第四講晶體管放大電路的設(shè)計(jì)

第四講晶體管放大電路的設(shè)計(jì)第一頁，共十五頁，2022年，8月28日第四講晶體管放大電路的設(shè)計(jì)第二頁，共十五頁，2022年，8月28日晶體管小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)晶體管小信號(hào)放大器主要用于前級(jí)微弱信號(hào)放大，如話筒放大，磁頭放大及其他傳感器信號(hào)源的放大等，除保證足夠的增益外，還起到阻抗變換的作用。通過本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，掌握晶體管放大器的正確設(shè)計(jì)方法。加深對(duì)晶體管的放大作用的理解，正確理解晶體管處于放大狀態(tài)下的偏置條件；能夠熟練的對(duì)晶體管放大電路進(jìn)行調(diào)整，以使其満足工程實(shí)際的要求。同時(shí)正確掌握放大器電壓放大倍數(shù)、輸入輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測試方法，為今后的復(fù)雜電路設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。1．題目概述第三頁，共十五頁，2022年，8月28日2．設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)并一個(gè)分立元件組成的晶體管放大器。已知：輸入信號(hào)電壓ui=20mV，f=1KHZ；負(fù)載電阻RL=5.1KΩ；工作溫度范圍0～45℃。主要技術(shù)指標(biāo)要求如下：（1）電壓放大倍數(shù)Au=100；（2）輸入阻抗Ri≥47KΩ；（3）帶寬BW=50Hz~100KHz；3．預(yù)備知識(shí)（1）認(rèn)真復(fù)習(xí)教材中關(guān)于晶體管基本放大電路的有關(guān)知識(shí)；（2）深刻理解晶體管放大電路的偏置條件及對(duì)電路的影響；（3）掌握單極型晶體管的性能特點(diǎn)；（4）掌握常用電工測量儀表的基本原理和正確使用方法。晶體管小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)第四頁，共十五頁，2022年，8月28日4．總體設(shè)計(jì)晶體管小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)（1）課題分析根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要實(shí)現(xiàn)電壓放大倍數(shù)Au=100；輸入阻抗Ri≥47KΩ；采用單級(jí)雙極型三極管放大電路是無法實(shí)現(xiàn)的，就本題而言，系統(tǒng)可分為二級(jí)：輸入級(jí)和主放大級(jí)?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。（2）方案討論①輸入級(jí)：主要完成阻抗變換，實(shí)現(xiàn)輸入阻抗Ri≥47KΩ的設(shè)計(jì)要求；②主放大級(jí)：主要完成電壓放大作用，實(shí)現(xiàn)電壓放大倍數(shù)Au=100的設(shè)計(jì)要求。圖1-1晶體管電壓放大器方框圖第五頁，共十五頁，2022年，8月28日5．主放大電路設(shè)計(jì)晶體管小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)（1）電路類型選擇：為了實(shí)現(xiàn)電壓放大倍數(shù)Au=100的設(shè)計(jì)要求，主放大級(jí)宜采用固定分壓偏式共射大電路形式，工作穩(wěn)定性最好。（2）電路結(jié)構(gòu)：如右圖1-2所示。圖1-2固定分壓偏置式放大電路（3）元件選取與參數(shù)計(jì)算：①選擇半導(dǎo)體三極管：從給出的技術(shù)要求可知，該電路工作在低頻小信號(hào)場合，工作溫度范圍又較寬，故可選擇熱穩(wěn)定性較好的低頻小功率三級(jí)管3DG6B，從手冊(cè)上查出它的主要參數(shù)是PCM=100mW，ICM=20mA，UCEO≥20V，對(duì)該管進(jìn)行實(shí)測，假設(shè)β=60。第六頁，共十五頁，2022年，8月28日5．主放大電路設(shè)計(jì)晶體管小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)②確定電源電壓VCC為保證放大輸出信號(hào)幅度的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生非線性失真，一般取VCC≥2uom+UE+UCES圖1-2固定分壓偏置式放大電路由于輸入信號(hào)電壓幅值為則輸出信號(hào)電壓幅值為若取三極管飽和壓降的臨界值UCES≈1V，則靜態(tài)集一射壓降設(shè)置在UCEQ≥uom+UCES=3.82V又由于這種典型放大器靜態(tài)的工作(估算)條件是：I1≈I2>>IB和UB>>UBE第七頁，共十五頁，2022年，8月28日5．