电压放大电路设计

RC / / RL
rbe
。所以可以通过增大 RC 来增大电压增益。
优点：放大倍数较大，输出阻抗大。缺点：高频特性不好。 2）共基组态： Au
RC / / RL
rbe
。所以同样可以通过增大 RC 来增大电压增益。
优点：放大倍数较大，输出阻抗大。缺点：输入阻抗较小。 3）多级级联的放大器：利用共射、共基和共集三种组态的组合，将放大倍数增大。 优点：放大倍数较大。用集电极做输出级，输出阻抗较小，接负载能力强。利用共基组 态输入阻抗较小的特点，提高共射组态的高频特性。 (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。因为是小信号放大器，所测的信号幅度都很小，而万用表和示波器测量时本 身的信号干扰等误差是不可避免的，会导致信号有很大毛刺。若是实验中用示波器测量，选 择平均值方式可以使示波器图形较为清楚，当然误差较大，需要注意。 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：当 Ri =Rs ，由 P (
I1 I BQ 的条件，基极电位 U BQ 可近似为 U BQ
R2 VCC 。当温度上升的时候 ， R1 R2
ICQ ( I EQ )增大，RE上压降增大。又因为U BQ一定，所以U BE下降，I BQ 减小，从而使ICQ 减小。
通过这样的自动调节使 I CQ 恒定。如果 R1、R2 取得过大不能起到作用，因为稳压式偏置电路 的条件是 I1 I BQ ， R1 和 R2 过大时此条件不能满足。基极电流必须加以考虑。 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：1）共射组态： Au
图 3-2 放大器输出阻抗测量原理图 答：要保证 I o U o '/ Ro RL ， I o U o '/ Ro RL 都不太小，就必须保证 RL 适中。 若 RL 过小则 U O 会很小，若 RL 过大则导致 I o 较小。 对于小信号电压放大器来说一般希望输出阻抗足够小，根据您所学的理论知识， 分析有哪些方法可以减小图 3-3 中放大电路的输出阻抗。 答：在多级放大器中用集电极做输出级，减小输出阻抗，提高负载能力强。 6. 计算图 3-3 中各元件参数的理论值，其中 已知：VCC=12V，Ui=5mV，RL=3KΩ，RS=1KΩ， T 为 9013 指标要求：Au>50，Ri>1 KΩ，RO<3KΩ，fL<100Hz，fH>100kHz（建议 IC 取 2mA） 用 Multisim 软件对电路进行仿真实验，仿真结果填写在预习报告中。 1) 仿真原理图 3)
Rof =
Ro Ri 。对于并联负反馈：减小了输入阻抗 Rif = ；增大了输出阻抗 1 A F 1 A F
Rof =(1 A F )Ro 。
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 KΩ，RO<100Ω 1) 仿真原理图
图 3-1 放大器输入阻抗测量原理图 1) 答：因为必要保证放大器处于放大区， U i 不能太小，因而 Rs 不能太大。而放大器 输入电流 I i 也不能太大，所以 Rs 不能太小。总的要求 Rs 的取值不能太大也不能太 小。 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。
U BQ
(5-10) I CQ
15K ，
R1
VCC U BQ U BQ
43K . 图中取 R1 为 100K 发动变阻器和 10K 的组合。
第四步：耦合电容和旁路电容的选取应较大，保证电路的频率范围满足 经过计算取 C1 C2 47uF ， 考虑到旁路电容折算到基极 f L 100Hz，f H 100kHz。 时要除以 1 ，所以选择 C3 100uF 。 第四步：根据实际计算 =245
XSC1 VCC 12V
Tektronix
P G 1 2 3 4 T
R7
100kΩ 1.967m 30% Key=A
+
A
U1 DC 1e-009Ohm
+
1.891m
-
A
U4 DC 1e-009Ohm U5
+
R1 2.6kΩ
+
5.734 3.176
V
V
U3 DC 10MOhm C1 47µ F
R3 10kΩ Q1
2)
答：1、分压式共射放大电路中： Ri =R1||R2 ||rbe ，在保证电阻中电流大于基极电流的前 提下，可以通过增大 R1 ,R2 来提高电路的输入阻抗。 2、可以在信号源和输入级直接增加一个运放构成的跟随器来增大输入阻抗。 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。 RO = R L 负载从放大器获取较大电压 RO << RL 负载从放大器吸取较大电流 RO >> RL 负载从放大器获取最大功率 答：原理同输入阻抗分析。当 Ro =RL ，由 P (
U 2 US 2 ) Ri ，得此时 Pmax = S 。 4 RS Ri Rs
当 Ri <Rs ，输入阻抗很小， I
US ，此时电流较大。 Ri Rs US Ri ，此时分得电压较大。 Ri Rs
当 Ri >Rs ，输入阻抗较大，由 U
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。
VCC 12V R7
+ 100kΩ 30% 1.959m Key=A A
XSC2
Tektronix
U1 DC 1e-009Ohm U2
+ V
P G
1 2 3 4
T
+
3.176
-
V
U3 DC 10MOhm C1 47µ F
R1 2.6kΩ R3 10kΩ Q1 C2 47µ F
4.340
DC 10MOhm
f L 3 ~ 10
1 ， f L 1 ~ 3 2 RC RL C 2
1 ，因此可以通过 RS rbe 2 ( RE // ) CE 1
适当增大旁路电容及耦合电容 C1、C2、CE 来减小下限截止频率。 8. 负反馈对放大器性能的影响 答：设反馈系数为 F ，中频电压增益为 A ，闭环电压增益为 A f 。 1、提高放大倍数的稳定性：由 Af =
二、预习思考：
器件资料： 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： 9013 三极管封装示意图： 1.
