1、晶體管放大器設計,二、設計課題,一、學習要求,三、電路設計流程簡介,六、主要性能指標及其測試方法,五、電路安裝與調試,七、電路參數修改,單級阻容耦合晶體管放大器設計,四、共射極放大器原理與設計舉例,八、實驗步驟與要求,一、學習要求,學習晶體管放大電路的設計方法； 掌握晶體管放大電路靜態(tài)工作點設置與調整方法； 掌握晶體管放大電路性能指標的測試方法及安裝與調試技術。 了解負反饋對放大電路性能的影響。 學習用pSpice軟件對電路進行模擬仿真。,晶體管放大器設計,二、設計課題,單級阻容耦合晶體管放大器設計,已知條件 +VCC=+12V RL=2k Vi=10mV(有效值) Rs=50,技術指標要求

2、AV30 Ri2k Ro3k fL20Hz fH500kHz 電路穩(wěn)定性好。,三、電路設計流程,四、共射放大器原理與設計舉例,三極管放大器中廣泛應用的是分壓式射極偏置電路。電路的Q點穩(wěn)定， Q點主要由RB1、RB2、RE、RC及+VCC所決定。,溫度T , IC, IE,IC, VE、VBQ不變, VBE , IB,（反饋控制）,若I1 IBQ ，,VBQ VBE,1、工作原理,2、電路參數的確定：,工作點穩(wěn)定的必要條件： I1IBQ ，VBQVBE 一般取,RE愈大，直流負反饋愈強，電路的穩(wěn)定性愈好。一般取,2、電路參數的確定：,設計小信號放大器時，一般取 ICQ = (0.52)mA，,V

3、EQ = (0.20.5)VCC,RC由RO或AV確定：,RC RO,或,RC,2、電路參數的確定：,如果放大器下限頻率fL已知，可按下列表達式估算電容CB、CC和CE：,通常取CB = CC，用上面兩式算出電容值，取較大的作為CB（或CC）。,3、設計舉例,例 設計一阻容耦合單級晶體管放大器。,已知條件 +VCC=+12 V RL=3 k Vi=10 mV(有效值) Rs=600 ,技術指標要求 AV40 Ri1 k Ro3 k fL100 Hz fH100 kHz。,解：(1) 擬定電路方案,選擇電路形式及晶體管 采用分壓式射極偏置電路，可以獲得穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。 因放大器上限頻率fH10

4、0 kHz，要求較高，故選用高頻小功率管3DG100，其特性參數 ICM=20mA，V(BR)CEO20V，fT 150MHz 通常要求 的值大于AV的值，故選,(2) 設置Q點并計算元件參數,要求Ri1k，而,取ICQ = 1.5 mA,依據指標要求、靜態(tài)工作點范圍、經驗值進行計算,若取VBQ = 3V，得,取標稱值，RE=1.5 kW,(2) 設置Q點并計算元件參數,因 ,依據指標要求、靜態(tài)工作點范圍、經驗值進行計算,為使靜態(tài)工作點調整方便，RB1由30kW固定電阻與100kW電位器相串聯而成。,(2) 設置Q點并計算元件參數,依據指標要求、靜態(tài)工作點范圍、經驗值進行計算,綜合考慮，取標稱

5、值，RB1.5 kW。,因 ICQ1.5mA，,要求AV40, 由 得,(2) 設置Q點并計算元件參數,計算電容為：,取標稱值，CC = CB = 10mF,取標稱值，CE = 100mF,(3) 畫出電路帶參數的電路圖,根據上述設計，得到放大器的電路圖如下：,五、電路安裝與調試,首先在面包板上組裝好電路，參考上圖搭接好實驗測試平臺。,然后進行電路調試：,靜態(tài)調試 動態(tài)調試,1. 靜態(tài)調試：Q點測量與調整,（1）接通電源，將電路輸入端接地，測量電路的靜態(tài)工作點。 （2）用萬用表直流電壓檔，分別測量晶體管的B、E、C極對地電壓VBQ、VEQ及VCQ。 （3）一般VBQ（35）V，VCEQ正幾伏。

6、,如果出現VCQ VCC，說明晶體管工作在截止狀態(tài)；,如果出現VCEQ 0.5V，說明晶體管已經飽和。,（4）調節(jié)電位器RP1，使VCEQ正幾伏，此時說明晶體管基本工作在線性放大狀態(tài)。但Q點不一定是最佳的，還要進行動態(tài)波形觀測。,1. 動態(tài)調試：Q點測量與調整,（5）給放大器送入規(guī)定的輸入信號，如ViPP =28mV，fi = 1kHz的正弦波。,（6）用示波器觀察放大器的輸出vo。,若vo波形的頂部被壓縮，這種現象稱為截止失真，說明Q點偏低，應增大基極偏流IBQ，即增大ICQ。,若vO波形的底部被削波，這種現象稱為飽和失真，說明Q點偏高，應減小IBQ ，即減小ICQ 。,2. 動態(tài)調試：Q點

