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晶体管放大器设计

晶体管放大器设计. 一、学习要求. 二、设计课题. 单级阻容耦合晶体管放大器设计. 三、电路设计流程简介. 四、共射极放大器原理与设计举例. 五、电路安装与调试. 六、主要性能指标及其测试方法. 七、电路参数修改. 八、实验步骤与要求. 一、学习要求. 晶体管放大器设计. 学习晶体管放大电路的设计方法； 掌握晶体管放大电路静态工作点设置与调整方法； 掌握晶体管放大电路性能指标的测试方法及安装与调试技术。 了解负反馈对放大电路性能的影响。 学习用 pSpice 软件对电路进行模拟仿真。. 二、设计课题. 单级阻容耦合晶体管放大器设计. 已知条件

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晶体管放大器设计

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  1. 晶体管放大器设计 一、学习要求 二、设计课题 单级阻容耦合晶体管放大器设计 三、电路设计流程简介 四、共射极放大器原理与设计举例 五、电路安装与调试 六、主要性能指标及其测试方法 七、电路参数修改 八、实验步骤与要求

  2. 一、学习要求 晶体管放大器设计 • 学习晶体管放大电路的设计方法； • 掌握晶体管放大电路静态工作点设置与调整方法； • 掌握晶体管放大电路性能指标的测试方法及安装与调试技术。 • 了解负反馈对放大电路性能的影响。 • 学习用pSpice软件对电路进行模拟仿真。

  3. 二、设计课题 单级阻容耦合晶体管放大器设计 • 已知条件 • +VCC=+12V • RL=2k • Vi=10mV(有效值) • Rs=50 • 技术指标要求 • AV＞30 • Ri＞2k • Ro＜3k • fL＜20Hz • fH＞500kHz • 电路稳定性好。

  4. 提出设计指标 拟定电路方案 修改电路方案 Y N 是否要修改电路方案 设定器件参数 修改电路参数 电路安装和调试 结果测量 N 指标满足要求 Y 电路设计结束 三、电路设计流程

  5. 四、共射放大器原理与设计举例 1、工作原理 三极管放大器中广泛应用的是分压式射极偏置电路。电路的Q点稳定， Q点主要由RB1、RB2、RE、RC及+VCC所决定。 若I1 >>IBQ ， VBQ >>VBE 温度T  IC IE VE、VBQ不变 VBE  IB IC （反馈控制）

  6. 2、电路参数的确定： • 工作点稳定的必要条件： I1>>IBQ，VBQ>>VBE • 一般取 • RE愈大，直流负反馈愈强，电路的稳定性愈好。一般取

  7. 2、电路参数的确定： • 设计小信号放大器时，一般取 ICQ = (0.5~2)mA， VEQ = (0.2~0.5)VCC RC由RO或AV确定： RC≈ RO 或 RC

  8. 2、电路参数的确定： • 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： • 通常取CB = CC，用上面两式算出电容值，取较大的作为CB（或CC）。

  9. 例 设计一阻容耦合单级晶体管放大器。 3、设计举例 • 已知条件 • +VCC=+12 V • RL=3 k • Vi=10 mV(有效值) • Rs=600  • 技术指标要求 • AV＞40 • Ri＞1 k • Ro＜3 k • fL＜100 Hz • fH＞100 kHz。

  10. 选择电路形式及晶体管 采用分压式射极偏置电路，可以获得稳定的静态工作点。 因放大器上限频率fH>100 kHz，要求较高，故选用高频小功率管3DG100，其特性参数 ICM=20mA，V(BR)CEO≥20V，fT ≥ 150MHz 通常要求 的值大于AV的值，故选 解：(1) 拟定电路方案

  11. 要求Ri1kΩ，而 (2) 设置Q点并计算元件参数 依据指标要求、静态工作点范围、经验值进行计算 取ICQ = 1.5 mA • 若取VBQ = 3V，得 取标称值，RE=1.5 kW

  12. 因 , (2) 设置Q点并计算元件参数 依据指标要求、静态工作点范围、经验值进行计算 为使静态工作点调整方便，RB1由30kW固定电阻与100kW电位器相串联而成。

  13. 要求AV>40,由 得 (2) 设置Q点并计算元件参数 依据指标要求、静态工作点范围、经验值进行计算 • 因 ICQ＝1.5mA， 综合考虑，取标称值，RB＝1.5 kW。

  14. (2) 设置Q点并计算元件参数 计算电容为： 取标称值，CC = CB = 10mF 取标称值，CE = 100mF

  15. 根据上述设计，得到放大器的电路图如下： (3) 画出电路带参数的电路图

  16. 五、电路安装与调试 • 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。 静态调试 动态调试 • 然后进行电路调试：

