放大电路设计
- 要求各部分的直流电位
- 要求交流电压放大倍数
- 电路设计
-
- 1、确定电源电压
- 2.选择晶体管
- 3.确定发射极电流的工作点
- 4、确定R~C~和R~E~
- 5.设计基极偏置电路
- 6.确定耦合电容C~1~C~2~
- 7.确定电源去耦电容C~3~C~4~
- Multisim仿真
- 放大电路性能
-
- 1、输入阻抗
- 2、输出阻抗
- 3、频率特性
- 4.增加放大倍数
- 5.总谐波失真
要求各部分的直流电位
下图为直流电路。 
求基极的直流电位：VB=(R1·VCC）/ (R1 R2) （V） 发射极的直流电位：VE=(VB-VBE)（V） (VBE基极-发射极电压为=0.6V） 发射极上流动的直流电流：IE=VE/RE=VB-0.6 / RE (A) 集电极的直流电位(减去负载电阻)RC获得的值):VC=VCC-IC·RC（V） 因为基极的电流很小，可以看作是IC=IE，得VC=VCC-IE·RC（V） 电路上获得的结果如下图所示：
要求交流电压放大倍数
由于晶体管是导通的，添加到基极端子的交流电位直接出现在发射极，因此交流电压Vi交流的变化部分是ie为： ie=Vi/RE（A） 集电极电流的交流变化部分是ic(这里也有假设ie=ic），则电阻RC交流电平为： vRc=ic·RC =Vi ·RC/ RE （V） 由于滤波电容C2切断直流成分，因此交流输出信号VO=VRC。 因此，该电路的交流放大倍数为： Av=Vo/Vi = RC/RE 从公式可以看出AV晶体管的直流电流放大系数hFE无关，而是原因RC和RE比例决定。(因为基极电流很小，几乎为0，所以认为与hFE无关） RE可视为负反馈电阻，RE 增大AV减小。
电路设计
设计要求:设计电压增益4(12)的共发射极放大电路dB）倍，最大输出电压 4VP-P，任意输入输出阻抗的频率特性。
确定电源电压
结合放大倍数，确保添加最大输出电压RE 上的电压为1-2V（因为VBE为0.6V，晶体管具有温度特性，VBE变化，集电极电压VCE和VE也会变化，吸收变化)，VCC为5-6Vπ，因此取VCC=15V（10V不能满足最大输出电压)。
2.选择晶体管
晶体管按用途大致可分为低频(2)SB****，2SD*****）和高频（2SA****，2SC****），可分为大功率和小功率。在追求性能时要慎重选择。 这里选择2SC2873。
3.确定发射极电流的工作点
在频率特性最好时，应选择晶体管工作IE， 这里设IE=1.5mA。 小信号共发射极放大电路的发射极电流一般为0.1mA数毫安之间。
4、确定RC和RE
由AV=RC/RE=4:1，且设VRE=1.5V，由IE=1.5mA，得RE=1KΩ，RC=4KΩ。（因为基极电流很小所以忽略不计） VCE=VCC-IE·（RC RE）=15-10=7.5V 晶体管损耗PC(集电极和发射极之间的损失变成热量) PC=VCE·IC=7.5V·1.5mA=11.25mW 注意：如果RC 如果值太大，那就在RC当输出振幅较大时，集电极电位接近发射极电位，切断输出波形的下侧。 相反如果RC 集电极电位靠近电源电位，切断输出波形的上侧。 解决这个问题最好是集电极电位VC 设定在VCC与VE中点。(调整VE和IC的值）
5、基极偏置电路的设计
该电路中VRE=VE=2V，且VBE=0.6V，所以基极电位VB=2.6V。 VB 是由R1和R2 电源电压分压后的电位设置VR2=2.6V，则VR1=20-2.6=17.4V。 基极电流Ib 集电极电流的1/hFE，设hFE=200，则Ib=0.01mA。 所以必须在R1和R2上流过比基大得多的电流，使基极电流可以忽略（一般超过10倍），这里I1·2=0.2mA。 则R1=VR1/I1·2=17.4V / 0.2mA=87KΩ, R2=VR2/I1·2=2.6V / 0.2mA=13KΩ, (取标称值)
6.确定耦合电容C1C2
C1与输入阻抗，C2高通滤波器由连接到输出端的负载电阻组成。(高频阻低频，C低频能力越低，频率特性越低，fC=1/2πC·R） fC=1/2πC·R=1/2π·10uF·11.3KΩ=0.8HZ 这里取10uF。
7.确定电源去耦电容C3C4
C3和C4是电源的去耦电容-即减少电源对GND用于交流阻抗的电容器(称为旁路电容器)。 电容阻抗为(1/2π·f·C），频率越高，阻抗越小，但范围如下图所示量的电容器（0.01uF-0.1uF）在高频率处，大容量的电容器（1uF-100uF）在低频率处，电容阻抗最低。 这里采用C3=0.1uF，C4=10uF的电容器。（可以有很宽的频率范围）
Multisim仿真
仿真结果如下图，数据有点误差，但是在允许范围。 AV=3.848/1=3.8(11.5dB) 输入输出波形图
放大电路的性能
1、输入阻抗
下图表示测量输入阻抗的方法，认为加在电路上的输入电压Vi是信号电压VS用RS与Zi（输入阻抗）分压后得到的 如下图所示当RS=11KΩ时，Vi波形为VS波形的一半所以输入阻抗Zi=R1//R2=11KΩ 。
2、输出阻抗
下图表示输出阻抗的测量方法，认为输出信号Vo为输出阻抗Zo和负载电阻RL分压得到的。
当RL=4KΩ时，Vo减小为原来（不接负载时）的一半，所以Zi=RC=4KΩ，即输出阻抗为RC的值。
3、频率特性
该电路的频率特性如下图所示，低频截止频率 fcl=1/2π·C·R（是输入侧高通滤波器的值，没有接负载情况下，有的话取较大那一个），高频截止频率与晶体管，封装，以及密勒效应有关。
4、提高放大倍数
有了上述放大电路，想稍微提高放大倍数时，如果随意改变RC和RE的值，则连偏置也变了，从而导致最大输出振幅改变，出现输出波形失真。 可以采用如下方法，在不改变直流电位的情况下提高交流增益。 举例一种：将RE分为Re1和Re2，并在Re2上并联一个电容，这样电路的直流电位不变，放大倍数AV=RC/Re1=4/0.1=40(32dB) 如下图
5、总谐波失真
失真率与放大倍数成正比。
完！