参数符号 VCBO VCEO VEBO IC IE hFE VCE(sat) VBE
参数值
V(BR)CBO=Min 45V V(BR)CEO=Min 25V V(BR)EBO=Min 5V ICBO=0.1uA ICEO=0.1uA
5.
U 2 UO 2 ) RL ，得此时 Pmax = o 。 Ro RL 4 RL
当 Ro RL ，输入阻抗很小， I
UO ，此时电流较大。 Ro RL
当 Ro >RL ，输入阻抗较大，由 U 2)
UO RL ，此时分得电压较大。 Ro RL
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。
dAf A dA A ，得 。即负反馈使闭 = Af 1 A F A 1 A F
1 倍，提高了放大倍数的稳定性。 1 A F
环电压放大倍数的相对变化量减小为开环时的 2、减小非线性失真。
3、扩展通频带： f Hf =(1 A F ) f H ，引入负反馈后，放大电路的上限截止频率提高 了 (1 A F ) 倍。 BW f =(1 A F ) BW ，通频带也提高了 (1 A F ) 倍。 4 、 对 于 串 联 负 反 馈 ， 增 大 了 输 入 阻 抗 ： Rif =(1 A F ) Ri ； 减 小 了 输 出 阻 抗
Q2
DC 10MOhm
R5 1kΩ V1 7mVrms 1kHz 0°
SXT2907A C2 47µ F C3 100µ F
SXT2907A R4 15kΩ
Ri2
R2 1.3kΩ
R6 3.3kΩ
R8 3kΩ
2) 参数选择计算 在基础要求的基础上， 通过级联一个共集组态来减小输出阻抗， 同时将共集组态较大的 输入阻抗作为前一级的负载，提高放大倍数。 上图中 Ri 2 rbe (1 ) R6 || R8 390K ， 所以第一级的放大倍数为： Au1
参数意义及设计时应该如何考虑 超过这个电压三极管就可能被击穿。在设计时需保证 UCB，UCE，UEB 在以上参数范围内以保证三极管正常工 作。 直流截止电流 ICBO 直流截止电流 ICEO 直流电流增益 集电极-发射极饱和压降 基极-发射极正向电压
64~300 Max 0.6V Max 1.4V
偏置电路： 图 3-3 中偏置电路的名称是什么？简单解释是如何自动调节晶体管的电流 IC 以实现稳定 直流工作点的作用的，如果 R1、R2 取得过大能否再起到稳定直流工作点的作用，为什么？ 答：分压式偏置电路。三极管的工作会受到温度的影响发生温漂，使工作点改变。分压 2. 式偏置电路利用 R1 和 R2 构成的分压器给三极管基极 b 提供电位 U BQ ，如果满足电流
东南大学电工电子实验中心
实 验 报 告
课程名称：
电子电路实践
第 三 次实验
实验三
一、实验目的
1. 2. 3. 4. 5.
电压放大电路设计
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。
答：1、增大上限截止频率： f H
1 1 , CM 为密勒电容 。由 2 [rb'e || (rbb rs || RB )] CM
此可知要增大上限截止频率，可以增大 RB ，即可以同比例增大 R1 ,R2 。 2、减小下限截止频率： f L 3 ~ 10
1 2 RS rbe C1
R5 1kΩ V1 7mVrms 1kHz 0°
SXT2907A R4 15kΩ R2 1.3kΩ C3 100µ F R6 3kΩ
2)
参数选ห้องสมุดไป่ตู้计算
实验前取 100 ，只要实际值大于 100，参数选择就符合实际要求。
第一步：选取 U BQ =3V，得 U BE =2.3V，根据 I CQ =2mA，取 RE =1.15k 。结合实验室器材 供应，微调上述各参数得 U BQ 3.3V ,U E 2.6VRE 1.3K 。 第二步：取 RC 2.6K , 则UCQ VCC ICQ RC 6.8V 。 第三步： 根 据 分 压 式 电 路 的 原 理 结 合 公 式 ， 得 R2
Ri R1 || R2 || rbe 39.5K ||15K || (0.3 246
Ro =RC 2.6K
3) 仿真结果
26 3 10 ) K 2.58K 2
CH1 为源信号 Us； CH2 为输入信号 Ui； CH3 为输出信号 Uo.
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 3-3 中放大电路的上限频率，那些方法可以降低其下 限频率。