晶体管放大器的设计与仿真
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晶体管放大器的设计与仿真. 一、实验目的 学习晶体管放大电路的设计方法; 熟悉用 Multisim2001 软件对电路进行模拟仿真; 了解负反馈对放大电路性能的影响。. 二、设计任务. 单级阻容耦合晶体管放大器设计. 已知条件. 技术指标要求. A V > 40. V CC =+12V. R i > 1k . R L =3k . R o < 3k . V i =10mV( 有效值 ). f L < 100Hz. R S =600 . f H > 100kHz. 电路稳定性好。. 三、设计步骤. 提出设计指标. 拟定电路方案. 设定器件参数.

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Presentation Transcript
晶体管放大器的设计与仿真

一、实验目的

  • 学习晶体管放大电路的设计方法;

  • 熟悉用Multisim2001软件对电路进行模拟仿真;

  • 了解负反馈对放大电路性能的影响。


二、设计任务

单级阻容耦合晶体管放大器设计

  • 已知条件

  • 技术指标要求

  • AV>40

  • VCC=+12V

  • Ri>1k

  • RL=3k

  • Ro<3k

  • Vi=10mV(有效值)

  • fL<100Hz

  • RS=600

  • fH>100kHz

  • 电路稳定性好。


三、设计步骤

提出设计指标

拟定电路方案

设定器件参数

电路仿真

仿真测试

指标满足要求

Y

安装实际电路

修改电路方案

Y

N

修改电路参数

是否要修改电路方案

N


二、设计任务

  • 已知条件

  • 技术指标要求

  • AV>40

  • VCC=+12V

  • Ri>1k

  • RL=3k

  • Ro<3k

  • Vi=10mV(有效值)

  • fL<100Hz

  • RS=600

  • fH>100kHz

  • 电路稳定性好。


四、 拟定电路方案

  • 选择电路形式

  • 考虑到电压增益要求,采用分压式射极偏置电路,并可获得稳定的静态工作点。

  • 问:如果其它要求不变,只是输出阻抗Ro≤100Ω,采用何种电路?

  • 输出电阻比较小,所以输出级应采用射极跟随器或引入电压负反馈,而射极跟随器无电压增益,故可采用两级放大电路的设计 。


工作原理

电路的Q点稳定, Q点主要由RB1、RB2、RE、RC及+VCC所决定。

若I1 >>IBQ ,

VBQ >>VBE

温度T 

IC

IE

VE、VBQ不变

VBE 

IB

IC

(反馈控制)


一般取

  • RE愈大,直流负反馈愈强,电路的稳定性愈好。一般


电路参数的确定:

  • 设计小信号放大器时,一般取ICQ = (0.5~2)mA,

VEQ = (0.2~0.5)VCC

RC由RO或AV确定:

RC≈ RO

RC


  • 上限频率fH主要受晶体管结电容及电路分布电容的限制,下限频率 fL主要受耦合电容CB、CC及射极旁路电容CE的影响

  • 如果放大器下限频率fL已知,可按下列表达式估算电容CB、CC和CE:

  • 通常取CB = CC,用上面两式算出电容值,取较大的作为CB(或CC)。


电路参数的确定:

  • 选择晶体管

  • 因放大器上限频率fH>100 kHz,要求较高,故选用高频小功率管3DG6,其特性参数 ICM=20mA,V(BR)CEO≥20V,

  • fT ≥ 150MHz

  • 通常要求ß的值大于AV的值,故选

    ß=60


设置Q点并计算元件参数

依据指标要求、静态工作点范围、经验值进行计算

  • 要求Ri1kΩ,而

取ICQ = 1.5 mA

  • 若取VBQ = 3V,得

取标称值,RE=1.5 kW


设置Q点并计算元件参数

依据指标要求、静态工作点范围、经验值进行计算

  • 因,

在安装实际电路时,为使静态工作点调整方便,RB1由30kW固定电阻与100kW电位器相串联而成。


设置Q点并计算元件参数

依据指标要求、静态工作点范围、经验值进行计算

  • 因ICQ=1.5mA,

综合考虑,取标称值,RB=1.5 kW。


设置Q点并计算元件参数

计算电容为:

取标称值,CC = CB = 10mF

取标称值,CE = 100mF


画出电路带参数的电路图

根据上述设计,得到放大器的电路图如下:


Q点设置是否合适?

(1)给放大器送入规定的输入信号,如Vi=10mV,fi = 1kHz的正弦波。

(2)用示波器观察放大器的输出vo无失真。

(3)略增大输入信号, vo无明显失真,或者逐渐增大输入信号时, vo顶部和底部差不多同时开始畸变,说明Q点设置得比较合适。

(4)此时移去信号源,分别测量放大器的静态工作点VBQ、VEQ、VCQ,并计算VCEQ、ICQ。

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六、主要性能指标及其测试方法

  • 晶体管放大器的主要性能指标有

  • 电压放大倍数AV

  • 输入电阻Ri

  • 输出电阻Ro

  • 通频带BW=fH-fL 注意:维持输入信号的幅值不变且输出波形不失真

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六、主要性能指标及其测试方法

实验测试

串联一个已知电阻R

2、输入电阻Ri

理论计算

在输出波形不失真情况下,用晶体管毫伏表或示波器,分别测量出Vi与Vs的值,则

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六、主要性能指标及其测试方法

实验测试

3、输出电阻RO

开关S

理论计算

ro为晶体管输出电阻。

(1)在输出波形不失真情况下,用晶体管毫伏表或示波器,测量负载开路时的输出电压的值Vo;

(2)接入RL后,测量负载上的电压的值VoL

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. 电路参数修改

对于一个新设计的放大器,可能有些指标达不到要求,这时需要调整电路参数。

1、如何调整电压放大倍数AV ?

Ri

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2、如何调整放大器的下限频率fL ?

希望降低放大器下限频率fL,根据电容计算式,也有三种途径,即

不论何种途径,都会影响放大器的性能指标,只能根据具体指标要求,综合考虑。

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3、负反馈对放大器性能有何影响?

引入交流负反馈后,放大器的电压放大倍数将下降,其表达式为

式中,F为反馈网络的传输系数;AV为无负反馈时的电压放大倍数。

引入负反馈后,虽然电压放大倍数下降,但可以改善放大器的其它性能 。

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. 电路参数修改

3、负反馈对放大器性能有何影响?

负反馈放大器的上限频率fHF与下限频率fLF的表达式分别为

可见,引入负反馈后通频带加宽。

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. 电路参数修改

3、负反馈对放大器性能有何影响?

电流串联负反馈放大器

实验表明,RF取几十欧姆,可以明显地提高放大器的输入阻抗,降低放大器的下限频率,改善非线性失真。

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实验步骤与要求

(1)根据已知条件及性能指标要求设置静态工作点,计算电路元件参数。

(2)用Multisim软件对所设计的电路进行仿真分析,根据分析情况进行参数调整。

  • ※(3)上述各项完成后,可安装电路进行实验研究。

  • (4)所有实验完成后,写出设计性实验报告。

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