晶体管放大器设计优秀课件.ppt

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1、晶体管放大器设计晶体管放大器设计第1页，本讲稿共35页一、学习要求一、学习要求学习晶体管放大电路的设计方法；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安装掌握晶体管放大电路性能指标的测试方法及安装与调试技术。与调试技术。了解负反馈对放大电路性能的影响。了解负反馈对放大电路性能的影响。学习用学习用pSpice软件对电路进行模拟仿真。软件对电路进行模拟仿真。晶体管放大器设计第2页，本讲稿共35页二、设计课题二、设计课题单级阻容耦合晶体管放大器设计单级阻容耦合晶体管放大器设计n已知条件l

2、+VCC=+12VlRL=2klVi=10mV(有效值)lRs=50n技术指标要求lAV30lRi2klRo3klfL20HzlfH500kHzl电路稳定性好。第3页，本讲稿共35页三、电路设计流程三、电路设计流程提出设计指标提出设计指标拟定电路方案拟定电路方案设定器件参数设定器件参数电路安装和调试电路安装和调试结果测量结果测量指标满足要求指标满足要求电路设计结束电路设计结束Y修改电路方案修改电路方案修改电路参数修改电路参数是否要修改电路方案是否要修改电路方案YNN第4页，本讲稿共35页四、共射放大器原理与设计举例四、共射放大器原理与设计举例 三极管放大器中广三极管放大器中广泛应用的是分压式射

3、泛应用的是分压式射极偏置电路。电路的极偏置电路。电路的Q点稳定，点稳定，Q点点主要由主要由RB1、RB2、RE、RC及及+VCC所所决定。决定。温度温度T IC IE IC VE、VBQ不变不变 VBE IB（反馈控制）（反馈控制）若若I1 IBQ，VBQ VBE1、工作原理、工作原理 第5页，本讲稿共35页2、电路参数的确定：、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。愈大，直流负反馈愈强，电路的稳定性愈好。一般取一般取第6页，本讲稿共35页2、电路参数的确定：、电路参数的确定：设计小信号放大器时，一般取 ICQ=(0

4、.52)mA，VEQ=(0.20.5)VCC RC由由RO或或AV确定：确定：RC RO或或RC第7页，本讲稿共35页2、电路参数的确定：、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：n 通常取通常取CB=CC，用上面两式算出电容值，取较大的作，用上面两式算出电容值，取较大的作为为CB（或（或CC）。）。第8页，本讲稿共35页3、设计举例、设计举例 例例 设计一阻容耦合单级晶体管放大器。设计一阻容耦合单级晶体管放大器。n已知条件l+VCC=+12 VlRL=3 klVi=10 mV(有效值)lRs=600 n技术指标要求lAV40lRi1 klRo3 k

5、lfL100 HzlfH100 kHz。第9页，本讲稿共35页解：解：(1)拟定电路方案拟定电路方案选择电路形式及晶体管选择电路形式及晶体管采用采用分压式射极偏置电路分压式射极偏置电路，可以获得稳定的静态，可以获得稳定的静态工作点。工作点。因放大器上限频率因放大器上限频率fH100 kHz，要求较高，要求较高，故选用高频故选用高频小功率管小功率管3DG100，其特性参数，其特性参数 ICM=20mA，V(BR)CEO20V，fT 150MHz 通常要求通常要求 的值大于的值大于AV的值，故选的值，故选第10页，本讲稿共35页(2)设置设置Q点并计算元件参数点并计算元件参数 要求要求Ri 1k，

6、而，而取取ICQ=1.5 mA 依据指标要求指标要求、静态工作点范围静态工作点范围、经验值经验值进行计算若取若取VBQ=3V，得，得 取标称值，取标称值，RE=1.5 kW W 第11页，本讲稿共35页(2)设置设置Q点并计算元件参数点并计算元件参数 因因 ,依据指标要求指标要求、静态工作点范围静态工作点范围、经验值经验值进行计算 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30kW W固定电阻与固定电阻与100kW W电位器相串联而成电位器相串联而成。第12页，本讲稿共35页(2)设置设置Q点并计算元件参数点并计算元件参数 依据指标要求指标要求、静态工作点范围静态工作点范围、经

