晶體管放大器的設(shè)計(jì)與調(diào)測(cè)-畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

1、晶體管放大器的設(shè)計(jì)與調(diào)測(cè)學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)名稱應(yīng)用物理學(xué)（通信基礎(chǔ)科學(xué)）所在系（院）理學(xué)院指導(dǎo)教師2016年12月22日晶體管放大器的設(shè)計(jì)與調(diào)測(cè)(北京郵電大學(xué)，北京 100876 )摘 要：通過自主設(shè)計(jì)晶體管放大電路， 來達(dá)到所需要的電路指標(biāo)。 主要是利用分壓式電流負(fù)反饋偏置的單 級(jí)共射放大電路，提前確定 RE，RC，CB，CC，CE 的值來使電路達(dá)到符合要求的靜態(tài)工作點(diǎn)與放大倍數(shù)，輸 入電阻以及輸出電阻，并且使電路具有一定的穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞： 晶體管；單管共射；放大電路；電流負(fù)反饋Design and Adjustment of Transistor AmplifierJialiang Zha

2、ng(Beijing University of Posts and Telecommunications, BJ 10, China)Abstract ：Through the design of transistor amplifier circuit, to achieve the required circuit indicators. RC, CB, CC, CE values in advance to make the circuit meet the requirements of the static operating point and the magnification

3、, the input resistance and the output of the output current, Resistance, and the circuit has a certain stability. Keywords: Transistor; single-tube common firing; amplifier circuit; current negative feedback引言在工程中我們經(jīng)常需要一定功能的放大電路， 而這就需要自主設(shè)計(jì)一個(gè)符合要求的放大 電路，本次實(shí)驗(yàn)即為自主設(shè)計(jì)一個(gè)給定放大倍數(shù)， 輸入輸出電阻并且穩(wěn)定的單級(jí)共射放大電 路。再通過調(diào)測(cè)使電

4、路正常工作并且得到所要的結(jié)果。1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)分壓式電流負(fù)反饋偏置的單極晶體管放大電路的設(shè)計(jì)方法， 初步建立工程概念。2. 熟練掌握放大器靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)測(cè)方法。3. 掌握分壓式電流負(fù)反饋偏置的單極晶體管放大電路工作原理。4. 進(jìn)一步熟悉常用電子儀器的使用。2 實(shí)驗(yàn)原理圖一為電阻分壓式靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定放大器電路。它的偏置電路采用RB1 和 RB2 組成的分壓電路，并在發(fā)射極中接有電阻 RE，以穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。當(dāng)在放大器的輸入端加入 輸入信號(hào) ui 后，在放大器的輸出端便可得到一個(gè)與 ui 相位相反，幅值被放大了的輸出信號(hào) U0,從而實(shí)現(xiàn)了電壓放大。圖一i. 共射極單管放大器的設(shè)計(jì)(i)

5、 設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，當(dāng)放大器輸入信號(hào)較小，電路不易出現(xiàn)非線性失真，因此可以主要 考慮其他指標(biāo)要求。若以追求低功耗為主，則工作點(diǎn)應(yīng)盡量選低些，如圖二中的Q1點(diǎn)；若以追求高放大倍數(shù)為主，則工作點(diǎn)應(yīng)盡量選高些，如圖二中的Q3點(diǎn)。當(dāng)放大器的輸入信號(hào)較大，電路容易出現(xiàn)非線性失真，因此要盡可能增大動(dòng)態(tài)范圍以減小出現(xiàn)非線性失真的幾率。 此時(shí)工作點(diǎn)應(yīng)選在交流負(fù)載線的中央，如圖二中的Q2點(diǎn)。圖如果設(shè)計(jì)指標(biāo)中對(duì)放大器的輸入電阻R有要求，也可以根據(jù)對(duì)Ri的要求來確定靜態(tài)工作點(diǎn)ICQ,由圖一可知對(duì)于小功率低頻管rbb啲典型值為300 Q,對(duì)于小功率高頻管rbb的典型值為50 Q，由于般rbe比Rbi/Rb2小得多，因此

