实验4晶体管放大器设计.ppt

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1、第三次 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,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,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=+12VRL=2kVi=10mV(有效值)Rs=50,

2、技术指标要求AV30Ri2kRo3kfL30HzfH500kHz电路稳定性好。,三、电路设计流程,四、共射放大器原理与设计举例,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I1 IBQ，,VBQ VBE,1、工作原理,2、电路参数的确定：,工作点稳定的必要条件：I1IBQ，VBQVBE 一般取,RE愈大，直流负反馈愈强，电路的稳定性愈好。一般取,2、电路参数的确定：,设计小信号放大器时，一般取 ICQ=(0.52)mA，,VEQ=(0.20.5)V

3、CC,RC由RO或AV确定：,RC RO,或,RC,2、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：,通常取CB=CC，用上面两式算出电容值，取较大的作为CB（或CC）。,3、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=+12 VRL=3 kVi=10 mV(有效值)Rs=600,技术指标要求AV40Ri1 kRo3 kfL100 HzfH100 kHz。,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fH100 kHz，要求较高，故选用高频小功率管SS9018，其特

4、性参数 ICM=50mA，V(BR)CEO15V，fT 700MHz 通常要求 的值大于AV的值，故选,(2)设置Q点并计算元件参数,要求Ri1k，Vi=10mV，则,取ICQ=2 mA，IBQ=20 uA,依据指标要求、静态工作点范围、经验值进行计算,若取VBQ=4V，得,取标称值，RE=1.6 kW,通常IBQ=ibm+10uA24uA，,通常ICQ=IBQ=10024uA=2.4mA，,(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,为使静态工作点调整方便，RB1由24kW固定电阻与100kW电位器相串联而成。,(2)设置Q点并计算元件参数,依据指标要求、

5、静态工作点范围、经验值进行计算,综合考虑，取标称值，RC1.5 kW。,因 ICQ2.4mA，,放大50%后AV=60,由 得,(2)设置Q点并计算元件参数,计算电容为：,取标称值，CC=CB=10mF,取标称值，CE=220mF,(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：,五、电路安装与调试,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,1.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V

6、BQ（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。,1.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。,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。,

7、2.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。,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 电压放大倍数AV 输入电阻Ri 输出电阻Ro 通频带BWfHfL,六、主要性能指标及其测试方法,1、

8、电压放大倍数AV,理论计算,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。,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,六、主要性能指标及其测试方法,2、输入电阻Ri,理论计算,实验测试,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,六、主要性能指标及其测试方法,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VoL,r

9、o为晶体管输出电阻。,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；,相频特性():,幅频特性A():,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；,BW=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。,BW 的测试方法:,采用“逐点法”测量放大器的幅频特性曲线。,注意：维持输入信号的幅值不变且输出波形不失真,BW=fH fL500 k40 500 k,测试条件：Vi=10

10、 mV(Vip-p=28 mV),画出放大器的幅频特性曲线，计算通频带。,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。,Ri,1、如何调整电压放大倍数AV？,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,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。,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,式中，F为反馈网络的传输系

11、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。,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,可见，引入负反馈后通频带加宽。,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。,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,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

12、的下限频率，改善非线性失真。,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=+12VRL=2kVi=10mV(有效值)Rs=50,技术指标要求AV30Ri2kRo3kfL30HzfH500kHz电路稳定性好。,八、实验步骤与要求,2.实验步骤与要求：,认真阅读本课题介绍的设计方法与测试技术，写出设计预习报告(其要求见附录B)。根据已知条件及性能指标要求，确定电路(要求分别采用无负反馈与有负反馈两种放大器电路)及器件(晶体管可以选硅管或锗管)，设置静态工作点，计算电路元件参数。(以上两步要求在实验前完成),用pSpice软件对所设计的电路进行仿真分析，根据分析情况进行参数调整。（仿真项目有：静态工作点、输入/输出瞬态波形、频率响应、Ri、RO）。,八、实验步骤与要求,2.实验步骤与要求：,在实验面包板上安装电路，布线方法参阅附录一。测量与调整静态工作点，使其满足设计计算值要求。测试性能指标，调整与修改元件参数值，使其满足性能指标要求，将修改后的元件参数值标在设计的电路图上(先安装测试有负反馈放大器，后将RF短路，测试无负反馈放大器)。,上述各项完成后，再进行实验研究，研究内容见后面的“实验与思考题”部分。所有实验完成后，写出设计性实验报告。要求见附录B。,end,