晶体管放大电路分析及计算
一、共发射极放大电路
（一）电路的组成：电源VCC通过RB1、RB2、RC、RE使晶体三极管获得合适的偏置，为三极管的放大作用提供必要的条件，RB1、RB2称为基极偏置电阻，RE称为发射极电阻，RC称为集电极负载电阻，利用RC的降压作用，将三极管集电极电流的变化转换成集电极电压的变化，从而实现信号的电压放大。与RE并联的电容CE，称为发射极旁路电容，用以短路交流，使RE对放大电路的电压放大倍数不产生影响，故要求它对信号频率的容抗越小越好，因此，在低频放大电路中CE通常也采用电解电容器。
V cc(直流电源): 使发射结正偏，集电结反偏；向负载和各元件提供功率
C1、C2(耦合电容): 隔直流、通交流；
R B1、R B2(基极偏置电阻)：提供合适的基极电流
R C(集极负载电阻)：将D IC? D UC，使电流放大? 电压放大
R E(发射极电阻)：稳定静态工作点“Q ”
C E(发射极旁路电容)：短路交流，消除R E对电压放大倍数的影响
（二）直流分析：开放大电路中的所有电容，即得到直流通路，如下图所示，此电路又称为分压偏置式工作点稳定直电流通路。电路工作要求：I1 3(5~10)IBQ，UBQ3 (5 ~ 10)UBEQ 838电子
求静态工作点Q：
方法1.估算
工作点Q不稳定的主要原因：Vcc波动，三极管老化，温度变化稳定Q点的原理：
方法2.利用戴维宁定理求IBQ
（三）性能指标分析
将放大电路中的C1、C2、CE短路，电源Vcc短路，得到交流通路，然后将三极管用H参数小信号电路模型代入，便得到放大电路小信号电路模型如下图所示。
1.电压放大倍数
2.输入电阻计算
3.输出电阻R o = R C
没有旁路电容CE时：
1.电压放大倍数
源电压放大倍数
2.输入电阻
3.输出电阻R o = R C
二、共集电极放大电路(射极输出器、射极跟随器)
（一）电路组成与静态工作点
共集电极放大电路如下图(a)所示，图(b)、(c)分别是它的直流通路和交流通路。由交流通路看，三极管的集电极是交流地电位，输入信号ui和输出信号uo以它为公共端，故称它为共集电极放大电路，同时由于输出信号uo取自发射极，又叫做射极输出器。
IBQ =(V cc–U BEQ)/[R B +(1+b) R E] ICQ = bIBQ，UCEQ=Vcc–I CQRE
（二）性能指标分析
1.电压放大倍数
2.输入电阻
R￠L=R E//R L 3.输出电阻
共集电极电路特点共集电极电路用途
1.Uo与Ui同相，具有电压跟随作用 1.高阻抗输入级
2.无电压放大作用Au<1 2.低阻抗输出级
3.输入电阻高；输出电阻低 3.中间隔离级
一、共基极放大电路
共基极放大电路如下图所示。由图可见，交流信号通过晶体三极管基极旁路电容C2接地，因此输入信号ui由发射极引入、输出信号uo由集电极引出，它们都以基极为公共端，故称共基极放大电路。从直流通路看，也构成分压式电流负反馈偏置。
（一）求“Q”略
（二）性能指标分析
RO=RC
（三）特点：共基极放大电路具有输出电压与输入电压同相，电压放大倍数高、输入电阻小、输出电阻大等特点。由于共基极电路有较好的高频特性，故广泛用于高频或宽带放大电路中。
详解经典三极管基本放大电路 三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN和PNP 两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。 图1：三极管基本放大电路 下面的分析仅对于NPN型硅三极管。如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib;把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话)，并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1，例如几十，几百)。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管BE结的非线性(相当于一个二极管)，基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生(对于硅管，常取0.7V)。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变(因为小于0.7V时，基极电流都是0)。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流(叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻)，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效(因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了)。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小;当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。 下面说说三极管的饱和情况。