6、在初選Icq時(shí)，可以近似認(rèn)為 Ri=rbe.(2) 確定偏置電阻 RB1和RB2的值根據(jù)共射單極管放大器的工作原理，只有當(dāng)I1遠(yuǎn)大于IBQ時(shí)，才能保證 UBQ亙定。這是工作點(diǎn)穩(wěn)定的必要條件，一般取 11= (510) IBQ。負(fù)反饋愈強(qiáng)電路的穩(wěn)定性愈好。若 UBC大些，則容許的RE較大，則負(fù)反饋較深，電路較 穩(wěn)定，但要考慮電源供電電壓的大小，折中選定。一般取UBQ=( 1/31/5 ) UCC由圖一可知實(shí)際調(diào)測(cè)中，RB1通常由固定電阻與電位器串聯(lián)以便于調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)，同時(shí)起到保護(hù)電路的作用。(3) 確定RE和RC的值根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)電壓放大倍數(shù)的要求確定RC的值:其中RL =RC/RL, RL為

7、電路所接負(fù)載( 4)核算工作點(diǎn)電壓各電阻值取定后要反過來核算一下晶體管的工作點(diǎn)電壓UBQ UCC和UEQ確保晶體管處于放大狀態(tài)，否則需要重新設(shè)計(jì)。( 5)確定各個(gè)電容取值輸入輸出耦合電容 CB和CC的作用是隔直流通交流，對(duì)交流輸入信號(hào)應(yīng)近似短路，所 以電容CB和 CC的交流阻抗應(yīng)遠(yuǎn)小于與之串聯(lián)的電阻。旁路電容CE的作用是較小發(fā)射極交流負(fù)反饋，CE與RE并聯(lián)的阻抗應(yīng)小于與之串聯(lián)的等效電阻。可按下式估算電容值3 設(shè)計(jì)要求利用三極管 8050 設(shè)計(jì)一個(gè)分壓式電流負(fù)反饋偏置的單級(jí)共射極小信號(hào)放大器，放大器電 源電壓+12V，負(fù)載為2k Q,信號(hào)源內(nèi)阻為50 Q，最低工作頻率為 1000Hz。電路指標(biāo)要

8、求：電壓放大倍數(shù)大于 50,輸入電阻大于2kQ o4 實(shí)際調(diào)測(cè)任務(wù)1. 靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)測(cè)(用監(jiān)測(cè) UEQ的方法間接測(cè)量ICQ將電路的靜態(tài)工作電流 ICQ調(diào)節(jié)至設(shè)計(jì)值，并進(jìn)一步測(cè)量其他靜態(tài)參數(shù)，驗(yàn)證三極管處于放大狀態(tài)，記錄相關(guān)靜態(tài)參數(shù)。2. 測(cè)量電壓放大倍數(shù)放大器輸入適當(dāng)頻率和幅度的正弦信號(hào)，在電路處于正常工作狀態(tài)下（無干擾、無自激、無明顯非線性失真），毫伏表測(cè)量負(fù)載為 2kQ和R兩種情況下的輸出信號(hào)的有效值，計(jì) 算相應(yīng)的電壓放大倍數(shù)，比較分析結(jié)果，驗(yàn)證電路是否達(dá)到指標(biāo)要求，如果不能，調(diào)整電路直至達(dá)標(biāo)，記錄相關(guān)直接測(cè)量數(shù)據(jù)和間接測(cè)量數(shù)據(jù)，并在坐標(biāo)紙上定量畫出合格電路的輸入輸出波形。3. 伏安法測(cè)

9、量電路的輸入電阻和輸出電阻R L=2kQ，輸入信號(hào)取頻率為1kHz的正弦信號(hào)，用伏安法測(cè)量電路的輸入輸出電阻。將實(shí)際測(cè)量值和理論值進(jìn)行比較，記錄相關(guān)直接測(cè)量數(shù)據(jù)和間接測(cè)量數(shù)據(jù)。4. 觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形失真的影響R L=2kQ , ui=OV，調(diào)節(jié)RW使 I CQ=1mA測(cè)出UCE的值，再逐步加大輸入信號(hào)，使輸出電 壓U0足夠大但不失真。然后保持輸入信號(hào)不變， 分別增大和減小 FW,市波形出現(xiàn)兩種失真， 畫出不同情況下的 uo波形，并記錄相應(yīng)的相關(guān)靜態(tài)數(shù)據(jù)，比較分析并給出結(jié)論。5. 測(cè)量最大不失真輸出電壓6. 測(cè)量不同靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)電壓放大倍數(shù)的影響5實(shí)驗(yàn)結(jié)果電路元件的選擇：RBi=53.3

