晶体管放大电路的设计

晶体管放大器的设计与调测

一、实验目的

1、学习晶体管放大器的设计方法；

2、研究静态工作点对输出波形的影响及静态工作点的调整方法；

3、掌握静态工作点、电压放大倍数和输入输出电阻的测试方法；

4、研究大信号激励下信号源内阻对波形失真的影响；

二、实验原理

在晶体管放大器的三种组态中，由于共射极放大器既有电流放大，又有电压放大，所以在以信号放大为目的时，一般用共射极放大器。分压式电流负反馈偏置是共射放大器广为采用的偏置形式，如图3-1所示，由于负反馈的引入它的静态工作点的稳定性较高。这里就以该电路为例介绍单管放大器的设计方法。

1、确定静态工作点电流I CQ

I CQ 的选取，在不同的情况下是不同的：

（1）小信号工作情况时，非线性失真不是主要矛盾，因此，以其他因素来考虑，若以少耗电为主，工作点应选得低些，如图3-2中的Q 1点；如果耗电不是主要矛盾而需要放大倍数大些， 那么工作点可选得高些，如图3-2中的Q 2点。一般小信号放大器取I CQ ＝0.5～2mA 。

图3-1 共发射极放大电路 图3-2 不同的工作

点 （2）大信号工作情况时，非线性失真是主要矛盾，因此，考虑的因素主要是尽量大的动态范围又尽可能小的失真。此时，应设计选择一个最佳负载，工作点尽量选在交流负载线的中央，如图3-2中的Q 3点。

如果设计指标中对放大器的输入电阻R i 有要求，也可以根据对R i 的要求来确定静态工作点I CQ 。由图3-1可见

21////B B be i R R r R = （3-1）

CQ

b b CQ b b be I r I r r 2626)1(ββ+≈++=′′ （3-2） 对于小功率低频管r bb '的典型值为300Ω，小功率高频管r bb '，的典型值为50Ω，由于一般r b 比R B1∥R B2要小得多，因此在初选I CQ 时，可以近似认为R i ＝r be ，则由上式可确定I CQ 。

2、确定偏置电阻R B1，R B2的值

根据这个电路的工作原理，只有当I 1远远大于I BQ 时，才能保证U BQ 恒定，；这是工作点稳定的必要条件。一般取I 1＝(5～10)I BQ ，由于锗管I CBQ 大，因此锗管的I 1取大一些。

βCQ

BQ I I = （3-3）

负反馈愈强，电路的稳定性愈好。若U BQ 取大一些，则容许的R E 较大，反馈较深，电路较稳定，但考虑电源供电电压的大小，折衷选定。U CC 大，容许的U BQ 也可以大一些，一般取U BQ =(1/3~1/5) U CC 。

由电路图可得

BQ BQ BQ

B I U I U R )10~5(12== （3-4）

211B BQ

CC B R I U U R −= （3-5）

实际中R B1通常有一固定电阻与电位器串联，便于调整工作点。

3、确定的R E 、R C 值

21B BQ

CC E R I U U R −= （3-6）

据对电压放大倍数的要求确定R C 的值

'L R r A be U β

−= （3-7）

式中R ’L =R C // R L ，电路所接负载R L 为已知，Au 是设计指标要求的，于是可计算出R C 。

4、核算管子工作点电压

各电阻值取定后再反过来核算一下管子的工作点电压U BQ ，U CQ 和U EQ ，看管子是否处于放大状态，否则学要重新设计。

电容C B 、C C 的作用是隔直流，对交流信号应是近似短路，所以电容C B 、C C 的阻抗应远小于与之串联的电阻。电容C E 的作用是减小发射极交流负反馈，C E 与R E 并联的阻抗应小于与之并联的等效电阻。与电容C B 、C C 、C E 所对应的等效

回路如图3-3所示。

B1 L E

(a) (b) (c)

图3-3 与电容C B ，C C ，C E 所对应的等效回路

图中R'S ＝（R S ＋r be ）/(1+β)。为了简单，确定C B 的图(a)和C C 的图(b)未考虑发射极所接元件R E ，C E 呈现的阻抗的影响，确定C E 值时，未考虑C B 的影响。若电路的最低工作频率为f L ，则可按下式估算

)

(R 21)10~3(be S r f C L B +≥π （3-8） )(21)

10~3(L S L C R R f C +≥π （3-9） S

L E R f C ′≥π21)3~1( （3-10） 三、仪器设备

仪器名称 仪器型号 数量

1、直流稳压电源 XJ17232 一台

2、万用表 F15B 一台

3、示波器 TDS1012(COS5040CH) 一台

4、函数信号发生器 F05A(XJ1631A) 一台

四、内容及步骤

1、参照图3-1设计各元件参数，并在面包板上完成该电路的实际电路；

2、在输入端加入V P-P ＝50mV ，f ＝1KHz 的正弦波，调节Rp 使输出信号最大不失真；

3、测量该放大电路的静态工作点；

4、自己拟定测量该放大电路电压放大倍数的测量方法；

5、自己拟定测量该放大电路输入电阻以及输出电阻的测量方法；

6、自己拟定测量该放大电路的通频带测量方法；

7、断开电容C E ，观测输出信号的变化；

五、思考题

1、将实测指标与设计要求指标进行比较讨论。

2、调整静态工作点时，R B1要用固定电阻与电位器串联，而不能直接用电位器，为什么?

六、报告要求

1、实验目的；

2、实验原理；

3、仪器设备；

4、整理实验步骤和实验数据；

5、思考题

6、实验心得体会