像上面那样的图，因为受到电阻Rc的限制(Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压)，集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*β〉Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0(这叫做三极管截止)，相当于开关断开;当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。 如果我们在上面这个图中，将电阻Rc换成一个灯泡，那么当基极电流为0时，集电极电流为0，灯泡灭。如果基极电流比较大时(大于流过灯泡的电流除以三极管的放大倍数β)，三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的β分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通断。如果基极电流从0慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加(在三极管未饱和之前)。
第6章-基本放大电路-填空题： 1．射极输出器的主要特点是电压放大倍数小于而接近于1，输入电阻高、输出电阻低。 2．三极管的偏置情况为发射结正向偏置，集电结正向偏置时，三极管处于饱和状态。 3．射极输出器可以用作多级放大器的输入级，是因为射极输出器的。（输入电阻高）4．射极输出器可以用作多级放大器的输出级，是因为射极输出器的。（输出电阻低）5．常用的静态工作点稳定的电路为分压式偏置放大电路。 6．为使电压放大电路中的三极管能正常工作，必须选择合适的。（静态工作点） 7．三极管放大电路静态分析就是要计算静态工作点，即计算、、三个值。（I B、I C、U CE）8．共集放大电路（射极输出器）的极是输入、输出回路公共端。（集电极） 9．共集放大电路（射极输出器）是因为信号从极输出而得名。（发射极） 10．射极输出器又称为电压跟随器，是因为其电压放大倍数。（电压放大倍数接近于1）11．画放大电路的直流通路时，电路中的电容应。（断开） 12．画放大电路的交流通路时，电路中的电容应。（短路） 13．若静态工作点选得过高，容易产生失真。（饱和） 14．若静态工作点选得过低，容易产生失真。（截止） 15．放大电路有交流信号时的状态称为。（动态） 16．当时，放大电路的工作状态称为静态。（输入信号为零） 17．当时，放大电路的工作状态称为动态。（输入信号不为零） 18．放大电路的静态分析方法有、。（估算法、图解法） 19．放大电路的动态分析方法有微变等效电路法、图解法。 20．放大电路输出信号的能量来自。（直流电源） 二、计算题： 1、共射放大电路中，U CC=12V，三极管的电流放大系数β=40，r be=1KΩ，R B=300KΩ，R C=4KΩ，R L=4K Ω。求（1）接入负载电阻R L前、后的电压放大倍数；（2）输入电阻r i输出电阻r o 解：（1）接入负载电阻R L前： A u= -βR C/r be= -40×4/1= -160 接入负载电阻R L后： A u= -β(R C// R L) /r be= -40×(4//4)/1= -80 （2）输入电阻r i= r be=1KΩ 输出电阻r o = R C=4KΩ 2、在共发射极基本交流放大电路中，已知U CC = 12V，R C = 4 kΩ，R L = 4 kΩ，R B = 300 kΩ，r be=1K Ω，β=37.5 试求： （1）放大电路的静态值 （2）试求电压放大倍数A u。
第2章基本放大电路例题解析 例2．1三极管组成电路如图2．2(a)～(f)所示，试判断这些电路能不能对输入的交流信号进行正常放大，并说明理由。 解：解此类题要注意以下问题： (1)判别三极管是否满足发射结正偏，集电结反偏的条件，具备合适的静态工作点。对NPN型晶体管构成的电路，集电极电源V CC的正极接集电极C，负极接“地”；对PNP型晶体管构成的电路，集电极电源V CC的负极接集电极C，正极接“地”。 (2)判断有无完善的直流通路。 (3)判断有无完善的交流通路。 (4)在前三步判断得到肯定的结果时，再根据电路给出的参数值计算、判断三极管是否工作在放大区。电路的分析如下： 图(a)电路由NPN管组成，静态情况下发射结无正向偏置，电路没有合适的静态工作点， 图2．2 不具备放大作用。 图(b)电路由NPN管组成，发射结满足正偏条件，但集电结不是反偏，也不具备合适的静态工作点，不能放大。 图(c)电路由NPN管组成，三极管的发射结、集电结满足正偏和反偏的条件，但发射结的偏置电源V BB将输入的交流信号旁路而不能进入三极管b，e间的输入回路，所以尽管电路具备合适的静态工作点，仍不能对交流信号进行正常的放大。 图(d)电路由PNP管组成，三极管发射结正偏，集电结反偏，交流信号能进入b，e间的输入回路，经放大后在输出端出现，放电路能进行正常的放大。 图(e)电路由PNP型管组成，三极管的发射结、集电结均满足放大的偏置条件，输入信
号也能进入输入回路，但输出端无电阻R
