共射放大电路的设计

第三章设计型实验

实验一共射极放大器的设计

一．实验目的

1．学会根据一定的技术指标设计单级阻容耦合共射极放大器。

2．学会在计算机上进行电路仿真及验证。

3．练习安装技术，学会检查、调整、测量电路的工作状态。

4．掌握测量放大器的电压放大倍数、频率响应曲线和动态范围的方法。

5．定性了解工作点对输出波形的影响。

二．预习要求

1．复习有关共射极放大器的理论知识，了解共射极放大器静态工作点的选择原则及放大器主要指标的定义及测量方法。

2．根据给出的技术指标计算出放大器电路各元件数值，制定出实验方案，选择实验仪器设备，并在计算机上进行电路仿真，找出元件最佳值。

三．共射极放大器的设计方法

共射极放大器的设计，是指根据技术指标要求，确定电路方案、选择晶体管和直流电源电压，确定静态工作点和电路元件的数值。对于信号幅度较大的放大器，除了应有适当的电压放大倍数外，还应有足够的动态范围（指放大器最大不失真输出信号的峰峰值）。这时对工作点的选择必须考虑外接负载的影响，只有恰当的选择E C、R c和静态工作点Q，才能达到所需的动态范围。

设计一个共射极放大器，通常是给出所要达到的放大倍数A u、负载电阻R L的值、输出电压幅度U om（或动态范围U op-p）和某一温度范围内的工作条件。然后根据这些指标进行电路的设计和参数的计算。

1．动态范围与电路参数的关系

对于图1的放大器，当输出信号的动态范围有一定的要求时，应根据给定的负载电阻

R L 的值和动态范围U op-p 以及发射极电压U EQ 来选择电源电压E C 、确定直流负载R c 和静态工作点Q 。

图1 共射极放大器电路图

具体步骤如下：

（1） 选择电源电压E C

通常稳定条件为：

U B = （5 ~ 10）U BE （1）

I b1 = （5 ~ 10）I BQ （2）

E C ≥1.5（U op-p +U CES ）+ U EQ （3）

U CES 为晶体管的反向饱和压降，一般小于1V ，计算时取1V ，U EQ ≈ U B 。

（2） 确定直流负载R c

L om CES C c R U U E R ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛--'=2 （4） 其中，E 'C = E C - U EQ

(3) 确定静态工作点Q

I CQ = βI BQ （5）

U CEQ ≈ E C - I CQ R c - U B （6）

另外根据图2所示放大器的电压最大输出范围可得：

U CEQ = U om ＋U CES （7）

c

om CES C CQ R U U E I --'=)( （8）

CE

图2 放大器的电压最大输出范围

(4) 偏置电路元件计算公式

11b B C b I U E R -=

（9） 112b B B b B b I U I I U R ≈-=

（10） CQ

BE B EQ E e I U U I U R -≈= （11） 单级放大器的设计方法举例：

设计一个放大器，它的主要技术指标为：

① 电压放大倍数A u ≥80

② 输出电压峰峰值U op-p = 6V

③ 负载电阻R L = 3.6 K Ω

④ 信号源内阻 R s = 600Ω

⑤ 带宽∆f = 100Hz ~ 100kHz

⑥ 有较好的温度稳定性

设计步骤：

1．确定电路方案，选择晶体管

要求有较好的温度稳定性，放大器的静态工作点必须比较稳定，为此采用具有电流负反馈的共射极放大器，如图1所示。因放大器的上限频率要求较高，故选用高频小功率管3DG6，其特性参数为：

I CM = 20mA ，BU CEO ≥ 20V ，f T ≥ 150MHz ，β = 60。

由于 βU CEO >E C ，I CM > I C 一倍以上，因此可以满足要求。

2．选择电源电压E C

根据（3）式，U EQ ≈ U B =（5～10）U BEQ = 3.5～7 V ，

对于硅管，U EQ = 3～5V ，现取U EQ = 4V ，饱和压降U CES 一般取1V ，于是E C 为： E C ≥ 1.5（U op-p ＋U CES ）＋ U E

= 1.5 ( 6＋1 ) ＋ 4 = 14.5 V

取 E C = 15V

3．计算R c

直流负载电阻R c 与放大倍数、动态范围等都有关系。在本例中，要求有较大的动态范围，故应用下式计算R c 的值：

L om CES C c R U U E R ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛--'=2 其中E 'C =E C －U EQ =15-4=11

3106.323111⨯⨯⎪⎭

⎫ ⎝⎛--=c R = 4.8 ⨯ 103Ω

= 4.8k Ω

4．确定静态工作点

静态工作点的电流I CQ 和电压U CEQ 分别为：

c om CES C CQ R U U E I --'=

)( A 31046.18

.43111-⨯=--= U CEQ = U om +U CES = 3+1 = 4V

5．校核放大器倍数：

be L u r R A '-=

β 其中R 'L = R L ∥R c

)

()(26)1(mA I mV r r EQ b b be β++=' Ω

≈Ω=++=k 4.1138646.126)

601(300

Ω

⨯≈⨯+⨯⨯⨯=+='333

3101.210

)6.38.4(106.3108.4)(L c L c L

R R R R R 86

10

4.1101.26033

-≈⨯⨯⨯-=-=be

L

u r R A β 所以A u 值达到指标要求。

6．计算偏置电路元件R b1、R b2与R e 等。

从（2）、（5）式可得： I BQ = I CQ / β，I b1 = 8 I BQ

因要求Q 点较稳定，故I b1取大点，于是：

BQ b I I 81=

βCQ

I 8=

mA

A 195.010195.060

1046.1833=⨯=⨯⨯=-- 11b B C b I U E R -=