晶體管放大器設(shè)計(jì)

1、晶體管放大器設(shè)計(jì)一、學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)晶體管放大電路的設(shè)計(jì)方法；掌握晶體管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置與調(diào)整方法；掌握晶體管放大電路性能指標(biāo)的測試方法及安裝與調(diào)試技術(shù)。 了解負(fù)反饋對放大電路性能的影響。學(xué)習(xí)用pSpice軟件對電路進(jìn)行模擬仿真。 二、設(shè)計(jì)課題單級阻容耦合晶體管放大器設(shè)計(jì)n已知條件已知條件l+VCC=+12VlRL=2k lVi=10mV(有效值有效值)lRs=50 n技術(shù)指標(biāo)要求技術(shù)指標(biāo)要求lAV30lRi2k lRo3k lfL20HzlfH500kHzl電路穩(wěn)定性好。電路穩(wěn)定性好。三、電路設(shè)計(jì)流程提出設(shè)計(jì)指標(biāo)提出設(shè)計(jì)指標(biāo)擬定電路方案擬定電路方案設(shè)定器件參數(shù)設(shè)定器件參數(shù)電路安裝和調(diào)試電路

2、安裝和調(diào)試結(jié)果測量結(jié)果測量指標(biāo)滿足要求指標(biāo)滿足要求電路設(shè)計(jì)結(jié)束電路設(shè)計(jì)結(jié)束Y修改電路方案修改電路方案修改電路參數(shù)修改電路參數(shù)是否要修改電路方案是否要修改電路方案YNN四、共射放大器原理與設(shè)計(jì)舉例 CB I1 RB2 RB1 IBQ VBQ VEQ VCEQ ICQ RC RE CE RL CC T VCC Vo Vi 三極管放大器中廣三極管放大器中廣泛應(yīng)用的是分壓式射泛應(yīng)用的是分壓式射極偏置電路。電路的極偏置電路。電路的Q點(diǎn)穩(wěn)定，點(diǎn)穩(wěn)定， Q點(diǎn)點(diǎn)主要主要由由RB1、RB2、RE、RC及及+VCC所決定。所決定。溫度溫度T IC IE IC VE 、VBQ不變不變 VBE IB （反饋控制）（反

3、饋控制）若若I1 IBQ ，VBQ VBE1、工作原理、工作原理 2、電路參數(shù)的確定：n工作點(diǎn)穩(wěn)定的必要條件：工作點(diǎn)穩(wěn)定的必要條件： I1IBQ ，VBQVBE 一般取一般取 )(20)(10 )(10)(5 BQ1 BQ1鍺鍺管管硅硅管管IIII )(3)V(1 )(5)V(3 BQBQ鍺鍺管管硅硅管管 VVnRE愈大，直流負(fù)反饋愈強(qiáng)，電路的穩(wěn)定性愈愈大，直流負(fù)反饋愈強(qiáng)，電路的穩(wěn)定性愈好。一般取好。一般取 CB I1 RB2 RB1 IBQ VBQ VEQ VCEQ ICQ RC RE CE RL CC T VCC Vo Vi 2、電路參數(shù)的確定：n 設(shè)計(jì)小信號放大器時(shí)，一般取設(shè)計(jì)小信號放大

4、器時(shí)，一般取 ICQ = (0.52)mA，CQEQCQBEBQEIVIVVR VEQ = (0.20.5)VCC IVIVRCQBQ1BQB2)105( B2BQBQCCB1RVVVR RC由由RO或或AV確定：確定： RC RO beVLCL/rARRR 或或RC CB I1 RB2 RB1 IBQ VBQ VEQ VCEQ ICQ RC RE CE RL CC T VCC Vo Vi 2、電路參數(shù)的確定：n 如果放大器下限頻率如果放大器下限頻率fL已知，可按下列表達(dá)式估算已知，可按下列表達(dá)式估算電容電容CB、CC和和CE：)(21)103(CbesLBrRf )(21)103(CLCLC

5、RRf )1/(21)31(besEL rRRfCEn 通常取通常取CB = CC，用上面兩式算出電容值，取較大的，用上面兩式算出電容值，取較大的作為作為CB（或（或CC）。）。 3、設(shè)計(jì)舉例 例 設(shè)計(jì)一阻容耦合單級晶體管放大器。n已知條件已知條件l+VCC=+12 VlRL=3 k lVi=10 mV(有效值有效值)lRs=600 n技術(shù)指標(biāo)要求技術(shù)指標(biāo)要求lAV40lRi1 k lRo3 k lfL100 HzlfH100 kHz。解：(1) 擬定電路方案選擇電路形式及晶體管采用分壓式射極偏置電路，可以獲得穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。 因放大器上限頻率fH100 kHz，要求較高，故選用高頻小功率管

