單管放大電路（專業(yè)應(yīng)用）

1、第2章 晶體管放大器電路1凌云書屋內(nèi)容提要 晶體管放大器電路是模擬電子技術(shù)課程的基礎(chǔ)部分。本章介紹了單管放大器、多級放大器電路、負(fù)反饋放大器電路、射極跟隨器、差動(dòng)放大器、OTL低頻功率放大器、單調(diào)諧放大器、雙調(diào)諧回路諧振放大器的工作原理、主要性能指標(biāo)、特性以及計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)方法。2凌云書屋 本章的重點(diǎn)是掌握晶體管放大器電路的仿真設(shè)計(jì)與分析方法。單管晶體管放大器是基礎(chǔ)，注意區(qū)分不同類型放大器之間的不同點(diǎn)。3凌云書屋2.1 單管放大器4凌云書屋2.1.1單管放大器電路基本原理 圖2.1.1為電阻分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定的單管放大器電路圖。它的偏置電路采用RB11(RB11)和RB12(RB12)組成的分壓

2、電路，并在發(fā)射極中接有電阻RE(RE1)，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uo，從而實(shí)現(xiàn)了電壓放大。5凌云書屋uiuo圖2.1.1電阻分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定放大電路6凌云書屋 在圖2.1.1電路中，當(dāng)流過偏置電阻RB11和RB12 的電流遠(yuǎn)大于晶體管的基極電流IB時(shí)（一般510倍），則它的靜態(tài)工作點(diǎn)可用下式估算7凌云書屋UCEVCCIC（RCRE）電壓放大倍數(shù)：輸入電阻：RiRB11 / RB12 / rbe式中rbe為三極管基極與發(fā)射極之間的電阻輸出電阻 RORC8凌云書屋 由于電子器件性能的分散性比

3、較大，因此在設(shè)計(jì)和制作晶體管放大電路時(shí)，離不開測量和調(diào)試技術(shù)。在設(shè)計(jì)前應(yīng)測量所用元器件的參數(shù)，為電路設(shè)計(jì)提供必要的依據(jù)，在完成設(shè)計(jì)和裝配以后，還必須測量和調(diào)試放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)和各9凌云書屋項(xiàng)性能指標(biāo)。一個(gè)優(yōu)質(zhì)放大器，必定是理論設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)調(diào)整相結(jié)合的產(chǎn)物。因此，除了掌握放大器的理論知識和設(shè)計(jì)方法外，還必須掌握必要的測量和調(diào)試技術(shù)。10凌云書屋2.1.2 單管放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的分析1. 函數(shù)信號發(fā)生器參數(shù)設(shè)置雙擊函數(shù)信號發(fā)生器圖標(biāo)，出現(xiàn)如圖2.1.2面板圖，改動(dòng)面板上的相關(guān)設(shè)置，可改變輸出電壓信號的波形類型、大小、占空比或偏置電壓等。11凌云書屋圖2.1.2 函數(shù)信號發(fā)生器面板圖12凌云書屋Wa

4、veforms區(qū)：選擇輸出信號的波形類型，有正弦波、三角波和方波等3種周期信號供選擇。本例選擇正弦波。 Signal Options區(qū)：對Waveforms區(qū)中選取的信號進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置。Frequency：設(shè)置所要產(chǎn)生信號的頻率，范圍在1Hz-999MHz。本例選擇1KHZ13凌云書屋Duty Cycle：設(shè)置所要產(chǎn)生信號的占空比。設(shè)定范圍為1-99。Amplitude：設(shè)置所要產(chǎn)生信號的最大值(電壓)，其可選范圍從1V級到999KV。本例選擇10mVOffset：設(shè)置偏置電壓值，即把正弦波、三角波、方波疊加在設(shè)置的偏置電壓上輸出，及可選范圍從lV級到999KV。14凌云書屋Set Rise

5、Fall Time按鈕：設(shè)置所要產(chǎn)生信號的上升時(shí)間與下降時(shí)間，而該按鈕只有在產(chǎn)生方波時(shí)有效。點(diǎn)擊該按鈕后，出現(xiàn)如圖2.1.3所示的對話框。15凌云書屋圖2.1.3 Set RiseFall Time對話框 16凌云書屋此時(shí)，請?jiān)跈谥幸灾笖?shù)格式設(shè)定上升時(shí)間(下降時(shí)間)，再點(diǎn)擊Accept按鈕即可。如點(diǎn)擊Default，則恢復(fù)為默認(rèn)值1.000000e-12。注意：當(dāng)所有面板參數(shù)設(shè)置完成后，可關(guān)閉其面板對話框，儀器圖標(biāo)將保持輸出的波形。17凌云書屋2. 電位器RP參數(shù)設(shè)置雙擊電位器RP，出現(xiàn)如圖2.1.4所示對話框，點(diǎn)擊Value選項(xiàng)。Key區(qū)：調(diào)整電位器大小所按鍵盤。Increment區(qū)：設(shè)置電

6、位器按百分比增加或減少。18凌云書屋圖2.1.4 Potentiometer對話框19凌云書屋調(diào)整圖2.1.1中的電位器RP確定靜態(tài)工作點(diǎn)。電位器RP旁標(biāo)注的文字“Key=a”表明按動(dòng)鍵盤上a鍵，電位器的阻值按5的速度減少：若要增加，按動(dòng)Shin+a鍵，阻值將以5的速度增加。電位器變動(dòng)的數(shù)值大小直接以百分比的形式顯示在一旁。啟動(dòng)仿真電源開關(guān)，反復(fù)按鍵盤上的a鍵。雙擊示波器圖標(biāo)，觀察示波器輸出波形如圖2.1.5（節(jié)點(diǎn)8的波形）所示。20凌云書屋輸入波形 輸出波形 圖2.1.5 示波器顯示節(jié)點(diǎn)8的波形21凌云書屋3. 直流工作點(diǎn)分析在輸出波形不失真情況下，點(diǎn)擊OptionsPreferencesS

