实验二:分立元件及负反馈放大电路设计 实验原理:本实验的原理在本单元实验讲义开始的原理部 分作了详细闻述,请自行参阅有关部分 、预习前要求:放大电路的基本概念和主要元器件参数的设 计要点及电路性能指标的测试方法,预习时三极管放大倍 数β暂时定为60,Ic不要超过30mA,功率不要超过400mW, VcEO=30V。要求课外进行 Pspice真。 基本实验内容: 1、放大器的设计 放大器指标为:电压增益Kv=40,输入阻抗R1≥3kg 输出出阻抗R。≤1009,不失真输出动态范围Vpp≥5V,低 半功率点频率f≤100Hz。 已知:负载阻抗R=1k9;直流偏置电源电压E=12V;晶体 管9011和9012三极管各一个,参数β≥60
17 实验二：分立元件及负反馈放大电路设计 一、实验原理：本实验的原理在本单元实验讲义开始的原理部 分作了详细阐述，请自行参阅有关部分。 二、预习前要求：放大电路的基本概念和主要元器件参数的设 计要点及电路性能指标的测试方法，预习时三极管放大倍 数β暂时定为60， IC不要超过30mA，功率不要超过400mW， VCEO =30V。要求课外进行Pspice仿真。 三、基本实验内容： 1、放大器的设计 • 放大器指标为：电压增益KV = 40，输入阻抗Ri ≥ 3kΩ， 输出出阻抗Ro≤100Ω，不失真输出动态范围Vopp ≥ 5V，低 半功率点频率fL ≤ 100Hz。 • 已知：负载阻抗RL=1kΩ；直流偏置电源电压Ec =12V；晶体 管9011和9012三极管各一个,参数β≥60
2、设计提示及注意事项: (1)根据给定的放大器指标,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,故采用两级放大电路的设计,输入级采用电压增益较大的 共发射极放大电路,由于射极跟随器输入电阻比较大,避免了 负载效应,从而放大倍数比单级共发射极放大电路要大的多。 由于要求输入电阻比较大,在输入端应引入串联反馈,由于要 求的增益并不大,两级放大电路可以满足增益要求,故电路初 步设计方案如下页电路图所示。 (2)低半功率点频率f≤100Hz设计主要考虑电路中电容的 取值,由于Ce两端的交流等效电阻最小,对应的时间常数最小, 故丘主要取决于Ce的取值。 (3)Q1、Q2级电路都采用分压偏置方式,二级电路的静态工作 点电流Io、Io静态工作点电压VE1、VcEQ2具有较好的稳定 性
18 2、设计提示及注意事项： （1） 根据给定的放大器指标，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，故采用两级放大电路的设计，输入级采用电压增益较大的 共发射极放大电路，由于射极跟随器输入电阻比较大，避免了 负载效应，从而放大倍数比单级共发射极放大电路要大的多。 由于要求输入电阻比较大，在输入端应引入串联反馈，由于要 求的增益并不大，两级放大电路可以满足增益要求，故电路初 步设计方案如下页电路图所示。 （2）低半功率点频率fL ≤ 100Hz设计主要考虑电路中电容的 取值，由于Ce两端的交流等效电阻最小，对应的时间常数最小， 故fL主要取决于Ce的取值。 （3）Q1、Q2级电路都采用分压偏置方式，二级电路的静态工作 点电流ICQ1、ICQ2及静态工作点电压VCEQ1、VCEQ2具有较好的稳定 性
E C e2 b11 C1℃2,Rb21 C 2 e1 ☆R b12L Re12 R b22