10、9k QR B2=55.92k Q R E=2.678k QF=2kQRc=2kQC=33u F Cc=33u F Ce=220u F實(shí)際電路如圖所示：1. 靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)測(cè)此時(shí)有如下數(shù)據(jù)：Ubq=5.093V , Udq=8.025V , Ueq=5.263VI cq 2mA I bq=38.3 卩 AI CQ| Bg52.22 故起到了放大作用2. 測(cè)量電壓放大倍數(shù)輸入信號(hào)幅值為20mV頻率為1kHzRc - 2k Q Uo=0.4790V3 =67.74Rc - g Uo=0.9674V3 =136.81電路指標(biāo)能夠達(dá)到要求，輸入輸出波形如圖:Rc - 2k Q已陂觸揑500mV險(xiǎn)恢夏波

11、旳文件功能驢最小值12.3m1.23顯大值35.2m1.40插淮差S.$6m25.3m保存 屛幕窗像18.0mV1,3（2 V22 12201.610:07:44IQ.OMiX秒 O / 10k 點(diǎn)-3O0.du$ Q ll.SOrnVO 300 Ojis 謝-lgOmY600-0 u$ i22.60mVIOOjis小.| Em俑lfi+F”000000O lCi.OmY “正弦疲lO.OOOkH?平均值19.9m1.33Rc - gIT-j-lO.OmV口-300.Ops O ll.BOmVO300-Ojis Q -L0.$0mVi60C.0u$22.6CmV1W VJW0p$m om冼/秒

12、O /-10.000kHz2D.OOOmVp（）J|u-*0.000000 s10k點(diǎn)-.1.20W1V值平均值最小值最丈值標(biāo)準(zhǔn)差34.4mV20.0m12.8m36.0m9.91mf 22 12 月2 譏 E2.72 V2J02.602.7236.3m1 1080fig分配文件功能3. 伏安法測(cè)量電路的輸入電阻和輸出電阻 測(cè)量數(shù)據(jù)如下表所示：輸入電阻：信號(hào)源有效值（mV）7.071110.606614.142117.6777輸入電流（卩A）1.732.563.324.21信號(hào)源有效值（mV）21.213224.748728.284331.8198輸入電流（口 A）4.975.706.417.

13、20Ri 4.5347k Q3S.OOOO輸入電阻的伏安特性曲線y= 4.5347X-1.0172硝A.電說（UA）30 000025.000020.000015.000010 0CKJU5.00001.GO故輸入電阻約為2.DDM OD4 005 006.007 00筑 JOO輸出電阻:輸出電壓值（V）0.96361.39681.73691.9737輸出電流值（卩V）327.1494.8680.3858.0輸出電壓值（V）2.17282.3612.5062.677輸出電流值（卩V）1026.61188.81334.61468.2輸出電淡的伏安特性1. * * v= 0.0011X+ 1000

14、3旃岀電鍛他In訓(xùn)2,50002.00001*50001.000005DITO200.0400.0600.0 BDO.O 1000.01200.0140(10 IGO 0.0故輸出電阻約為Ro 1.1k Q4. 觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形失真的影響Rw減小時(shí)，失真情況如圖:AArrisAI。斑咖 卜FE正弦波r此時(shí) Ubq=3.997VUcq=9.482VICQ=3.5288mAIbq=89.75 訃5.測(cè)量最大不失真輸出電壓電壓為最大不失真輸出時(shí)，輸入輸出信號(hào)如圖：擔(dān)卜值2.56晟大值3.92SS.OmV2.56 V3.8n 231m平均廈53.9m2.61此時(shí) Ubq=7.432VUcq=6

15、.953VICQ=2.588mA Ibq=58.62 ARw增大時(shí)，失真情況如圖:- T1Q 3.000ms 0 -5.00mVa.OOOmE 謝-SI.OOmVI”J-3.000nK 0 S.OOmVOQ Z.OO V1 0000kHz7J-L.OOmtl.OOM次/秒O $嚴(yán)點(diǎn)1的22 12月201$10:30:05圖謂 乂亠功能囪3仃文件功能恢復(fù)破形最，卜値 54r0m3.20恬淮差7.06m 101m值.OmV3.40 V(Silr_22 12201 10:35:15l.OOffii昭.QEn巾：）： 品丈值 30Jm-3.OT0nK Q S.OOmVO3-COOmE -5 StLOm

