最新实验4晶体管放大器设计PPT课件

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1、2一、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34567893、设计举例 例 设计一阻容耦合单级晶体管放大器。o已知条件l+VCC=+12 VlRL=3 klVi=10 mV(有效值)lRs=600 o技术指标要求lAV40lRi1 klRo3 klfL100 HzlfH100 kHz。10解：(1)拟定电路方案o选择电路形式及晶体管n采用分压式射极偏置电路，可以获得稳定的静态工作点。n 因放大器上限频率fH

2、100 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 700MHzn 通常要求 的值大于AV的值，故选 10011(2)设置Q点并计算元件参数 o要求Ri1k，Vi=10mV，则取取ICQ=2 mA，IBQ=20 uA 依据、进行计算kRVi1mV1022iibmo若取VBQ=4V，得 k65.1CQBEBQEIVVR取标称值，取标称值，RE=1.6 k 通常IBQ=ibm+10uA24uA，通常ICQ=IBQ=10024uA=2.4mA，12(2)设置Q点并计算元件参数 o因 ,依据、进行计算 CQIIBQ BQ1)105(II

3、 k24,k402010)(5B2CQBQ1BQB2RIVIVR取k48B2BQBQCCB1RVVVR 为使静态工作点调整方便，为使静态工作点调整方便，RB1由由24k 固定电阻与固定电阻与100k 电位器相串联而成电位器相串联而成。13(2)设置Q点并计算元件参数 依据、进行计算综合考虑，取标称值，综合考虑，取标称值，RC1.5 k。o因 ICQ2.4mA，1513(mA)mV)(26)1(200CQbeIr8.907beVLrARn 放大放大50%后后AV=60,由由 得得beLVrRA k3.1LLLLCRRRRR14(2)设置Q点并计算元件参数 计算电容为：F5.72.2)(21)10

4、3(CbesLBrRf取标称值，取标称值，CC=CB=10m mFF23177)1/(21)31(CbesELErRRf取标称值，取标称值，CE=220m mF 15(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：R s 600 10mV RB2 24k CB 24k RC 1.5k RE 1.6k CE 10mF 220mF RL 3k 10mF CC 12V VCC T1 SS9018 RB1*Vo Vs RP 100k 16五、电路安装与调试晶晶体体 管管毫毫伏伏 表表 低低频频 信信号号发发生生 器器 直直流流 稳稳压压电电源源 CH2 VCC 被被测测 放放大大器

5、器 CH1 双双踪踪 示示波波 器器 vi vo n首先在面包板上组装好电路，参考上图搭接好实验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。测试平台。n然后进行电路调试：然后进行电路调试：静态调试静态调试动态调试动态调试171.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

6、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。181.动态调试：Q点测量与调整vi(t)vo(t)o o t t 截截止止 失失真真 （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。o 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。o 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。vi(t)vo(t)o o t t 饱饱和和 失失真真 192.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ViP

7、P=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。20六、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z 电压放大倍数AVz 输入电阻Riz 输出电阻Ro1.通频带BWfHfL21六、主要性能指标及其测试方法1、电压放大倍数AVbeLrR mA)(mV)(26)1(200CQbeIr

8、理论计算理论计算ioVVVA o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。ippoppimomioVVVVVVVA 实验测试实验测试o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 22六、主要性能指标及其测试方法B2B1bei/RRrR 放放 大大 器器 信信 号号 源源 R Ri Vs Vi 2、输入电阻Ri理论计算理论计算实验测试实验测试ber RVVVRisii 串联一个已串联一个已知电阻知电阻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 23六、主要性能指标

9、及其测试方法CCoo/RRrR 3、输出电阻RO理论计算理论计算实验测试实验测试开关开关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。信 号 源 放 大 器 Ro S RL Vo VoL LoLoo)1(RVVR 24六、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；0 3 中中频频区区 低低频频区区 高高频频区区 BW fL fH f/Hz f/Hz 90 180 270 /度度 20lg

