第四講晶體管放大電路的設計

第四講晶體管放大電路的設計第一頁，共十五頁，2022年，8月28日第四講晶體管放大電路的設計第二頁，共十五頁，2022年，8月28日晶體管小信號放大器的設計晶體管小信號放大器主要用于前級微弱信號放大，如話筒放大，磁頭放大及其他傳感器信號源的放大等，除保證足夠的增益外，還起到阻抗變換的作用。通過本項目的學習，掌握晶體管放大器的正確設計方法。加深對晶體管的放大作用的理解，正確理解晶體管處于放大狀態(tài)下的偏置條件；能夠熟練的對晶體管放大電路進行調(diào)整，以使其満足工程實際的要求。同時正確掌握放大器電壓放大倍數(shù)、輸入輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測試方法，為今后的復雜電路設計打下良好的基礎(chǔ)。1．題目概述第三頁，共十五頁，2022年，8月28日2．設計任務與要求設計并一個分立元件組成的晶體管放大器。已知：輸入信號電壓ui=20mV，f=1KHZ；負載電阻RL=5.1KΩ；工作溫度范圍0～45℃。主要技術(shù)指標要求如下：（1）電壓放大倍數(shù)Au=100；（2）輸入阻抗Ri≥47KΩ；（3）帶寬BW=50Hz~100KHz；3．預備知識（1）認真復習教材中關(guān)于晶體管基本放大電路的有關(guān)知識；（2）深刻理解晶體管放大電路的偏置條件及對電路的影響；（3）掌握單極型晶體管的性能特點；（4）掌握常用電工測量儀表的基本原理和正確使用方法。晶體管小信號放大器的設計第四頁，共十五頁，2022年，8月28日4．總體設計晶體管小信號放大器的設計（1）課題分析根據(jù)設計要求，要實現(xiàn)電壓放大倍數(shù)Au=100；輸入阻抗Ri≥47KΩ；采用單級雙極型三極管放大電路是無法實現(xiàn)的，就本題而言，系統(tǒng)可分為二級：輸入級和主放大級。總體結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。（2）方案討論①輸入級：主要完成阻抗變換，實現(xiàn)輸入阻抗Ri≥47KΩ的設計要求；②主放大級：主要完成電壓放大作用，實現(xiàn)電壓放大倍數(shù)Au=100的設計要求。圖1-1晶體管電壓放大器方框圖第五頁，共十五頁，2022年，8月28日5．主放大電路設計晶體管小信號放大器的設計（1）電路類型選擇：為了實現(xiàn)電壓放大倍數(shù)Au=100的設計要求，主放大級宜采用固定分壓偏式共射大電路形式，工作穩(wěn)定性最好。（2）電路結(jié)構(gòu)：如右圖1-2所示。圖1-2固定分壓偏置式放大電路（3）元件選取與參數(shù)計算：①選擇半導體三極管：從給出的技術(shù)要求可知，該電路工作在低頻小信號場合，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管3DG6B，從手冊上查出它的主要參數(shù)是PCM=100mW，ICM=20mA，UCEO≥20V，對該管進行實測，假設β=60。第六頁，共十五頁，2022年，8月28日5．主放大電路設計晶體管小信號放大器的設計②確定電源電壓VCC為保證放大輸出信號幅度的動態(tài)范圍內(nèi)不會產(chǎn)生非線性失真，一般取VCC≥2uom+UE+UCES圖1-2固定分壓偏置式放大電路由于輸入信號電壓幅值為則輸出信號電壓幅值為若取三極管飽和壓降的臨界值UCES≈1V，則靜態(tài)集一射壓降設置在UCEQ≥uom+UCES=3.82V又由于這種典型放大器靜態(tài)的工作(估算)條件是：I1≈I2>>IB和UB>>UBE第七頁，共十五頁，2022年，8月28日5．主放大電路設計晶體管小信號放大器的設計圖1-2固定分壓偏置式放大電路一般取I1=(5-10)IB和UB=(5～10)VBE。硅管UB=3～5V，鍺管UB=1～3V，若近似取UB=4V，UE=UB-0.7=3.3V再按VCC≥2uom+UE+UCES=2×2.82+3.3+1=10V?？紤]留有余量取VCC=12V(標準等級電壓)。③計算和確定集電極電阻RC由放大電路的靜、動態(tài)分析可知，RC是決定靜態(tài)工作點和滿足電壓增益要求的一個關(guān)鍵元件。一般應從輸入至輸出逐步推算。先確定輸入回路的動態(tài)范圍：基極信號電流的幅值為第八頁，共十五頁，2022年，8月28日5．主放大電路設計晶體管小信號放大器的設計取若rbe=1.2KΩ，則為了使輸入動態(tài)信號不出現(xiàn)非線性失真，即信號動態(tài)工作不進入輸入特性下面的彎曲部分，通常取最小基極電流則靜態(tài)基流再在輸出回路進行靜態(tài)計算：根據(jù)管子的電流放大作用有圖1-2固定分壓偏置式放大電路又由于若取UCEQ=4V，UE=3.3V得取標稱值RC=3K第九頁，共十五頁，2022年，8月28日5．主放大電路設計晶體管小信號放大器的設計④計算確定射極電阻Re⑤計算確定Rb1、Rb2由I1=(5-10)IB，取I1=5IB=5×28.5≈0.1425mA圖1-2固定分壓偏置式放大電路即為標稱值取標稱值Rb2=36K實際電路中Rb1用一個固定電阻與一個可調(diào)電阻串聯(lián)來代替，方便工作點的調(diào)節(jié)。取標稱值RE=1.8K第十頁，共十五頁，2022年，8月28日5．主放大電路設計晶體管小信號放大器的設計圖1-2固定分壓偏置式放大電路⑥確定耦合電容和射極旁路電容C1、C2和Ce如果是放大低頻信號(f=20Hz～200KHz)，則耦合電容和射極旁路電容可直接取經(jīng)驗標稱值：⑦校驗由于符合指標要求。第十一頁，共十五頁，2022年，8月28日晶體管小信號放大器的設計（1）電路類型選擇：為實現(xiàn)輸入阻抗Ri≥47KΩ的設計要求，根據(jù)模擬電路知識，輸入級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。6．輸入電路設計（2）電路結(jié)構(gòu)：射極跟隨器的原理圖如圖1-3所示。它是一個電壓串聯(lián)負反饋放大電路，它具有輸入電阻高，輸出電阻低，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、輸出信號同相等特點。圖1-3共集電極電路第十二頁，共十五頁，2022年，8月28日（3）元件選取與參數(shù)計算：①選擇半導體三極管半導體三極管的選擇同上，但要注意，對于小信號輸入級，為降低熱噪聲，工作電流不宜過大，一般Ic＜1mA。假設β=100圖1-3共集電極電路晶體管小信號放大器的設計6．輸入電路設計②)確定Rb一般，取Rb>>Ri，取Rb=10Ri=470K，實際電路中可以用一個200K的固定電阻與一個470K的可調(diào)電阻串聯(lián)使用。③計算Re對于射極輸出器，其輸入電阻Ri=Rb∥[rbe+(1+β)(Re∥RL)]≈(1+β)(Re∥RL)≥47K，即：(Re∥RL)≥0.47K，第十三頁，共十五頁，2022年，8月28日晶體管小信號放大器的設計6．輸入電路設計④C1、C2的選取同上。⑤驗算輸入電阻RiRi≈(1＋β)(Re∥RL)=101×1