电压放大电路设计Word下载.docx

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1.器件资料：

上网查询本实验所用的三极管9013的数据手册，画出三极管封装示意图，标出每个管脚的名称，将相关参数值填入下表：

参数符号

参数值

参数意义及设计时应该如何考虑

VCBO

Max45V

超过这个电压三极管就可能被击穿。

在设计时需保证UCB，UCE，UEB在以上参数范围内以保证三极管正常工作。

VCEO

Max25V

VEBO

Max5V

ICM

hFE

64~300

直流电流增益

VCE（sat）

Max0.6V

集电极-发射极饱和压降

VBE

Max1.4V

基极-发射极正向电压

fT

Min150MHz

特征频率

2.偏置电路：

图3-3中偏置电路的名称是什么？

简单解释是如何自动调节晶体管的电流IC以实现稳定直流工作点的作用的，如果R1、R2取得过大能否再起到稳定直流工作点的作用，为什么？

答：

分压偏置。

R1、R2分压，使得电路的静态工作点稳定，从而使得Ic，Ib稳定。

如果R1、R2取值过大，导致R1，R2电路中电流小，从而会影响到流入基极的电流，计算时不能忽略基极电流，从而使直流工作点不稳定。

3.电压增益：

（I）对于一个低频电压放大器，一般希望电压增益足够大，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以提高电压增益，分析这些方法各自优缺点，总结出最佳实现方案。

共射和共基组态的放大倍数是相对较大的，但输出阻抗较大。

共集放大倍数约为1，但是输出阻抗远小于共射和共基，在希望有较大的电压增益时一般不会采用。

一般采用共射组态：

增益为

由于β、

是三极管本身参数而Rl是负载，都无法改变，因此可以通过增大Rc的方法增大增益。

多级放大器级联可以利用共射、共基和共集组态各自的输入输出特性，组成级联放大电路，从而使得电路的特性达到最优化，但是具体的电路参数要根据实际的要求来决定。

（II）实验中测量电压增益的时候用到交流毫伏表，试问能否用万用表或示波器，为什么？

不能。

原因是实验中所测的信号幅度都很小，而万用表和示波器测量时本身的信号干扰等误差是不可避免的，会导致信号有很大毛刺，想比较而言交流毫伏表测量的干扰就要小很多。

但是实验时交流毫伏表对电路的影响貌似更大，为什么？

4.输入阻抗：

1）放大器的输入电阻Ri反映了放大器本身消耗输人信号源功率的大小，设信号源内阻为RS，试画出图3-3中放大电路的输入等效电路图，通过连线回答下面的问题，并做简单解释：

Ri=RS放大器从信号源获取较大电压

Ri<

<

RS放大器从信号源吸取较大电流

Ri>

>

RS放大器从信号源获取最大功率

Ri=RS放大器从信号源获取最大功率

Ri<

RS放大器从信号源吸取较大电流

Ri>

RS放大器从信号源获取较大电压

当Ri=RS，由于P=[Us/（Ri+Rs）]2Ri，此时P最大。

当Ri<

RS，输入阻抗很小，I=Us/（Rs+Ri），此时电流较大。

当Ri>

RS，输入阻抗较大，由U=【Us/（Ri+Rs）】*Ri，此时分得电压较大。

2）图3-1是实际工程中测量放大器输入阻抗的原理图，试根据该图简单分析为什么串接电阻RS的取值不能太大也不能太小。

图3-1放大器输入阻抗测量原理图

而为正常工作，必须电压电流都适当

3）对于小信号放大器来说一般希望输入阻抗足够高，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以提高图3-3中放大电路的输入阻抗。

由于分压式共射放大电路的输入阻抗Ri=R1//R2//rbe，其中rbe是三极管的本身属性无法改变，所以要增大输入阻抗，可以适当的同比例增大R1、R2，但不能太大而影响静态工作点。

5.输出阻抗：

1）放大器输出电阻RO的大小反映了它带负载的能力，试分析图3-3中放大电路的输出阻抗受那些参数的影响，设负载为RL，画出输出等效电路图，通过连线回答下面的问题，并做简单解释。

