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第一节放大器
1、分压式偏置单管放大器的特点及简易设计和调试要点分压式偏置放大电路的组成分压式偏置放大电路如图所示V是放大管;RBI、RB2是偏置电阻,RBI、RB2组成分压式偏置电路,将电源电压UCC分压后加到晶体管的基极;RE是射极电阻,还是负反馈电阻;CE是旁路电容与晶体管的射极电阻RE并联,CE的容量较大,具有“隔直、导交”的作用,使此电路有直流负反馈而无沟通负反馈,即保证了静态工作点的稳定性,同时又保证了沟通信号的放大力量没有降低.图a图b1电压放大倍数K输入电压输出电压Uxc=-ieRL=-f3ihRL2输入电阻=43/感2〃a3输出电阻设计举例要求设计一个工作点稳定的单管放大器,已知放大器输出端的负载电阻Rf:=6/CQ晶体管的电流放大系数B=50信号频率f=lKhz电压放大倍数K2100放大器输出电压的有效值Uss
2.5V.电路结构采纳工作点稳定的典型电路由于设计要求满意肯定的输出幅度,所以采纳图解法来设计是比较便利的具体如下按设计要求,输出的电压峰值Ue=血寸>L4x
2.5V=
3.5V考虑留有肯定的余量,按设计因此,输入电压的峰值按设计要求K=100设计U4V所以u=3L=—=
0.04V=40〃2V0100A假如集电极静态电流选在1-2mA晶体管的输入电阻风近似按1K1估量基极电流的峰值已知B=50所以集电极的峰值电流所以己知/点二8二//6,而且所以―111111或===RRkRl:2AQ6kd3kd也就是说,为满意输出幅度和放大倍数的要求,应选3依据工作点稳定的条件3-19即Uh5-\0Uhe=3-5V硅管所以选U〃=
4.7V由于依据静态工作点最好选在沟通负载线的中点的道理,已经确定了静态工作点Q即Ue=5Y/二2ZA所以电阻凡也可以确定下来了既然,U’e,//R,都已确定下来,就具备了选择电源电压工的充分条件,既要满意输出幅度、工作点稳定等几方面的要求,又不宜选得太大,以免对电源设施和晶体管的耐压提出过高而又不必要的要求由于所以考虑到设计过程中,对输出幅度和放大倍数等方面都已留有余量,所以名就选15V4又依据工作点稳定的另一个条件3-18已知所以选/=
0.4mA据此就可以确定基极的偏置电阻R/八和依据图F近似认为实选为2=12无Q鸟]=24兀Q・5晶体管集电极的耗散功率可按静态值来估算所以选高频小功率硅管9013PM=300wVVBt/w15-30V]或均可3DG6[PW=100/z/WW^15-30]6耦合电容G和02一般选几十微法,射极旁路电容Q一般选100微法左右射极输出器的特点及电路一个放大器经常不仅盼望输入级有较富的输入电阻,而且还盼望输出级具有较低的输出电阻以便减轻对前一级的影响和负担以及提高推动负载的力最前面介绍的具有负反馈的共射电路,虽然提高了输入电阻,但其输出电阻大体上仍同没有反馈的共射电路一样,大约等于集电极电阻A因此为了进一步减小输出电阻,共射电路还需要改进假如把集电极的电路(即共放射极电路)改接成放射极输出的电路,如图a所示由于输出端的电压直接反馈到输入端,所以Ube=Usr-Use负载波动所造成的输出电压的变化在放射极输出的电路中也大大减小了,换句话讲,放射极输出电路的输出电阻可以大大减小可见射极输出港的输出电压总是略小于其输入电压,换句话讲,它的电压放大倍数总是略小于1输入电阻很高、输出电阻很小以及电压放大倍数略小于1这就是射极输出器的一个概貌2静态工作点放大器的静态基极电流仍旧是由基极偏流电阻供应的不过,现在基极对地的电压不再是很小,不能忽视不计,因此原先用来计算基极静态工作电流的公式已经不再适用〜息一般状况下,总有%》%所以+
(1)
