晶体管放大器的设计.doc

放大器概述
放大电路广泛应用于各种电子设备中,如音响设备、视听设备,精密仪器、自动控制系统等。放大电路的功能是将微弱的电信号(电流、电压)放大得到所所需要的信号。一个放大器可以用一个带有输入端和输出端的方框表示。输入端结欲放大的信号源,输出端接负载,如图2—1所示。输入信号经过放大器放大后通过输出端接到负载上。如果满足下面两个条件,就说电信号已经放大。
负载
放大器
信号源
图2—1 放大器方框图
输出信号的功率大于输入信号的功率。
力求输出到负载上的信号波形与输入源的波形一致。
对放大器的基本要求
(1)要有足够的放大倍数。
(2)要具有一定宽度的同频带。
(3)非线性失真要小。
(4)工作要稳定
晶体管放大器
基本放大电路的组成
晶体管基本放大电路如图所示。根据放大电路的组成原则,晶体管应工作再放大区,即u BE>Uon,uCE>>uBE,所以在图所示基本人共集放大电路中,晶体管的输入回路加基极电源Vbb,它与Rb、Re共同确定合适的基极静态电流;,它提供集电极电流和输出电流。画出图a所示电路的直流通路如图b所示,集电极是输入回路和输出回路的公共端。
交流信号ui输入时,产生动态的基极电流ib,驼载在静态电流上IBQ上,通过晶体管得到放大了的发射极电流iE,其交流分量ie在发射极电阻Re上产生的交流电压即为输出电压uo。由于输出电压由发射极获得,故也称共集放大电路为射极输出器。
静态分析
静态分析:就是求解静态工作点Q,在输入信号为零时,BJT或FET各电极间的电流和电压就是Q点。可用估算法或图解法求解。
图解法确定Q点和最大不失真输出电压
(1)用图解法确定Q点的步骤:已知晶体管的输出特性曲线族→由直流通路求得IBQ →列直流通路的输出回路电压方程得直流负载线→在输出特性曲线平面上作出直流负载线→由IBQ所确定的输出特性曲线与直流负载线的交点即为Q点。
(2)输出波形的非线性失真
非线性失真包括饱和失真和截止失真。饱和失真是由于放大电路中三极管工作在饱和区而引起的非线性失真。截止失真是由于放大电路中三极管工作在截止区而引起的非线性失真。
放大电路要想获得大的不失真输出,需要满足两个条件:一是Q点要设置在输出特性曲线放大区的中间部位;二是要有合适的交流负载线。
(3)直流负载线和交流负载线
由放大电路输出回路电压方程所确定的直线称为负载线。由直流通路确定的负载线为直流负载线;由交流通路确定的负载线为交流负载线,可通过Q、B两点作出。对于放大电路与负载直接耦合的情况,直流负载线与交流负载线是同一条直线;而对于阻容耦合放大电路,只有在空载情况下,两条直线才合二为一。
最大不失真输出电压有效值
式中:
说明:当放大电路带上负载后,在输入信号不变的情况下,输出信号的幅度变小。
放大电路静态工作点和动态范围的确定。
等效电路法求解静态工作点
即利用直流通路估算静态工作点、、和。其中硅管的
;
锗管的,无须求解;其余三个参数的求解方法为:
(1)列放大电路输入回路电压方程可求得;
(2)根据放大区三极管电流方程可求得;
(3)列放大电路输出回路电压方程可求得;
1、静态工作点稳定的必要性
静态工作点不但决定了电路是否产生失真,而且还影响着电压放大倍数和输入电阻等动态参数。实际上,电源电压的波动、元件老化以及因温度变化所引起的晶体管参数变化,都会造成静态工作点的不稳定,从而使动态参数不稳定,有时甚至造成电路无法正常工作。在引起Q点不稳定的诸多因素中,温度对晶体管的影响是最主要的。
2、温度变化对静态工作点产生的影响
温度变化对静态工作点的影响主要表现为,温度变化影响晶体管的三个主要参数:、β和。这三者随温度升高产生变化,其结果都使值增大。
硅管的小,受温度影响小,故其β和受温度影响是主要的;
锗管的大,受温度影响是主要的。
3、稳定静态工作点的原则和措施
为了保证输出信号不失真,对放大电路必须设置合适的静态工作点,并保证工作点的稳定。(1)
采用不同偏置电路稳定静态工作点的原则是:
当温度升高使增大时,要自动减小以牵制的增大。
(2)稳定静态工作点可以归纳为三种方法:
(1)温度补偿;
(2)直流负反馈;
(3)集成电路中采用恒流源偏置技术;
4、典型静态工作点稳定电路——分压式偏置电路的分析
1)Q点稳定原理
分压偏置电路。
稳定静态工作点的条件为:I1>>IB和VB>>UBE;此时
,即当温度变化时,基本不变。

当温度降低时,各物理量向相反方向变化。这种将输出量()通过一定的方式(利用将的变化转化为电