三极管放大电路设计

Io
Uo U o RL Ro RL RL
2
U o Po U o I o Ro RL
1. 要使放大器获得较大电压，需使 RL 较大，即 Ro << RL 时，放大器可从信号源 获取较大电压； 2. 要使放大器获得较大电流，需使 RL 较小，即 Ro >> RL 时，放大器可从信号源 获取较大电流； 3. 要使放大器获得最大功率，通过计算可得当 Ro = RL 时，放大器可从信号源获 取最大功率； 2) 图 3-2 是实际工程中测量放大器输出阻抗的原理图， 试根据该图简单分析为什么电 阻 RL 的取值不能太大也不能太小。
组合放大电路能更好地发挥各组态放大电路的优点，但需具体问题具体分析。
(II) 实验中测量电压增益的时候用到交流毫伏表，试问能否用万用表或示波器，为什 么？ 答：不能。因为交流毫伏表主要用于测量毫伏级以下的毫伏。而一般万用表的交流电压 档只能测量 1 伏以上的交流电压， 且测量交流电压的频率一般不超过 1 千赫。 示波器测 小信号也会有很多干扰，使结果出现较大误差。 4. 输入阻抗： 1) 放大器的输入电阻 Ri 反映了放大器本身消耗输人信号源功率的大小，设信号源内 阻为 RS，试画出图 3-3 中放大电路的输入等效电路图，通过连线回答下面的问题， 并做简单解释： Ri = RS 放大器从信号源获取较大电压 Ri << RS 放大器从信号源吸取较大电流 Ri >> RS 放大器从信号源获取最大功率 答：输入等效电路图见图 3-1
答： 1.
fH
2 RS R1
1 R2 rbb rbe CM
故，减小 R1，R2 可增加上限频率； 2.
fL
1 R RB rbe 2 RE S CE 1
故，增大 CE 可降低下限频率。 8. 负反馈对放大器性能的影响 答：引入交流负反馈后，放大器的放大倍数将下降，其表达式为 A F =
参数符号 VCBO VCEO VEBO IC IE hFE VCE(sat) VBE fT 2.
参数值 MIN TYP MAX 40V 20V 5V 500mA 64 0.6V 150MHz 120 0.16V 0.67V 202 0.6V 0.7V
参数意义及设计时应该如何考虑 集电极基极开路电压，不能超过最大值 集电极发射极开路电压，不能超过最大值 发射极基极开路电压，不能超过最大值 集电极电流，不能超过最大值 发射极电流 直流电流增益 集电极发射极饱和电压 发射极基极电压 特征频率
要使 Au 50 ，解得 RC 又
12 kΩ 1.09kΩ 11
Ro RC 3kΩ
故取 RC 2.7kΩ 。 此时，
Vcc 4.4( Vcc 12V ) RC
2. 用以上参数大致画出直流负载线（如蓝色线段所示）
U CEQ 5V
RE VCC I CQ RC U CEQ I EQ 0.8kΩ
不能。因为如果 R1、R2 取得过大，会导致 R1、R2 支路中的电流过小，此时，流入基极 的电流 I B 与前面 R1、R2 支路中的电流相比不可忽略，导致直流工作点 Q 不稳定。
图 3-3 射级偏置电路
3.
电压增益： (I) 对于一个低频电压放大器，一般希望电压增益足够大，根据您所学的理论知识，分 析有哪些方法可以提高电压增益， 分析这些方法各自优缺点， 总结出最佳实现方案。 答： 组 态 共 射 极 共 基 极 共 集 极 优点 增益大， Au 缺点 总结 通过对三极管所构成的 各组态放大电路性能的 对比分析，可以看出最 佳方案为共射极组态。
A 。式中，F 1+AF
为反馈网络的反馈系数；A 为无负反馈时的放大倍数。引入负反馈后通频带加宽，负 反 馈 放 大 器 的 上 限 频 率 f HF 与 下 限 频 率 f LF 的 表 达 式 分 别 为 f HF (1 AF) f H 和
f LF
fL 。引入负反馈还会改变放大器的输入电阻与输出电阻，其中并联负反馈 (1 AF)
故取 RE 1kΩ 。 3.
