晶體管放大設(shè)計(jì)

1、晶體管放大設(shè)計(jì)第1頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四一、學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)晶體管放大電路的設(shè)計(jì)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)的測試方法及安裝與調(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。 晶體管放大器設(shè)計(jì)第2頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四二、設(shè)計(jì)課題單級阻容耦合晶體管放大器設(shè)計(jì)已知條件+VCC=+12VRL=2kVi=10mV(有效值)Rs=50技術(shù)指標(biāo)要求AV30Ri2kRo3kfL20HzfH500kHz電路穩(wěn)定性好。第3頁，共35頁，2022年，5月20日，1

2、點(diǎn)43分，星期四三、電路設(shè)計(jì)流程提出設(shè)計(jì)指標(biāo)擬定電路方案設(shè)定器件參數(shù)電路安裝和調(diào)試結(jié)果測量指標(biāo)滿足要求電路設(shè)計(jì)結(jié)束Y修改電路方案修改電路參數(shù)是否要修改電路方案YNN第4頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四四、共射放大器原理與設(shè)計(jì)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 IEIC VE、VBQ不變 VBE IB（反饋控制）若I1 IBQ ，VBQ VBE1、工作原理 第5頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四2、電路參數(shù)的確定：工作點(diǎn)穩(wěn)定的必要條件： I1IBQ

3、，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。一般取第6頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四2、電路參數(shù)的確定：設(shè)計(jì)小信號放大器時(shí)，一般取 ICQ = (0.52)mA，VEQ = (0.20.5)VCC RC由RO或AV確定：RC RO或RC第7頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四2、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）。 第8頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四3、設(shè)計(jì)舉例 例 設(shè)計(jì)一阻容耦

4、合單級晶體管放大器。已知條件+VCC=+12 VRL=3 kVi=10 mV(有效值)Rs=600 技術(shù)指標(biāo)要求AV40Ri1 kRo3 kfL100 HzfH100 kHz。第9頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四解：(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3DG100，其特性參數(shù) ICM=20mA，V(BR)CEO20V，fT 150MHz 通常要求 的值大于AV的值，故選第10頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四(2) 設(shè)置Q點(diǎn)并計(jì)算

5、元件參數(shù) 要求Ri1k，而取ICQ = 1.5 mA 依據(jù)指標(biāo)要求、靜態(tài)工作點(diǎn)范圍、經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行計(jì)算若取VBQ = 3V，得 取標(biāo)稱值，RE=1.5 kW 第11頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四(2) 設(shè)置Q點(diǎn)并計(jì)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(yàn)值進(jìn)行計(jì)算 為使靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整方便，RB1由30kW固定電阻與100kW電位器相串聯(lián)而成。 第12頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四(2) 設(shè)置Q點(diǎn)并計(jì)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(yàn)值進(jìn)行計(jì)算綜合考慮，取標(biāo)稱值，RB1.5 kW。 因 ICQ1.5mA， 要求AV40, 由

6、 得第13頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四(2) 設(shè)置Q點(diǎn)并計(jì)算元件參數(shù) 計(jì)算電容為： 取標(biāo)稱值，CC = CB = 10mF取標(biāo)稱值，CE = 100mF 第14頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四(3) 畫出電路帶參數(shù)的電路圖 根據(jù)上述設(shè)計(jì)，得到放大器的電路圖如下：第15頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四五、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(yàn)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)試第16頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四1. 靜態(tài)調(diào)試：Q點(diǎn)測量與調(diào)整 （1）接通電源，將電路輸

7、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(shí)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。第17頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四1. 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

8、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 。 第18頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四2. 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 =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(shí)， vo頂部和底部差不多同時(shí)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

9、輸出vo不失真。 （9）此時(shí)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(jì)算VCEQ 、ICQ。第19頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四六、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第20頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四六、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(jì)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(yàn)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-

10、峰值），則 第21頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四六、主要性能指標(biāo)及其測試方法2、輸入電阻Ri理論計(jì)算實(shí)驗(yàn)測試串聯(lián)一個(gè)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 第22頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四六、主要性能指標(biāo)及其測試方法3、輸出電阻RO理論計(jì)算實(shí)驗(yàn)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(shí)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。第23頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四六、主要性能指標(biāo)及

11、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():第24頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四六、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。 第25頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四BW 的測試方法:采用“逐點(diǎn)法”測量放大器的幅頻特性曲線。 f (Hz)401005001k10k

12、100k300k500kVop-p (mV)8009001000113111311131100080020lg|AV|(dB)2930313232323129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(jì)算通頻帶。第26頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四七. 電路參數(shù)修改 對于一個(gè)新設(shè)計(jì)的放大器，可能有些指標(biāo)達(dá)不到要求，這時(shí)需要調(diào)整電路參數(shù)。Ri1、如何調(diào)整電壓放大倍數(shù)AV ？第27頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四七. 電

13、路參數(shù)修改 對于一個(gè)新設(shè)計(jì)的放大器，可能有些指標(biāo)達(dá)不到要求，這時(shí)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(jì)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。 第28頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四七. 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(shí)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 。第29頁，共35頁，2022年，5月20

14、日，1點(diǎn)43分，星期四七. 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。 第30頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四七. 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。第31頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四七. 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(yàn)表明，RF取幾十歐姆

15、，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。第32頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四八、實(shí)驗(yàn)步驟與要求 1.設(shè)計(jì)課題：單級阻容耦合晶體管放大器設(shè)計(jì)已知條件+VCC=+12VRL=2kVi=10mV(有效值)Rs=50技術(shù)指標(biāo)要求AV30Ri2kRo3kfL20HzfH500kHz電路穩(wěn)定性好。第33頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期四八、實(shí)驗(yàn)步驟與要求 2.實(shí)驗(yàn)步驟與要求： 認(rèn)真閱讀本課題介紹的設(shè)計(jì)方法與測試技術(shù)，寫出設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)報(bào)告(其要求見書)。 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(jì)算電路元件參數(shù)。 (以上兩步要求在實(shí)驗(yàn)前完成) 用pSpice軟件對所設(shè)計(jì)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(xiàng)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）。第34頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分