6、3DG100，其特性參數(shù) ICM=20mA，V(BR)CEO20V，fT 150MHz 通常要求 的值大于AV的值，故選 60 (2) 設(shè)置Q點(diǎn)并計(jì)算元件參數(shù) 要求Ri1k，而mA2 . 2mA300100026CQ I取取ICQ = 1.5 mA 依據(jù)、進(jìn)行計(jì)算mAmV26300mACQbe IrRi n 若取若取VBQ = 3V，得，得 k53. 1CQBEBQEIVVR取標(biāo)稱值，取標(biāo)稱值，RE=1.5 k (2) 設(shè)置Q點(diǎn)并計(jì)算元件參數(shù) 因 ,依據(jù)、進(jìn)行計(jì)算 CQIIBQ BQ1)105(II k2410)(5CQBQ1BQB2 IVIVR k72B2BQBQCCB1RVVVR 為使靜態(tài)

7、工作點(diǎn)調(diào)整方便，為使靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整方便，RB1由由30k 固定電阻與固定電阻與100k 電位器相串聯(lián)而成。電位器相串聯(lián)而成。 (2) 設(shè)置Q點(diǎn)并計(jì)算元件參數(shù) 依據(jù)、進(jìn)行計(jì)算綜合考慮，取標(biāo)稱值，綜合考慮，取標(biāo)稱值，RB1.5 k 。 n 因因 ICQ， 1340mAmV26300mACQbeIr k89.0beVL rARn 要求要求AV40, 由由 得得beLVrRA k27. 1LLLLCRRRRR(2) 設(shè)置Q點(diǎn)并計(jì)算元件參數(shù) 計(jì)算計(jì)算電容電容為：為： F2 . 8)(21)103(CbesLB rRf取標(biāo)稱值，取標(biāo)稱值，CC = CB = 10m mFF5 .98)1/(21)31(Cb

8、esELE rRRf取標(biāo)稱值，取標(biāo)稱值，CE = 100m mF (3) 畫出電路帶參數(shù)的電路圖 根據(jù)上述設(shè)計(jì)，得到放大器的電路圖如下： 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 五、電路安裝與調(diào)試晶體管晶體管毫伏表毫伏表 低頻信號低頻信號發(fā)生器發(fā)生器 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 CH2 VCC 被測放大器被測放大器 CH1 雙蹤雙蹤 示波器示波器 vi vo n首先在面包板上組裝好電路，參考上圖搭接好實(shí)驗(yàn)首先在面包板上

9、組裝好電路，參考上圖搭接好實(shí)驗(yàn)測試平臺。測試平臺。n然后進(jìn)行電路調(diào)試：然后進(jìn)行電路調(diào)試：靜態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試動(dòng)態(tài)調(diào)試動(dòng)態(tài)調(diào)試1. 靜態(tài)調(diào)試：Q點(diǎn)測量與調(diào)整 （1）接通電源，將電路輸入端接地，測量電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。 （2）用萬用表直流電壓檔，分別測量晶體管的B、E、C極對地電壓VBQ、VEQ及VCQ。 （3）一般VBQ（35）V，VCEQ正幾伏。如果出現(xiàn)如果出現(xiàn)VCQ VCC，說明晶體管工作在截止?fàn)顟B(tài)；，說明晶體管工作在截止?fàn)顟B(tài)；如果出現(xiàn)如果出現(xiàn)VCEQ ，說明晶體管已經(jīng)飽和。，說明晶體管已經(jīng)飽和。（4）調(diào)節(jié)電位器）調(diào)節(jié)電位器RP1，使，使VCEQ正幾伏，此時(shí)說明晶正幾伏，此時(shí)說明晶體管基本工作在線

10、性放大狀態(tài)。但體管基本工作在線性放大狀態(tài)。但Q點(diǎn)不一定是最佳點(diǎn)不一定是最佳的，還要進(jìn)行動(dòng)態(tài)波形觀測。的，還要進(jìn)行動(dòng)態(tài)波形觀測。1. 動(dòng)態(tài)調(diào)試：Q點(diǎn)測量與調(diào)整vi (t) vo (t) o o t t 截止失真截止失真 （5）給放大器送入規(guī)定的輸入信號，如ViPP =28mV，fi = 1kHz的正弦波。 （6）用示波器觀察放大器的輸出）用示波器觀察放大器的輸出vo。n 若若vo波形的頂部被壓縮，這種現(xiàn)象稱為截止失真，說明波形的頂部被壓縮，這種現(xiàn)象稱為截止失真，說明Q點(diǎn)偏低，應(yīng)增大基極偏流點(diǎn)偏低，應(yīng)增大基極偏流IBQ，即增大，即增大ICQ。n 若若vO波形的底部被削波，這種現(xiàn)象稱為飽和失真，說明

