晶體管放大器的設(shè)計(jì)與制作

1、百度大學(xué)文檔學(xué)院晶體管放大器的設(shè)計(jì)與制作姓名：CT知道學(xué)號(hào)：專業(yè)：指導(dǎo)老師：2010年6月16日1、 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)分立元件組成的放大器。主要技術(shù)指標(biāo)為：電壓放大倍數(shù)Au=100；輸入阻抗Ri47K；帶寬BW=50Hz100KHz；已知：輸入信號(hào)電壓=20mV，f =1KHZ；負(fù)載電阻RL=5.1K；工作溫度范圍045。2、 設(shè)計(jì)所需器件（1）12V直流電源；（2）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；（3）雙蹤示波器；（4）交流毫伏表；（5）直流電壓表；（6）直流毫安表；（7）頻率計(jì)；（8）萬(wàn)用電表；（9）器件：晶體三極管3DG6×1(50100)或9011×1、電阻器、電容器若干；其

2、他工具：電烙鐵等電路裝配工具；電腦；投影儀等。3、 總體設(shè)計(jì)（1）課題分析根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要實(shí)現(xiàn)電壓放大倍數(shù)Au=100；輸入阻抗Ri47K；采用單級(jí)雙極型三極管放大電路是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，就本題而言，系統(tǒng)可分為二級(jí)：輸入級(jí)和主放大級(jí)?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。圖1-1 晶體管電壓放大器方框圖（2）方案討論輸入級(jí)：主要完成阻抗變換，實(shí)現(xiàn)輸入阻抗Ri47K的設(shè)計(jì)要求；主放大級(jí)：主要完成電壓放大作用，實(shí)現(xiàn)電壓放大倍數(shù)Au=100的設(shè)計(jì)要求。圖2-1 固定分壓偏置式放大電路4、 主放大級(jí)電路設(shè)計(jì)（1）電路類型選擇：為了實(shí)現(xiàn)電壓放大倍數(shù)Au=100的設(shè)計(jì)要求，主放大級(jí)宜采用固定分壓偏式共射大電路形式，工作穩(wěn)定性

3、最好。（2）電路結(jié)構(gòu)：如右圖2-1所示。（3）元件選取與參數(shù)計(jì)算：選擇半導(dǎo)體三極管從給出的技術(shù)要求可知，該電路工作在低頻小信號(hào)場(chǎng)合，工作溫度范圍又較寬，故可選擇熱穩(wěn)定性較好的低頻小功率三級(jí)管3DG6B，從手冊(cè)上查出它的主要參數(shù)是PCM=100mW，ICM=20mA，UCEO20V，對(duì)該管進(jìn)行實(shí)測(cè)，假設(shè)=60。 )確定電源電壓VCC 為保證放大輸出信號(hào)幅度的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生非線性失真，一般取VCC2+UE+2UCES由于輸入信號(hào)電壓幅值為則輸出信號(hào)電壓幅值為若取三極管館和壓降的臨界值UCES1V，則靜態(tài)集一射壓降設(shè)置在U CEQ+UCES=3.82V又由于這種典型放大單元靜點(diǎn)的工程(估算)條件

4、是：I1I2>>IB和UB>>UBE一般取I1=I2=(5-10)IB和UB=(510)VBE。硅管UB=35V，鍺管UB=13V若近似取UB=4V，UE=UB-0.7=3.3V再按VCC2+UE+UCES=2×2.82+3.3+1=10V。考慮留有余量取VCC=12V(標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)電壓)。計(jì)算和確定集電極電阻RC由放大電路的靜、動(dòng)態(tài)分析可知，RC是決定靜態(tài)工作點(diǎn)和滿足電壓增益要求的一個(gè)關(guān)鍵元件。一般應(yīng)從輸入至輸出逐步推算。先確定輸入回路的動(dòng)態(tài)范圍：基極信號(hào)電流的幅值為，取若=1K，則為了使輸入動(dòng)態(tài)信號(hào)不出現(xiàn)非線性失真，即信號(hào)動(dòng)態(tài)工作不進(jìn)入輸入特性下面的彎曲部分，

