三极管放大电路设计与分析

1三极管放大电路设计分析实验名称三极管放大电路设计日期姓名专业一、实验目的1、设计一个三极管放大电路，采用单电源供电；2、使输出信号增益≥20dB，输出幅值≥10Vpp；3、使3dB带宽10Hz~1MHz；二、实验原理2.1根据实验要求构建出基本电路图如图为共射级放大电路共射极放大电路既有电流放大作用，又有电压放大作用，故常用于小信号的放大。改变电路的静态工作点，可调节电路的电压放大倍数。而电路工作点的调整，主要是通过改变电路参数来实现。(负载电阻RL的变化不影响电路的静态工作点，只改变电路的电压放大倍数。)该电路信号从基极输入，从集电极输出。输入电阻与相同材料的二极管正向偏置电阻相当，输出电阻较高，适用于多级放大电路的中间级。故选择此种电路设计方案。2.2根据电路图进行基本计算2.2.1求各部分直流电位基极直流电位：BV=)/(212RRRVCC发射极直流电位：BEBEVVV又BEV=0.6v，故6.0BEVVV发射极上的直流电流：EI=EV/ER=(6.0BVV)/ER集电极的直流电压CV=CCV-CICR2.2.2求交流电压放大倍数由交流输入电压iv引起的ei的交流变化ei为：ei=iv/ER2另集电极的交流变化为ci，则cv的交流变化部分cv为：cv=ciCR=(EiRv)CR另外因为用1C将cv的直流成分截去，故交流输出信号0v即为cv的本身：0v=cv=(EiRv)CR。因此，该电路的交流电压放大倍数VA为：VA=0v/iv=CR/ER。所以可以认为放大倍数VA与FEh无关，而是由CR与ER之比来决定的（因为基极电流为0，所以与FEh无关，然而，严格来讲，是有关系的）。在该实验中输出信号增益≥20dB，故CR/ER≥10三、实验过程3.1设计电路3.1.1确定三级管型号通过查阅给定的五种三极管技术文档，2N5551完全符合相应技术要求，其CMP=0.625W(25C),FEh=80‐250，Tf=80MHZ,CBOV=180V,CEOV=160V。可以完成实验任务，且该三极管方便在multisim仿真（其他几种三极管在multisim库中没有对应的模拟原件），故选择2N5551。3.1.2确定直流电源电压为了达到输出幅值≥10Vpp的要求，显然要使用10V以上的电压电源，又为了使集电极电流流动，由于发射极电阻ER上最低加上1-2V电压（因为BEV约为0.6V，但其有-2.5mV/C的温度特性），所以电源电压最低为11-12V。为了避免输出波形失真，最好把集电极电位电压CV设定在CCV与EV的中点，为使静态工作点取值合适，故选择25V直流电源供电。3.1.3CR与ER因为CR/ER≥10,这里取10，设ER压降为1V，CI为3mA。ER=EV/EI约为330，故CR为3.3k。3.1.4基极偏置电路设计由以上步骤经计算可得，1R=65k,2R=5k,取电阻标准值，1R=62k，2R=4.7k3.1.耦合电容1C与2C由于1C2C分别与1R2R以及负载形成高通滤波器，根据实验要求使3dB带宽10Hz~1MHz，f=1/(2BR2C)=10其中BR=1R∥2R，解得2C约为3uF，1C取值与2C一致。3.6确定电源去耦电容在电源上并联一个小电容和一个大电容，可以在很宽的频率范围内降低电源对GND的阻抗。一般选用1uF的瓷片电容，与10uF的电解电容。3.2multisim仿真按照设计在multisim中连接好电路图，如图所示3用示波器仿真如下图，此时频率为10kHZ4波特图示仪仿真结果如下中频区半功率点，10HZ满足实验要求高频特性不符合实验要求，过高于是修改电路图，并仿真，在CR上并联一个小电容，使其在高频时放大倍数下降，仿真结果如下5波特图示仪仿真结果如下6大致符合实验要求，故采用此电路图进行焊接3.3焊接电路并进行实际测试测试结果显示，放大电路无失真现象，在10HZ时频率特性较好，但在1MHZ时放大倍数急剧下降，实际半功率点在150KHZ左右，将CR旁并联的小电容拆除后高频特性仍旧只在200KHZ左右，严重不符标准，故此电路作废，重新设计电路。3.4重新设计的电路图及其仿真结果R1505ΩR243ΩR313kΩR41.2kΩC510uFV118VV2500mVrms1kHz0°000C6100nF00Q12N555120XBP1INOUTXSC1ABExtTrig++__+_C3151pF8C720uF1C220uF436073.5在面包板上进行实际电路的测试与调试在设计第一个电路时发现，multisim仿真与实际电路在高频特性上有很大差距，故先使用面包板上测试，测试结果显示，该电路半功率点，低频达到9.4HZ，高频达到1.4MHZ。经计算，在CR旁并联161PF电容可使高频特性降低到约1.2MHZ。实际测试结果与计算结果相符。3.6最终方案的电路焊接在这次焊接中优化了布线方案，减少了布线长度，以尽量减少阻抗，在靠近电路的地方布上去耦电容，以优化高频特性。8四、实验结果（详细列出实验数据、结论分析）4.1静态工作点电流，电压；VB=1.37V,VC=9.18V，VE=0.72V,VCEQ=8.48V。4.2电路频率范围fmin=9.4Hz;fmax=1.21MHz;。4.3放大倍数经测量当f=10Hz时AV=7.68;经测量当f=1KHz时AV=10.6，当f=1MHz时AV=8.16,4.4电路输出振幅经测量当f=10Hz时A=7.68V经测量当f=1KHz时A=10.6V;;当f=1MHz时A=8.16V。