晶體管單級(jí)放大器設(shè)計(jì)

1、晶體管單級(jí)放大器設(shè)計(jì)第1頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四一、電路工作原理及基本關(guān)系式 圖 阻容耦合共射極放大器 第2頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四1. 工作原理 晶體管放大器中廣泛應(yīng)用如右圖所示的電路，稱之為阻容耦合共射極放大器。它采用的是分壓式電流負(fù)反饋偏置電路。 放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)Q主要由RB1、RB2、RE、RC及電源電壓+VCC所決定。 第3頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四 該電路利用電阻RB1、RB2的分壓固定基極電位VBQ。 如果滿足條件I1IBQ，當(dāng)溫度升高時(shí)，ICQVEQ(VBQ不變）VBEIBQICQ，

2、結(jié)果抑制了ICQ的變化，從而獲得穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。 第4頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四2. 基本關(guān)系式 工作點(diǎn)穩(wěn)定的必要條件： I1IBQ ，一般取 直流負(fù)反饋愈強(qiáng)，電路的穩(wěn)定性愈好。所以要求VBQVBE，即VBQ = (510)VBE，一般取 第5頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四2. 基本關(guān)系式 電路的靜態(tài)工作點(diǎn)由下列關(guān)系式確定： 對(duì)于小信號(hào)放大器，一般取ICQ = 0.5mA2mA，VEQ = (0.20.5)VCC 第6頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四2. 基本關(guān)系式 第7頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)

3、41分，星期四二、性能指標(biāo)與測(cè)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Ro 通頻帶BW第8頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四 電壓放大倍數(shù) 式中， RL=RC/RL ； rbe為晶體管輸入電阻，即第9頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四 測(cè)量電壓放大倍數(shù)，實(shí)際上是測(cè)量放大器的輸入電壓與輸出電壓的值。在波形不失真的條件下，如果測(cè)出Vi (有效值)或Vim(峰值)及Vip-p（峰-峰）與Vo(有效值)或Vom(峰值) Vop-p（峰-峰），則 Av的測(cè)試方法Vip-pVop-p第10頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日

4、，1點(diǎn)41分，星期四1、 輸入電阻 放大器的輸入電阻反映了放大器本身消耗輸入信號(hào)源功率的大小。 若RiRs(信號(hào)源內(nèi)阻)，則放大器從信號(hào)源獲取較大電壓； 若RiRs，則放大器從信號(hào)源吸取較大電流； 若Ri = Rs，則放大器從信號(hào)源獲取最大功率。 第11頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四即 在信號(hào)源輸出與放大器輸入端之間，串聯(lián)一個(gè)已知電阻R(一般以選擇R的值接近Ri的值為宜)，如上圖所示。 Ri的測(cè)試方法： “串聯(lián)電阻法”第12頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四 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(cè)量出Vi與Vs的值，則 式中，Vs

5、為信號(hào)源的輸出電壓值。 第13頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四2、 輸出電阻 ro為晶體管的輸出電阻。 放大器輸出電阻的大小反映了它帶負(fù)載的能力，Ro愈小，帶負(fù)載的能力愈強(qiáng)。當(dāng)Ro1，則深度負(fù)反饋放大器的電壓增益僅與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)，而與電路的其它參數(shù)無(wú)關(guān)。引入負(fù)反饋，增強(qiáng)電路穩(wěn)定性。 1/F第47頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四2. 擴(kuò)展放大器的通頻帶 負(fù)反饋放大器的上限頻率fHF與下限頻率fLF的表達(dá)式分別為 可見(jiàn)，引入負(fù)反饋后通頻帶加寬。 第48頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四3. 改變放大器的輸入電阻與輸出電阻 一般并

6、聯(lián)負(fù)反饋能降低輸入阻抗，串聯(lián)負(fù)反饋能提高輸入阻抗。 電壓負(fù)反饋使輸出阻抗降低，電流負(fù)反饋使輸出阻抗升高。 圖 電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器 第49頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四3. 改變放大器的輸入電阻與輸出電阻 電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器，僅增加了一只射極電阻RF。分析表明，電路的反饋系數(shù) 電壓放大倍數(shù) 第50頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四3. 改變放大器的輸入電阻與輸出電阻 實(shí)驗(yàn)表明，RF取幾十歐姆，可以明顯地提高放大器的輸入阻抗，降低放大器的下限頻率。 對(duì)于單級(jí)放大器，在要求下限頻率fL很低，而放大倍數(shù)要求不高時(shí)，采用負(fù)反饋電路較好。 若采用無(wú)負(fù)反饋

