晶体管放大器设计

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1、电子线路设计与测试杨小献 87543835 ,培养硬件设计与装调能力,能正确使用常用仪器 掌握电子电路的基本测试技术 掌握电子电路的设计方法 能正确处理实验数据、进行误差分析、写出实验报告 能理论联系实际，分析、寻找和排除实验故障 学会两种EDA工具软件。,一、课程目标：,二、课程特点,理论与实践相结合 以培养工程实践能力为主 培养基本技能和综合应用能力,三、实验流程,课前预习，设计实验过程，安装电路，作好实验准备工作 课堂上操作、测量、记录 课后总结与分析,课前预习,实验目的与要求 基本实验原理 了解实验方法与步骤 设计实验表格 电路的可靠安装,课上操作、测量、记录,搭建实验测试平台测试方法

2、的设计 观察实验现象与结果仪器使用 记录实验数据与波形仪器使用,上课时间：(45分钟4学时+30分钟休息3.5小时）上午 8:00 - 11:30 30分钟休息下午 14:00 - 15:30 30分钟休息晚上 18:20 - 21:30 10分钟休息,课后总结与分析,处理实验数据 绘制图表和波形 写出个人的实验总结并完成思考题 经验与体会 完成实验报告,四、实验报告要求,实验报告用报告纸书写，格式内容符合要求（见教材附录二） 实验结果需表格记录 波形记录在坐标纸上，还需记录波形的特征参数：如峰峰值，频率等。 波形和电路图用铅笔绘制，其它内容用同色笔书写。,实验报告内容参考附录二,实验目的 实

3、验原理与电路分析 实验电路及参数设计 实验内容与步骤 实验数据与波形 分析与结论 心得体会 思考题,五、成绩评定,1、平时成绩占总成绩的40实验及实验报告 2、考试占总成绩的60，其中笔试20，设计及实验技能40,关于平时成绩的说明,采取抽查指标验收方式 每个同学验收哪一个指标由老师指定 验收时需演示测试方法和测试结果 回答老师的相关提问 在每个阶段如果提前完成实验，可以提前验收，通过验收后可以提前进入下一阶段实验 提前完成实验（含报告）将得到适当的奖励分，按时完成不扣分，延期完成将扣分,实验室有关规定,每次实验必须在记录本上签到 按照学号和实验台号对应就座 按照学号使用对应号码的万用表 万用

4、表用完后，将表笔线整理好，并按号码顺序放入柜中。 实验完毕后，每人将自己的桌面整理干净 由班长安排4人，每次实验后做值日 值日内容：扫地、拖地、整理实验桌、板凳归位、按顺序放好万用表，清点工具,本学期内容安排,本学期内容安排,以班级为单位将全班姓名、学号输入*.txt文件，在上班时间联系开放实验预约申请名单输入事宜。联系人：杨健老师；联系电话：13995560866。申请名单输入完成后，各班即可在网络上完成开放实验预约申请。,第一节 晶体管放大器设计,学习目的 掌握晶体管放大器静态工作点的设置 与调整方法放大器基本性能指标的测试方法负反馈对放大器性能的影响放大器的安装与调试技术。,Ic=Bib

5、=Ie,一、电路工作原理及基本关系式,图5.1.1 阻容耦合共射极放大器,1. 工作原理,右图所示的电路是晶体管放大器中广泛应用的阻容耦合式共射极放大器。它采用的是分压式电流负反馈偏置电路。放大器的静态工作点Q主要由RB1、RB2、RE、RC及电源电压+VCC所决定。,该电路利用电阻RB1、RB2的分压固定基极电位VBQ。如果满足条件I1IBQ，当温度升高时， ICQVEQ(VBQ不变）VBEIBQICQ，结果抑制了ICQ的变化，从而获得稳定的静态工作点。,2. 基本关系式,工作点稳定的必要条件： I1IBQ ， 一般取,直流负反馈愈强，电路的稳定性愈好。所以要求VBQVBE，即VBQ = (

