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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,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)VCC,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、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VBQ(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 。,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、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,ro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 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,
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