A晶体管放大器设计

1、1会计学A晶体管放大器设计晶体管放大器设计o已知条件l +VCC=+12Vl RL=2kl Vi=10mV(有效值)l Rs=50o技术指标要求l AV30l Ri2kl Ro3kl fL30Hzl fH500kHzl 电路稳定性好。提出设计指标提出设计指标拟定电路方案拟定电路方案设定器件参数设定器件参数电路安装和调试电路安装和调试结果测量结果测量指标满足要求指标满足要求电路设计结束电路设计结束Y修改电路方案修改电路方案修改电路参数修改电路参数是否要修改电路方案是否要修改电路方案YNN CB I1 RB2 RB1 IBQ VBQ VEQ VCEQ ICQ RC RE CE RL CC T VC

2、C Vo Vi 三极管放大器中广三极管放大器中广泛应用的是分压式射泛应用的是分压式射极偏置电路。电路的极偏置电路。电路的Q点稳定，点稳定， Q点点主要主要由由RB1、RB2、RE、RC及及+VCC所决定。所决定。温度温度T IC IE IC VE 、VBQ不变不变 VBE IB （反馈控制）（反馈控制）若若I1 IBQ ，VBQ VBE1、工作原理、工作原理 o工作点稳定的必要条件： I1IBQ ，VBQVBE 一般取 )(20)(10 )(10)(5 BQ1 BQ1锗锗管管硅硅管管IIII )(3)V(1 )(5)V(3 BQBQ锗锗管管硅硅管管 VVoRE愈大，直流负反馈愈强，电路的稳定性

3、愈好。一般取 CB I1 RB2 RB1 IBQ VBQ VEQ VCEQ ICQ RC RE CE RL CC T VCC Vo Vi o设计小信号放大器时，一般取 ICQ = (0.52)mA，CQEQCQBEBQEIVIVVR VEQ = (0.20.5)VCC IVIVRCQBQ1BQB2)105( B2BQBQCCB1RVVVR RC由由RO或或AV确定：确定：RC RObeVLCL)/(rARRR或或RC CB I1 RB2 RB1 IBQ VBQ VEQ VCEQ ICQ RC RE CE RL CC T VCC Vo Vi o如果放大器下限频率fL已知，可按下列表达式估算电容C

4、B、CC和CE：)(21)103(CbesLBrRf )(21)103(CLCLCRRf )1/(21)31(besEL rRRfCEn 通常取通常取CB = CC，用上面两式算出电容值，用上面两式算出电容值， 取较大的取较大的 作为作为CB（或（或CC）。）。 o已知条件l +VCC=+12 Vl RL=3 kl Vi=10 mV(有效值)l Rs=600 o技术指标要求l AV40l Ri1 kl Ro3 kl fL100 Hzl fH100 kHz。 60mA2 . 2mA300100026CQ I取取ICQ = 1.5 mA 依据、进行计算mAmV26300mACQbe IrRi o若

5、取VBQ = 3V，得 k53. 1CQBEBQEIVVR取标称值，取标称值，RE=1.5 k 依据、进行计算 CQIIBQ BQ1)105(II k2410)(5CQBQ1BQB2 IVIVR k72B2BQBQCCB1RVVVR 为使静态工作点调整方便，为使静态工作点调整方便，RB1由由30k 固定电阻与固定电阻与100k 电位器相串联而成电位器相串联而成。 依据、进行计算综合考虑，取标称值，综合考虑，取标称值，RC1.5 k 。 o因 ICQ1.5mA， 1340mAmV26300mACQbeIr k89.0beVL rARn 要求要求AV40, 由由 得得beLVrRA k27.1LL

6、LLCRRRRR计算电容为： F2 . 8)(21)103(CbesLB rRf取标称值，取标称值，CC = CB = 10m mFF5 .98)1/(21)31(CbesELE rRRf取标称值，取标称值，CE = 100m mF R s 600 10mV RB2 24k CB 30k RC 1.5k RE 1.5k CE 10mF 100mF RL 3k 10mF CC 12V VCC T1 3DG100 RB1 * Vo Vs RP 100k 晶晶体体 管管毫毫伏伏 表表 低低频频 信信号号发发生生 器器 直直流流 稳稳压压电电源源 CH2 VCC 被被测测 放放大大器器 CH1 双双踪

