实验二晶体管放大电路的设计.pdf

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1、晶体管放大电路的设计（设计性实验）晶体管放大电路的设计（设计性实验）一设计题目：单极晶体管阻容耦合放大器的设计一设计题目：单极晶体管阻容耦合放大器的设计(1)已知条件 Vcc+12V，RL2.4K，Vi10mV，Rs2K(2)性能指标要求 Av40，RilK，RO2K,FL100kHz二设计步骤及要求二设计步骤及要求(1)根据已知条件及性能指标要求，确定电路器件，设置静态工作点，计算电路元件参数。(2)在实验线路板上安装电路。调整并测量静态工作点，使其满足设计计算值的要求。(3)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的要求。三实验方案与设计过程三实验方案与设计过程1工作原理

2、图 2-1 为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用Rb1和 Rb2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻 Re，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号 ui后，在放大器的输出端便可得到一个与 ui相位相反，幅值被放大了的输出信号 u0，从而实现了电压放大。图 2-1单管放大器实验电路图2设计过程首先，选择电路形式及晶体管。采用如图2-1 所示的分压式电流负反馈偏置电路，可以获得稳定的静态工作点。因放大器的上限频率要求较高，故选用高频小功率管，其特性参数 IcM20mA，V(BR)CEO20V，fT150MHz。通常要求的值大于 Av的值，故选60。其次，设

3、置静态工作点并计算元件参数。由于是小信号放大器，故采用公式法设置静态工作点 Q，计算如下：要求 RilK(Rirbe)，根据公式rbe rb(1)26(mV)26(mV)300IeQ(mA)IcQ(mA)IcQ取IcQ 2mA若取VbQ 3V,由ReVbQ(5 10)26mA 2.2mA1000300VbQVbeIcQ1.15k，取标称值 1k由Rb1 20kRb2VCCVbQVbQRb157k为使静态工作点调整方便，Rb2由 20k固定电阻和 100k电位器串联而成。rbe 30026(mV)1.08kIcQ(mA)r AVoRLbeV 0.72由AV得RLVirbeRLRL则RC1k，综合

4、考虑，取标称值 2.4kRLRL由于(RSrbe)(RC RL),比较Cb(310)12fL(RSrbe)12fL(Rc RL)18.2F,取标称值 10 F2fL(RSrbe)Cc(310)由Cb(310)取Cc Cb10F,由Ce(1 3)1R r2fL(Rc|sbe)198.5F,取标称值 100 F设计的电路如图图 2-2图 2-2 设计的电路四、实验设备与器件四、实验设备与器件1、12V 直流电源 2、函数信号发生器3、双踪示波器 4、交流毫伏表 5、直流电压表 6、直流毫安表7、频率计 8、万用电表9、晶体三极管 3DG61(50100)或 90111、电阻器、电容器若干五、实验内

5、容五、实验内容实验电路如图22 所示。各电子仪器可按实验一中方式连接，为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起，同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线，如使用屏蔽线，则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。放大器的设计和调试一般包括：放大器静态工作点的测量与调试，放大器各项动态参数的选择与调试等。1 1、放大器静态工作点的测量与调试放大器静态工作点的测量与调试在图 2-2 电路中，当流过偏置电阻 Rb1和 Rb2的电流远大于晶体管 T 的基极电流 IB时（一般 510 倍），则它的静态工作点可用下式估算UBRb1UCCRb1Rb2UB UBEIEREIC UCEUCCIC（

6、RCRE）1)静态工作点的测量测量放大器的静态工作点，应在输入信号ui0 的情况下进行，即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位 UB、UC和 UE。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要测出 UE，即可用ICIEUEU UC算出IC（也可根据ICCC，由UC确定IC），RERC同时也能算出UBEUBUE，UCEUCUE。为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。2)静态工作点的调试静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏

7、高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时uO的负半周将被削底，如图23(a)所示；(a)(b)图 23 静态工作点对 uO波形失真的影响如工作点偏低则易产生截止失真，即 uO的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图 23(b)所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的输入电压ui，检查输出电压uO的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。改变电路参数 UCC、RC、RB（RB1、RB2）都会引起静态工作点的变化，如图24 所示。图 24电路参数对静态工作点的影响但通常多采用调节偏置电阻RB