7、验值经验值进行计算综合考虑，取标称值，综合考虑，取标称值，RB1.5 kW W。因因 ICQ1.5mA，n 要求要求AV40,由由 得得第13页，本讲稿共35页(2)设置设置Q点并计算元件参数点并计算元件参数 计算计算电容电容为：为：取标称值，取标称值，CC=CB=10m mF取标称值，取标称值，CE=100m mF 第14页，本讲稿共35页(3)画出画出电路带参数的电路图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：根据上述设计，得到放大器的电路图如下：第15页，本讲稿共35页五、电路安装与调试五、电路安装与调试n首先在面包板上组装好电路，参考上图搭接好实验测试首先在面包板上组装

8、好电路，参考上图搭接好实验测试平台。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第16页，本讲稿共35页1.静态调试：静态调试：Q点测量与调整点测量与调整 （1）接通电源，将电路输入端接地，测量电路的静）接通电源，将电路输入端接地，测量电路的静态工作点。态工作点。（2）用万用表直流电压档，分别测量晶体管的）用万用表直流电压档，分别测量晶体管的B、E、C极对地电压极对地电压VBQ、VEQ及及VCQ。（3）一般）一般VBQ（35）V，VCEQ正几伏。正几伏。如果出现如果出现VCQ VCC，说明晶体管工作在，说明晶体管工作在截止截止状态；状态；如果出现如果出现VCEQ

9、 0.5V，说明晶体管已经，说明晶体管已经饱和饱和。（4）调节电位器）调节电位器RP1，使，使VCEQ正几伏，此时说明晶正几伏，此时说明晶体管基本工作在线性放大状态。但体管基本工作在线性放大状态。但Q点不一定是最佳的，点不一定是最佳的，还要进行动态波形观测。还要进行动态波形观测。第17页，本讲稿共35页1.动态调试：动态调试：Q点测量与调整点测量与调整 （5）给放大器送入规定的输入信号，如）给放大器送入规定的输入信号，如ViPP=28mV，fi=1kHz的正弦波。的正弦波。（6）用示波器观察放大器的输出vo。若若vo波形的顶部被压缩，这种现象称为波形的顶部被压缩，这种现象称为截止失真截止失真，

10、说明，说明Q点偏低，点偏低，应增大基极偏流应增大基极偏流IBQ，即增大，即增大ICQ。若若vO波形的底部被削波，这种现象称为波形的底部被削波，这种现象称为饱和失真饱和失真，说明，说明Q点偏点偏高，应减小高，应减小IBQ，即减小，即减小ICQ。第18页，本讲稿共35页2.动态调试：动态调试：Q点测量与调整点测量与调整 （5）给放大器送入规定的输入信号，如）给放大器送入规定的输入信号，如ViPP=30mV，fi=1kHz的正弦波。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

11、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。第19页，本讲稿共35页六、主要性能指标及其测试方法六、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晶体管放大器的主要性能指标有1.电压放大倍数电压放大倍数AV2.输入电阻输入电阻Ri3.输出电阻输出电阻Ro4.通频带通频带BWfHfL第20页，本讲稿共35页六、主要性能指标及其测试方法六、主要性能指标及其测试方法1、电压放大倍数、电压放大倍数AV理论计算理论计算在波形不失真的条件下，在波形不失真的条件下，用示波器测量放大器输入

12、电用示波器测量放大器输入电压与输出电压的值。压与输出电压的值。实验测试实验测试测出测出Vi(有效值有效值)或或Vim(峰值峰值)及及Vip-p（峰峰-峰值）与峰值）与Vo(有有效值效值)或或Vom(峰值峰值)Vop-p（峰（峰-峰值），则峰值），则 第21页，本讲稿共35页六、主要性能指标及其测试方法六、主要性能指标及其测试方法2、输入电阻、输入电阻Ri理论计算理论计算实验测试实验测试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在输出波形不失真情况下，用晶体管毫，用晶体管毫伏表或示波器，分别测量出伏表或示波器，分别测量出Vi与与Vs的值，则的值，则 第22页，本讲稿共35页六、主

13、要性能指标及其测试方法六、主要性能指标及其测试方法3、输出电阻、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在输出波形不失真情况下，用晶体管毫伏，用晶体管毫伏表或示波器，表或示波器，测量负载开路时的输出电压的测量负载开路时的输出电压的值值Vo；(2)接入接入RL后，测量负载上的电压的值后，测量负载上的电压的值VoL ro为晶体管输出电阻。为晶体管输出电阻。第23页，本讲稿共35页六、主要性能指标及其测试方法六、主要性能指标及其测试方法4、频率特性和通频带、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表示增益的幅度与频率的关系；率的关系；表示输出信