7、踪 示示波波 器器 vi vo n首先在面包板上组装好电路，参考上图搭接好实验首先在面包板上组装好电路，参考上图搭接好实验测试平台。测试平台。n然后进行电路调试：然后进行电路调试：静态调试和动态调试静态调试和动态调试如果出现VCQ VCC，说明晶体管工作在截止状态；如果出现VCEQ 0.5V，说明晶体管已经饱和。（4）调节电位器RP1，使VCEQ正几伏，此时说明晶体管基本工作在线性放大状态。但Q点不一定是最佳的，还要进行动态波形观测。vi (t) vo (t) o o t t 截截止止 失失真真 （6）用示波器观察放大器的输出vo。o 若vo波形的顶部被压缩，这种现象称为截止失真，说明Q点偏低

8、，应增大基极偏流IBQ，即增大ICQ。o 若vO波形的底部被削波，这种现象称为饱和失真，说明Q点偏高，应减小IBQ ，即减小ICQ 。 vi (t) vo (t) o o t t 饱饱和和 失失真真 （6）用示波器观察放大器的输出vo。 （8）增大输入信号（如ViPP =120mV）， vo无明显失真，或者逐渐增大输入信号时， vo顶部和底部差不多同时开始畸变，说明Q点设置得比较合适。 （7）调节RB1，使放大器的输出vo不失真。 （9）此时移去信号源，分别测量放大器的静态工作点VBQ、VEQ、VCQ，并计算VCEQ 、ICQ。beLrR mAmV26300mACQbe Ir 理论计算理论计算

9、ioVVVA o在波形不失真的条件下，用示波器测量放大器输入电压与输出电压的值。ippoppimomioVVVVVVVA实验测试实验测试o测出Vi (有效值)或Vim(峰值)及Vip-p（峰-峰值）与Vo(有效值)或Vom(峰值) Vop-p（峰-峰值），则 B2B1bei/RRrR 放放 大大 器器 信信 号号 源源 R Ri Vs Vi 理论计算理论计算实验测试实验测试ber RVVVRisii 串联一个已串联一个已知电阻知电阻R 在输出波形不失真情况下，用晶体管毫伏表或示波器，分别测量出Vi与Vs的值，则 CCoo/RRrR 理论计算理论计算实验测试实验测试开关开关S(1)在输出波形不失

10、真情况下，用晶体管毫伏表或示波器， 测量负载开路时的输出电压的值Vo ；(2)接入RL后，测量负载上的电压的值VoL ro为晶体管输出电阻。 信 号 源 放 大 器 Ro S RL Vo VoL LoLoo)1(RVVR 放大器的频率特性包括表示增益的幅度与频率的关系；表示输出信号与输入信号之间的相位差与频率的关系； 0 3 中中频频区区 低低频频区区 高高频频区区 BW fL fH f /Hz f /Hz 90 180 270 /度度 20lg AV /dB 0 (a) (b) fH fL 135 235 n 相频特性相频特性 ( ):n 幅频特性幅频特性A( ):放大器的通频带BW:o f

11、H为上限频率，主要受晶体管结电容及电路分布电容的限制； 0 3 中中频频区区 低低频频区区 高高频频区区 BW fL fH f /Hz f /Hz 90 180 270 /度度 20lg AV /dB 0 (a) (b) fH fL 135 235 BW = fH fLo fL为下限频率，主要受耦合电容CB、CC及射极旁路电容CE的影响。 f (Hz)401005001k10k100k300k500kVop-p (mV)800 9001000 1131 1131 1131100080020lg|AV|(dB)2930313232323129注意：维持输入信号的幅值不变且输出波形不失真注意：维持

12、输入信号的幅值不变且输出波形不失真BW = fH fL500 k40 500 k测试条件：测试条件：Vi=10 mV (Vip-p= 28 mV)o画出放大器的幅频特性曲线，计算通频带。 beibeoLV_rRrRRA beLioVrRVVA Ri1、如何调整电压放大倍数AV ？2、如何调整放大器的下限频率fL ？ 希望降低放大器下限频率fL，根据电容计算式，也有三种途径，即 fL CE 、CB 、CC 电电路路的的性性能能价价格格比比 rbe AV RC Ro 不论何种途径，都会影响放大器的性能指标，只能不论何种途径，都会影响放大器的性能指标，只能根据具体指标要求，综合考虑。根据具体指标要求