8、2的方法来改变静态工作点，如减小 RB2，则可使静态工作点提高等。最后还要说明的是，上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如输入信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。接通直流电源前，先将 RW调至最大，函数信号发生器输出旋钮旋至零。接通12V 电源、调节 RW，使 IC2.0mA（即 UE2.0V），用直流电压表测量 UB、UE、UC及用万用电表测量 RB2值。记入表 21。表 2-1 IC2mA测量值UB（V）

9、UE（V）计算值UC（V）RB2（K）UBE（V）UCE（V）IC（mA）2、测量电压放大倍数调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压ui，在输出电压uO不失真的情况下，用交流毫伏表测出 ui和uo的有效值Ui和UO，则AVU0Ui也可以用AV RC/RL计算rbe在放大器输入端加入频率为 1KHz 的正弦信号 uS，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压 Ui10mV，同时用示波器观察放大器输出电压 uO波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述三种情况下的 UO值，并用双踪示波器观察 uO和 ui的相位关系，记入表 22。表 22 Ic2.0mA Ui mVRC（K）RL(

10、K)2.41.22.42.4Uo(V)AV观察记录一组 uO和 u1波形 3、测量最大不失真输出电压为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RW（改变静态工作点），用示波器观察uO，当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图25）时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出UO，则动态范围等于2 2U0。或用示波器直接读出 UOPP来。图 25静态工作点正常，输入信号太大引起的失真置 RC2.4K，RL2.4K，按照实验原理 2.4)中所述方法，同

11、时调节输入信号的幅度和电位器 RW，用示波器和交流毫伏表测量 UOPP及 UO值，记入表 25。表 25 RC2.4K RL2.4KIC(mA)2.35Uim(mV)30.70Uom(V)1.95UOPP(V)5.324、测量输入电阻和输出电阻1)输入电阻 Ri 的测量为了测量放大器的输入电阻，按图 26 电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻 R，在放大器正常工作的情况下，用交流毫伏表测出 US和 Ui，则根据输入电阻的定义可得RiUiUiUiRUIiUS UiRR图 26 输入、输出电阻测量电路测量时应注意下列几点:由于电阻R 两端没有电路公共接地点，所以测量 R 两端电压 U

12、R时必须分别测出US和Ui，然后按URUSUi求出UR值。电阻R 的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R 与Ri为同一数量级为好，本实验可取 R12K。2)输出电阻 R0的测量按图 2-4 电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载 RL的输出电压 UO和接入负载后的输出电压 UL，根据UL即可求出RO(UO1)RLULRLUORO RL在测试中应注意，必须保持 RL接入前后输入信号的大小不变。置 RC2.4K，RL2.4K，IC2.0mA。输入 f1KHz 的正弦信号，在输出电压 uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出 US，Ui和 UL记入表 2-6。保持 US不变，

13、断开 RL，测量输出电压 Uo，记入表 2-6。表 2-6 Ic2mA Rc2.4K RL2.4KUS(mv)Ui(mv)Ri（K）测量值R0（K）测量值U（U（LV）OV）5、观察静态工作点对输出波形失真的影响置 RC2.4K，RL2.4K，ui0，调节 RW使 IC2.0mA，测出 UCE值，再逐步加大输入信号，使输出电压 u0足够大但不失真。然后保持输入信号不变，分别增大和减小 RW，使波形出现失真，绘出 u0的波形，并测出失真情况下的 IC和 UCE值，记入表 24 中。每次测 IC和 UCE值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。表 24 RC2.4K RL UimVIC(mA)UCE(V)u0波形失真情况管子工作状态1.56.85截止失真截止区2.05.21不失真放大区2.673.18饱和失真饱和区六、实验总结1、列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值比较（取一组数据进行比较），分析产生误差原因。2、总结RC，RL 及静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。3、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。4、分析讨论在调试过程中出现的问题。截止失真饱和失真注意：斜体字可以不写，但要读懂