7、電路，則電容CE的值必須增大很多，才能使fL明顯下降。對(duì)于如圖所示的參數(shù)，fL可低到20Hz。 第51頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四六、設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)課題：?jiǎn)渭?jí)阻容耦合晶體管放大器設(shè)計(jì) 已知條件 +VCC=+12V，RL=2k， Vi=10mV，Rs=50。性能指標(biāo)要求 AV30，Ri2k， Ro3k，fL20Hz，fH500kHz， 電路穩(wěn)定性好。 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備(略)第52頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四六、設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)步驟與要求 認(rèn)真閱讀本課題介紹的設(shè)計(jì)方法與測(cè)試技術(shù)，寫(xiě)出設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)報(bào)告(其要求見(jiàn)附錄二)。 根據(jù)已知條件及性能指標(biāo)要求，確定

8、電路(要求分別采用無(wú)負(fù)反饋與有負(fù)反饋兩種放大器電路)及器件(晶體管可以選硅管或鍺管)，設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，計(jì)算電路元件參數(shù)。 (以上兩步要求在實(shí)驗(yàn)前完成) 在實(shí)驗(yàn)面包板上安裝電路，其布線方法參閱附錄一。測(cè)量與調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)，使其滿足設(shè)計(jì)計(jì)算值要求。 測(cè)試性能指標(biāo)，調(diào)整與修改元件參數(shù)值，使其滿足放大器性能指標(biāo)要求，將修改后的元件參數(shù)值標(biāo)在設(shè)計(jì)的電路圖上(先安裝測(cè)試無(wú)負(fù)反饋的放大器，后安裝測(cè)試有負(fù)反饋的放大器)。 上述各項(xiàng)完成后，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，研究?jī)?nèi)容見(jiàn)后面的“實(shí)驗(yàn)與思考題”部分。 所有實(shí)驗(yàn)完成后，寫(xiě)出設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告，其要求詳見(jiàn)附錄二。 第53頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四

9、電阻和電容的參數(shù)：第54頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四實(shí)驗(yàn)與思考題 分別增大或減小電阻RB1、RC、RL、RE及電源電壓+VCC，對(duì)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)Q及性能指標(biāo)有何影響？為什么？ 加大輸入信號(hào)Vi時(shí)，輸出波形可能會(huì)出現(xiàn)哪幾種失真？分別是由什么原因引起的？3.1.3 影響放大器低頻特性fL的因素有哪些？采取什么措施使fL降低？為什么？ 第55頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四實(shí)驗(yàn)與思考題 提高電壓放大倍數(shù)AV會(huì)受到哪些因素限制？采取什么措施較好？為什么？ 一般情況下，實(shí)驗(yàn)調(diào)整后的放大器的電路參數(shù)與設(shè)計(jì)計(jì)算值都會(huì)有差別，為什么？ 測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，

10、用萬(wàn)用表分別測(cè)量晶體管的各極對(duì)地的電壓，而不是直接測(cè)量電壓VCE、VBE及電流ICQ，為什么？ 第56頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四實(shí)驗(yàn)與思考題 測(cè)量放大器性能指標(biāo)Ri、Ro、AV及BW時(shí)，是用晶體管毫伏表或示波器分別測(cè)量輸入、輸出電壓，而不是用萬(wàn)用表測(cè)量，為什么？ 測(cè)量輸入電阻Ri及輸出電阻Ro時(shí)，為什么測(cè)試電阻R要與Ri或Ro相接近？ 調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，RB1要用一固定電阻與電位器相串聯(lián)，而不能直接用電位器，為什么？ 用實(shí)驗(yàn)說(shuō)明圖所示電流串聯(lián)負(fù)反饋電路，改善了放大器的哪些性能？為什么？ 第57頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四第58頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四第59頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四第60頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)41分，星期四第61頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，1