实验4 晶体管放大器设计

1第一节晶体管放大器设计二、设计课题(P88)一、学习要求三、电路设计流程简介六、主要性能指标及其测试方法五、电路安装与调试七、电路参数修改单级阻容耦合晶体管放大器设计四、共射极放大器原理与设计举例八、实验步骤与要求2一、学习要求学习晶体管放大电路的设计方法；掌握晶体管放大电路静态工作点设置与调整方法；掌握晶体管放大电路性能指标的测试方法及调试技术。了解负反馈对放大电路性能的影响。学习用pSpice软件对电路进行模拟仿真。第一节晶体管放大器设计3二、设计课题(P88)单级阻容耦合晶体管放大器设计已知条件+VCC=+12VRL=2kVi=10mV(有效值)Rs=50技术指标要求AV＞30Ri＞2kRo＜3kfL＜30HzfH＞500kHz电路稳定性好。4三、电路设计流程提出设计指标拟定电路方案设定器件参数电路安装和调试结果测量指标满足要求电路设计结束Y修改电路方案修改电路参数是否要修改电路方案YNN5四、共射放大器原理与设计举例CB＋＋I1－RB2RB1IBQVBQVEQVCEQICQRCRECERLCC＋T＋VCC＋－＋VoVi三极管放大器中广泛应用的是分压式射极偏置电路。电路的Q点稳定，Q点主要由RB1、RB2、RE、RC及+VCC所决定。温度TICIEICVE、VBQ不变VBEIB（反馈控制）若I1IBQ，VBQVBE1、工作原理62、电路参数的确定：工作点稳定的必要条件：I1IBQ，VBQVBE一般取)(20)~(10)(10)~(5BQ1BQ1锗管硅管IIII)(3)V~(1)(5)V~(3BQBQ锗管硅管VVRE愈大，直流负反馈愈强，电路的稳定性愈好。一般取7CB＋＋I1－RB2RB1IBQVBQVEQVCEQICQRCRECERLCC＋T＋VCC＋－＋VoVi2、电路参数的确定：设计小信号放大器时，一般取ICQ=(0.5~2)mA，CQEQCQBEBQEIVIVVRVEQ=(0.2~0.5)VCCβIVIVRCQBQ1BQB2)10~5(B2BQBQCCB1RVVVRRC由RO或AV确定：RC≈RObeVLCL//rARRR或RC8CB＋＋I1－RB2RB1IBQVBQVEQVCEQICQRCRECERLCC＋T＋VCC＋－＋VoVi2、电路参数的确定：如果放大器下限频率fL已知，可按下列表达式估算电容CB、CC和CE：)(π21)10~3(CbesLBrRf)(π21)10~3(CLCLCRRf)1//(π21)3~1(besELrRRfCE通常取CB=CC，用上面两式算出电容值，取较大的作为CB（或CC）。93、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(有效值)Rs=600技术指标要求AV＞40Ri＞1kRo＜3kfL＜100HzfH＞100kHz。10解：(1)拟定电路方案选择电路形式及晶体管采用分压式射极偏置电路，可以获得稳定的静态工作点。因放大器上限频率fH100kHz，要求较高，故选用高频小功率管SS9018，其特性参数ICM=50mA，V(BR)CEO≥15V，fT≥700MHz通常要求的值大于AV的值，故选10011(2)设置Q点并计算元件参数要求Ri1kΩ，Vi=10mV，则取ICQ=2mA，IBQ=20uA依据指标要求、静态工作点范围、经验值进行计算kRVi1mV1022iibm若取VBQ=4V，得k65.1CQBEBQEIVVR取标称值，RE=1.6k通常IBQ=ibm+10uA24uA，通常ICQ=IBQ=100×24uA=2.4mA，12(2)设置Q点并计算元件参数因,依据指标要求、静态工作点范围、经验值进行计算CQIIBQBQ1)10~5(IIk24,k40~2010)~(5B2CQBQ1BQB2RIVIVR取k48B2BQBQCCB1RVVVR为使静态工作点调整方便，RB1由24k固定电阻与100k电位器相串联而成。13(2)设置Q点并计算元件参数依据指标要求、静态工作点范围、经验值进行计算综合考虑，取标称值，RC＝1.5k。因ICQ＝2.4mA，1513(mA)mV)(26)1(200CQbeIr8.907beVLrAR放大50%后AV=60,由得beLVrRAk3.1LLLLCRRRRR14(2)设置Q点并计算元件参数计算电容为：Fμ5.7~2.2)(π21)10~3(CbesLBrRf取标称值，CC=CB=10mFFμ231~77)1//(π21)3~1(CbesELErRRf取标称值，CE=220mF15(3)画出电路带参数的电路图根据上述设计，得到放大器的电路图如下：Rs60010mVRB224kCB＋24kRC1.5kRE1.6kCE10mF＋220mFRL3k＋10mFCC＋12V＋VCCT1SS9018＋－RB1*＋－VoVsRP100k16五、电路安装与调试晶体管毫伏表低频信号发生器直流稳压电源＋－＋－CH2＋VCC＋－被测放大器CH1双踪示波器vivo首先在面包板上组装好电路，参考上图搭接好实验测试平台。然后进行电路调试：静态调试动态调试171.静态调试：Q点测量与调整（1）接通电源，将电路输入端接地，测量电路的静态工作点。（2）用万用表直流电压档，分别测量晶体管的B、E、C极对地电压VBQ、VEQ及VCQ。（3）一般VBQ＝（3～5）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，说明晶体管已经饱和。（4）调节电位器RP1，使VCEQ＝正几伏，此时说明晶体管基本工作在线性放大状态。但Q点不一定是最佳的，还要进行动态波形观测。181.