②这一个公式再一次说明,由于基极回路的电流人比放射极回路的电流/e要小(B+1)倍,因此假如要把放射极电阻Re完全折合到基极回路上去,即认为流过它的电流也是儿,那么折合过来的电阻应比度大(B+1)倍换句话说,基极回路的总电阻由两个电阻串联组成,一个是偏流电阻,另一个是折合到基极回路这一边来的放射极电阻,即(B+1)Re所以电源Ec除以基极回路的总电阻,就可以求出基极的静态工作电流在图b的射极输出器中Ec=20VR―200KRe=
3.9K设B=60假如忽视Ube代入公式
②,即得―A=k基极静态电流+2000+(60+1)X
3.99放射极电流心=8+I)h=(60+1)XMuA=
2.8mA放射极电压口=乙凡=
2.8mAX
3.9L2-IIV管压降=J-4-20V-IIVq9V由于集电极直接接电源,所以对沟通信号来说,集电极相当于接地换句话说,从沟通等效电路来看,放大器的输入回路和输出回路均以晶体管的集电极为其公共点,因此射极输出器又叫做“共集电极放大电路”在暂不考虑Rb的状况下,从射极输出器的输入端AB两点看进去的输入电阻应是Rbc和(B+l)Ke这两个电阻的串联所以是(B+l)Re而不是Re就是因此基极电流比放射极电流小8倍,因此假如要将完全折合到基极回路来,就必需增大倍(B+1)以图b为例Ec=2OVRb=200KRe=
3.9KB=60Ie=
2.8mA上式说明在暂不考虑基极偏流电阻的状况下,射极输出器的输入电阻近似等于放射极电阻的B倍所以射极输出器的输入电阻一般都可以达到几十千欧到几百千欧,比起集电极输出电路(即共放射极电路)的输入电阻提高几十倍到几百倍假如像图b那样,射极输出器带有负载外则输出端的等效负载为乙=《〃隼,因此式应改写为假如再把基极的偏流电阻考虑在内,则射极输出器实际的输入电阻对于大多数状况来说,认为总是(B+1)七B这时射极输出器的输出电阻近似为设信号源内阻x=60()C又已知Rbe=
0.9KB=
60.R8=200KAe=
3.9K则可见,射极输出器的确可以获得很低的输出电阻必需说明一点,由于没有电压放大因而不能单独做功率输出电路且一般工作在A类状态,在对称沟通电及TTL负规律电路中效率低、管耗大,所以常用于小信号单元电路中的阻抗变换与隔离但其电流放大力量强.因此,在一些特别推动电路中也有应用例如小功率语音器件的推动(低阻8耳塞或耳机)和超声波换能头的驱动等见图C、图D例题要设计一个射极输出器,负载电阻RL=300Q输出电压U,c=
2.5V已知晶体管B=50
(1)算出要求的电压输出范围由于Ug-,7瓦=
3.5V设计时,留有肯定的余量,考虑Us=4V即总的输出幅度(或叫作跟随范围)应为8V“但考虑晶体管有IV左右的饱和压降,所以在图d中,标定的输出范围是从sc=lV到9V之间可见,静态工作点已经定了
(2)确定电流输出的范围由设计要求可以算出负载电流(即输出电流)的峰值所以,确定乙”同时要使输出波形不失真,射极的静态电流必需大于/叩,即第一步,我们选/b/«=15N这样,电流的变化范围2/cm=30mA因此总负载电阻_1由于_1[I1T万-——»*—Rf=2673002400即Re=
2.4K依据已定的静态工作点和和放射极电阻,即可以确定电源电压明显,所选电源电压太高了缘由在哪里呢?已知/加=
13.3〃滔,现在选心=15mA所以必定很小,也就是要求Re»Rt.大虽然可以使沟通的更多地流到负载电阻上去即注相对地更大些,但是却造成直流的压降过大,因而要求电源电压很高才行其次步,依据前面的分析,使/=(
1.5-2)/6比较合适,不宜选得太小为此我们选/.=Ie=20mA重新在图上标出静态工作点和相应的电流变化范围2e重新确定的总负载电阻卷=-A_1_=%200300600则七=6°这时Ec=Uce+IcRe=5V+20mAX