11、波形的底部被削波，這種現(xiàn)象稱為飽和失真，說明Q點(diǎn)偏高，應(yīng)減小點(diǎn)偏高，應(yīng)減小IBQ ，即減小，即減小ICQ 。 vi (t) vo (t) o o t t 飽和失真飽和失真 2. 動(dòng)態(tài)調(diào)試：Q點(diǎn)測量與調(diào)整 （5）給放大器送入規(guī)定的輸入信號，如ViPP =30mV，fi = 1kHz的正弦波。 （6）用示波器觀察放大器的輸出）用示波器觀察放大器的輸出vo。 （8）增大輸入信號（如）增大輸入信號（如ViPP =120mV），）， vo無明顯失無明顯失真，或者逐漸增大輸入信號時(shí)，真，或者逐漸增大輸入信號時(shí)， vo頂部和底部差不多頂部和底部差不多同時(shí)開始畸變，說明同時(shí)開始畸變，說明Q點(diǎn)設(shè)置得比較合適。點(diǎn)

12、設(shè)置得比較合適。 （7）調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié)RB1，使放大器的輸出，使放大器的輸出vo不失真。不失真。 （9）此時(shí)移去信號源，分別測量放大器的靜態(tài)工作）此時(shí)移去信號源，分別測量放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)點(diǎn)VBQ、VEQ、VCQ，并計(jì)算，并計(jì)算VCEQ 、ICQ。六、主要性能指標(biāo)及其測試方法晶體管放大器的主要性能指標(biāo)有 電壓放大倍數(shù)AV 輸入電阻Ri 輸出電阻Ro1. 通頻帶BWfHfL六、主要性能指標(biāo)及其測試方法1、電壓放大倍數(shù)AVbeLrR mAmV26300mACQbe Ir 理論計(jì)算理論計(jì)算ioVVVA n在波形不失真的條件下，在波形不失真的條件下，用示波器測量放大器輸入電用示波器測量放大器輸入電壓與輸出

13、電壓的值。壓與輸出電壓的值。ippoppimomioVVVVVVVA 實(shí)驗(yàn)測試實(shí)驗(yàn)測試n測出測出Vi (有效值有效值)或或Vim(峰值峰值)及及Vip-p（峰（峰-峰值）與峰值）與Vo(有有效值效值)或或Vom(峰值峰值) Vop-p（峰（峰-峰值），則峰值），則 六、主要性能指標(biāo)及其測試方法B2B1bei/RRrR 放放 大大 器器 信信 號號 源源 R Ri Vs Vi 2、輸入電阻Ri理論計(jì)算理論計(jì)算實(shí)驗(yàn)測試實(shí)驗(yàn)測試ber RVVVRisii 串聯(lián)一個(gè)已串聯(lián)一個(gè)已知電阻知電阻R 在輸出波形不失真情況下，用晶體在輸出波形不失真情況下，用晶體管毫伏表或示波器，分別測量出管毫伏表或示波器，分別

14、測量出Vi與與Vs的值，則的值，則 六、主要性能指標(biāo)及其測試方法CCoo/RRrR 3、輸出電阻RO理論計(jì)算理論計(jì)算實(shí)驗(yàn)測試實(shí)驗(yàn)測試開關(guān)開關(guān)S(1)在輸出波形不失真情況下，用晶體在輸出波形不失真情況下，用晶體管毫伏表或示波器，管毫伏表或示波器， 測量負(fù)載開路時(shí)測量負(fù)載開路時(shí)的輸出電壓的值的輸出電壓的值Vo ；(2)接入接入RL后，測量負(fù)載上的電壓的值后，測量負(fù)載上的電壓的值VoL ro為晶體管輸出電阻。為晶體管輸出電阻。 信 號 源 放 大 器 Ro S RL Vo VoL LoLoo)1(RVVR 六、主要性能指標(biāo)及其測試方法4、頻率特性和通頻帶放大器的頻率特性包括放大器的頻率特性包括表示增

15、益的幅度與頻表示增益的幅度與頻率的關(guān)系；率的關(guān)系；表示輸出信號與輸入信表示輸出信號與輸入信號之間的相位差與頻率號之間的相位差與頻率的關(guān)系；的關(guān)系； 0 3 中中頻頻區(qū)區(qū) 低低頻頻區(qū)區(qū) 高高頻頻區(qū)區(qū) BW fL fH f /Hz f /Hz 90 180 270 /度度 20lg AV /dB 0 (a) (b) fH fL 135 235 n 相頻特性相頻特性 ( ):n 幅頻特性幅頻特性A( ):六、主要性能指標(biāo)及其測試方法4、頻率特性和通頻帶放大器的通頻帶放大器的通頻帶BW:n fH為上限頻率，主要為上限頻率，主要受晶體管結(jié)電容及電路受晶體管結(jié)電容及電路分布電容的限制；分布電容的限制； 0