c ，故输出交流信号将经电源V CC 被地短路，因此电路也不能进行正常的放大。 图(f)电路由PNP 管组成，三极管的偏置满足放大的条件，二极管VD 为反向偏置，在电路中起温度补偿的作用，放电路能正常的放大。 例2．2 图2．3(a)固定偏流放大电路中，三极管的输出特性及交、直流负载线如图2．3 (b)，试求： (1)电源电压V CC ，静态电流I B 、I C 和管压降V CE 的值； (2)电阻R b 、R C 的值； (3)输出电压的最大不失真幅度V OM ； 解 (1)由图解法可知，直流负载线与输出特性横坐标轴的交点的电压值即是V CC 值的大小，由图2．3 (b)，读得I b ≈20μA ，V CC ≈6V 。由Q 点分别向横、纵轴作垂线，得I C ＝1mA ，V CE ＝3V 。 (2)由直流通路基极回路得 Ω?=?=≈-361030010206A V I V R B CC B 由集射极回路得 Ω=-= k I V V R C CE CC C 3 (3)由交流负载线②与静态工作点Q 的情况可看出，在输入信号的正半周，输出电压V CE 在3V 到0．8V 范围内，变化范围为2．2V ；在信号的负半周输出电压V CE 在3V 到4．6V 范围内，变化范围为1．6V 。输出电压的最大不失真幅度应取变化范围小者，故V OM 为1．6V 。 例2．3 用示波器观察NPN 管共射单级放大电路输出电压，得到图2．4所示三种失真的波形，试分别写出失真的类型。 图2．3
五邑大学 电子技术课程设计报告题目：二级晶体管放大电路 院系机电工程学院 专业机械工程及其自动化 学号 AP100 学生姓名 指导教师黄东 完成日期 2 0 1 2 / 1 / 7
一、设计题目：晶体管放大电路 （1）设计一级晶体管放大电路，输入信号幅度≥20mv, 频率为1KHz，电源电压+5V，要求完成下面的技术指标： a. 电压增益A u ≥20 b. 输入电阻Ri ≥2KΩ c. 输出电阻Ro ≤50Ω （2）测量出输入电阻值，并说明该值于那些元件有关系。 （3）可选用的器件与元件 二、方案的论证和设计 1）工作原理： 输入信号加到前级的输入端，经过前级放大后加到后级的输入端，再经后级放大。在两级放大器中，放大器的输入端事实上就是前级的输入端，前级的输出也就是后级的输入，后级的输出也就是两级放大的输出；前级是后级的信号源，后级是前级的负载。因此，两极放大的线性电压放大倍数就等于前后两级放大倍数的乘积；放大器的输入电阻就是前级的输入电阻；放大器的输出电阻就是后级的输出电阻。 2)设计电路的主要功能 该电路具有实现输入信号放大的功能，能将较小的输入信号通过二级放大电路实现信号放大，从而获得必要的电压幅值或足够的功率，最终达到推动负载工作的使用要求。 3）设计原理图
4）参数的设定 1.计算后级电路电阻参数 节点B 电流方程为 1R I =2R I +B I 为了稳定静态工作点，令参数满足1R I >>B I 因此，B 点位为 CC B B B BE U R R R U 2 12 +≈ 取1E I =1.mA ，并选β=91,则 1 26) 1(200E be I r β++= =200+(1+91)*26/1=2.592k 第一级的放大倍数是 be L C r R R A //u1β -= 取1U A =120，取Ω=5101E R ,代入公式求出=C R 3.6k ? C C CE CC E R I U U R --= 1, 取CE U =2V, 求得1E R =500? 所以1E R 、1C R 取标称值 Ω=Ω=500,6.311C E R K R
共基极放大电路分析与计算 共基极放大电路(简称共基放大电路)如图1(a)所示,直流通路采用的是分压偏置式,交流信号经C 1从发射极输入,从集电极经C 2输出,C 1、C 2为耦合电容,C b 为基极旁路电容,使基极交流接地,故称为共基极放大器。微变等效电路如图1(b)所示。 图1 共基极放大电路 （a ）基本放大电路;（b ）微变等效电路 1) 静态工作点 （与共发射极放大电路分析方法一样） 图1中如果忽略IBQ 对Rb1、Rb2分压电路中电流的分流作用，则基极静态电压U BQ 为 CC b b b BQ U R R R U 2 12+= 流经Re 的电流I EQ 为 e BE B e E EQ R U U R U I -= = 如果满足UB 〉〉UBE ，则上式可简化为 (a ) ＋ － u o β i i i (b )
CC b b b e e B EQ CQ U R R R R R U I I 2 121+? = ≈ ≈ 而β += 1EQ BQ I I CQ e C CC CEQ I R R U U )(+-= 2) 动态分析 利用三极管的微变等效模型，可以画出图1（a ）电路的微变等效电路如图1（b ）所示。 图中，b 、e 之间用rbe 代替， c 、 e 之间用电流源βib 代替。 （1） 电流放大倍数。 在图1（b ）中，当忽略Re 对输入电流ii 的分流作用时，则ii ≈-ie ；流经R ′L （R ′L=Rc ∥RL ）的输出电流io=-ic 。 a i i i i A e c i i =--== α称作三极管共基电流放大系数。由于α小于且近似等于1，所以共基极电路没有电流放大作用。 （2） 电压放大倍数。 根据图1（b ）可得 ui=-rbeib uo=R ’L io=-R ’L ic=-βR ’L ib 所以，电压放大倍数为 be L i O u r R u u A '== β 上式表明，共基极放大电路具有电压放大作用， 其电压放大倍数和共射电路的电压放大倍数在数值上相等，共基极电路输出电压和输入电压同相位。 （3） 输入电阻。 当不考虑Re 的并联支路时， 即从发射极向里看进去的输入电阻r ′i 为 β β+= +--= 1)1('be b b be i r i i r r rbe 是共射极电路从基极向里看进去的输入电阻，显然， 共基极电路从发射极向里看进去的输入电阻为共射极电路的1（1+β）。 （4） 输出电阻。 在图1（b ）中，令u s =0，则i b =0，受控电流源βi b =0，可视为开路，断开RL ，接入u ，可得i=u/Rc ，因此，求得共基放大电路的输出电阻ro=Rc 。 综上所述，共基、共射电路元件参数相同时，它们的电压放大倍数Au 数值是相等的，但是，由于共基电路的输入电阻很小，输入信号源电压不能有效地激励放大电路，所以，在Rs 相同时，共基极电路实际提供的源电压放大倍数将远小于共射电路的源电压放大倍数。
二、基本放大电路及其分析方法 一个放大器一般是由多个单级放大电路所组成，着重讨论双极型半导体三极管放大电路的三种组态，即共发射极，共集电极和共基极三种基本放大电路。从共发射极电路入手，推及其他二种电路，其中将图解分析法和微变等效电路分析法，作为分析基础来介绍。分析的步骤，首先是电路的静态工作点，然后分析其动态技术指标。对于放大器来说，主要的动态技术指标有电压放大倍数、输入阻抗和输出阻抗。 2.1.共射极基本放大电路的组成及放大作用 在实践中，放大器的用途是非常广泛的，它能够利用三极管的电流控制作用把微弱的电信号增强到所要求的数值，为了了解放大器的工作原理，先从最基本的放大电路学习： 图2.1称为共射极放大电路，要保证发射结正偏，集电极反偏Ib=（V BB-V BE）/Rb，对于硅管V BE约为0.7V左右,锗管约为0.2V左右,I B=(V BB-0.7)/Rb这个电路的偏流I B决定于V BB 和Rb的大小,V BB和Rb一经确定后,偏流I B就固定了,所以这种电路称为固定偏流电路,Rb又称为基极偏置电阻,电容Cb1和Cb2为隔直电容或耦合电容,在电路中的作用是“传送交流,隔离直流”,放大作用的实质是利用三极管的基极对集电极的控制作用来实现的. 上图是共射极放大电路的简化图,它在实际中用得比较多的一种电路组态,放大电路的主要性能指标，常用的有放大倍数、输入阻抗、输出阻抗、非线性失真、频率失真以及输出功率和效率等。对于不同的用途的电路，其指标各有侧重。 初步了解放大电路的组成及简单工作原理后，就可以对放大电路进行分析。主要方法有图解法和微变等效法。 2.2.图解分析法 2.2.1.静态工作情况分析 当放大电路没有输入信号时，电路中各处的电压，电流都是不变的直流，称为直流工作状态简称静态，在静态工作情况下，三极管各电极的直流电压和直流电流的数值，将在管子的特性曲线上确定一点，这点称为静态工作点，下面通过例题来说明怎样估算静态工作点。 解:Cb1与Cb2的隔直作用,对于静态下的直流通路,相当于开路,计算静态工作点时,只需考虑图中的Vcc、Rb、Rc及三极管所组成的直流通路就可以了，I B=（Vcc－0.7）/Rb （I C=βI B+I CEO ） I C=βI B，V CE=V CC－I C R C 如已知β，利用上式可近似估算放大电路的静态工作点。 2.2.2.用图解法确定静态工作点 在分析静态工作情况时,只需研究由V CC、R C、V BB、Rb及半导体三极管所组成的直
电子课程设计--二级晶体管放大电路
五邑大学 电子技术课程设计报告题目：二级晶体管放大电路 院系机电工程学院 专业机械工程及其自动化 学号 AP100 学生姓名 指导教师黄东 完成日期 2 0 1 2 / 1 / 7
一、设计题目：晶体管放大电路 （1）设计一级晶体管放大电路，输入信号幅度≥20mv, 频率为1KHz，电源电压+5V，要求完成下面的技术指标： a. 电压增益A u ≥20 b. 输入电阻Ri ≥2KΩ c. 输出电阻Ro ≤50Ω （2）测量出输入电阻值，并说明该值于那些元件有关系。 （3）可选用的器件与元件 二、方案的论证和设计 1）工作原理： 输入信号加到前级的输入端，经过前级放大后加到后级的输入端，再经后级放大。在两级放大器中，放大器的输入端事实上就是前级的输入端，前级的输出也就是后级的输入，后级的输出也就是两级放大的输出；前级是后级的信号源，后级是前级的负载。因此，两极放大的线性电压放大倍数就等于前后两级放大倍数的乘积；放大器的输入电阻就是前级的输入电阻；放大器的输出电阻就是后级的输出电阻。 2)设计电路的主要功能 该电路具有实现输入信号放大的功能，能将较小的输入信号通过二级放大电路实现信号放大，从而获得必要的电压幅值或足够的功率，最终达到推动负载工作的使用要求。
3）设计原理图 4）参数的设定 1.计算后级电路电阻参数 节点B 电流方程为 1R I =2R I +B I 为了稳定静态工作点，令参数满足1R I >>B I 因此，B 点位为 CC B B B BE U R R R U 2 12 +≈ 取1E I =1.mA ，并选β=91,则 1 26) 1(200E be I r β++= =200+(1+91)*26/1=2.592k 第一级的放大倍数是 be L C r R R A //u1β -= 取1U A =120，取Ω=5101E R ,代入公式求出=C R 3.6k ?