Ri rbe R1 R2 1.6kΩ R1 R2
要使 Ri 50 ，解得 R1 R2 1.5kΩ
RE 1kΩ, I EQ I CQ 2mA,U BE 0.7V U BQ 2.7V
故，取 R2 10kΩ ，用一个 100kΩ 的电位器来调节，使符合设计要求。 静态通路如下图所示，符合设计要求。 50 ， 满 4.99
足设计要求。
上图为幅频特性曲线。
如图所示， f L 26.574Hz，f H 22.332MHz ，满足设计要求。 7. 对于小信号放大器来说一般希望上限频率足够大， 下限频率足够小， 根据您所学的理论 知识，分析有哪些方法可以增加图 3-1 中放大电路的上限频率，那些方法可以降低其下 限频率。
U i I i Ri
Us Us Ri Rs Rs Ri 1 Ri
Ii
Us Rs Ri Us Ri 2 Rs Ri 2 Rs Ri
2 2
Us Pi U i I i Rs Ri
1. 由于 U s 和 Rs 基本不变，要使放大器获得较大电压，需使 Ri 较大，即 Ri >> RS 时，放大器可从信号源获取较大电压； 2. 由于 U s 和 Rs 基本不变，要使放大器获得较大电流，需使 Ri 较小，即 Ri << RS 时，放大器可从信号源获取较大电流； 3. 由于 U s 和 Rs 基本不变，要使放大器获得最大功率，通过计算可得当 Ri = RS 时，放大器可从信号源获取最大功率； 2) 图 3-1 是实际工程中测量放大器输入阻抗的原理图， 试根据该图简单分析为什么串 接电阻 RS 的取值不能太大也不能太小。
RO = RL RO << RL RO >> RL 答：输入等效电路图见图 3-2
负载从放大器获取较大电压 负载从放大器吸取较大电流 负载从放大器获取最大功率
Ro
U o U o Io U o Ro 1 RL
U o 1 RL Uo
U o
图 3-1 放大器输入阻抗测量原理图 答： 1. RS 太大， U i
U s ，可能使放大器处于截止区，无法准确测量出 Ri；
2. RS 太小， U s U i ，可能使放大器处于饱和区，无法准确测量出 Ri。 3) 对于小信号放大器来说一般希望输入阻抗足够高，根据您所学的理论知识，分析 有哪些方法可以提高图 3-3 中放大电路的输入阻抗。
Ri R1 R2 rbe
答：
rbe rbb (1 )
26mV I EQ
1. 2. 3. 4. 5. 5.
适当增加 R1 和 R2； 选择 β 较大的三极管； 在输入端加一个由运放构成的电压跟随器； 去除射极旁路电容 CE； 在射极加串联负反馈。
输出阻抗： 1) 放大器输出电阻 RO 的大小反映了它带负载的能力，试分析图 3-3 中放大电路的输 出阻抗受那些参数的影响，设负载为 RL，画出输出等效电路图，通过连线回答下 面的问题，并做简单解释。
二、预习思考：
1. 器件资料： 上网查询本实验所用的场效应管 BJ27(2N5485)的数据手册，画出三极管封装示意图， 标出每个管脚的名称，将相关参数值填入下表：
参数符号 IDss IGSS VGS(OFF) I(BR)GSS IG PD gm
参数值 MIN 4.0mA -0.5V -25V 10mA 225mW 3.5mS 7mS MAX 10mA -1.0nA -4.0V
参数意义及设计时应该如何考虑 饱和漏极电流，当 UGS=0 时所对应的漏极电流 反相栅极漏电流 夹断电压，当 UGS=UGS(OFF)时，漏极电流为 0 栅源击穿电压 直流正向栅级电流 漏极功耗，PDM=UDSID 当 PD>PDM 时，管子损坏 低频跨导，反映了栅压对漏极电流的控制作用
上网查询本实验所用的三极管 9013 的数据手册，画出三极管封装示意图，标出每个管 脚的名称，将相关参数值填入下表：
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。 9. 设计一个由基本放大器级联而成的多级放大器， 已知：VCC=12V，Ui=5mV，RL=1KΩ，T 为 9013 要求满足以下指标：| Au |>100，Ri>1 MΩ，RO<100Ω 1) 仿真原理图
实验三
一、实验目的
1. 2. 3. 4. 5.
三极管放大电路设计
掌握单级放大电路的设计、工程估算、安装和调试； 了解三极管、场效应管各项基本器件参数、工作点、偏置电路、输入阻抗、输出阻抗、 增益、幅频特性等的基本概念以及测量方法； 了解负反馈对放大电路特性的影响。 掌握多级放大电路的设计、工程估算、安装和调试； 掌握基本的模拟电路的故障检查和排除方法，深化示波器、稳压电源 、交流毫伏表、 函数发生器的使用技能训练。
4. 耦合电容和旁路电容的选取应较大，才能使下限频率较小上限频率较大。为保证电路的 频 率 范 围 满 足 f L 100Hz，f H 100kHz ， 取 C1 C2 100μF ， 取 旁 路 电 容
CE 100μF 。
3) 仿真结果 左图为示波器观察结果， 其中， CH1 接入 ui，CH2 接入 uo。 ui 的有效值为 4.99mV，与设计要求中的 5mV 在误差允许的范围内相等。 uo 的有效值为 521mV，且与 ui 反相，故
RC RL rbe (1 ) RE
RL
rbe
输出阻抗大
单极 放大器
输入阻抗大 增益大， Au 输入阻抗小 输出阻抗大 增益小，小于 1 基本无放大作用