实验1--阻容耦合放大器的设计与调测-------5

第三部分 模拟电子技术基础实验

实验1 阻容耦合放大器的设计与调测

3.1.1实验目的

1．能根据一定的技术指标要求设计出单级放大电路。 2．研究单级低频小信号放大器静态工作点的意义。 3．掌握放大器主要性能指标的测试方法。 4．掌握用射随器提高放大器负载能力的方法。

3.1.2实验原理与设计方法

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，一般用共射放大器。分压式电流负反馈偏置是共射放器广为采用的偏置形式，如图3.1.1.所示。它的分析计算方法，调整技术和性能的测试方法等，都带有普遍意义，并适用多级放大器。

R u 图 3.1.1单组阻容耦合放大器

电路中Rc 为晶体管的直流负载，其交流负载由Rc 与外接负载R L 组成。由R b1、R b2及R C 组成电流反馈式偏置电路，发射极交流旁路电容C e 是用来消除R e 对信号增益的影响，隔直电容C l 、C 2是将前一级输出的直流电压隔断，以免影响后一级的工作状态，同时将前一级输出的交流信号耦合到后一级。

1．静态工作点

放大器的静态工作点是指当放大器没有信号输入时，晶体管各极的直流电流和直流电压在特性曲线上所决定的点。

静态工作点选择是否合理，将直接影响放大特性的好坏，为使信号得到不失真的放大，放大器的工作点一般选在线性区的中点。但在小信号放大器中，由于输入信号小，运用范围也小，工作点可选低一些，以减少直流功耗。

通常，为了使工作点稳定，应先稳定I CQ ，而I CQ ≈I EQ ，因此，只要稳定了I EQ 也就稳定了I CQ ，如能满足I 1≥I BQ ，V B ≥V BE ，则2

12

b b b CC B R R R V V +=几乎与晶体管的参数无关，可近似值看成

是恒定的。

而 e

BQ e

BE

BQ e

EQ EQ R V R I V R V I ≈

-=

=

这样可以看成是稳定的。 在选择偏置电路元件参数时，既要考虑到满足工作点稳定的条件，同时又要兼顾电路其它方面（如放大倍数）的性能，因此，一般选取

β

CQ

BQ BQ

I I I I =

≥)10~5(1

BE BQ V V )10~5(≥ (3.1.1)

因此V BQ ≥V BE ∴V BQ ≈V EQ

I CQ =βI BQ

V CEQ ≈V CQ R C —V EQ （3.1.2）

由电路可得偏置元件的计算公式

CQ

BE

BQ EQ

EQ

e BQ

CC b BQ

BQ BQ b I V V I V R I V V R I V I V R -≈=

-=-=

=111

2)105(

实际中R b1通常用一固定电阻与电位器串联，以便调整工作点I BQ 。

电源电压V CC 的变动，负载R C 的改变都会影响静态工作点，因此，静态工作点就取决于I BQ 的选择，调节偏置电阻R b1值，从而使工作点尽量选在交流负载线的中央。

2．动态范围（最大输出幅度）

放大器的最大不失真输出信号的峰值称为放大器的动态范围，则=OPP V OM V 2

O V 22=。

动态范围的大小，与V CC 、R C 及工作点均有关系。只要选择适当，就能保证得到所需的动态范围。

（1）选择电源电压的动态范围

如设计要求有一定的动态范围，应根据R L 、V OPP 、V E 来选择放大器的工作状态。则

E CES om CC V V V V ++≥)2(5.1 （3.1.4）

因V CES 为晶体管的反向饱和压降，一般小于1V ，计算时可取为1V 。V E 为晶体管的射极电压。一般锗管取（1～3）V ，硅管取（3～5）V 。

（2）选择直流负载R C

当V CC 确定后，根据对动态范围的要求，可选定R C 值。

L om

CES

CC C R V V V R )2'(

-= (3.1.5)

其中，V CC ′=V CC －V E

3.1.5或适用于多级放大器，对于单级放大器的直流负载电阻R C ，可按给定的R L 、β、R S 值算出。

（3.1.3）

bc

S L r R R AV +-=

'

β

（3）确定静态工作点Q

C

om CES CC CQ

CES om CEQ R V V V I V V V )'(-=

+= 计算出V CEQ 及I CQ 后，应作直流与交流负载线，如果选择的Q 点不符合要求，可在V CC 的选择上作出修改，若按3.1.5式计算出的R C 也要作相应的修改。

3．频率特性

阻容耦合放大器，由于耦合电容C 1、C 2及旁路电容C e 的存在，以及分布电容，分布电感及晶体管结合电容存在等因素，将直接影响放大器的增益A V ，使A V 随信号频率而变化，其变化曲线称为频率响应曲线。如图3.1.2。

f

图3-1-2 频率特性曲线

对于低频放大器的设计，高频特性的考虑只要在选择晶体管时，满足f β≥f H 就可以了。重点考虑低频特性满足技术的要求。因此，在计算耦合电容和旁路电容时，可按下列公式计算。（在R b ≥r be 的情况下）

)10~3()

(1

1⨯+=be S L r R C ω (3.1.6) )10~3()

(1

2⨯+=

L C L R R C ω (3.1.7)

)

(1

)

1(be S L e r R C ++=ωβ (3.1.8)

4．放大倍数

放大倍数是反映放大电路对信号放大能力的一个参数，有电压放大倍数、电流放大倍数之分，电压放大倍数是指输入，输出电压的有效值（或峰值）之比：

i

o

V V AV =

由图3.1.1的等效电路可得

be

S L r R R AV +=

'

β (3.1.9)

放大倍数为测量，实际上是交流电压的测量，对于低频弦电压，可用晶体管毫伏表直接测量u i 及u o 。而对非正弦电压可通过示波器比较法进行测量，测量仪器连接如图3.1.3所示。