实验1阻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

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。

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，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。 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212b 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

BE BQ V V )10~5(≥ (

因此V BQ ≥V BE ∴V BQ ≈V EQ

I CQ =βI BQ

V CEQ ≈V CQ R C —V EQ （

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 -≈=-=

-==

1112)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 （

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'(-= ( 其中，V CC ′=V CC －V E

，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）确定静态工作点Q

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．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

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()(11⨯+=

be S L r R C ω ( )10~3()(12⨯+=L C L R R C ω (

)

(1

)1(be S L e r R C ++=ωβ ( 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：

由图

be S L r R R AV +='

β (

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

为了避免不必要的机壳间的感应和干扰，必须将所有仪器的接地端连接在一起。

示波器接在放大器的输出端，用于观察输出信号是否有失真（对于正弦波电压，应无明显的削波现象），因而，测量放大倍数，必须是在输出信号不失真条件下的放大倍数。知信号波形已经失真，再测量放大倍数就毫无意义了。

5．设计步骤

通常是根据技术指标的要求，选择晶体管；确定电路形式；确定静态工作点；电源电压和电路元件数值；进行复核验算；直到达到要求，然后通过实验调试修改电路参数来达到指标要求。其具体步骤如下：

1）选择晶体管。首先要考虑两点，其一，晶体管的fβ≥f H,（可在手册上查找）其二，根据对动态范围的要求，应保证晶体管BV CED>2V om,最大的集电极电流I CM>2I CQ，若为我级放器，则末级的最大耗散功率P CM>P O。

2）确定电路形式。一般选取容易满足主要技术指标要求的某种类型的电路。

3）根据放大倍数的公式，估算放大倍数，能满足要求就用单级，否则可考虑用多极。

4）根据输出动态范围和发射极电压V E，按（，在确定时注意规格化。通常用的有6、9、12、15、21、24、30伏等几种。

5）选择基级电流I BQ，I BQ的选择应考虑不使放大器产生截止失真。因为晶体管的输入特性曲线下面部分弯曲得很厉害，会产生严重失真。因此最小电流应不小（10～20）μA。I BQ 应满足I BQ>I Bm+（10～20）μA。I bm为基极交流i b的最大幅值。

6）根据温度稳定性的要求，计算偏置电路元件，R b1、R b2、R e等。

7）选择直流负载电阻R C，R C对放大倍数，动态范围，通频带都有影响。可根据主要指标来选择。

8)根据下限频率的要求，确定C1，C2及C e等。

9)所计算出的电阻值，电容值应取标称系列值。

10)复核验算

根据放大倍数公式有及Vcc=V om+V CES+I CQ(Rc+Re)，验算A V和V CC是否符合给定要求。

1.基本要求 :设计一个工作点稳定的阻容藕合放大器。

要求：A V≥50，动态范围V OPP=3V，通频带B W为50H Z～10KH Z。

已知：R L=3.6KΩ，R S=600Ω，u1=10mV，r be=1KΩ.晶体管用9013 ≥50

电位器：100KΩ、、47KΩ

2．扩展要求

在单级放大器中，若负载电阻太小，共发射极放大器的增益和动态范围将会变小，因此需要加一共集电极电路进行隔离（缓冲）。

1) 设计共集电极电路晶体管用9013，负载电阻R L=500Ω，要求总增益不变。

2）按设计参考电路进行计算机仿真实验，调整元件差值达到设计要求。

3）在单级放大器输出端加上共集电极电路组成两级放大器，在实验板上搭建电路，实际测试两极放大总的增益A V以及R i 、R0

1.静态工作点的调试

用万用表的直流电压档测量所设计电路中集电极对地，发射极对地的电压时，如果Vc=Vcc或VE=0，则说明Ic=0，晶体管工作在截止区；如果Vc太小，即Vc—VE=VCE≤0.5V，则说明Ic太大，使R C上降压过大，晶体管工作在饱和区。上述两种情况都是静态工作点选择不合理，应调整R b1,，使I CQ，V CEQ符合规定值。

在判明放大器不截止，也不饱和后，调节Rb1值，使工作点达到计算值，测量晶体管各极电压值。