3.2 基本放大电路的分析方法 3.2.1 放大电路的静态分析 放大电路的静态分析有计算法和图解分析法两种。 （1）静态工作状态的计算分析法 根据直流通路可对放大电路的静态进行计算 (03.08) I C= I B (03.09) V CE=V CC－I C R c (03.10) I B、I C和V CE这些量代表的工作状态称为静态工作点，用Q表示。 在测试基本放大电路时，往往测量三个电极对地的电位V B、V E和V C即可确定三极管的工作状态。 （2）静态工作状态的图解分析法 放大电路静态工作状态的图解分析如图03.08所示。 图03.08 放大电路静态工作状态的图解分析 直流负载线的确定方法：
1. 由直流负载列出方程式V CE=V CC－I C R c 2. 在输出特性曲线X轴及Y轴上确定两个特殊点 V CC和V CC/R c,即可画出直流负载线。 3. 在输入回路列方程式V BE =V CC－I B R b 4. 在输入特性曲线上，作出输入负载线，两线的交点即是Q。 5. 得到Q点的参数I BQ、I CQ和V CEQ。 例3.1：测量三极管三个电极对地电位如图03.09所示，试判断三极管的工作状态。 图03.09 三极管工作状态判断 例3.2：用数字电压表测得V B=4.5V 、V E=3.8V 、V C=8V，试判断三极管的工作状态。 电路如图03.10所示 图03.10 例3.2电路图 3.2.2 放大电路的动态图解分析 (1) 交流负载线 交流负载线确定方法：
1.通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜率为1/R L'。 2.R L'= R L∥R c，是交流负载电阻。 3.交流负载线是有交流输入信号时，工作点Q的运动轨迹。 4.交流负载线与直流负载线相交，通过Q点。 图03.11 放大电路的动态工作状态的图解分析 (2) 交流工作状态的图解分析 动画 图03.12 放大电路的动态图解分析（动画3-1）通过图03.12所示动态图解分析，可得出如下结论： 1. v i→↑ v BE→↑ i B→↑ i C→↑ v CE→↓ |-v o|↑； 2. v o与v i相位相反； 3.可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4.可以确定最大不失真输出幅度。 (3) 最大不失真输出幅度 ①波形的失真
电子技术课程设计书 晶 体 管 两 级 耦 合 放 大 电 路 姓名：陈德炳 专业：电力系统自动化 班级：电力1101 学号：0403110114
目录 第一章设计要求与目的 (2) 1.1 设计要求 (2) 1.2 设计目的 (2) 第二章设计原理 (3) 框图及基本公式 (3) 第三章两级放大电路设计 (4) 3.1第一级放大电路 (4) 3.2 第二级放大电路 (5) 3.3负反馈放大电路的设计 (6) 第四章整体设计及工作原理 (7) 4.1 估算A值 (7) 4.2放大管的选择 (7) 元器件清单 (8) 实验结论 (9) 心得体会 (9) 参考文献 (10)
第一章设计要求与目的 1.1设计要求 1、两级放大器应由2只NPN型晶体管及其他元件构成； 2、单电源供给，电压应为12VDC; 3、?值为80-100左右； 4、电压放大倍数为1000左右 5、输入电阻>10kΩ、输出电阻低<500Ω 1.2 设计目的 （1）学习电子电路设计方法。 （2）掌握两级耦合放大电路性能指标的估算，掌握静态工作点的合适调试。 （3）通过课程设计培养学生自学能力和分析问题、解决问题的能力。 （4）通过设计使学生具有一定的计算能力、制图能力以及查阅手册、使用国家技术标准的能力和一定的文字表达能力。
第二章 设计原理 框图及基本公式 图2-1负反馈放大电路原理框图 图中X 表示电压或电流信号；箭头表示信号传输的方向；符号¤表示输入求和，+、–表示输入信号 Xi 与反馈信号是相减关系（负反馈），即放大电路的净输入信号为: id i f X X X =- 基本放大电路的增益（开环增益）为: /o id A X X = 反馈系数为: /f o F X X = 负反馈放大电路的增益（闭环增益）为: /f o i A X X =
运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所收获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出 Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。 今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。
晶体管放大器的设计与调测 一、实验目的 1、学习晶体管放大器的设计方法； 2、研究静态工作点对输出波形的影响及静态工作点的调整方法； 3、掌握静态工作点、电压放大倍数和输入输出电阻的测试方法； 4、研究大信号激励下信号源内阻对波形失真的影响； 二、实验原理 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，一般用共射极放大器。分压式电流负反馈偏置是共射放大器广为采用的偏置形式，如图3-1所示，由于负反馈的引入它的静态工作点的稳定性较高。这里就以该电路为例介绍单管放大器的设计方法。 1、确定静态工作点电流I CQ I CQ 的选取，在不同的情况下是不同的： （1）小信号工作情况时，非线性失真不是主要矛盾，因此，以其他因素来考虑，若以少耗电为主，工作点应选得低些，如图3-2中的Q 1点；如果耗电不是主要矛盾而需要放大倍数大些， 那么工作点可选得高些，如图3-2中的Q 2点。一般小信号放大器取I CQ ＝0.5～2mA 。 图3-1 共发射极放大电路 图3-2 不同的工作 点 （2）大信号工作情况时，非线性失真是主要矛盾，因此，考虑的因素主要是尽量大的动态范围又尽可能小的失真。此时，应设计选择一个最佳负载，工作点尽量选在交流负载线的中央，如图3-2中的Q 3点。 如果设计指标中对放大器的输入电阻R i 有要求，也可以根据对R i 的要求来确定静态工作点I CQ 。由图3-1可见 21////B B be i R R r R = （3-1）