7、how node names使圖2.1.1顯示節(jié)點(diǎn)編號，然后點(diǎn)擊 AnalysisDC operating PointOutput variables選擇需要用來仿真的變量，然后點(diǎn)擊Simulate按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)顯示出運(yùn)行結(jié)果，如圖2.1.6所示。 22凌云書屋圖2.1.6 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果顯示23凌云書屋4. 電路直流掃描 直流掃描分析（DC Sweep Analysis）是利用一個(gè)或兩個(gè)直流電源分析電路中某一節(jié)點(diǎn)上的直流工作點(diǎn)的數(shù)值變化的情況。直流掃描操作分析方法請看第1章中的1.7.8小節(jié)。本例分析了圖2.1.1電路中節(jié)點(diǎn)“2”隨電源電壓變化的曲線如圖2.1.7所示，在圖2.1.7中點(diǎn)擊24

8、凌云書屋圖標(biāo)可顯示/隱蔽指針，該指針與示波器顯示屏上的讀數(shù)指針相同，即拖動(dòng)指針可測出集電極的電位隨電源電壓變化的情況。25凌云書屋圖2.1.7 圖2.1.1電路中節(jié)點(diǎn)“2”直流掃描分析結(jié)果26凌云書屋2.1.3 單管放大器動(dòng)態(tài)分析用鼠標(biāo)點(diǎn)擊SimulateAnalysisAC Analysis，將彈出AC Analysis對話框，進(jìn)入交流分析狀態(tài)。AC Analysis對話框有Frequency Parameters、Output variables、 Miscellaneous Options和Summary 4個(gè)選項(xiàng)，本例中首先用鼠標(biāo)點(diǎn)擊其中Output variables選定節(jié)點(diǎn)8進(jìn)行仿

9、真，然后點(diǎn)擊 Frequency Parameters選項(xiàng)，彈出Frequency Parameters對話框如圖2.1.8所示。 27凌云書屋圖2.1.8 AC Analysis對話框 28凌云書屋1. Frequency Parameters參數(shù)設(shè)置在Frequency Parameters參數(shù)設(shè)置對話框中，可以確定分析的起始頻率、終點(diǎn)頻率、掃描形式、分析采樣點(diǎn)數(shù)和縱向坐標(biāo)（Vertical scale）等參數(shù)。本例中：在Start frequency窗口中，設(shè)置分析的起始頻率，設(shè)置為1Hz。在Stop frequency（FSTOP）窗口中，設(shè)置掃描終點(diǎn)頻率，設(shè)置為100GHz。29凌云

10、書屋在Sweep type窗口中，設(shè)置分析的掃描方式為， Decade（十倍程掃描）在Number of points per decade窗口中，設(shè)置每十倍頻率的分析采樣數(shù)，默認(rèn)為10。在Vertical Scale窗口中，選擇縱坐標(biāo)刻度形式為： Logarithmic（對數(shù)）形式。默認(rèn)設(shè)置為對數(shù)形式。30凌云書屋2. 恢復(fù)默認(rèn)值點(diǎn)擊Reset to default按鈕，即可恢復(fù)默認(rèn)值。3. 分析節(jié)點(diǎn)的頻率特性波形按下“Simulate”（仿真）按鈕，即可在顯示圖上獲得被分析節(jié)點(diǎn)的頻率特性波形。交流分析的結(jié)果，可以顯示幅頻特性和相頻特性兩個(gè)圖，仿真分析結(jié)果如圖2.1.9所示。 31凌云書屋如

11、果用波特圖儀連至電路的輸入端和被測節(jié)點(diǎn)，雙擊波特圖儀（波特圖儀各參數(shù)設(shè)置方法參照 1.5節(jié)中的1.5.6）,同樣也可以獲得交流頻率特性，顯示結(jié)果如圖2.1.10所示。32凌云書屋幅頻特性曲線相頻特性曲線圖 2.1.9 單管放大器AC Analysis仿真分析結(jié)果33凌云書屋幅頻特性曲線相頻特性曲線 圖2.1.10 波特圖儀測試頻率特性顯示34凌云書屋4. 放大器幅值及頻率測試雙擊示波器圖標(biāo)，通過拖拽示波器面板（圖2.1.5）中的指針可分別測出輸出電壓的峰-峰值及周期。示波器參數(shù)設(shè)置方法參照1.5節(jié)中的1.5.5小節(jié)。35凌云書屋5. 電路噪聲分析（Noise Analysis）噪聲分析用于檢測電子線路輸出信號的噪聲功率幅度，用于計(jì)算、分析電阻或晶體管的噪聲對電路的影響。在分析時(shí)，假定電路中各噪聲源是互不相關(guān)的，因此它們的數(shù)值可以分開各自計(jì)算?？偟脑肼暿歉髟肼曉谠摴?jié)點(diǎn)的和（用有效值表示）。噪聲分析操作方法請看第1章中的1.7.6小節(jié)。圖2.1.11是圖2.1.1節(jié)點(diǎn)“2”噪聲分析仿真結(jié)果。36凌云書屋圖2.1.11 噪聲分析圖2.1.1節(jié)點(diǎn)2的仿真分析結(jié)果37凌云書屋6. 電路失真分析 失真分析用于分析電子電路中的諧