16、 3 中中頻頻區(qū)區(qū) 低低頻頻區(qū)區(qū) 高高頻頻區(qū)區(qū) BW fL fH f /Hz f /Hz 90 180 270 /度度 20lg AV /dB 0 (a) (b) fH fL 135 235 BW = fH fLn fL為下限頻率，主要為下限頻率，主要受耦合電容受耦合電容CB、CC及射及射極旁路電容極旁路電容CE的影響。的影響。 BW 的測試方法:采用“逐點(diǎn)法”測量放大器的幅頻特性曲線。 f (Hz)401005001k10k100k 300k 500kVop-p (mV)8009001000113111311131100080020lg|AV|(dB)2930313232323129注意：維

17、持輸入信號的幅值不變且輸出波形不失真注意：維持輸入信號的幅值不變且輸出波形不失真BW = fH fL500 k40 500 k測試條件：測試條件：Vi=10 mV (Vip-p= 28 mV)n畫出放大器的幅頻特性曲線，計(jì)算通頻帶。畫出放大器的幅頻特性曲線，計(jì)算通頻帶。七. 電路參數(shù)修改 對于一個(gè)新設(shè)計(jì)的放大器，可能有些指標(biāo)達(dá)不到要求，這時(shí)需要調(diào)整電路參數(shù)。 beibeoLV_rRrRRA beLioVrRVVA Ri1、如何調(diào)整電壓放大倍數(shù)、如何調(diào)整電壓放大倍數(shù)AV ？七. 電路參數(shù)修改 對于一個(gè)新設(shè)計(jì)的放大器，可能有些指標(biāo)達(dá)不到要求，這時(shí)需要調(diào)整電路參數(shù)。2、如何調(diào)整放大器的下限頻率、如何

18、調(diào)整放大器的下限頻率fL ？ 希望降低放大器下限頻率希望降低放大器下限頻率fL，根據(jù)電容計(jì)算式，也，根據(jù)電容計(jì)算式，也有三種途徑，即有三種途徑，即 fL CE 、CB 、CC 電路的性能價(jià)格比電路的性能價(jià)格比 rbe AV RC Ro 不論何種途徑，都會(huì)影響放大器的性能指標(biāo)，只能不論何種途徑，都會(huì)影響放大器的性能指標(biāo)，只能根據(jù)具體指標(biāo)要求，綜合考慮。根據(jù)具體指標(biāo)要求，綜合考慮。 七. 電路參數(shù)修改 3、負(fù)反饋對放大器性能有何影響？、負(fù)反饋對放大器性能有何影響？ 引入交流負(fù)反饋后，放大器的電壓放大倍數(shù)將引入交流負(fù)反饋后，放大器的電壓放大倍數(shù)將下降，其表達(dá)式為下降，其表達(dá)式為 FAAAVVVF1

19、式中，式中，F(xiàn)為反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)；為反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)；AV為無負(fù)反饋為無負(fù)反饋時(shí)的電壓放大倍數(shù)。時(shí)的電壓放大倍數(shù)。 引入負(fù)反饋后，雖然電壓放大倍數(shù)下降，但可以引入負(fù)反饋后，雖然電壓放大倍數(shù)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 。七. 電路參數(shù)修改 3、負(fù)反饋對放大器性能有何影響？、負(fù)反饋對放大器性能有何影響？ 負(fù)反饋放大器的上限頻率負(fù)反饋放大器的上限頻率fHF與下限頻率與下限頻率fLF的表的表達(dá)式分別為達(dá)式分別為 LVLFHVHF111fFAffFAf可見，引入負(fù)反饋后通頻帶加寬?？梢姡胴?fù)反饋后通頻帶加寬。 七. 電路參數(shù)修改 3、負(fù)反饋對放大器性能有何影響？、負(fù)反饋對

20、放大器性能有何影響？ 引入負(fù)反饋會(huì)引入負(fù)反饋會(huì)改變放大器的輸入電阻與輸出電阻：改變放大器的輸入電阻與輸出電阻：n 并聯(lián)負(fù)反饋能降低輸入阻抗；并聯(lián)負(fù)反饋能降低輸入阻抗；n 串聯(lián)負(fù)反饋能提高輸入阻抗；串聯(lián)負(fù)反饋能提高輸入阻抗；n 電壓負(fù)反饋使輸出阻抗降低；電壓負(fù)反饋使輸出阻抗降低；n 電流負(fù)反饋使輸出阻抗升高。電流負(fù)反饋使輸出阻抗升高。七. 電路參數(shù)修改 3、負(fù)反饋對放大器性能有何影響？、負(fù)反饋對放大器性能有何影響？電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器 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 實(shí)驗(yàn)