CQ b b CQ b b be I r I r r 2626)1(ββ+≈++=′′ （3-2） 对于小功率低频管r bb '的典型值为300?，小功率高频管r bb '，的典型值为50?，由于一般r b 比R B1∥R B2要小得多，因此在初选I CQ 时，可以近似认为R i ＝r be ，则由上式可确定I CQ 。 2、确定偏置电阻R B1，R B2的值 根据这个电路的工作原理，只有当I 1远远大于I BQ 时，才能保证U BQ 恒定，；这是工作点稳定的必要条件。一般取I 1＝(5～10)I BQ ，由于锗管I CBQ 大，因此锗管的I 1取大一些。 βCQ BQ I I = （3-3） 负反馈愈强，电路的稳定性愈好。若U BQ 取大一些，则容许的R E 较大，反馈较深，电路较稳定，但考虑电源供电电压的大小，折衷选定。U CC 大，容许的U BQ 也可以大一些，一般取U BQ =(1/3~1/5) U CC 。 由电路图可得 BQ BQ BQ B I U I U R )10~5(12== （3-4） 211B BQ CC B R I U U R ?= （3-5） 实际中R B1通常有一固定电阻与电位器串联，便于调整工作点。 3、确定的R E 、R C 值 21B BQ CC E R I U U R ?= （3-6） 据对电压放大倍数的要求确定R C 的值 'L R r A be U β ?= （3-7） 式中R ’L =R C // R L ，电路所接负载R L 为已知，Au 是设计指标要求的，于是可计算出R C 。 4、核算管子工作点电压 各电阻值取定后再反过来核算一下管子的工作点电压U BQ ，U CQ 和U EQ ，看管子是否处于放大状态，否则学要重新设计。 电容C B 、C C 的作用是隔直流，对交流信号应是近似短路，所以电容C B 、C C 的阻抗应远小于与之串联的电阻。电容C E 的作用是减小发射极交流负反馈，C E 与R E 并联的阻抗应小于与之并联的等效电阻。与电容C B 、C C 、C E 所对应的等效
计算题（每小题10分） 1、(10分)共射放大电路中，U CC =12V ，三极管的电流放大系数β=40，r be =1K Ω，R B =300K Ω，R C =4K Ω，R L =4K Ω。求（1）接入负载电阻R L 前、后的电压放大倍数；（2）输入电阻r i 输出电阻r o 解：（1）接入负载电阻R L 前： A u = -βR C /r be = -40×4/1= -160 (3分) 接入负载电阻R L 后： A u = -β(R C // R L ) /r be = -40×(4//4)/1= -80 (3分) （2）输入电阻r i = r be =1K Ω (2分) 输出电阻r o = R C =4K Ω(2分) 2、(10分)在共发射极基本交流放大电路中，已知 U CC = 12V ，R C = 4 k Ω，R L = 4 k Ω，R B = 300 k Ω，β=37.5 试求： （1）.放大电路的静态值(6分); （2）试求电压放大倍数 Au ，(4分)。 解:（1） (2分) (2分) (2分) （2） A 04.0A 1030012 3 B C C B m R U I =?=≈ m A 5.1m A 04.05.37B C =?=≈I I βV 6V )5.1412(C C CC CE =?-=-=I R U U Ω Ωk 867.0)mA (5.1) mV (26)15.37()(200be =++≈r Ωk 2//L C L =='R R R
(2分) (2分) 3、(10分 ).在图示电路中，已知晶体管的β＝80，r b e ＝1k Ω，U i ＝20mV ；静态时 U B E Q ＝0.7V ，U C E Q ＝4V ，I B Q ＝20μA 。 求（1）电压放大倍数 (3分 ) （2）输入电阻 (2分 ) （3）输出电阻 (2分 ) （4）U S (3分 ) 解：（1）2001 5.280)//(-=?-=-=be L C u r R R A β& (3分 ) （2） Ω=≈=k 1//i be be B r r R R (2分 ) （3）Ω=≈k 5o C R R (2分 ) （4）mV R R R U U i S i i 60)12(1 20)(s =+?=+= (3分 ) 4.（10分）在图示电路中， 已知V C C ＝12V ，晶体管的β＝100，' b R ＝ 100k Ω。求 （1）当i U &＝0V 时，测得U B E Q ＝0.7V ，若要基极电流I B Q ＝20μA ， 则'b R 和R W 之和R b 等于多 5.86867 .025.37be L -=?-='-=r R A u β