5、通常取最小基極電流 。則靜態(tài)基流 取IB=40A再在輸出回路進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算：管子的電流放大作用有 又由于，若取，則 取標(biāo)稱值2.2K計(jì)算確定射極電阻Re 取標(biāo)稱值1.5K計(jì)算確定由I1I2=(5-10)IB，取I1=I2=5IB=5×40=0.2mA再按 即為標(biāo)稱值 取標(biāo)稱值39K或43K實(shí)際電路中Rb1用一個(gè)固定電阻與一個(gè)可調(diào)電阻串聯(lián)來(lái)代替，方便工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)。以上所確定的各電阻元件的阻值后，還要檢驗(yàn)它們的額定功率，即 取1/8W RJ1.8K電阻 取1/8W RJ1.5K電阻 取1/16W RJ43K電阻 取1/16W RJ20K電阻確定耦合電容和射極旁路電容C1、C2和Ce工程計(jì)算

6、式分別為：，式中下限頻率fL20HZ，信號(hào)源內(nèi)阻RS=幾歐幾十歐，輸入電阻Rirbe，輸出電阻RORC，為與CE構(gòu)成回路的等效電阻，且，。如放大電路是用于放大低頻信號(hào)(f=20HZ200KHZ)，則耦合電容和射極旁路電容的容量可不必按上式計(jì)算，可直接取經(jīng)驗(yàn)標(biāo)稱值：，校驗(yàn)由于圖3-1共集電極電路 符合指標(biāo)要求。5、 輸入級(jí)電路設(shè)計(jì)（1）電路類型選擇：為實(shí)現(xiàn)輸入阻抗Ri47K的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)模擬電路知識(shí)，輸入級(jí)宜選用共集電極電路（射極輸出器）。這種電路具有輸入阻抗高、輸出阻抗低的特點(diǎn)。（2）電路結(jié)構(gòu)：射極跟隨器的原理圖如圖3-1所示。 它是一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，它具有輸入電阻高，輸出電阻低，

7、電壓放大倍數(shù)接近于1，輸出電壓能夠在較大范圍內(nèi)跟隨輸入電壓作線性變化以及輸入、輸出信號(hào)同相等特點(diǎn)。（3）元件選取與參數(shù)計(jì)算：選擇半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管的選擇同任務(wù)二，但要注意，對(duì)于小信號(hào)輸入級(jí)，為降低熱噪聲，工作電流不宜過(guò)大，一般Ic1mA。)確定Rb一般，取，實(shí)際電路中可以用一個(gè)200K的固定電阻與一個(gè)470K的可調(diào)電阻串聯(lián)使用。計(jì)算Re對(duì)于射極輸出器，其輸入電阻Ri(1)(RERL)47K，即：(RERL) 0.77K其中RL是主放大電路的輸入電阻Ri，見(jiàn)任務(wù)二，Ri0.86K，求得Re7.36，取標(biāo)稱值Re=7.5KC1、C2的選取同任務(wù)二。驗(yàn)算輸入電阻RiRi(1)(RERL)=61

8、×7.5K/0.86K=47.1K47K，滿足設(shè)計(jì)要求。6、 PCB板的設(shè)計(jì)參看電子工藝實(shí)訓(xùn)教程/ (21世紀(jì)全國(guó)高校電子電工類規(guī)劃教材) /作者:殷志堅(jiān)7、 晶體管放大器的安裝（1）工具的準(zhǔn)備與檢查：參看電子工藝實(shí)訓(xùn)教程/殷志堅(jiān)。（2）元件測(cè)試：參看電子工藝實(shí)訓(xùn)教程/殷志堅(jiān)。（3）刮腿、上錫處理：參看電子工藝實(shí)訓(xùn)教程/殷志堅(jiān)。（4）元件焊接：參看電子工藝實(shí)訓(xùn)教程/殷志堅(jiān)。八、晶體管放大器的調(diào)試（1）測(cè)試儀器的準(zhǔn)備、檢查與調(diào)試方案：準(zhǔn)備以下儀器：12V直流電源、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波器、交流毫伏表、直流電壓表、直流毫安表、頻率計(jì)和萬(wàn)用電表等。儀器檢查：檢查和校正交注毫伏表、頻率計(jì)、

9、示波器、萬(wàn)用表、直流電壓表的直流電流表；用萬(wàn)表或電壓表將穩(wěn)壓電源調(diào)至+12V；用交流毫伏表、頻率計(jì)將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器調(diào)至正弦波20mV/1KHz輸出。調(diào)試方案：在多級(jí)放大電路中，前后級(jí)電路相互影響，因此調(diào)試方法采用從后往前調(diào)。即先調(diào)主放大電路、再調(diào)輸入級(jí)電路。（2）主放大電路的調(diào)試1）靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)試： (a) (b)圖6-1 靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)uO波形的影響測(cè)量放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)在輸入信號(hào)ui0的情況下進(jìn)行， 即將放大器輸入端與地端短接，然后選用量程合適的直流毫安表和直流電壓表，分別測(cè)量晶體管的集電極電流IC以及各電極對(duì)地的電位UB、UC和UE。一般實(shí)訓(xùn)中，為了避免斷開(kāi)集電極，所以采用測(cè)量

