实验1阻容耦合放大器的设计与调测 5.docx

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1、第三部分模拟电子技术基础试验试验1阻容耦合放大器的设计与调测试验目的1 .能依据肯定的技术指标要求设计出单级放大电路。2 .讨论单级低频小信号放大器静态工作点的意义。3 .把握放大器主要性能指标的测试方法。4 .把握用射随器提高放大器负载力量的方法。试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纳的偏置形式，如图.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。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，其沟通负载由

2、Rc与外接负载电组成。由即、g及Rc组成电流反馈式偏置电路，放射极沟通旁路电容C、是用来消退R。对信号增益的影响，隔直电容G、C2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沟通信号耦合到后一级。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打算的点。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，以削减直流功耗。通常，为了使工作点稳定，应先稳定IcQ，而IctJ IQ,因此

3、，只要稳定了【EQ也就稳定了%,如能满意L2Irq, VbVbe,则迷匚 几乎与晶体管的参数无关，可近似值看成%+以2是恒定的。_ Veq _ /Q 【BE VfiQeq=R；= Re F这样可以看成是稳定的。在选择偏置电路元件参数时，既要考虑到满意工作点稳定的条件，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l(510)时0()J _【CQ1/Q (5 10)/因此 Vbq2VbE* VJQjVeQIcq- IbqVceqV cqRcVeq由电路可得偏置元件的计算公式R = % = VliQb2 A (5-i0)Rhi =()实际中路通常用一固定电阻与电位器串联，以便调整工作

4、点lBQo电源电压Vcc的变动，负载Rc的转变都会影响静态工作点，因此，静态工作点就取决于I区的选择，调整偏置电阻Rb值，从而使工作点尽量选在沟通负载线的中心。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%” = 2匕加=22Vo o动态范围的大小，与Vcc、Rc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肯定的动态范围，应依据Rl、Vopp、Ve来选择放大器的工作状态。则%L5(2L + %s) + ()因&s为晶体管的反向饱和压降，一般小于IV,计算时可取为IV。为晶体管的射极电压。一般楮管取

5、(1-3) V,硅管取(3-5) Vo(2)选择直流负载Rc当h确定后，依据对动态范围的要求，可选定比值。Rc=(vVces _2)时()其中，Vc =Vcc-Ve或适用于多级放大器，对于单级放大器的直流负载电阻Rc,可按给定的Rl、B、Rs值算出。（3）确定静态工作点QCEQ 匕+ VcESCQ- Rc计算出V侬及后，应作直流与沟通负载线，假如选择的Q点不符合要求，可在5的选择上作出修改，若按式计算出的Rc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G、C2及旁路电容C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Av,使A随信号频率而变化，

6、其变化曲线称为频率响应曲线。如图。*Av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，满意门2后就可以了。重点考虑低频特性满意技术的要求。因此，在计算耦合电容和旁路电容时，可按下列公式计算。（在R2rbe的状况下） JRs +”)1x (3 10)（） l(Rc+Rl)x(310)C= + 0 l(Rs +“)（）4 .放大倍数放大倍数是反映放大电路对信号放大力量的一个参数，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：AV =匕由图的等效电路可得()AV=-RS + rbe测量u及U放大倍数为测量，实际上是沟通电压的

7、测量，对于低频弦电压，可用晶体管毫伏表直接而对非正弦电压可通过示波器比较法进行测量，测量仪器连接如图所示。图2. 1.3测量放大倍数的方框图为了避开不必要的机壳间的感应和干扰，必需将全部仪器的接地端连接在一起。示波器接在放大器的输出端，用于观看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，必需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 .设计步骤通常是依据技术指标的要求，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，然后通过试验调试修改电路参数来达到指标要求。其详细步骤如

8、下：1）选择晶体管。首先要考虑两点，其一，晶体管的A 24 （可在手册上查找）其二,依据对动态范围的要求，应保证晶体管BVcED2Vom,最大的集电极电流Icm2Icq,若为我级放器,则末级的最大耗散功率PcmPoo2）确定电路形式。一般选取简单满意主要技术指标要求的某种类型的电路。3）依据放大倍数的公式，估算放大倍数，能满意要求就用单级，否则可考虑用多极。4）依据输出动态范围和放射极电压以，按（）式来确定电源电压Vcc,在确定时留意规格化。通常用的有6、9、12、15、21、24、30伏等几种。5）选择基级电流加，1网的选择应考虑不使放大器产生截止失真。由于晶体管的输入特性曲线下面部分弯曲得

