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基本放大电路设计


模电论文报告
课程名称:模拟电子技术基础 报告题目:基本放大电路设计 学生姓名: 所在学院: 专业班级: 学生学号:

2013 年 6 月 16 日

目录
一、概述………………………………………………………………………… 1 二、原理………………………………………………………………1 三、放大状态下 BJT 的工作原理……………………………………………………4 四、静态工作点………………………………………………………………………5 五、结论与心得………………………………………………………………………6 参考文献………………………………………………………………………… 6

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一、 概述
单级型管的单级放大电路, 用场效应管作为放大器件组成的放大电路,称为 场效应管放大电路。 场效应管和双极型晶体管一样是电路的核心器件,在电路中 起以小控大的作用。在场效应管的放大电路中,为实现电路对信号的放大作用, 必须要建立偏置电路以提供合适的偏置电压,使场效应管工作在特性的恒流区。

二、 原理
三极管具有电流放大作用,如何使用三极管构成一个电路,实现对输入信 号的放大?本节就来讨论这一问题。 基本放大电路是放大电路中最基本的结构,是构成复杂放大电路的基本单元。 它利用双极型半导体三极管输入电流控制输出电流的特性,或场效应半导体三 极管输入电压控制输出电流的特性,实现信号的放大。本章基本放大电路的知 识是进一步学习电子技术的重要基础。本书中双极型半导体三极管简称三极管, 场效应半导体三极管简称场效应管。 放大电路主要利用三极管或场效应管的控制作用放大微弱信号,输出信号在电 压或电流的幅度上得到了放大,输出信号的能量得到了加强。 2. 输出信号的能量实际上是由直流电源提供的, 只是经过三极管的控制, 使之转换成信号能量,提供给负载。放大电路的结构示意图见图 3-1-1。

公社组态基本放大电路如图 3-1-2 所示。在该电路中,输入信号加在加在基 极和发射极之间, 耦合电容器 C1 和 Ce 视为对交流信号短路。输出信号从集电极 对地取出,经耦合电容器 C2 隔除直流量,仅将交流信号加到负载电阻 RL 之上。 放大电路的共射组态实际上是指放大电路中的三极管是共射组态。

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在输入信号为零时,直流电源通过各偏置电阻为三极管提供直流的基极电 流和直流集电极电流, 并在三极管的三个极间形成一定的直流电压。由于耦合电 容的隔直流作用,直流电压无法到达放大电路的输入端和输出端。 当输入交流信号通过耦合电容 C1 和 Ce 加在三极管的发射结上时,发射结上的电 压变成交、直流的叠加。放大电路中信号的情况比较复杂,各信号的符号规定如 下: 由于三极管的电流放大作用,ic 要比 ib 大几十倍,一般来说,只要电路参数设 置合适,输出电压可以比输入电压高许多倍。uCE 中的交流量 有一部分经过耦合 电容到达负载电阻,形成输出电压。完成电路的放大作用。 由此可见,放大电路中三极管集电极的直流信号不随输入信号而改变,而交流 信号随输入信号发生变化。 在放大过程中,集电极交流信号是叠加在直流信号上 的,经过耦合电容,从输出端提取的只是交流信号。因此,在分析放大电路时, 可以采用将交、直流信号分开的办法,可以分成直流通路和交流通路来分析。 放大电路的组成原则: 1.保证放大电路的核心器件三极管工作在放大状态,即有合适的偏置。也就是 说发射结正偏,集电结反偏。 2.输入回路的设置应当使输入信号耦合到三极管的输入电极,形成变化的基极 电流,从而产生三极管的电流控制关系,变成集电极电流的变化。 3.输出回路的设置应该保证将三极管放大以后的电流信号转变成负载需要的电 量形式(输出电压或输出电流)。

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三、 放大状态下 BJT 的工作原理
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。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。 偏置电路 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。

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图 1 三极管结构图

图 2 三极管

图 3 三极管类型图

四、 静态工作点
所谓静态工作点就是输入信号为零时,电路处于直流工作状态,这些直流电 流, 电压的数值在三极管特性曲线上表示为一个确定的点 , 设置静态工作点 的目的就是要保证在 被被放大的交流信号加入电路时, 不论是正半周还是负 半周都能满足发射结正向偏置, 集电 结反向偏置的三极管放大状态 . 可以通 过改变电路参数来改变静态工作点,这就可以设置静态工作点. 若静态工作点
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设置的不合适,在对交流信号放大时就可能会出现饱和失真(静态工作 点偏高) 或截止失真(静态工作点偏低) .

五、 结论与心得
经过一段时间, 我们在老师和辛勤帮助指导之下, 完成了这次的实验任务, 在进行实验之前, 一定要把课本先复习掌握一下, 以 方便实验的经行和设计。 我分别设计了基 本放大电路的实验,经过自己的资 料查找和反复设计,排除 实验过程中遇到的一些困难,最终圆满的完 成了实验任务及要求,在进行放 大电路设计时就遇到了一定 困难, 在知识方面掌握还是不 够,所以遇到了 较多困难,通过老师指导和同学的帮助,一步一步进 行改进和设计,在设计 过程中也学到了许多放大电路的知识,更加深 入的体会到有关放大电路的基 本原理。每个实 验的设计都经历许多的挫折,产生许多的问题,我们在出现 的问题上 对实验设计进行一步步的修改,这样还帮助我们弄懂了很多的问题。 实验过程中,从发现问题到解决问题,无不让我们更加明白和学 习到电学知 识 的不足,让我们更加深入透彻的学习掌握这些知识, 我认为,这次的实验 不仅仅更加深入的学习到了电学知识,还培养了 自己独立思考, 动手操作的 能力, 并且我们学习到了很多学习的方法, 这些都是今后宝贵的财富。通过 电工实验设计,从理论到实际,虽然 更多的是幸苦,但是学完之后,会发现 我们收获的真的很多,所以这些付出都是值得的。我想这次的实验设计所收获 的点点滴滴, 今后一定能对我们起到重要 的帮助!

参考资料
[1]康华光.电子技术基础模拟部分(第五版)[M].高等教育出版社.2005 [2]邬书跃.数字电子技术基础[M].清华大学出版社。2012

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