差 方法一 测量原理如图 3 所示 在放大电路与信号源之间串 入一固定电阻 1 6k 在输出电压 Vo不失真的条件下 i RRs 10K3343 54921008 20K3633 541001000 5003 541001000 用示波器测量 vi及相应的 vs的值 并按下式计算 Ri s is i i R UU U R Rs Us Ui 信号发生器放大电路 示波器 Uo 图 3 Ri 测量原理一 则输入电阻 1 5 k i R 其输入电阻误差为 0 1k 方法二 测量原理如图 4 所示 当 Rs 0 时 在输出电压 UO 不失真的条件下 用示波器测出输出电压 UO1 当 Rs 4 7K 时 测出输出电压 Uo2 并按下式计算 Ri s oo o i R UU U R 21 2 Rs Us Ui 信号发生器放大电路 示波器 Uo S 图 4 Ri测量原理二 则输入电阻 1 43k i R 其输入电阻误差为 0 17k 5 测量输出电阻 Ro与误差 输出电阻 Ro的测量原理如图 5 所示 在输出电压 Uo波形保 持不失真的条件下 用示波器测出空载时的输出电压 Uo1和带负 载时的输出电压 Uo 按下式计算 Ro L o o