14、号与输入信号表示输出信号与输入信号之间的相位差与频率的关之间的相位差与频率的关系；系；n 相频特性相频特性():n 幅频特性幅频特性A():第24页，本讲稿共35页六、主要性能指标及其测试方法六、主要性能指标及其测试方法4、频率特性和通频带、频率特性和通频带放大器的通频带BW:fH为上限频率，主要受为上限频率，主要受晶体管结电容及电路分晶体管结电容及电路分布电容的限制；布电容的限制；BW=fH fL fL为下限频率，主要为下限频率，主要受耦合电容受耦合电容CB、CC及射及射极旁路电容极旁路电容CE的影响。的影响。第25页，本讲稿共35页BW 的测试方法的测试方法:采用采用“逐点法逐点法”测量放

15、大器的幅频特性曲线。测量放大器的幅频特性曲线。f (Hz)401005001k10k100k300k 500kVop-p(mV)8009001000113111311131100080020lg|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)画出放大器的幅频特性曲线，计算通频带。第26页，本讲稿共35页七七.电路参数修改电路参数修改 对于一个新设计的放大器，可能有些指标达不到要对于一个新设计的放大器，可能

16、有些指标达不到要求，这时需要调整电路参数。求，这时需要调整电路参数。Ri1、如何调整电压放大倍数AV？第27页，本讲稿共35页七七.电路参数修改电路参数修改 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。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希望降低放大器下限频率fL，根据电容计算式，也，根据电容计算式，也有三种途径，即有三种途径，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。指标要求，综合考虑。第28

17、页，本讲稿共35页七七.电路参数修改电路参数修改 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，其表达式为下降，其表达式为 式式中中，F为为反反馈馈网网络络的的传传输输系系数数；AV为为无无负负反反馈馈时时的电压放大倍数。的电压放大倍数。引引入入负负反反馈馈后后，虽虽然然电电压压放放大大倍倍数数下下降降，但但可可以以改改善善放大器的其它性能放大器的其它性能。第29页，本讲稿共35页七七.电路参数修改电路参数修改 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负反馈放大器的上限频率fHF与下限频率与下限频率fLF的表

18、的表达式分别为达式分别为 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。第30页，本讲稿共35页七七.电路参数修改电路参数修改 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：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。第31页，本讲稿共35页七七.电路参数修改电路参数修改 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

19、联负反馈放大器 实验表明，实验表明，RF取几十欧姆，可取几十欧姆，可以明显地提高放以明显地提高放大器的输入阻抗，大器的输入阻抗，降低放大器的下降低放大器的下限频率，改善非限频率，改善非线性失真。线性失真。第32页，本讲稿共35页八、实验步骤与要求八、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n已知条件l+VCC=+12VlRL=2klVi=10mV(有效值)lRs=50n技术指标要求lAV30lRi2klRo3klfL20HzlfH500kHzl电路稳定性好。第33页，本讲稿共35页八、实验步骤与要求八、实验步骤与要求 2.实验步骤与要求：认认真真阅阅读读本本课课题题介介绍绍的

20、的设设计计方方法法与与测测试试技技术术，写写出出设设计计预习报告预习报告(其要求见书其要求见书)。根根据据已已知知条条件件及及性性能能指指标标要要求求，确确定定电电路路(要要求求分分别别采采用用无无负负反反馈馈与与有有负负反反馈馈两两种种放放大大器器电电路路)及及器器件件(晶晶体体管管可可以以选选硅硅管管或或锗锗管管)，设设置置静静态态工工作作点点，计计算算电电路路元元件件参参数。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软软件件对对所所设设计计的的电电路路进进行行仿仿真真分分析析，根根据据分分析析情情况况进进行行参参数数调调整整。（仿仿真真项项目目有有：静静态态

21、工工作作点点、输输入入/输输出出瞬态波形、频率响应、瞬态波形、频率响应、Ri、RO）。）。第34页，本讲稿共35页八、实验步骤与要求八、实验步骤与要求 2.实验步骤与要求：在在实实验验面面包包板板上上安安装装电电路路，布布线线方方法法参参阅阅附附录录一一。测测量量与与调调整静态工作点，使其满足设计计算值要求。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(先安装测试先安装测试有负反馈放大器，后将有负反馈放大器，后将RF短路，测试无负反馈放大器短路，测试无负反馈放大器)。上上述述各各项项完完成成后后，再再进进行行实实验验研研究究，研研究究内内容容见见后后面面的的“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。要求见书。要求见书end第35页，本讲稿共35页