1、晶体管单级放大器设计晶体管单级放大器设计 学习目的 掌握晶体管放大器静态工作点的设置 与调整方法 放大器基本性能指标的测试方法 负反馈对放大器性能的影响 放大器的安装与调试技术。一、电路工作原理及基本关系式一、电路工作原理及基本关系式 z图3.1.1 阻容耦合共射极放大器 CBI1RB2RB1IBQVBQVEQVCEQICQRCRECERLCCTVCCVoVi1.工作原理工作原理 z 晶体管放大器中广泛应用如右图所示的电路，称之为阻容耦合共射极放大器。它采用的是分压式电流负反馈偏置电路。z 放大器的静态工作点Q主要由RB1、RB2、RE、RC及电源电压+VCC所决定。CBI1RB 2RB 1I
2、B QVB QVEQVC EQIC QRCRECERLCCT VC CVoViz 该电路利用电阻RB1、RB2的分压固定基极电位VBQ。z 如果满足条件I1IBQ，当温度升高时，zICQVEQ(VBQ不变）VBEIBQICQ，结果抑制了ICQ的变化，从而获得稳定的静态工作点。CBI1RB2RB1IBQVBQVEQVCEQICQRCRECERLCCTVCCVoVi2.基本关系式基本关系式 z工作点稳定的必要条件：I1IBQ，z一般取)(20)(10 )(10)(5 BQ1 BQ1锗管硅管IIII 直流负反馈愈强，电路的稳定性愈好。所以要求VBQVBE，即VBQ=(510)VBE，一般取)(3)V
3、(1 )(5)V(3 BQBQ锗管硅管VV2.基本关系式基本关系式 z 电路的静态工作点由下列关系式确定：CQEQCQBEBQEIVIVVR 对于小信号放大器，一般取ICQ=0.5mA2mA，VEQ=(0.20.5)VCC 2.基本关系式基本关系式 IVIVRCQBQ1BQB2)105(B2BQBQCCB1RVVVR)(ECCQCCCEQRRIVV二、性能指标与测试方法二、性能指标与测试方法 z 晶体管放大器的主要性能指标有1.电压放大倍数Av2.输入电阻Ri3.输出电阻Ro4.通频带BW1.电压放大倍数电压放大倍数 z式中，RL=RC/RL；rbe为晶体管输入电阻，即beLioVrRVVAm
4、AmV26300mAmV26)1(mACQmAEQbbeIIrrz 测量电压放大倍数，实际上是测量放大器的输入电压与输出电压的值。在波形不失真的条件下，如果测出Vi(有效值)或Vim(峰值)及Vip-p（峰-峰）与Vo(有效值)或Vom(峰值)Vop-p（峰-峰），则 imomioVVVVVAAv的测试方法Vip-pVop-p1、输入电阻输入电阻 z 放大器的输入电阻反映了放大器本身消耗输入信号源功率的大小。z 若RiRs(信号源内阻)，则放大器从信号源获取较大电压；z 若RiRs，则放大器从信号源吸取较大电流；z 若Ri=Rs，则放大器从信号源获取最大功率。beB2B1bei/rRRrRz即
5、 在信号源输出与放大器输入端之间，串联一个已知电阻R(一般以选择R的值接近Ri的值为宜)，如上图所示。放 大 器信 号 源RRiVsViRVVVRisiiRi的测试方法：“串联电阻法”z 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 RVVVRisii式中，Vs为信号源的输出电压值。2、输出电阻输出电阻 z ro为晶体管的输出电阻。z 放大器输出电阻的大小反映了它带负载的能力，Ro愈小，带负载的能力愈强。当Ro1，则深度负反馈放大器的电压增益仅与反馈网络有关，而与电路的其它参数无关。引入负反馈，增强电路稳定性。FAVFAV1FAAAVVVF11/F1/F2.扩展
6、放大器的通频带扩展放大器的通频带 z 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 LVLFHVHF111fFAffFAf可见，引入负反馈后通频带加宽。3.改变放大器的输入电阻与输出电阻改变放大器的输入电阻与输出电阻 z 一般并联负反馈能降低输入阻抗，串联负反馈能提高输入阻抗。z 电压负反馈使输出阻抗降低，电流负反馈使输出阻抗升高。RB224kCBRB160kRC1.75kRE1.62kCE10mF147mFRL3k10mFCC12VVCC 3DG100RF26*VoVi图3.1.9 电流串联负反馈放大器 3.改变放大器的输入电阻与输出电阻改变放大器的输入电阻与输出电阻 z 电流
