實(shí)驗4晶體管放大器設(shè)計.ppt

第三次 晶體管放大器設(shè)計,二、設(shè)計課題(P88),一、學(xué)習(xí)要求,三、電路設(shè)計流程簡介,六、主要性能指標(biāo)及其測試方法,五、電路安裝與調(diào)試,七、電路參數(shù)修改,單級阻容耦合晶體管放大器設(shè)計,四、共射極放大器原理與設(shè)計舉例,八、實(shí)驗步驟與要求,一、學(xué)習(xí)要求,學(xué)習(xí)晶體管放大電路的設(shè)計方法； 掌握晶體管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置與調(diào)整方法； 掌握晶體管放大電路性能指標(biāo)的測試方法及調(diào)試技術(shù)。 了解負(fù)反饋對放大電路性能的影響。 學(xué)習(xí)用pSpice軟件對電路進(jìn)行模擬仿真。,第一節(jié) 晶體管放大器設(shè)計,二、設(shè)計課題(P88),單級阻容耦合晶體管放大器設(shè)計,已知條件 +VCC=+12V RL=2k Vi=10mV(有效值) Rs=50,技術(shù)指標(biāo)要求 AV30 Ri2k Ro3k fL30Hz fH500kHz 電路穩(wěn)定性好。,三、電路設(shè)計流程,四、共射放大器原理與設(shè)計舉例,三極管放大器中廣泛應(yīng)用的是分壓式射極偏置電路。電路的Q點(diǎn)穩(wěn)定， Q點(diǎn)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(shù)的確定：,工作點(diǎn)穩(wěn)定的必要條件： I1IBQ ，VBQVBE 一般取,RE愈大，直流負(fù)反饋愈強(qiáng)，電路的穩(wěn)定性愈好。一般取,2、電路參數(shù)的確定：,設(shè)計小信號放大器時，一般取 ICQ = (0.52)mA，,VEQ = (0.20.5)VCC,RC由RO或AV確定：,RC RO,或,RC,2、電路參數(shù)的確定：,如果放大器下限頻率fL已知，可按下列表達(dá)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(shè)計舉例,例 設(shè)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(shù)指標(biāo)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(diǎn)。 因放大器上限頻率fH100 kHz，要求較高，故選用高頻小功率管SS9018，其特性參數(shù) ICM=50mA，V(BR)CEO15V，fT 700MHz 通常要求 的值大于AV的值，故選,(2) 設(shè)置Q點(diǎn)并計算元件參數(shù),要求Ri1k，Vi=10mV，則,取ICQ = 2 mA ， IBQ = 20 uA,依據(jù)指標(biāo)要求、靜態(tài)工作點(diǎn)范圍、經(jīng)驗值進(jìn)行計算,若取VBQ = 4V，得,取標(biāo)稱值，RE=1.6 kW,通常IBQ=ibm+10uA24uA，,通常ICQ=IBQ=10024uA=2.4mA，,(2) 設(shè)置Q點(diǎn)并計算元件參數(shù),因 ,依據(jù)指標(biāo)要求、靜態(tài)工作點(diǎn)范圍、經(jīng)驗值進(jìn)行計算,為使靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整方便，RB1由24kW固定電阻與100kW電位器相串聯(lián)而成。,(2) 設(shè)置Q點(diǎn)并計算元件參數(shù),依據(jù)指標(biāo)要求、靜態(tài)工作點(diǎn)范圍、經(jīng)驗值進(jìn)行計算,綜合考慮，取標(biāo)稱值，RC1.5 kW。,因 ICQ2.4mA，,放大50%后AV=60, 由 得,(2) 設(shè)置Q點(diǎn)并計算元件參數(shù),計算電容為：,取標(biāo)稱值，CC = CB = 10mF,取標(biāo)稱值，CE = 220mF,(3) 畫出電路帶參數(shù)的電路圖,根據(jù)上述設(shè)計，得到放大器的電路圖如下：,五、電路安裝與調(diào)試,首先在面包板上組裝好電路，參考上圖搭接好實(shí)驗測試平臺。,然后進(jìn)行電路調(diào)試：,靜態(tài)調(diào)試 動態(tài)調(diào)試,1. 靜態(tài)調(diào)試：Q點(diǎn)測量與調(diào)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(diǎn)。 （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。,如果出現(xiàn)VCQ VCC，說明晶體管工作在截止?fàn)顟B(tài)；,如果出現(xiàn)VCEQ 0.5V，說明晶體管已經(jīng)飽和。,（4）調(diào)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(diǎn)不一定是最佳的，還要進(jìn)行動態(tài)波形觀測。,1. 動態(tài)調(diào)試：Q點(diǎn)測量與調(diào)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(xiàn)象稱為截止失真，說明Q點(diǎn)偏低，應(yīng)增大基極偏流IBQ，即增大ICQ。,若vO波形的底部被削波，這種現(xiàn)象稱為飽和失真，說明Q點(diǎn)偏高，應(yīng)減小IBQ ，即減小ICQ 。,2. 