6、510)VBE，一般取,2. 基本关系式,电路的静态工作点由下列关系式确定：,对于小信号放大器， 一般取ICQ = 0.5mA2mA， VEQ = (0.20.5)VCC,2. 基本关系式,二、性能指标与测试方法,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,电压放大倍数,式中， RL=RC/RL ； rbe为晶体管输入电阻，即,在波形不失真的条件下，测出Vi (有效值)或Vim(峰值)或Vpp(峰-峰值)和Vo(有效值)或Vom(峰值)或Vpp(峰-峰值) ，则：,测量电压放大倍数，实际上是测量 放大器的输入电压与输出电压的值。,2、 输入电阻,放大器的输入

7、电阻反映了放大器本身消耗输入信号源功率的大小。若RiRs(信号源内阻)，则放大器从信号源获取较大电压；若RiRs，则放大器从信号源吸取较大电流；若Ri = Rs，则放大器从信号源获取最大功率。,用“串联电阻法”测量放大器的输入电阻Ri，即在信号源输出与放大器输入端之间，串联一个已知电阻R(一般以选择R的值接近Ri的值为宜）。, 测量输入电阻,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,式中，Vs为信号源的输出电压值。,3、 输出电阻,ro为晶体管的输出电阻。放大器输出电阻的大小反映了它带负载的能力，Ro愈小，带负载的能力愈强。当RoRL时，放大器可等效成一个恒

8、压源。,在输出波形不失真的情况下进行测量。Vo为放大器负载开路时的输出电压的值；VoL为接入RL后放大器负载上的电压的值，则, 测量输出电阻,4、频率特性和通频带,放大器的频率特性包括幅频特性A()和相频特性()。 A()表示增益的幅度与频率的关系；()表示增益的相位与频率的关系；是放大器输出信号与输入信号之间的相位差。,放大器的频率特性如图所示，影响放大器频率特性的主要因素是电路中存在的各种电容元件。,通频带BW = fH fL 式中，fH为放大器的上限频率，主要受晶体管的结电容及电路的分布电容的限制； fL为放大器的下限频率，主要受耦合电容CB、CC及射极旁路电容CE的影响。, 频率特性和

9、通频带,电容CB、CC及CE单独存在时所对应的等效回路如图 (a)、(b)、(c)所示。, 频率特性和通频带,如果放大器的下限频率fL已知，则可按下列表达式估算：,通频带的测试方法:,采用“逐点法”测量放大器的幅频特性曲线。,注意：保持输入信号的幅值不变，而且输出波形不失真,BW=fH fL。,Vi=10mV(Vip-p=28mV),三、设计举例,例 设计一阻容耦合单级晶体管放大器。 已知条件 VCC = +12V，RL=3k，Vi = 10mV，Rs = 600 。 性能指标要求 AV 40，Ri 1k ， Ro 3k ，fL 100Hz，fH 100kHz。,电路设计流程,解 (1)拟定电

10、路方案,选择电路形式及晶体管 采用分压式电流负反馈偏置电路，可以 获得稳定的静态工作点。因放大器的上限频率要求较高，故选用高频小功率管3DG100，其特性参数ICM=20mA，V(BR)CEO20V，fT 150MHz通常要求b的值大于AV的值，故选b = 60。,解(2) 设置静态工作点并计算元件参数,静态工作点Q，计算如下：要求Ri(Rirbe 300 ) 1k， 有,取ICQ = 1.5mA,26mV,ICQmAmA,解(2) 设置静态工作点并计算元件参数,若取VBQ = 3V，得,取标称值1.5kW,因IBQICQ/ 得I1=(510)IBQ,有,为使静态工作点调整方便，RB1由30k

11、W固定电阻与100kW电位器相串联而成。,因 ICQ已知,根据Av的理论计算式 得,因RL=RC/RL则,综合考虑，取标称值1.5kW,解(2) 设置静态工作点并计算元件 参数,取ICQ = 1.5mA,解(2) 设置静态工作点并计算元件参数,取标称值10mF,取CC = CB = 10mF。得,取标称值100mF,计算电容为：,四、电路安装与调试,静态调试动态调试,1. 静态工作点测量与调整,用万用表分别测量晶体管的B、E、C极对地的电压VBQ、VEQ及VCQ。一般VBQ（35）V， VCEQ正几伏。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