RO=RL负载从放大器获取较大电压

RO<

RL负载从放大器吸取较大电流

RO>

RL负载从放大器获取最大功率

RO=RL，负载从放大器获取最大功率。

RO<

RL，负载从放大器吸取较大电流。

RO>

RL，负载从放大器获取较大电压。

原理同上

2）图3-2是实际工程中测量放大器输出阻抗的原理图，试根据该图简单分析为什么电阻RL的取值不能太大也不能太小。

图3-2放大器输出阻抗测量原理图

要确保Io和Uo都不太小，就必须保证Rl适中。

若Rl过小则Uo会很小，若Rl过大则导致Io较小。

3）对于小信号电压放大器来说一般希望输出阻抗足够小，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以减小图3-3中放大电路的输出阻抗。

在后面串入一共集放大电路，减小输出阻抗。

6.计算图3-3中各元件参数的理论值，其中

已知：

VCC=12V，Ui=5mV，RL=3KΩ，RS=1KΩ，T为9013

指标要求：

Au>

50，Ri>

1KΩ，RO<

3KΩ，fL<

100Hz，fH>

100kHz（建议IC取2mA）

用Multisim软件对电路进行仿真实验，仿真结果填写在预习报告中。

1）仿真原理图

B

2）参数选择计算

RL=3KΩ，取Re=2KΩ，要使IC取2mA，则Re上分压为4V，Ub约为4.6V，取RB2为5KΩ，则电位器大约调到8KΩ。

根据上下限频率可确定各电容值，Rc和Rl取相近。

3）仿真结果

7.对于小信号放大器来说一般希望上限频率足够大，下限频率足够小，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以增加图3-3中放大电路的上限频率，那些方法可以降低其下限频率。

可通过减小R1和R2（同比例）增加上限频率

fL主要受C1、C2、CE的影响

，

因此可以通过适当增大C1、C2、CE减小

8.负反馈对放大器性能的影响

在共射放大电路上增加负反馈，可使增益减小，带宽增加，输入阻抗、输出阻抗都会增大，并对噪声，干扰和温漂具有一定的抑制作用。

9.设计一个由基本放大器级联而成的多级放大器，

VCC=12V，Ui=5mV，RL=1KΩ，T为9013

要求满足以下指标：

|Au|>

100，Ri>

100Ω

采用共射-共基-共集放大电路进行多级放大，共射电路输入阻抗大且控制增益，共基的输入阻抗小，Rl’小，上限频率提高，但放大倍数不受影响，共集电路的输出阻抗小。

这样设计满足题目要求。

具体参数计算同上，也是根据要求计算静态工作点。

如上图所示，增益为247.908/1.743=142

三、实验内容

1.基本要求：

图3-3射极偏置电路

1）研究静态工作点变化对放大器性能的影响

（1）调整RW，使静态集电极电流ICQ=2mA，测量静态时晶体管集电极—发射极之间电压UCEQ。

记入表3-3中。

（2）在放大器输入端输入频率为f=1kHz的正弦信号，调节信号源输出电压US使Ui=5mV，测量并记录US、UO和UO’（负载开路时的输出电压）的值并填于表3-1中。

