晶体管放大器的设计与调测--毕业论文设计.docx

晶体管放大器的设计与调测

学 号
学生姓名
专业名称 应用物理学（通信基础科学）
所在系（院） 理学院
指导教师

2016 年 12月 22日

晶体管放大器的设计与调测

（北京邮电大学，北京 100876）
摘 要：通过自主设计晶体管放大电路，来达到所需要的电路指标。主要是利用分压式电流负反馈偏置的单级共射放大电路，提前确定RE，RC，CB，CC，CE的值来使电路达到符合要求的静态工作点与放大倍数，输入电阻以及输出电阻，并且使电路具有一定的稳定性。
关键词：晶体管；单管共射；放大电路；电流负反馈
Design and Adjustment of Transistor Amplifier
Jialiang Zhang
(Beijing University of Posts and Telecommunications, BJ 10, China)

Abstract：Through the design of transistor amplifier circuit, to achieve the required circuit indicators. RC, CB, CC, CE values in advance to make the circuit meet the requirements of the static operating point and the magnification, the input resistance and the output of the output current, Resistance, and the circuit has a certain stability.
Keywords: Transistor; single-tube common firing; amplifier circuit; current negative feedback
引言
在工程中我们经常需要一定功能的放大电路，而这就需要自主设计一个符合要求的放大电路，本次实验即为自主设计一个给定放大倍数，输入输出电阻并且稳定的单级共射放大电路。再通过调测使电路正常工作并且得到所要的结果。
1 实验目的
1. 学习分压式电流负反馈偏置的单极晶体管放大电路的设计方法，初步建立工程概念。
2. 熟练掌握放大器静态和动态调测方法。
3. 掌握分压式电流负反馈偏置的单极晶体管放大电路工作原理。
4. 进一步熟悉常用电子仪器的使用。
2 实验原理
图一为电阻分压式静态工作点稳定放大器电路。它的偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号ui后，在放大器的输出端便可得到一个与ui相位相反，幅值被放大了的输出信号u0，从而实现了电压放大。

图一
1. 共射极单管放大器的设计
（1）设计放大电路时，当放大器输入信号较小，电路不易出现非线性失真，因此可以主要考虑其他指标要求。若以追求低功耗为主，则工作点应尽量选低些，如图二中的Q1点；若以追求高放大倍数为主，则工作点应尽量选高些，如图二中的Q3点。当放大器的输入信号较大，电路容易出现非线性失真，因此要尽可能增大动态范围以减小出现非线性失真的几率。此时工作点应选在交流负载线的中央，如图二中的Q2点。

图二
如果设计指标中对放大器的输入电阻Ri有要求，也可以根据对Ri的要求来确定静态工作点ICQ，由图一可知

对于小功率低频管rbb’的典型值为300Ω，对于小功率高频管rbb’的典型值为50Ω，由于一般rbe比RB1//RB2小得多，因此在初选ICQ时，可以近似认为Ri=rbe.
（2）确定偏置电阻RB1和RB2的值
根据共射单极管放大器的工作原理，只有当I1远大于IBQ时，才能保证UBQ恒定。这是工作点稳定的必要条件，一般取I1=（5~10）IBQ。
负反馈愈强电路的稳定性愈好。若UBQ大些，则容许的RE较大，则负反馈较深，电路较稳定，但要考虑电源供电电压的大小，折中选定。一般取UBQ=（1/3~1/5）UCC。由图一可知

实际调测中，RB1通常由固定电阻与电位器串联以便于调节静态工作点，同时起到保护电路的作用。
（3）确定RE和RC的值

根据设计指标对电压放大倍数的要求确定RC的值：

其中RL’=RC//RL，RL为电路所接负载
（4）核算工作点电压
各电阻值取定后要反过来核算一下晶体管的工作点电压UBQ、UCQ和UEQ，确保晶体管处于放大状态，否则需要重新设计。
（5）确定各个电容取值
输入输出耦合电容CB和CC的作用是隔直流通交流，对交流输入信号应近似短路，所以电容CB和CC的交流阻抗应远小于与之串联的电阻。旁路电容CE的作用是较小发射极交流负反馈，CE与RE并联的阻抗应小于与之串联的等效电阻。可按下式估算电容值