10、電壓UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要測(cè)出UE，即可用IE=UE/Re，IB=IE/（1+），IC=IB。同時(shí)也能算出UBEUBUE，UCEUCUE。為了減小誤差，提高測(cè)量精度，應(yīng)選用內(nèi)阻較高的直流電壓表。靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試：放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試是指對(duì)管子集電極電流IC（或UCE）的調(diào)整與測(cè)試。靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適，對(duì)放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點(diǎn)偏高，放大器在加入交流信號(hào)以后易產(chǎn)生飽和失真，此時(shí)uO的負(fù)半周將被削底，如下圖6-1(a)所示；如工作點(diǎn)偏低則易產(chǎn)生截止失真，即uO的正半周被縮頂，如圖6-1(b)所示。這些情況都不符合不失真放大的要求。所以在選定工作點(diǎn)以后還必須

11、進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，即在放大器的輸入端加入一定的輸入電壓ui，檢查輸出電壓uO的大小和波形是否滿足要求。如不滿足，則應(yīng)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)的位置。改變電路參數(shù)UCC、RC、RB（RB1、RB2）都會(huì)引起靜態(tài)工作點(diǎn)的變化。但通常多采用調(diào)節(jié)偏置電阻RB2的方法來(lái)改變靜態(tài)工作點(diǎn)，如減小RB2，則可使靜態(tài)工作點(diǎn)提高等。為了滿足較大信號(hào)幅度的要求，靜態(tài)工作點(diǎn)最好盡量靠近交流負(fù)載線的中點(diǎn)。2）放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)測(cè)試放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)包括電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、最大不失真輸出電壓（動(dòng)態(tài)范圍）等。電壓放大倍數(shù)Au的測(cè)量調(diào)整放大器到合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，然后加入輸入電壓ui，在輸出電壓uO不失真的情況下，用交流毫伏表測(cè)出ui

12、和uo的有效值Ui和UO，則Au=Uo/Ui。輸入電阻Ri的測(cè)量為了測(cè)量放大器的輸入電阻，按圖6-2電路在被測(cè)放大器的輸入端與信號(hào)源之間串入一已知電阻R，在放大器正常工作的情況下， 用交流毫伏表測(cè)出US和Ui，則根據(jù)輸入電阻的定義可得 ，通常取R與Ri為同一數(shù)量級(jí)為好，本實(shí)訓(xùn)可取R12K。輸出電阻R0的測(cè)量按圖6-2電路，在放大器正常工作條件下，測(cè)出輸出端不接負(fù)載 RL的輸出電壓UO和接入負(fù)載后的輸出電壓UL，根據(jù)，圖6-2 輸入、輸出電阻測(cè)量電路即可求出：在測(cè)試中應(yīng)注意，必須保持RL接入前后輸入信號(hào)的大小不變。最大不失真輸出電壓UOPP的測(cè)量（最大動(dòng)態(tài)范圍）圖6-3 靜態(tài)工作點(diǎn)正常，輸入信號(hào)

13、太大引起的失真如上所述，為了得到最大動(dòng)態(tài)范圍，應(yīng)將靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。為此在放大器正常工作情況下，逐步增大輸入信號(hào)的幅度，并同時(shí)調(diào)節(jié)RW（改變靜態(tài)工作點(diǎn)），用示波器觀察uO，當(dāng)輸出波形同時(shí)出現(xiàn)削底和縮頂現(xiàn)象（如圖6-3）時(shí)，說(shuō)明靜態(tài)工作點(diǎn)已調(diào)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。然后反復(fù)調(diào)整輸入信號(hào)，使波形輸出幅度最大，且無(wú)明顯失真時(shí)，用交流毫伏表測(cè)出UO（有效值），則動(dòng)態(tài)范圍等于?；蛴檬静ㄆ髦苯幼x出UOPP來(lái)。3）放大電路頻率特性測(cè)量（測(cè)量帶寬BW）將放大器負(fù)載斷開(kāi)，先將輸人信號(hào)頻率調(diào)到1KHZ，幅度調(diào)到使輸出幅度最大而不失真。保持輸人信號(hào)幅度不變，改變頻率，按表3-2測(cè)量并記錄。接上負(fù)載、重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。 F(HZ)501002505001k2.5k5k10k25k50k100k200kuoRL=RL=5.1K（3）輸入電路的調(diào)試1