7、串联负反馈放大器，仅增加了一只射极电阻RF。分析表明，电路的反馈系数 LFLcFeoFRRRIRIVVF电压放大倍数 FbeLVFRrRA3.改变放大器的输入电阻与输出电阻改变放大器的输入电阻与输出电阻 z 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。z 对于单级放大器，在要求下限频率fL很低，而放大倍数要求不高时，采用负反馈电路较好。z 若采用无负反馈电路，则电容CE的值必须增大很多，才能使fL明显下降。对于如图所示的参数，fL可低到20Hz。六、设计任务六、设计任务 z 设计课题：单级阻容耦合晶体管放大器设计 已知条件 +VCC=+12V，RL=2k，z
8、 Vi=10mV，Rs=50。性能指标要求 AV30，Ri2k，z Ro3k，fL20Hz，fH500kHz，z 电路稳定性好。z 实验仪器设备(略)六、设计任务六、设计任务 设计步骤与要求 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(其要求见附录二)。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)在实验面包板上安装电路，其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，使其满足放大器性能指标要
9、求，将修改后的元件参数值标在设计的电路图上(先安装测试无负反馈的放大器，后安装测试有负反馈的放大器)。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，其要求详见附录二。电阻和电容的参数：电阻和电容的参数：实验与思考题实验与思考题 z3.1.1 分别增大或减小电阻RB1、RC、RL、RE及电源电压+VCC，对放大器的静态工作点Q及性能指标有何影响？为什么？z3.1.2 加大输入信号Vi时，输出波形可能会出现哪几种失真？分别是由什么原因引起的？z3.1.3 影响放大器低频特性fL的因素有哪些？采取什么措施使fL降低？为什么？实验与思考题实验
10、与思考题 z3.1.4 提高电压放大倍数AV会受到哪些因素限制？采取什么措施较好？为什么？z3.1.5 一般情况下，实验调整后的放大器的电路参数与设计计算值都会有差别，为什么？z3.1.6 测量静态工作点时，用万用表分别测量晶体管的各极对地的电压，而不是直接测量电压VCE、VBE及电流ICQ，为什么？实验与思考题实验与思考题 z3.1.7 测量放大器性能指标Ri、Ro、AV及BW时，是用晶体管毫伏表或示波器分别测量输入、输出电压，而不是用万用表测量，为什么？z3.1.8 测量输入电阻Ri及输出电阻Ro时，为什么测试电阻R要与Ri或Ro相接近？z3.1.9 调整静态工作点时，RB1要用一固定电阻
11、与电位器相串联，而不能直接用电位器，为什么？z3.1.10 用实验说明图3.1.9所示电流串联负反馈电路，改善了放大器的哪些性能？为什么？CBI1RB2RB1IBQVBQVEQVCEQICQRCRECERLCCTVCCVoViCBI1RB2RB1IBQVBQVEQVCEQICQRCRECERLCCTVCCVoViCBI1RB2RB1IBQVBQVEQVCEQICQRCRECERLCCTVCCVoViCBI1RB2RB1IBQVBQVEQVCEQICQRCRECERLCCTVCCVoViCBI1RB2RB1IBQVBQVEQVCEQICQRCRECERLCCTVCCVoViCBI1RB2RB1IBQVBQVEQVCEQICQRCRECERLCCTVCCVoViRB224kCBRB160kRC1.75kRE1.62kCE10mF147mFRL3k10mFCC12VVCC 3DG100RF26*VoViRB224kCBRB160kRC1.75kRE1.62kCE10mF147mFRL3k10mFCC12VVCC 3DG100RF26*VoViCBI1RB2RB1IBQVBQVEQVCEQICQRCRECERLCCTVCCVoVi