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(4)偏置电阻设计要满足交流指标设计要求,同时兼顾考虑 静态工作点的稳定性和低功耗和低噪声。注意三极管极限参数 设计参考: A、设计也可以从输入级开始,具体设计过程参考如下:首先 考虑稳定性条件(虽然实验题目没有给出稳定性的设计指标要 求,但是分压偏置电路一个重要特点就是提高了电路的稳定性, 而且第一级的稳定性对多级放大器而言是很重要的,另外考虑 这一因素相当于又增加了一个设计条件,简化了设计过程),Q1 的发射极电位取为:(0.1-0.2)Vcc,即2V左右,1.22.4V。第 级设计在满足各项设计指标的要求下要兼顾稳定性 B、设计第一级电路应尽量使IcQ小即功耗小的情况下,满足电 路设计要求,这里主要是满足摆幅要求(IcQ小摆幅容易受截 止失真限制),第一级输出摆幅近似IcQL(Rc//ri2)约等于 VEQ1(Rc1//r12)/(Re11+Re12)
20 （4）偏置电阻设计要满足交流指标设计要求，同时兼顾考虑 静态工作点的稳定性和低功耗和低噪声。注意三极管极限参数 设计参考: A、设计也可以从输入级开始，具体设计过程参考如下：首先 考虑稳定性条件(虽然实验题目没有给出稳定性的设计指标要 求，但是分压偏置电路一个重要特点就是提高了电路的稳定性, 而且第一级的稳定性对多级放大器而言是很重要的, 另外考虑 这一因素相当于又增加了一个设计条件,简化了设计过程),Q1 的发射极电位取为: (0.1-0.2)Vcc,即2V左右，1.2--2.4V。第 一级设计在满足各项设计指标的要求下要兼顾稳定性. B、设计第一级电路应尽量使ICQ1小即功耗小的情况下，满足电 路设计要求，这里主要是满足摆幅要求（ ICQ1小摆幅容易受截 止失真限制），第一级输出摆幅近似ICQ1（Rc1//ri2）约等于 VEQ1（Rc1//ri2） /（Re11+Re12）
由于R1受输出电阻约束(近似为re2+Ra/60〈100欧姆),所以 若R取5.1K左右(即满足输出电阻要求小于R小于6K,而R太 小则影响第一级增益,又要尽量取大一些),如摆幅为6V,则 Re11+Re12取值在1.5K-3K左右,Ic在1mA左右。 C、Re11取值影响输入电阻和增益,由于输入电阻要求大于3K, 因此Re11取值最好在51欧姆左右(Rel1太小非线性失真也比 较大),增益近似R1/(VT/Ic1+Re11)。 D、根据稳定性要求,即:Ib11(5-10)IB和Q1的基极电位确 定Rb1、R12,以上具体估算数值可在软件仿真时调节。以上设 计方法参考自谢嘉奎主编“电子线路”(线性部分)第四章放 大器基础。 E、第二级设计可以直接从输出摆幅入手确定其静态工作点和 电路参数,由于电容耦合,两级工作点隔离,静态工作点可分 别设计。考虑到饱和压降和负载影响交流负载线与输出特性曲 线横轴交点取为6-8,VBCQ应为3-4V,电流摆幅应为:电压摆幅 /RL,已知负载电阻IK,则可得(12-VEC2)/Re2=4/RL,可求得 Re2为1K-2K。Re2不可太小,否则功耗较大(色环电阻1/8W)
21 由于Rc1受输出电阻约束（近似为re2+Rc1/60〈100欧姆），所以 若Rc1取5.1K左右（即满足输出电阻要求小于Rc1小于6K,而Rc1太 小则影响第一级增益，又要尽量取大一些），如摆幅为6V，则 Re11+Re12取值在1.5K—3K左右，ICQ1 在1mA左右。 C、Re11取值影响输入电阻和增益，由于输入电阻要求大于3K， 因此Re11取值最好在51欧姆左右（ Re11 太小非线性失真也比 较大），增益近似Rc1/(VT/IC1+Re11) 。 D、根据稳定性要求，即：Ib11=（5-10）IB1和Q1的基极电位确 定Rb11、Rb12， 以上具体估算数值可在软件仿真时调节。以上设 计方法参考自谢嘉奎主编“电子线路”（线性部分）第四章放 大器基础。 E、第二级设计可以直接从输出摆幅入手确定其静态工作点和 电路参数，由于电容耦合，两级工作点隔离，静态工作点可分 别设计。考虑到饱和压降和负载影响交流负载线与输出特性曲 线横轴交点取为6-8V，VECQ2应为3-4V，电流摆幅应为:电压摆幅 /R’L，已知负载电阻1K, 则可得(12-VECQ2)/Re2=4/ R’L，可求得 Re2为1K-2K。 Re2不可太小,否则功耗较大(色环电阻1/8W)