注意：

用双踪示波器监视UO及Ui的波形时，必须确保在UO基本不失真时读数。

（3）根据测量结果计算放大器的Au、Ri、Ro。

表3-1静态工作点变化对放大器性能的影响

静态工作点电流ICQ（mA）

2

测量值

理论值

误差

输入端接地

UBQ（V）

4.627

4

15.6%

UCQ（V）

7.916

8

1%

UEQ（V）

3.999

3.4

17.6%

输入信号Ui=5mV

US（mV）

9.3

13.08

28.8%

UO（V）

0.417

0.425

1.8%

UO’（V）

0.696

0.708

1.7%

计算值

UBEQ

0.629

0.6

4.8%

UCEQ

3.921

4.6

14%

Au

83.4

85

Ri/kΩ

1.5

1.8

16.7%

RO/kΩ

10%

实验结果分析：

从实验所得到的结果与理论值进行比较可以看出，实验还是非常理想的，实验结果在误差允许范围之内，基本与理论值相符合。

但是其中关于US的测量还是存在一定误差。

个人估计是因为实验中仪器的内阻不能忽略的问题，导致实验结果与理论结果存在一定的偏差。

2）观察不同静态工作点对输出波形的影响

（1）改变RW的阻值，使输出电压波形出现截止失真，绘出失真波形，并将测量值记录表3-2中。

（2）改变RW的阻值，使输出电压波形出现饱和失真，绘出失真波形，并将测量值记录表3-2中。

表3-2不同静态工作点对输出波形的影响

完全截止

截止失真

饱和失真

完全饱和

RW变大、小

0.609

0.6337

6.253

6.502

—RW增大获得截止失真，RW减小获得饱和失真———

11.976

11.876

6.285

6.050

0.0006

0.099

5.614

5.860

波形

如下

ICQ（mA）

2.4

7.2

12

R1

95k

3.3k

（实验提示：

测量截止失真波形时可以加大输入信号幅度）

失真图形：

截止失真：

饱和失真：

从实验结果可以看出，在实验误差的允许范围内，实验结果与理论值相同。

RW增大获得截止失真，RW减小获得饱和失真。

但是在完全饱和时，实验误差比较大。

在实验过程当中，调出饱和失真也比较困难。

在实验过程当中，要适当调节RW的大小，避免出现饱和失真和截止失真。

3）测量放大器的最大不失真输出电压

分别调节RW和US，用示波器观察输出电压UO波形，使输出波形为最大不失真正弦波。

测量此时静态集电极电流ICQ和输出电压的峰峰值UOP-P。

带负载时测量ICQ=2.488mA，UOP-P=3.36V

结果如下图所示

当ICQ=2.488mA时，得到最大不失真输出UOP-P=3.36VV，再增大输入信号源电压Us即同时出现饱和失真和截止失真。

在实验过程当中，就需要注意R1的大小，避免在较大信号输入时出现失真。

4）测量放大器幅频特性曲线

（1）使用扫频仪测出放大器的幅频特性曲线并记录曲线，读出下限频率fL、上限频率fH。

上限频率657KHz增益38.1db

中间频率10KHz增益41.1db

下限频率63Hz增益38.1db

（2）调整ICQ=2mA，保持Ui=5mV不变，完成以下内容，计入表3-3中：

（I）参考

（1）中测得曲线，分别在低频区（取fL）、中频区（任取）和高频区（取fH）各取一点测量UO值，记录下限频率fL、上限频率fH，计算带宽BW。

（II）输入Ui=5mV，f=fL，用示波器双踪显示输入输出波形，记录波形，并测量两者间的相位差Φ；

（III）输入Ui=5mV，f=fH，用示波器双踪显示输入输出波形，记录波形，并测量两者间的相位差Φ。

表3-3放大电路的幅频特性

f/kHz

fL=90Hz

f=1KHz

fH=180KHz

UO/V

0.284

0.403

0.290

Vi超前VoΦ=∆t/T∙3600

1440

————

1800

带宽BW=180KHz

试验中相位偏差比较大，实验结果并不是十分理想。

f=fL时的输入输出波形图：

CH2输出

CH1输入

实验结果分析：

f=fH时的输入输出波形图：

5）负反馈对放大器性能的影响

在实验电路图3-3中增加反馈电阻RF=10Ω，构成电流串联负反馈放大器,如图3-4所示。

调整ICQ=2mA，测量该电路的增益Au、输入阻抗Ri、输出阻抗RO、下限频率fL、上限频率fH、带宽BW，填入表3-4中，并和前面实验的测量结果进行比较。

图3-4电流串联负反馈放大电路

表3-4电流串联负反馈放大电路测量

实验1）、4）结果

4.601

8.02

3.974

8.1

0.244

0.411

幅频特性

fL/kHz

0.06

———

——

fH/kHz

230

0.630

4.058

48.8

BW/kHz

——

2．提高要求

设计一个由基本放大器级联而成的多级放大器，RL=1KΩ，要求满足以下指标：

写出具体设计过程，计算电路参数以及Au、Ri和RO的理论值。

设置合适的静态工作点，在放大器输入端输入频率为f=1kHz的正弦信号，调节信号源输出电压US使Ui=5mV，用示波器双踪显示Ui、Uo的波形，在输出波形不失真的情况下，记录波形，测量US、UO和UO’（负载开路时输出电压）并计入表3-5中。

根据测量结果计算放大器的Au、Ri、Ro，与理论值比较。

表3-5多级放大器技术指标测量

1）设计过程

2）双踪显示输入输出波形图：

3）实验结果分析：

4）总结多级放大器的设计方法