晶体管共射极放大电路 一、实验目的 1、 学习放大电路静态工作点的测试及调整方法，分析静态工作点对放大器性能的影 响。 2、 掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。 3、 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。 二、实验原理 图2－1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用R B1和R B2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻R E ，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u i 后，在放大器的输出端便可得到一个与u i 相位相反，幅值被放大了的输出信号u 0，从而实现了电压放大。 图1－1 共射极单管放大器实验电路 在图2－1电路中，当流过偏置电阻R B1和R B2 的电流远大于晶体管T 的 基极电流I B 时（一般5～10倍），则它的静态工作点可用下式估算 CC B2 B1B1B U R R R U +≈ （1-1） （1-2） U CE ＝U CC －I C （R C ＋R E ） （1-3） 电压放大倍数 be L C V r R R β A // -= （1-4） C E BE B E I R U U I ≈-≈
输入电阻 R i ＝R B1 / R B2 / r be （1-5） 输出电阻 R O ≈R C （1-6） 由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。因此，除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。 放大器的测量和调试一般包括：放大器静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。 1、 放大器静态工作点的测量与调试 1) 静态工作点的测量 测量放大器的静态工作点，应在输入信号u i ＝0的情况下进行， 即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流I C 以及各电极对地的电位U B 、U C 和U E 。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压U E 或U C ，然后算出I C 的方法，例如，只要测出U E ，即可用 E E E C R U I I = ≈算出I C （也可根据C C CC C R U U I -= ，由U C 确定I C ），同时也能算出 U BE ＝U B －U E ，U CE ＝U C －U E 。 为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。 2) 静态工作点的调试 放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流I C （或U CE ）的调整与测试。 静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时u O 的负半周将被削底，如图2－2(a)所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即u O 的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图2－2(b)所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的输入电压u i ，检查输出电压u O 的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。 (a) (b) 图1－2 静态工作点对u O 波形失真的影响 改变电路参数U CC 、R C 、R B （R B1、R B2）都会引起静态工作点的变化，如图2－3所示。但通常多采用调节偏置电阻R B2的方法来改变静态工作点，如减小R B2，则可使静态工作点提高等。
第二章 基本放大电路 习题 2.1 测得某放大电路的输入正弦电压和电流的峰值分别为10 mV 和10 μA ， 在负载电阻为2 k Ω时， 测得输出正弦电压信号的峰值为2 V 。 试计算该放大电路的电压放大倍数、 电流放大倍数和功率放大倍数， 并分别用分贝（dB ）表示。 解：20010mV 2000mV 10mV 2V A u ====i o U U &&& 100μA 10mA 1μA 1020002000 A i =====i L o i o I R U I I &&&&& 4p 10210μ010mV 1mA 2V A ?=??=??==i i o o i o I U I U P P & dB 54407.020100lg 202lg 20200lg 20lg 20A u =+?=+===i o U U dB 4010lg 20100lg 20lg 20A 2i ====i o I I && dB 4740710lg 102lg 10)102lg(10lg 10A 44p =+=+=?==i o P P 2.2 当接入1 k Ω的负载电阻R L 时， 电压放大电路的输出电压比负载开路时的输出电压下降了20%， 求该放大电路的输出电阻。 解：ΩΩ250)1(41 41)145()15 4( ===-=-=K R R R U U R L L L o o o 2.3 说明图2-50所示各电路对正弦交流信号有无放大作用， 为什么？