10、 AV /dB 0(a)(b)fH fL 135 235 n 相频特性相频特性():n 幅频特性幅频特性A():25六、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:o 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；0 3 中中频频区区 低低频频区区 高高频频区区 BW fL fH f/Hz f/Hz 90 180 270 /度度 20lg AV /dB 0(a)(b)fH fL 135 235 BW=fH fLo 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。26BW 的测试方法:o采用“逐点法”测量放大器的幅频特性曲线。f (Hz)40100

11、5001k10k100k300k500kVop-p(mV)800 9001000 1131 1131 1131100080020lg|AV|(dB)2930313232323129注意：维持输入信号的幅值不变且输出波形不失真注意：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：测试条件：Vi=10 mV(Vip-p=28 mV)o画出放大器的幅频特性曲线，计算通频带。27七.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。beibeoLV_rRrRRA beLioVrRVVA Ri1、如何调整电压放大倍数AV？28七

12、.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 fL CE、CB、CC 电电路路的的性性能能价价格格比比 rbe AV RC Ro 不论何种途径，都会影响放大器的性能指标，只能不论何种途径，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。根据具体指标要求，综合考虑。29七.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 FAAAVVVF1 式中，式中，F为反馈网络的传输系数；为反馈网络的传输系数；

13、AV为无负反馈为无负反馈时的电压放大倍数。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改善放大器的其它性能。30七.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 LVLFHVHF111fFAffFAf可见，引入负反馈后通频带加宽。可见，引入负反馈后通频带加宽。31七.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：n 并联负反馈能降低输入阻抗；并联负反馈能降低输入阻抗；n 串联负反馈能提高输入阻抗；串联负反馈能提高输

14、入阻抗；n 电压负反馈使输出阻抗降低；电压负反馈使输出阻抗降低；n 电流负反馈使输出阻抗升高。电流负反馈使输出阻抗升高。32七.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电流串联负反馈放大器 R s 600 10mV RB2 24k CB 24k RC 1.5k RE 1.6k CE 10mF 220mF RL 3k 10mF CC 12V VCC T1 SS9018 RB1*Vo Vs RP 100k RF 10 FbeLVFRrRA 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。33八、实验步骤与要求 1.设计课题：

15、单级阻容耦合晶体管放大器设计o已知条件l+VCC=+12VlRL=2klVi=10mV(有效值)lRs=50o技术指标要求lAV30lRi2klRo3klfL30HzlfH500kHzl电路稳定性好。34八、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，写出设计预习报告出设计预习报告(其要求见附录其要求见附录B)B)。根据已知条件及性能指标要求，确定电路根据已知条件及性能指标要求，确定电路(要求分要求分别采用无负反馈与有负反馈两种放大器电路别采用无负反馈与有负反馈两种放大器电路)及器件及器件(晶体管可以选硅管或锗管晶体管可

16、以选硅管或锗管)，设置静态工作点，计算，设置静态工作点，计算电路元件参数。电路元件参数。(以上两步要求在实验前完成以上两步要求在实验前完成)用用pSpice软件软件对所设计的电路进行对所设计的电路进行仿真分析仿真分析，根据，根据分析情况进行参数调整。（仿真项目有：静态工作点分析情况进行参数调整。（仿真项目有：静态工作点、输入、输入/输出瞬态波形、频率响应、输出瞬态波形、频率响应、Ri、RO）。）。35八、实验步骤与要求 2.实验步骤与要求：在实验面包板上在实验面包板上安装电路安装电路，布线方法参阅附录一。，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图上(先安装测试有负反馈放大器，后将先安装测试有负反馈放大器，后将RF短路，测试短路，测试无负反馈放大器无负反馈放大器)。上述各项完成后，再进行上述各项完成后，再进行实验研究实验研究，研究内容见后，研究内容见后面的面的“实验与思考题实验与思考题”部分。部分。所有实验完成后，写出所有实验完成后，写出设计性实验报告设计性实验报告。要求见附。要求见附录录B B。end36 结束语结束语