3 设计要求
利用三极管8050设计一个分压式电流负反馈偏置的单级共射极小信号放大器，放大器电源电压+12V，负载为2kΩ，信号源内阻为50Ω，最低工作频率为1000Hz。
电路指标要求：电压放大倍数大于50，输入电阻大于2kΩ。
4 实际调测任务
1. 静态工作点的调测（用监测UEQ的方法间接测量ICQ）
将电路的静态工作电流ICQ调节至设计值，并进一步测量其他静态参数，验证三极管处于放大状态，记录相关静态参数。
2. 测量电压放大倍数
放大器输入适当频率和幅度的正弦信号，在电路处于正常工作状态下（无干扰、无自激、无明显非线性失真），毫伏表测量负载为2kΩ和∞两种情况下的输出信号的有效值，计算相应的电压放大倍数，比较分析结果，验证电路是否达到指标要求，如果不能，调整电路直至达标，记录相关直接测量数据和间接测量数据，并在坐标纸上定量画出合格电路的输入输出波形。
3. 伏安法测量电路的输入电阻和输出电阻
RL=2kΩ，输入信号取频率为1kHz的正弦信号，用伏安法测量电路的输入输出电阻。将实际测量值和理论值进行比较，记录相关直接测量数据和间接测量数据。
4. 观察静态工作点对输出波形失真的影响
RL=2kΩ，ui=0V，调节RW使ICQ=1mA，测出UCE的值，再逐步加大输入信号，使输出电压uo足够大但不失真。然后保持输入信号不变，分别增大和减小RW，市波形出现两种失真，画出不同情况下的uo波形，并记录相应的相关静态数据，比较分析并给出结论。
5. 测量最大不失真输出电压
6. 测量不同静态工作点对电压放大倍数的影响

5 实验结果

电路元件的选择： RB1=53.39kΩ RB2=55.92kΩ RE=2.678kΩ
RL=2kΩ RC=2kΩ
CB=33μF CC=33μF CE=220μF
实际电路如图所示：

1. 静态工作点的调测
此时有如下数据：
UBQ=5.093V，UCQ=8.025V，UEQ=5.263V
ICQ≈2mA，IBQ=38.3μA
ICQ/IBQ≈52.22 故起到了放大作用
2. 测量电压放大倍数
输入信号幅值为20mV，频率为1kHz
Rc -> 2kΩ Uo=0.4790V β=67.74
Rc -> ∞ Uo=0.9674V β=136.81
电路指标能够达到要求，输入输出波形如图：
Rc -> 2kΩ

Rc -> ∞

3. 伏安法测量电路的输入电阻和输出电阻
测量数据如下表所示：
输入电阻：

故输入电阻约为 Ri≈4.5347kΩ

输出电阻：

故输出电阻约为 Ro≈1.1kΩ

4. 观察静态工作点对输出波形失真的影响

Rw减小时，失真情况如图：

此时UBQ=7.432V UCQ=6.953V ICQ=2.588mA IBQ=58.62μA

Rw增大时，失真情况如图：

此时 UBQ=3.997V UCQ=9.482V ICQ=3.5288mA IBQ=89.75μA

5. 测量最大不失真输出电压
电压为最大不失真输出时，输入输出信号如图:

输入有效值为 Ui=23.69mV 输出信号有效值为Uo=3.848V

6. 测量不同静态工作点对电压放大倍数的影响
在第4项工作中：
Rw减小：输入信号 Ui=23.69mV 输出信号有效值 Uo=1.046V
放大倍数 β=44.15 放大倍数变小
Rw增大：输入信号 Ui=23.69mV 输出信号有效值 Uo=0.9315V
放大倍数 β=39.32 放大倍数变小

7 思考题
1. 本实验中，如果输入阻抗不能达到指标要求，可以在本放大器前增加一个什么电路以提高输入阻抗？请画出该电路的电路图并阐释其工作原理。
答：可以再加入一个共集放大电路。共集放大电路输入电阻比共射高得多，而且输出电阻Ro很小，有很强的带负载能力

共集放大电路输入电阻通常为几十千欧，输出电阻通常为几十欧。

2. 实际测量时如果电路不能正常工作，应从哪些方面寻找原因排除故障？
答：首先检查电路是否连接正确，检查插头是否都已经连接好，直流偏置是否正常，输入信号的频率和幅值是否在正常范围内。
再检查电路元件的选取是否科学合适，是否适合电路，还有就是各元器件和探头是否接地，电路中是否有器件损坏而发生短路，断路等。

3. 测试中，如果函数信号发生器、交流毫伏表、示波器中任意一个仪器的接地端连接有误，将会出现什么问题？
答：可能会出现电路各个静态动态指标不正常的情况。
信号发生器接地端接错时，接的一端变成地端，连在该端的所有元件接地，可能会出现静态与动态工作时的错误，电路不能正常工作。
交流毫伏表接地端连接错误时，示数可能出错。
示波器接地端有错误时，所示波形有可能出错。
4. 回顾自己实际测试的过程中，你认为有哪些需要提醒以后的实验者注意？
需要提前计算好原件的参数，连接电路时要仔细不能出错。要学会调试电路使电路正常工作。在测量时注意输入信号的频率和幅度是否满足要求，否则可能会无法显示出波形或者显示的波形出现失真。

8 总结
此电路实验为自主设计单管共射电路并对其进行了深入的研究，通过准确确定直流工作点和交流工作时各元件参数来提高放大倍数和输入电阻，实验结果中的第六项没有得到同实验原理中的结果。究其原因应为所选直流工作点太靠上或太靠下，导致所得的波形有较大部分被截断，得到的电压有效值变小，除此，其他的结果都符合实验原理中预期的结果。
总之，此时实验结果符合预期，比较顺利。

9 参考文献

[1] Tektronix示波器使用手册.
[2]电子测量与电子电路实验.北京邮电大学电子工程学院电路中心[J]:86-87