動態(tài)調(diào)試：Q點(diǎn)測量與調(diào)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。,（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(diǎn)設(shè)置得比較合適。,（7）調(diào)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(diǎn)VBQ、VEQ、VCQ，并計算VCEQ 、ICQ。,六、主要性能指標(biāo)及其測試方法,晶體管放大器的主要性能指標(biāo)有 電壓放大倍數(shù)AV 輸入電阻Ri 輸出電阻Ro 通頻帶BWfHfL,六、主要性能指標(biāo)及其測試方法,1、電壓放大倍數(shù)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(shí)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(biāo)及其測試方法,2、輸入電阻Ri,理論計算,實(shí)驗測試,串聯(lián)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(biāo)及其測試方法,3、輸出電阻RO,理論計算,實(shí)驗測試,開關(guān)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(fù)載開路時的輸出電壓的值Vo ； (2)接入RL后，測量負(fù)載上的電壓的值VoL,ro為晶體管輸出電阻。,六、主要性能指標(biāo)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(guān)系；,表示輸出信號與輸入信號之間的相位差與頻率的關(guān)系；,相頻特性():,幅頻特性A():,六、主要性能指標(biāo)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(jié)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(diǎn)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(shù)修改,對于一個新設(shè)計的放大器，可能有些指標(biāo)達(dá)不到要求，這時需要調(diào)整電路參數(shù)。,Ri,1、如何調(diào)整電壓放大倍數(shù)AV ？,七. 電路參數(shù)修改,對于一個新設(shè)計的放大器，可能有些指標(biāo)達(dá)不到要求，這時需要調(diào)整電路參數(shù)。,2、如何調(diào)整放大器的下限頻率fL ？,希望降低放大器下限頻率fL，根據(jù)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(biāo)，只能根據(jù)具體指標(biāo)要求，綜合考慮。,七. 電路參數(shù)修改,3、負(fù)反饋對放大器性能有何影響？,引入交流負(fù)反饋后，放大器的電壓放大倍數(shù)將下降，其表達(dá)式為,式中，F(xiàn)為反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)；AV為無負(fù)反饋時的電壓放大倍數(shù)。,引入負(fù)反饋后，雖然電壓放大倍數(shù)下降，但可以改善放大器的其它性能 。,七. 電路參數(shù)修改,3、負(fù)反饋對放大器性能有何影響？,負(fù)反饋放大器的上限頻率fHF與下限頻率fLF的表達(dá)式分別為,可見，引入負(fù)反饋后通頻帶加寬。,七. 電路參數(shù)修改,3、負(fù)反饋對放大器性能有何影響？,引入負(fù)反饋會改變放大器的輸入電阻與輸出電阻：,并聯(lián)負(fù)反饋能降低輸入阻抗；,串聯(lián)負(fù)反饋能提高輸入阻抗；,電壓負(fù)反饋使輸出阻抗降低；,電流負(fù)反饋使輸出阻抗升高。,七. 電路參數(shù)修改,3、負(fù)反饋對放大器性能有何影響？,電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器,實(shí)驗表明，RF取幾十歐姆，可以明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(shí)驗步驟與要求,1.設(shè)計課題：單級阻容耦合晶體管放大器設(shè)計,已知條件 +VCC=+12V RL=2k Vi=10mV(有效值) Rs=50,技術(shù)指標(biāo)要求 AV30 Ri2k Ro3k fL30Hz fH500kHz 電路穩(wěn)定性好。,八、實(shí)驗步驟與要求,2.實(shí)驗步驟與要求：, 認(rèn)真閱讀本課題介紹的設(shè)計方法與測試技術(shù)，寫出設(shè)計預(yù)習(xí)報告(其要求見附錄B)。 根據(jù)已知條件及性能指標(biāo)要求，確定電路(要求分別采用無負(fù)反饋與有負(fù)反饋兩種放大器電路)及器件(晶體管可以選硅管或鍺管)，設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，計算電路元件參數(shù)。 (以上兩步要求在實(shí)驗前完成),用pSpice軟件對所設(shè)計的電路進(jìn)行仿真分析，根據(jù)分析情況進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。（仿真項目有：靜態(tài)工作點(diǎn)、輸入/輸出瞬態(tài)波形、頻率響應(yīng)、Ri、RO）。,八、實(shí)驗步驟與要求,2.實(shí)驗步驟與要