  17. （1）接通电源，将电路输入端接地，测量电路的静态工作点。（1）接通电源，将电路输入端接地，测量电路的静态工作点。 （2）用万用表直流电压档，分别测量晶体管的B、E、C极对地电压VBQ、VEQ及VCQ。 （3）一般VBQ＝（3～5）V，VCEQ＝正几伏。 1. 静态调试：Q点测量与调整 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。

  18. （5）给放大器送入规定的输入信号，如ViPP =28mV，fi = 1kHz的正弦波。 1. 动态调试：Q点测量与调整 （6）用示波器观察放大器的输出vo。 • 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，应增大基极偏流IBQ，即增大ICQ。 • 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 。

  19. （5）给放大器送入规定的输入信号，如ViPP =30mV，fi = 1kHz的正弦波。 2. 动态调试：Q点测量与调整 （6）用示波器观察放大器的输出vo。 （7）调节RB1，使放大器的输出vo不失真。 （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。 （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。

  20. 晶体管放大器的主要性能指标有 电压放大倍数AV 输入电阻Ri 输出电阻Ro 通频带BW＝fH－fL 六、主要性能指标及其测试方法

  21. 1、电压放大倍数AV 六、主要性能指标及其测试方法 实验测试 • 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。 理论计算 • 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

  22. 2、输入电阻Ri 六、主要性能指标及其测试方法 实验测试 串联一个已知电阻R 理论计算 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

  23. 3、输出电阻RO 六、主要性能指标及其测试方法 实验测试 开关S 理论计算 ro为晶体管输出电阻。 (1)在输出波形不失真情况下，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

  24. 4、频率特性和通频带 六、主要性能指标及其测试方法 放大器的频率特性包括 • 幅频特性A(): 表示增益的幅度与频率的关系； • 相频特性(): 表示输出信号与输入信号之间的相位差与频率的关系；

  25. 4、频率特性和通频带 六、主要性能指标及其测试方法 放大器的通频带BW: BW = fH – fL • fH为上限频率，主要受晶体管结电容及电路分布电容的限制； • 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。

  26. 采用“逐点法”测量放大器的幅频特性曲线。 BW 的测试方法: 测试条件：Vi=10 mV (Vip-p= 28 mV) 注意：维持输入信号的幅值不变且输出波形不失真 • 画出放大器的幅频特性曲线，计算通频带。 BW = fH – fL＝500 k－40≈ 500 k

  27. 对于一个新设计的放大器，可能有些指标达不到要求，这时需要调整电路参数。对于一个新设计的放大器，可能有些指标达不到要求，这时需要调整电路参数。 七. 电路参数修改 1、如何调整电压放大倍数AV ？ ↑ Ri

  28. 对于一个新设计的放大器，可能有些指标达不到要求，这时需要调整电路参数。对于一个新设计的放大器，可能有些指标达不到要求，这时需要调整电路参数。 七. 电路参数修改 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 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。

  29. 七. 电路参数修改 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 式中，F为反馈网络的传输系数；AV为无负反馈时的电压放大倍数。 引入负反馈后，虽然电压放大倍数下降，但可以改善放大器的其它性能 。

  30. 七. 电路参数修改 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 可见，引入负反馈后通频带加宽。

  31. 七. 电路参数修改 3、负反馈对放大器性能有何影响？ 引入负反馈会改变放大器的输入电阻与输出电阻： • 串联负反馈能提高输入阻抗； • 并联负反馈能降低输入阻抗； • 电压负反馈使输出阻抗降低； • 电流负反馈使输出阻抗升高。

  32. 七. 电路参数修改 3、负反馈对放大器性能有何影响？ 电流串联负反馈放大器 实验表明，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。

  33. 八、实验步骤与要求 1.设计课题：单级阻容耦合晶体管放大器设计 • 已知条件 • +VCC=+12V • RL=2k • Vi=10mV(有效值) • Rs=50 • 技术指标要求 • AV＞30 • Ri＞2k • Ro＜3k • fL＜20Hz • fH＞500kHz • 电路稳定性好。

  34. 八、实验步骤与要求 2.实验步骤与要求： ① 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(其要求见书)。 ② 根据已知条件及性能指标要求，确定电路(要求分别采用无负反馈与有负反馈两种放大器电路)及器件(晶体管可以选硅管或锗管)，设置静态工作点，计算电路元件参数。 (以上两步要求在实验前完成) ③用pSpice软件对所设计的电路进行仿真分析，根据分析情况进行参数调整。（仿真项目有：静态工作点、输入/输出瞬态波形、频率响应、Ri、RO）。

  35. 八、实验步骤与要求 2.实验步骤与要求： ④ 在实验面包板上安装电路，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。 ⑤ 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图上(先安装测试有负反馈放大器，后将RF短路，测试无负反馈放大器)。 ⑥ 上述各项完成后，再进行实验研究，研究内容见后面的“实验与思考题”部分。 ⑦ 所有实验完成后，写出设计性实验报告。要求见书 {end}

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