9、很厉害，会产生严峻失真。因此最小电流应不小（1020） Ao 应满意I0QlBm+ （1020） Ao 1bB为基极沟通ib的最大幅值。“6）依据温度稳定性的要求，计算偏置电路元件，路、R,2、R。等。7）选择直流负载电阻Rc, R。对放大倍数，动态范围，通频带都有影响。可依据主要指标来选择。8）依据下限频率的要求，确定G, C2及C等。9）所计算出的电阻值，电容值应取标称系列值。10）复核验算依据放大倍数公式有及Vcc=VomVcEsIcQ（Rc+Re）,验算Av和Vcc是否符合给定要求。、设计电路技术指标1 .基本要求：设计一个工作点稳定的阻容藕合放大器。要求：Av50,动态范围Vopp=

10、3V,通频带氏为50HzlOKHz。已知：R=3.6KQ, Rs=600 , U=10mV, I=1K Q .晶体管用 9013 4 250电位器：100KQ、47K2 .扩展要求在单级放大器中，若负载电阻太小，共放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=500Q,要求总增益不变。2）按设计参考电路进行计算机仿真试验，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，在试验板上搭建电路，实际测试两极放大总的增益A、以及Ri、Ro、试验内容L静态工作点的调试用万用表的直流电压档测

11、量所设计电路中集电极对地，放射极对地的电压时，假如Vc=Vcc或VE=O,则说明Ic=0,晶体管工作在截止区；假如Vc太小，BP VcVE=VCEO. 5V,则说明Tc太大，使R。上降压过大，晶体管工作在饱和区。上述两种状况都是静态工作点选择不合理，应调整R”，使Icq, Vceq符合规定值。在判明放大器不截止，也不饱和后，调整Rbl值，使工作点达到计算值，测量晶体管各极电压值。V晚Vce+Ve=VcveVcE/ =运CQ Re2.测量放大倍数M按图接好线路，调整低频信号发生器，使输入f=1000Hz, U=10nV的信号，将此信号接至放大器的输入端，用示波器观看输出波形，在波形不失真的状况下

12、，用晶体管毫伏表测量出UocUiUoa -3.讨论负载R的转变，对电压放大倍数的影响：将外接载R.分别换成1KQ和27KQ,在波形不失真的状况下，测量V。，得出结论。R1 (K )IK27K3. 6KUo (V)4.讨论Rc对放大电路的静态工作点，电压放大倍及输出波形的影响。只转变观看输出波形，并测量小、Vb %用晶体管毫伏表测量Uo,计算Av,与设计的Rc值所测试的结果相比较，得出结论。5.观看静态工作点的变化，对放大器输出波形的影响，保持Vcc、Rc及U不变，转变R”值，使工作点偏低（引起截止失真）和偏高（引起饱和失真），用示波器观看并绘下放大器输出的波形，并用测试数据说明是何种失真波形。

13、相比较。、试验仪器1 .直流稳压电源1台2 .函数信号发生器1台3.4.5.双踪示波器VP-M5220A-1型晶体管毫伏表万用表500型、预习与试验报告1 .依据技术指标设计好电路，写出设计过程并绘出电路图。2 .用EDA技术对电路进行仿真，打印出仿真结果以备与试验测试结果相比较。3 .整理和计算测量效据，并列成表格。4 .将设计值与测试结果放大器的输出电压有什么影响?在何种状况下，可近似认为对输出电压没有影响？试验讨论与思索题1 .在测量过程中，为什么全部仪器的公共端（接地端）要连接在一起？2 .在计算放大倍数Av时，输入信号U用低频信号发生器输出端开路测量得的值和用低频信号发生器输入接入放大器测得的值，有什么不同?在什么条件下，可以近似看成一样?3.单管放大器，在输入正弦信号不变的条件下：1）使其有最大不失真输出波形，应调整什么元件.2）即变大，工作点如何变化？3）&上升，工作点如何变化？4.判别放大器工作在截止或饱和的方法有哪些？