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晶体管放大器的设计与仿真

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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晶体管放大器的设计与仿真

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Presentation Transcript

  1. 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。

  2. 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。

  3. 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

  4. 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。

  5. 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 。

  6. 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）

  7. 工作点稳定的必要条件：I1>>IBQ，VBQ>>VBE 一般取 • RE愈大，直流负反馈愈强，电路的稳定性愈好。一般

  8. 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 或 RC

  9. 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）。

  10. 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

  11. 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

  12. 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。

  13. 要求AV>40,由 得 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。

  14. 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

  15. 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：

  16. 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。 16

  17. 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 17

  18. 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 18

  19. 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 19

  20. 七. 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 20

  21. 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。 21

  22. 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 。 22

  23. 七. 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。 23

  24. 七. 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。 24

  25. 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。 25

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