13、，综合考虑。 3、负反馈对放大器性能有何影响？ 引入交流负反馈后，放大器的电压放大倍数将下降，其表达式为 FAAAVVVF1 式中，式中，F为反馈网络的传输系数；为反馈网络的传输系数；AV为无负反馈为无负反馈时的电压放大倍数。时的电压放大倍数。 引入负反馈后，虽然电压放大倍数下降，但可以引入负反馈后，虽然电压放大倍数下降，但可以改善放大器的其它性能改善放大器的其它性能 。3、负反馈对放大器性能有何影响？ 负反馈放大器的上限频率fHF与下限频率fLF的表达式分别为 LVLFHVHF111fFAffFAf可见，引入负反馈后通频带加宽。可见，引入负反馈后通频带加宽。 3、负反馈对放大器性能有何影响？

14、 引入负反馈会改变放大器的输入电阻与输出电阻：n 并联负反馈能降低输入阻抗；并联负反馈能降低输入阻抗；n 串联负反馈能提高输入阻抗；串联负反馈能提高输入阻抗；n 电压负反馈使输出阻抗降低；电压负反馈使输出阻抗降低；n 电流负反馈使输出阻抗升高。电流负反馈使输出阻抗升高。3、负反馈对放大器性能有何影响？电流串联负反馈放大器电流串联负反馈放大器 R s 600 10mV RB2 24k CB 30k RC 1.5k RE 1.5k CE 10mF 100mF RL 3k 10mF CC 12V VCC T1 3DG100 RB1 * Vo Vs RP 100k RF 10 FbeLVFRrRA 实

15、验表明，RF取几十欧姆，可以明显地提高放大器的输入阻抗，降低放大器的下限频率，改善非线性失真。1.设计课题：单级阻容耦合晶体管放大器设计o已知条件l +VCC=+12Vl RL=2kl Vi=10mV(有效值)l Rs=50o技术指标要求l AV30l Ri2kl Ro3kl fL30Hzl fH500kHzl 电路稳定性好。2.实验步骤与要求： 认真阅读本课题介绍的设计方法与测试技术，写认真阅读本课题介绍的设计方法与测试技术，写出设计预习报告出设计预习报告( (其要求见附录二其要求见附录二) )。 根据已知条件及性能指标要求，确定电路根据已知条件及性能指标要求，确定电路( (要求分要求分别采

16、用无负反馈与有负反馈两种放大器电路别采用无负反馈与有负反馈两种放大器电路) )及器件及器件( (晶体管可以选硅管或锗管晶体管可以选硅管或锗管) )，设置静态工作点，计算，设置静态工作点，计算电路元件参数。电路元件参数。 ( (以上两步要求在实验前完成以上两步要求在实验前完成) ) 用用pSpice软件软件对所设计的电路进行对所设计的电路进行仿真分析仿真分析，根据，根据分析情况进行参数调整。（仿真项目有：静态工作点分析情况进行参数调整。（仿真项目有：静态工作点、输入、输入/输出瞬态波形、频率响应、输出瞬态波形、频率响应、Ri、RO）。）。2.实验步骤与要求： 在实验面包板上在实验面包板上安装电路

17、安装电路，布线方法参阅附录一。，布线方法参阅附录一。测量与调整静态工作点，使其满足设计计算值要求。测量与调整静态工作点，使其满足设计计算值要求。 测试性能指标，调整与修改元件参数值，使其满足测试性能指标，调整与修改元件参数值，使其满足性能指标要求，将修改后的元件参数值标在设计的电路性能指标要求，将修改后的元件参数值标在设计的电路图上图上(先安装测试有负反馈放大器，后将先安装测试有负反馈放大器，后将RF短路，测试短路，测试无负反馈放大器无负反馈放大器)。 上述各项完成后，再进行上述各项完成后，再进行实验研究实验研究，研究内容见后，研究内容见后面的面的“实验与思考题实验与思考题”部分。部分。 所有

18、实验完成后，写出所有实验完成后，写出设计性实验报告设计性实验报告。要求见附。要求见附录二。录二。 endo已知条件l +VCC=+12Vl RL=2kl Vi=10mV(有效值)l Rs=50o技术指标要求l AV30l Ri2kl Ro3kl fL30Hzl fH500kHzl 电路稳定性好。 CB I1 RB2 RB1 IBQ VBQ VEQ VCEQ ICQ RC RE CE RL CC T VCC Vo Vi o如果放大器下限频率fL已知，可按下列表达式估算电容CB、CC和CE：)(21)103(CbesLBrRf )(21)103(CLCLCRRf )1/(21)31(besEL rRRfCEn 通常取通常取CB = CC，用上面两式算出电容值，用上面两式算出电容值， 取较大的取较大的 作为作为CB（或（或CC）。）。 mA2 . 2