主放大電路設(shè)計(jì)晶體管小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)圖1-2固定分壓偏置式放大電路一般取I1=(5-10)IB和UB=(5～10)VBE。硅管UB=3～5V，鍺管UB=1～3V，若近似取UB=4V，UE=UB-0.7=3.3V再按VCC≥2uom+UE+UCES=2×2.82+3.3+1=10V。考慮留有余量取VCC=12V(標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)電壓)。③計(jì)算和確定集電極電阻RC由放大電路的靜、動(dòng)態(tài)分析可知，RC是決定靜態(tài)工作點(diǎn)和滿足電壓增益要求的一個(gè)關(guān)鍵元件。一般應(yīng)從輸入至輸出逐步推算。先確定輸入回路的動(dòng)態(tài)范圍：基極信號(hào)電流的幅值為第八頁，共十五頁，2022年，8月28日5．主放大電路設(shè)計(jì)晶體管小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)取若rbe=1.2KΩ，則為了使輸入動(dòng)態(tài)信號(hào)不出現(xiàn)非線性失真，即信號(hào)動(dòng)態(tài)工作不進(jìn)入輸入特性下面的彎曲部分，通常取最小基極電流則靜態(tài)基流再在輸出回路進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算：根據(jù)管子的電流放大作用有圖1-2固定分壓偏置式放大電路又由于若取UCEQ=4V，UE=3.3V得取標(biāo)稱值RC=3K第九頁，共十五頁，2022年，8月28日5．主放大電路設(shè)計(jì)晶體管小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)④計(jì)算確定射極電阻Re⑤計(jì)算確定Rb1、Rb2由I1=(5-10)IB，取I1=5IB=5×28.5≈0.1425mA圖1-2固定分壓偏置式放大電路即為標(biāo)稱值取標(biāo)稱值Rb2=36K實(shí)際電路中Rb1用一個(gè)固定電阻與一個(gè)可調(diào)電阻串聯(lián)來代替，方便工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)。取標(biāo)稱值RE=1.8K第十頁，共十五頁，2022年，8月28日5．主放大電路設(shè)計(jì)晶體管小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)圖1-2固定分壓偏置式放大電路⑥確定耦合電容和射極旁路電容C1、C2和Ce如果是放大低頻信號(hào)(f=20Hz～200KHz)，則耦合電容和射極旁路電容可直接取經(jīng)驗(yàn)標(biāo)稱值：⑦校驗(yàn)由于符合指標(biāo)要求。第十一頁，共十五頁，2022年，8月28日晶體管小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)（1）電路類型選擇：為實(shí)現(xiàn)輸入阻抗Ri≥47KΩ的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)模擬電路知識(shí)，輸入級(jí)宜選用共集電極電路（射極輸出器）。這種電路具有輸入阻抗高、輸出阻抗低的特點(diǎn)。6．輸入電路設(shè)計(jì)（2）電路結(jié)構(gòu)：射極跟隨器的原理圖如圖1-3所示。它是一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，它具有輸入電阻高，輸出電阻低，電壓放大倍數(shù)接近于1，輸出電壓能夠在較大范圍內(nèi)跟隨輸入電壓作線性變化以及輸入、輸出信號(hào)同相等特點(diǎn)。圖1-3共集電極電路第十二頁，共十五頁，2022年，8月28日（3）元件選取與參數(shù)計(jì)算：①選擇半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管的選擇同上，但要注意，對(duì)于小信號(hào)輸入級(jí)，為降低熱噪聲，工作電流不宜過大，一般Ic＜1mA。假設(shè)β=100圖1-3共集電極電路晶體管小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)6．輸入電路設(shè)計(jì)②)確定Rb一般，取Rb>>Ri，取Rb=10Ri=470K，實(shí)際電路中可以用一個(gè)200K的固定電阻與一個(gè)470K的可調(diào)電阻串聯(lián)使用。③計(jì)算Re對(duì)于射極輸出器，其輸入電阻Ri=Rb∥[rbe+(1+β)(Re∥RL)]≈(1+β)(Re∥RL)≥47K，即：(Re∥RL)≥0.47K，第十三頁，共十五頁，2022年，8月28日晶體管小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)6．輸入電路設(shè)計(jì)④C1、C2的選取同上。⑤驗(yàn)算輸入電阻RiRi≈(1＋β)(Re∥RL)=101×1