12、饱和。,测量方法是：不加输入信号，将放大器输入端（耦合电容CB负端）接地。,1. 静态工作点测量与调整,调整方法是改变放大器上偏置电阻RB1的大小，即调节电位器的阻值，同时用万用表分别测量晶体管的各极的电位VBQ、VCQ、VEQ，并计算VCEQ及ICQ。如果VCEQ为正几伏，说明晶体管工作在放大状态，但并不能说明放大器的静态工作点设置在合适的位置，所以还要进行动态波形观测。,1. 静态工作点测量与调整,给放大器送入规定的输入信号，如Vi =10mV，fi = 1kHz的正弦波。若放大器的输出vo的波形的顶部被压缩（见图3.1.6(a)，这种现象称为截止失真），说明静态工作点Q偏低，应增大基极偏

13、流IBQ，即增大ICQ。,1. 静态工作点测量与调整,如果输出波形的底部被削波（见图3.1.6(b)，这种现象称为饱和失真），说明静态工作点Q偏高，应减小IBQ ，即减小ICQ 。,1. 静态工作点测量与调整,如果增大输入信号，如Vi =50mV，输出波形无明显失真，或者逐渐增大输入信号时，输出波形的顶部和底部差不多同时开始畸变，说明静态工作点设置得比较合适。此时移去信号源，分别测量放大器的静态工作点VBQ、VEQ、VCEQ及ICQ。,2. 性能指标测试与电路参数修改,示波器用于观测放大器的输入、输出电压波形并读取测量值。,2. 性能指标测试与电路参数修改,注意事项 所有仪器的接地端都应与放大

14、器的地线相连接。 AV 、Ri、Ro ： fi=1kHz， Vi = 10mV BW：当频率改变时，信号发生器的输出电压可能变化，应及时调整，以保持Vi = 10mV始终不变。,2. 性能指标测试与电路参数修改,对于一个低频放大器，各项指标很难同时都很理想。例如，电压放大倍数AV，根据,有,2. 性能指标测试与电路参数修改,增大Rc会使输出电阻Ro增加，减小rbe会使输入电阻R i减小。如果Ro及Ri离指标要求还有充分余地，则可以通过实验调整RC或ICQ来提高电压放大倍数，但改变RC及ICQ会影响电路的静态工作点。提高晶体管的放大倍数，是提高放大器电压放大倍数的最简方法。,2. 性能指标测试与

15、电路参数修改,同时，由于基极电位VBQ固定，即,ICQ亦基本固定，即,所以，改变不会影响放大器的静态工作点。,2. 性能指标测试与电路参数修改,再例如，希望降低放大器的下限频率fL，根据电容计算式，也可以有三种途径，即,不论何种途径，都会影响放大器的性能指标，只能根据具体的指标要求，综合考虑。,2. 性能指标测试与电路参数修改,下图为满足设计举例题性能指标要求的放大器的电路。由图可见，实验调整后的元件参数值与设计计算值有一定差别。,3. 测量结果验算与误差分析,如前图 所示的电路，其静态工作点的测量值为 VBQ=3.4V VEQ=2.7V ICQ=1.8mA VCQ=9.3V 性能指标的测量值为AV=47 Ri=1.1k Ro=1.5k fL=100Hz fH999kHz,3. 测量结果验算与误差分析,根据前图所示电路参数，理论计算值为,VEQ= VBQ0.7V=2.7V,Ri rbe=300+ 1.2k,Ro RC=1.5k,3. 测量结果验算与误差分析,从而得测量误差(理论值为上述计算值)如下：,3. 测量结果验算与误差分析,产生测量误差的主要原因是： 测量仪器不准确及测量人员的读数误差； 元器件本身参数的示值误差； 工程近似计算式引入的理论计算误差。,