动态调试：Q点测量与调整vi(t)vo(t)oott截止失真（5）给放大器送入规定的输入信号，如ViPP=28mV，fi=1kHz的正弦波。（6）用示波器观察放大器的输出vo。若vo波形的顶部被压缩，这种现象称为截止失真，说明Q点偏低，应增大基极偏流IBQ，即增大ICQ。若vO波形的底部被削波，这种现象称为饱和失真，说明Q点偏高，应减小IBQ，即减小ICQ。vi(t)vo(t)oott饱和失真192.动态调试：Q点测量与调整（5）给放大器送入规定的输入信号，如ViPP=28mV，fi=1kHz的正弦波。（6）用示波器观察放大器的输出vo。（8）增大输入信号（如ViPP=120mV），vo无明显失真，或者逐渐增大输入信号时，vo顶部和底部差不多同时开始畸变，说明Q点设置得比较合适。（7）调节RB1，使放大器的输出vo不失真。（9）此时移去信号源，分别测量放大器的静态工作点VBQ、VEQ、VCQ，并计算VCEQ、ICQ。20六、主要性能指标及其测试方法晶体管放大器的主要性能指标有1.电压放大倍数AV2.输入电阻Ri3.输出电阻Ro4.通频带BW＝fH－fL21六、主要性能指标及其测试方法1、电压放大倍数AVbeLrRmA)(mV)(26)1(200CQbeIr理论计算ioVVVA在波形不失真的条件下，用示波器测量放大器输入电压与输出电压的值。ippoppimomioVVVVVVVA实验测试测出Vi(有效值)或Vim(峰值)及Vip-p（峰-峰值）与Vo(有效值)或Vom(峰值)Vop-p（峰-峰值），则22六、主要性能指标及其测试方法B2B1bei////RRrR放大器信号源RRi＋－＋－VsVi2、输入电阻Ri理论计算实验测试berRVVVRisii串联一个已知电阻R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23六、主要性能指标及其测试方法CCoo//RRrR3、输出电阻RO理论计算实验测试开关S(1)在输出波形不失真情况下，用晶体管毫伏表或示波器，测量负载开路时的输出电压的值Vo；(2)接入RL后，测量负载上的电压的值VoLro为晶体管输出电阻。信号源放大器＋－RoSRL＋－VoVoLLoLoo)1(RVVR24六、主要性能指标及其测试方法4、频率特性和通频带放大器的频率特性包括表示增益的幅度与频率的关系；表示输出信号与输入信号之间的相位差与频率的关系；0－3中频区低频区高频区BWfLfHf/Hzf/Hz－90－180－270/度20lgAV/dB0(a)(b)fHfL－135－235相频特性():幅频特性A():25六、主要性能指标及其测试方法4、频率特性和通频带放大器的通频带BW:fH为上限频率，主要受晶体管结电容及电路分布电容的限制；0－3中频区低频区高频区BWfLfHf/Hzf/Hz－90－180－270/度20lgAV/dB0(a)(b)fHfL－135－235BW=fH–fLfL为下限频率，主要受耦合电容CB、CC及射极旁路电容CE的影响。26BW的测试方法:采用“逐点法”测量放大器的幅频特性曲线。f(Hz)401005001k10k100k300k500kVop-p(mV)8009001000113111311131100080020lg|AV|(dB)2930313232323129注意：维持输入信号的幅值不变且输出波形不失真BW=fH–fL＝500k－40≈500k测试条件：Vi=10mV(Vip-p=28mV)画出放大器的幅频特性曲线，计算通频带。27七.电路参数修改对于一个新设计的放大器，可能有些指标达不到要求，这时需要调整电路参数。beibeoLV______________________________rRrRRAbeLioVrRVVARi1、如何调整电压放大倍数AV？↑28七.电路参数修改对于一个新设计的放大器，可能有些指标达不到要求，这时需要调整电路参数。2、如何调整放大器的下限频率fL？希望降低放大器下限频率fL，根据电容计算式，也有三种途径，即fLCE、CB、CC电路的性能价格比rbeAVRCRo不论何种途径，都会影响放大器的性能指标，只能根据具体指标要求，综合考虑。29七.电路参数修改3、负反馈对放大器性能有何影响？引入交流负反馈后，放大器的电压放大倍数将下降，其表达式为FAAAVVVF1式中，F为反馈网络的传输系数；AV为无负反馈时的电压放大倍数。引入负反馈后，虽然电压放大倍数下降，但可以改善放大器的其它性能。30七.电路参数修改3、负反馈对放大器性能有何影响？负反馈放大器的上限频率fHF与下限频率fLF的表达式分别为LVLFHVHF111fFAffFAf可见，引入负反馈后通频带加宽。31七.电路参数修改3、负反馈对放大器性能有何影响？引入负反馈会改变放大器的输入电阻与输出电阻：并联负反馈能降低输入阻抗；串联负反馈能提高输入阻抗；电压负反馈使输出阻抗降低；电流负反馈使输出阻抗升高。32七.电路参数修改3、负反馈对放大器性能有何影响？电流串联负反馈放大器Rs60010mVRB224kCB＋24kRC1.5kRE1.6kCE10mF＋220mFRL3k＋10mFCC＋12V＋VCCT1SS9018＋－RB1*＋－VoVsRP100kRF10FbeLVFRrRA实验表明，RF取几十欧姆，可以明显地提高放大器的输入阻抗，降低放大器的下限频率，改善非线性失真。33八、实验步骤与要求1.设计课题：单级阻容耦合晶体管放大器设计已知条件+VCC=+12VRL=2kVi=10mV(有效值)Rs=50技术指标要求AV＞30Ri＞2kRo＜3kfL＜30HzfH＞500kHz电路稳定性