7、測量與調整,（5）給放大器送入規(guī)定的輸入信號，如ViPP =30mV，fi = 1kHz的正弦波。,（6）用示波器觀察放大器的輸出vo。,（8）增大輸入信號（如ViPP =120mV）， vo無明顯失真，或者逐漸增大輸入信號時， vo頂部和底部差不多同時開始畸變，說明Q點設置得比較合適。,（7）調節(jié)RB1，使放大器的輸出vo不失真。,（9）此時移去信號源，分別測量放大器的靜態(tài)工作點VBQ、VEQ、VCQ，并計算VCEQ 、ICQ。,六、主要性能指標及其測試方法,晶體管放大器的主要性能指標有 電壓放大倍數AV 輸入電阻Ri 輸出電阻Ro 通頻帶BWfHfL,六、主要性能指標及其測試方法,1、電壓

8、放大倍數AV,理論計算,在波形不失真的條件下，用示波器測量放大器輸入電壓與輸出電壓的值。,實驗測試,測出Vi (有效值)或Vim(峰值)及Vip-p（峰-峰值）與Vo(有效值)或Vom(峰值) Vop-p（峰-峰值），則,六、主要性能指標及其測試方法,2、輸入電阻Ri,理論計算,實驗測試,串聯一個已知電阻R,在輸出波形不失真情況下，用晶體管毫伏表或示波器，分別測量出Vi與Vs的值，則,六、主要性能指標及其測試方法,3、輸出電阻RO,理論計算,實驗測試,開關S,(1)在輸出波形不失真情況下，用晶體管毫伏表或示波器， 測量負載開路時的輸出電壓的值Vo ； (2)接入RL后，測量負載上的電壓的值Vo

9、L,ro為晶體管輸出電阻。,六、主要性能指標及其測試方法,4、頻率特性和通頻帶,放大器的頻率特性包括,表示增益的幅度與頻率的關系；,表示輸出信號與輸入信號之間的相位差與頻率的關系；,相頻特性():,幅頻特性A():,六、主要性能指標及其測試方法,4、頻率特性和通頻帶,放大器的通頻帶BW:,fH為上限頻率，主要受晶體管結電容及電路分布電容的限制；,BW = fH fL,fL為下限頻率，主要受耦合電容CB、CC及射極旁路電容CE的影響。,BW 的測試方法:,采用“逐點法”測量放大器的幅頻特性曲線。,注意：維持輸入信號的幅值不變且輸出波形不失真,BW = fH fL500 k40 500 k,測試條

10、件：Vi=10 mV (Vip-p= 28 mV),畫出放大器的幅頻特性曲線，計算通頻帶。,七. 電路參數修改,對于一個新設計的放大器，可能有些指標達不到要求，這時需要調整電路參數。,Ri,1、如何調整電壓放大倍數AV ？,七. 電路參數修改,對于一個新設計的放大器，可能有些指標達不到要求，這時需要調整電路參數。,2、如何調整放大器的下限頻率fL ？,希望降低放大器下限頻率fL，根據電容計算式，也有三種途徑，即,不論何種途徑，都會影響放大器的性能指標，只能根據具體指標要求，綜合考慮。,七. 電路參數修改,3、負反饋對放大器性能有何影響？,引入交流負反饋后，放大器的電壓放大倍數將下降，其表達式為

11、,式中，F為反饋網絡的傳輸系數；AV為無負反饋時的電壓放大倍數。,引入負反饋后，雖然電壓放大倍數下降，但可以改善放大器的其它性能 。,七. 電路參數修改,3、負反饋對放大器性能有何影響？,負反饋放大器的上限頻率fHF與下限頻率fLF的表達式分別為,可見，引入負反饋后通頻帶加寬。,七. 電路參數修改,3、負反饋對放大器性能有何影響？,引入負反饋會改變放大器的輸入電阻與輸出電阻：,并聯負反饋能降低輸入阻抗；,串聯負反饋能提高輸入阻抗；,電壓負反饋使輸出阻抗降低；,電流負反饋使輸出阻抗升高。,七. 電路參數修改,3、負反饋對放大器性能有何影響？,電流串聯負反饋放大器,實驗表明，RF取幾十歐姆，可以明

12、顯地提高放大器的輸入阻抗，降低放大器的下限頻率，改善非線性失真。,八、實驗步驟與要求,1.設計課題：單級阻容耦合晶體管放大器設計,已知條件 +VCC=+12V RL=2k Vi=10mV(有效值) Rs=50,技術指標要求 AV30 Ri2k Ro3k fL20Hz fH500kHz 電路穩(wěn)定性好。,八、實驗步驟與要求,2.實驗步驟與要求：, 認真閱讀本課題介紹的設計方法與測試技術，寫出設計預習報告(其要求見書)。 根據已知條件及性能指標要求，確定電路(要求分別采用無負反饋與有負反饋兩種放大器電路)及器件(晶體管可以選硅管或鍺管)，設置靜態(tài)工作點，計算電路元件參數。 (以上兩步要求在實驗前完成),用pSpice軟件對所設計的電路進行仿真分析，根據分析情況進行參數調整。（仿真項目有：靜態(tài)工作點、輸入/輸出瞬態(tài)波形、頻率響應、Ri、RO）。,八、實驗步驟與要求,2.實驗步驟與要求