电工基础

电工基础知识_电工技术-电工最常见电路

如何用三极管设计放大电路

时间:2023-03-01 11:27来源:未知 作者:admin 点击:
引言 很多人看完 模电 书上的三极管放大 电路原理 后,了解到三极管是怎么“放大” 电流 的,但是让他自己设计一款合适的放大电路,基本上是没有思路,不知道从哪里下手。今天,

引言

很多人看完模电书上的三极管放大电路原理后,了解到三极管是怎么“放大”电流的,但是让他自己设计一款合适的放大电路,基本上是没有思路,不知道从哪里下手。今天,我就带领大家来学习一下如何用三极管设计放大电路,本文以共设放大电路为例进行讲解。

poYBAGL0uXyAUD3jAAAseDmR_S4147.jpg

图1 共发射极放大电路

直流分析

1. 如图2所示电路中由于三极管的Ib很小可以忽略,所以基极电位就是R1与R3分压得到的。

pYYBAGL0t1eAanL-AAAcK1Yt6rI637.png

2. 由于VBE的电压为0.6V左右,因此发射极电位是基极电位减去0.6V。

pYYBAGL0t2iAM7ugAAAcK3M7dZA200.png

 

pYYBAGL0uR6AdnHyAAAKp7VWhVs74.jpeg?token=c5471465bdaec8ce513d299d36670d48

通过发射极上电位就可以求到发射极上流动的电流。

poYBAGL0t3SABYcgAAAcK-wIE-k245.png

3. 由于IE=IB+IC,IB很小,可以忽略,则IE≈IC,所以可以通过IE求得Vc。

poYBAGL0t4WARJD1AAAcK7HzKak120.png

pYYBAGL0t5iAEQwGAABrxwlChDs370.png

图2 共发射极放大电路中各个部分的直流电位

交流分析

1. 由于基极与发射极之间可以看成一个二极管,而二极管在导通情况下,由于压降一定,则二极管两端的电压变化是一致的,因此基极端的交流电位vi的变化与发射极端的交流电位ve的变化是一致的,因此Δve=vi来求得发射极变化的电流。

poYBAGL0t6qATuUwAABrxyetDuY889.png

另外,集电极电流的交流部分为Δic,通过Δic就可以求得集电极交流电压。

pYYBAGL0t7eAYX42AABrx0Wdijc910.png

由于Δib很小,所以可以认为Δic=Δie,从而得到集电极交流电压计算公式。

poYBAGL0t8eAFuQgAABrx0fF4M4754.png

2. 因为C1将vc的直流成分去掉了,输出信号vo就是Δvc。则放大倍数为RC与RE之比。

pYYBAGL0t9WAEjPfAABrx56YXiM358.png

由上面公式可知,放大倍数与直流电流放大系数β(hFE)无关,是由RC和RE决定的。RE增大,放大倍数减小,由此可见RE引入了负反馈,有抑制因β的分散性和VBE的温度变化而产生的发射极电流变化的作用。

pYYBAGL0t-mAbjO-AABrx2b3G48854.png

图3 求电压增益

电路设计

pYYBAGL0t_mACbOjAABrxyCdv0E668.png

表1 共射极放大电路设计规格

1. 确定电源电压

因为要输出5Vp-p的电压,所以需要5V以上的电源电压。因为有vb和vbe的存在,所以发射极电阻RE上最低加上1~2V的电压,由于要满足静态工作点的要求,Vce一般取电源电压的一半,所以电源电压取15V。

2. 晶体管的选择

因为电源电压是15V,所以要选择VCEO与VCBO要大于15V的晶体管,由于没有其他的特殊要求,所以就选择常用的NPN三极管9013。

pYYBAGL0uAqANKzZAAB9udhzCQg833.png

图4 S9013最大额定值(Ta=25℃)

pYYBAGL0uBmAbRNWAAER6eDNGMI234.png

图5 S9013电特性(Ta=25℃)

3. 确定发射极电流的工作点

根据需求设置IE,但是本设计没有要求,所以IE取值不要超过最大额定值就行了,这里为了方便取值1mA。

4. 确定RC和RE

为了满足静态工作点在中间位置,保证不出现饱和失真和截止失真,所以取VCE为一半的电源电压,即7.5V,因为IE为1mA,所以RE+RC为7.5KΩ。

pYYBAGL0uC2AeW9HAAER6XTyL3k130.png

因为AV=5,所以RC为6.25KΩ。

poYBAGL0uDqANHIQAAER6ZbJ5_4642.png

那么RE为7.5KΩ-6.25KΩ=1.25KΩ。

但是E24系列电阻中没有这两个值,则取RC为6.2KΩ,RE为1.3KΩ。当前参数的放大倍数为4.7倍。

通过计算得到晶体管的静态损耗PC为7.5mW。

pYYBAGL0uEyAEvJGAAER6RuRZLY257.png

5. 基极偏置电路设计

由于VE=1mA*1.3KΩ=1.3V,VBE为0.6V,所以基极电位VB必须是1.9V。假设β为100,那么Ib就等于0.01mA。要想Ib有0.01mA,那么流过偏置电阻的电流应该是Ib的数倍,这里取10倍,所以流过偏置电阻的电流为0.1mA。那么R1为131k,R3为19k。但是E24系列电阻中没有这两个值,所以需要重新取值,只要能让VB为1.9V,且偏置电流不低于0.1mA就行,这里取R1为110K,R2为16K。

poYBAGL0uNWAZ2G7AAER6Ur15Vk267.png

6. 确定耦合电容C1和C2

C1和C2的目的就是隔直通交,仅让交流成分通过。C1与C2和输入输出电阻分别构成高通滤波器,为了满足隔直通交的目的,这里取值为10uF。

总结

pYYBAGL0uOiAd4YDAAFSn_VHqis846.png

 

poYBAGL0uR-Ab1LBAADhg6V5YMQ21.jpeg?token=2895d66ae4ef76bcd41a52b5cb89da2b

图6 仿真波形图

图6可知,AV=8.981V/1.968V=4.56倍。由于我们忽略了Ib的存在,所以更理论值存在一定的偏差是正常的。

poYBAGL0uPqAd5z8AAEpuI1y048095.png

图7静态工作点

通过图7可以发现,静态工作点更理论值差不多,有一定的偏差是因为我们忽略了Ib的存在。

因此,我们这种设计的思路是可行的,也是有理论依据的,如果大家有更好的方法就在评论讨论讨论。

(责任编辑:admin)
织梦二维码生成器
相关文章
------分隔线----------------------------
栏目列表
推荐内容