16、YRfG 正弦菠f5而0冊(cè)R.OOOmVpp平均值 60.0m3.88輸入有效值為 Ui=23.69mV輸出信號(hào)有效值為 Uo=3.848V6.測(cè)量不同靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)電壓放大倍數(shù)的影響在第4項(xiàng)工作中：Rw減?。狠斎胄盘?hào)Ui=23.69mV輸出信號(hào)有效值Uo=1.046V放大倍數(shù)3=44.15放大倍數(shù)變小Rw增大：輸入信號(hào)Ui=23.69mV輸出信號(hào)有效值Uo=0.9315V放大倍數(shù)3=39.32放大倍數(shù)變小7思考題1. 本實(shí)驗(yàn)中，如果輸入阻抗不能達(dá)到指標(biāo)要求，可以在本放大器前增加一個(gè)什么電路以提高輸入阻抗？請(qǐng)畫岀該電路的電路圖并闡釋其工作原理。答：可以再加入一個(gè)共集放大電路。共集放大電路輸入電阻

17、比共射高得多，而且輸出電 阻Ro很小，有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力具集放人屯路及其龍流通垢mu%rLC輸入電阻：r* =吐=*（1 +A匕+（0+gR =扌二R& 尺二為九十（ + 1）礙嚴(yán)-4-1C丄輸出電阻： r n 血)RM (1+Z?)RF +& =忌尺=傀妝方亍）共集放大電路輸入電阻通常為幾十千歐，輸出電阻通常為幾十歐。2. 實(shí)際測(cè)量時(shí)如果電路不能正常工作，應(yīng)從哪些方面尋找原因排除故障？答：首先檢查電路是否連接正確，檢查插頭是否都已經(jīng)連接好，直流偏置是否正常，輸 入信號(hào)的頻率和幅值是否在正常范圍內(nèi)。再檢查電路元件的選取是否科學(xué)合適，是否適合電路，還有就是各元器件和探頭是 否接地，電路中是否有器

18、件損壞而發(fā)生短路，斷路等。3. 測(cè)試中，如果函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、交流毫伏表、示波器中任意一個(gè)儀器的接地端連接有誤，將 會(huì)出現(xiàn)什么問題？答：可能會(huì)出現(xiàn)電路各個(gè)靜態(tài)動(dòng)態(tài)指標(biāo)不正常的情況。信號(hào)發(fā)生器接地端接錯(cuò)時(shí)，接的一端變成地端，連在該端的所有元件接地，可能會(huì) 出現(xiàn)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)工作時(shí)的錯(cuò)誤，電路不能正常工作。交流毫伏表接地端連接錯(cuò)誤時(shí)，示數(shù)可能出錯(cuò)。示波器接地端有錯(cuò)誤時(shí)，所示波形有可能出錯(cuò)。4. 回顧自己實(shí)際測(cè)試的過程中，你認(rèn)為有哪些需要提醒以后的實(shí)驗(yàn)者注意?需要提前計(jì)算好原件的參數(shù)，連接電路時(shí)要仔細(xì)不能出錯(cuò)。要學(xué)會(huì)調(diào)試電路使電路正常 工作。在測(cè)量時(shí)注意輸入信號(hào)的頻率和幅度是否滿足要求，否則可能會(huì)無法顯示出波形 或者顯示的波形出現(xiàn)失真。8總結(jié)此電路實(shí)驗(yàn)為自主設(shè)計(jì)單管共射電路并對(duì)其進(jìn)行了深入的研究， 通過準(zhǔn)確確定直流工作 點(diǎn)和交流工作時(shí)各元件參數(shù)來提高放大倍數(shù)和輸入電阻， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的第六項(xiàng)沒有得到同實(shí) 驗(yàn)原理中的結(jié)果。 究其原因應(yīng)為所選直流工作點(diǎn)太靠上或太靠下， 導(dǎo)致所得的波形有較大部 分被截?cái)啵玫降碾妷河行е底冃?，除此，其他的結(jié)果都符合實(shí)驗(yàn)原理中預(yù)期的結(jié)果。總之，此時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期，比較順利。9 參考文獻(xiàn)1 Tektronix 示波器使用手冊(cè) .2 電子測(cè)量與電子電路實(shí)驗(yàn) .北京郵電大學(xué)電子工