0.6K=17V实际上,按电源的标准化设计,可以选18V这时电路的其他设计参数都不必更动唯独使静态工作点沿着横轴的方向右移IV这就是说令Ue=6V即可
(3)确定基极偏置电阻所以实取R尸13K
(4)确定晶体管的管型考虑到晶体管的集电极损耗功率,所以选高频小功率硅管D766C它的极限参数为PX1=3OO〃zW前两项都可以满意要求,/也虽然略小一些,但考虑到电流超过只不过引起尸下降,不致损坏,故还是可行的同理,现在的一般电子电路都在低电压下工作,因此Rc只能减小一般状况下,都掌握在500左右制作与调试电路设计好以后就可以开头制作,制作时切勿盲目、随便,必需按步聚、挨次进行I、依据设计的电路选购相应的器件,充分把握零、器件的封装形状及相关的几何尺寸以便进行电路板的排版和后续的安装
2、电路的走线排列应按信号的走向进行,同一信号的单元电路最好不要180度拐弯但受PCB的限制必需进行的类似走线,前后肯定要有间隔距离,中间要用肯定面积的接地线隔开也就是输入、输出严禁靠近
3、数电线路与模电线路确定不能共用同一地线,也不能混搭布局,必需相对独立既便有信号连接,也必需在靠近连接处单独设置连接地线
4、两种电路的电源肯定要平行敷设,确定不能串行走线每一单元电路必需设置电源退耦电路电源线的走向由输出向输入方向敷设并近量设置在PCB板边缘区域
5、PCB画好后,必需严格检查有无错误并作准时和必要的修改防止造成无法调试及安装困难,既铺张又耽搁工期.通电前,首先检查电源电压是否符合要求以及正、负极连接正确与否,再行通电然后,依据设定电流换算出B、E、C各点的电压,用三用表测量如达不到要求,可调整R〃直到符合要求为止用示波器测量放大或通过波形,如达到设计的基本要求就可以与其它电路连接、连调否则应重新进行直流和沟通的调试(更换耦合、旁路电容等)共基放大电路除了前面已经具体介绍过的共放射极放大电路和共集电极放大电路(即射极输;II器)以外,在一些高频放大电路或其他特别状况下有时也采纳共基极放大电路,如图甲(a)所示e-b极之间,而c-b极输出,电路的沟通通道如图甲(b)所示,由于输出端和输入端以晶体管的基极为公共端,所以叫共基在共基极电路中,晶体管的输入电流为人输出电流为/•总有Ieh所以电路的电流放大倍数=上总是小于1但是由于有电压放大作用和功率放大作用,所以仍有有Ie用价值例如晶体管的乙=26夏,rh=300Q0=49则共射电路中晶体管的输入电阻演=300c+49+1x26Q=
1.6m可见,共基电路的输入电阻可以做得极低从图3-67还可以看到,共基电路的电流放大倍数虽然小FI但由于它的输入电阻特别小,所以电压放大倍数大体上与共射电路相同由于共基接法时的晶体管截止频率人比共射接法时的截止频率力高〃+1倍,即九=+1%几乎全部分立元器件的FM收音机,其高频头的第一级电路都是用图1所示的共基极调谐放大器以下举一实例进行说明设三极管参数为rb=200,re=21Q30=60aO=
0.98频率为100MHz时算得3=
5.8a=
0.97;集电极回路的谐振电阻R0=530Qo试计算低频时和100MHz时,两种电路的放大倍数低频时输入电阻rbc=200+14-60X21=1480Qrcb=21+1-
0.98X200=25Q故共放射极放大倍数|儿1=60X530/1480=
21.5共基极放大倍数的=
0.98X530/25=
20.8可见两者确定值几乎相等100MHz时,输入电阻rbc=200+1+
5.8X21=3430reb=21+1-
0.97X200=27Q;故|儿|=
5.8X530/343=9a=
0.97X530/27=19o结果表明两者相差很大由以上计算可见,工作于低频时两种电路的放大倍数均为21倍;但在100MHz时,共放射极电路仅能放大9倍,而共基极电路却可放大到19倍因此,在FM收音机或TV系统中,共基极放大电路得到广泛的应用。