解： （b ） 不能正常放大 （ⅰ）交流信号短路到地，无法加到发射结。 （ⅱ）从直流通路看 B BE CC BQ R U U I -= 当∞→=BQ B I R ,0，电流过大， 管子过热烧毁。 （a ） 不能正常放大 （ⅰ）0=B U ，无法建立合适的静态工作点，导致输出波形失真。 （ⅱ）b R 没有接CC U ，而是接地。00 === b b CC BQ R R U I （d ） 可以正常放大，只要b R c R 参数选取适当。 （ⅰ）有偏流b CC BQ R U I = （ⅱ） i u 交流信号可以加到输入端输进放大。 （c ） 不能正常放大 （ⅰ）∵常数==CE C u R ,0 无交流信号电压输出。 （ⅱ）无电压放大只有电流 放大)1(β+== B e i I I A
第2章三极管及放大电路基础 【课题】 2.1 三极管 【教学目的】 1．掌握三极管结构特点、类型和电路符号。 2．了解三极管的电流分配关系及电流放大作用。 3．理解三极管的三种工作状态的特点，并会判断三极管所处的工作状态。 4．理解三极管的主要参数的含义。 【教学重点】 1．三极管结构特点、类型和电路符号。 2．三极管的电流分配关系及电流放大作用。 3．三极管的三种工作状态及特点。 【教学难点】 1．三极管的电流分配关系和对电流放大作用的理解。 2．三极管工作在放大状态时的条件。 3．三极管的主要参数的含义。 【教学参考学时】 2学时 【教学方法】 讲授法、分组讨论法 【教学过程】 一、引入新课 搭建一个简单的三极管基本放大电路，通过对放大电路输入信号及输出信号的测试，引导学生认识三极管，并知道三极管能放大信号，为后续的学习打下基础。 二、讲授新课 2.1.1 三极管的基本结构 三极管是在一块半导体基片上制作出两个相距很近的PN结构成的。 两个PN结把整块半导体基片分成三部分，中间部分是基区，两侧部分分别是发射区和集电区，排列方式有NPN和PNP两种， 2.1.2 三极管的电流放大特性 三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量，这就是三极管的电
流放大特性。 要使三极管具有放大作用，必须给管子的发射结加正偏电压，集电结加反偏电压。 三极管三个电极的电流(基极电流B I 、集电极电流C I 、发射极电流E I )之间的关系为： C B E I I I +=、B C I I = --β、B C I I ??=β 2.1.3 三极管的特性曲线 三极管外部各极电流与极间电压之间的关系曲线，称为三极管的特性曲线，又称伏安特性曲线。 1. 输入特性曲线 输入特性曲线是指当集-射极之间的电压CE V 为定值时，输入回路中的基极电流B I 与加在基-射极间的电压BE V 之间的关系曲线。 三极管的输入特性曲线与二极管的正向伏安特性曲线相似，也存在一段死区。 2. 输出特性曲线 输出特性曲线是指当基极电流B I 为定值时，输出电路中集电极电流C I 与集-射极间的电压CE V 之间的关系曲线。B I 不同，对应的输出特性曲线也不同。 截止区：0=B I 曲线以下的区域。此时，发射结处于反偏或零偏状态，集电结处于反偏状态，三极管没有电流放大作用，相当于一个开关处于断开状态。 饱和区：曲线上升和弯曲部分的区域。此时，发射结和集电结均处于正偏状态，三极管没有电流放大作用，相当于一个开关处于闭合状态。 放大区：曲线中接近水平部分的区域。此时，发射结正偏，集电结反偏。三极管具有电流放大作用。 2.1.4 三极管的主要参数 1. 性能参数：电流放大系数- -β、β，集电极-基极反向饱和电流CBO I ，集电极-发射极反向饱和电流CEO I 。 2. 极限参数：集电极最大允许电流CM I 、集电极-发射极反向击穿电压CEO BR V )(、集电极最大允许耗散功率CM P 。
运算放大器电路中固有噪声的分析与测量(一) [日期：2007-1-29] 来源：21IC中国电子网作者：德州仪器公司高级应用工程 师 Art Kay [字体：大中小] 第一部分：引言与统计数据评论 我们可将噪声定义为电子系统中任何不需要的信号。噪声会导致音频信号质量下降以及精确测量方面的错误。板级与系统级电子设计工程师希望能确定其设计方案在最差条件下的噪声到底有多大，并找到降低噪声的方法以及准确确认其设计方案可行性的测量技术。 噪声包括固有噪声及外部噪声，这两种基本类型的噪声均会影响电子电路的性能。外部噪声来自外部噪声源，典型例子包括数字开关、60Hz 噪声以及电源开关等。固有噪声由电路元件本身生成，最常见的例子包括宽带噪声、热噪声以及闪烁噪声等。本系列文章将介绍如何通过计算来预测电路的固有噪声大小，如何采用 SPICE模拟技术，以及噪声测量技术等。 热噪声 热噪声由导体中电子的不规则运动而产生。由于运动会随温度的升高而加剧，因此热噪声的幅度会随温度的上升而提高。我们可将热噪声视为组件（如电阻器）电压的不规则变化。图 1.1 显示了标准示波器测得的一定时域中热噪声波形，我们从图中还可看到，如果从统计学的角度来分析随机信号的话，那么它可表现为高斯分布曲线。我们给出分布曲线的侧面图，从中可以看出它与时域信号之间的关系。
图 1.1: 在时间域中显示白噪声以及统计学分析结果 热噪声信号所包含的功率与温度及带宽直接成正比。请注意，我们可简单应用功率方程式来表达电压与电阻之间的关系（见方程式1.1），根据该表达式，我们可以估算出电路均方根 (RMS) 噪声的大小。此外，它还说明了在低噪声电路中尽可能采用低电阻元件的重要性。 方程式 1.1：热电压 方程式 1.1 中有一点值得重视的是，根据该表达式我们还可计算出 RMS 噪声电压。在大多数情况下，工程师希望了解―最差条件下噪声会有多严重？‖换言之，他们非常关心峰峰值电压的情况。如果我们要将 RMS 热噪声电压转化为峰峰值噪声的话，那么必须记住的一点是：噪声会表现为高斯分布曲线。这里有一些单凭经验的方法即根据统计学上的关系，我们可将 RMS 热噪声电压转化为峰峰值噪声。不过，在介绍有关方法前，我想先谈谈一些数