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文檔簡介
1、17/17141414設計單級共基極放大電路靜態工作點分析1緒論本課程設計的基本要對靜態工作點分析(白冰);輸入信號的變化對放大電路輸出的影響(師曉輝);測量放大電路的放大倍數(閆斌);輸入電阻(特);輸出電阻(齊帥)。本論文針對靜態工作點的分析,靜態工作點是在分析放大電路時提出來的,它是放大電路正常工作的重要條件。當把放大器的輸入信號短路,把IN直接接地,則放大器處于無信號輸入狀態,稱為靜態。如果靜態工作點選擇不合適,則輸出波形會失真,因此設置合適靜態工作點是放大電路正常工作的前提。靜態分析就是求解靜態工作點Q,再輸入信號為零時,晶體管和場效應管各電極間的電流和電壓就是Q點。可用估算法和圖解
2、法求解。Multisim軟件是一個專門用于電子線路仿真與設計的EDA工具軟件。作為Windows下運行的個人桌面電子設計工具,Multisim是一個完整的集成化設計環境。Multisim計算機仿真與虛擬儀器技術可以很好地解決理論教學與實際動手實驗相脫節的這一問題。學生可以很方便地把剛剛學到的理論知識用計算機仿真真實的再現出來,并且可以用虛擬儀器技術創造出真正屬于自己的儀表。它具有直觀的圖形界面,豐富的元器件,強大的仿真能力,豐富的測試儀器,完備的分析手段,獨特的射頻模塊,強大的MCU模塊,完善的后處理,詳細的報告,兼容性好的信息轉換特點。所以NIMultisim軟件電子學教學的首選軟件工具。1
3、1414142設計任務(一)目的:1.了解單極共基極放大電路的基本工作原理;2.學會運用軟件模擬設計電路、應用各種儀器。了解電路在不同狀態下的變化特點,學會對電路的變化分析;3.了解設置靜態工作點分析的必要性4.熟悉靜態工作點與動態參數的估算5.了解穩定靜態工作點的措施(二)原理:1.共基極放大電路中,輸入信號是由三極管的發射極與基極兩端輸入的,再由三極管的集電極與基極兩端獲得輸出信號因為基極是共同接地端,所以稱為共基極放大電路。2.共基極放大電路具有以下特性:(1)、輸入信號與輸出信號同相;(2)、電壓增益高;(3)、電流增益低(1);(4)、功率增益高;(5)、適用于高頻電路。共基極放大電
4、路的最大優點是頻帶寬,因而常用于無線電通信方面。3設計電路(一)單級共基極放大電路圖2141414圖31單級共基極放大電路圖(二)放大器靜態工作點的測量與調試由于電子器件性能的分散性比較大,因此在設計和制作晶體管放大電路時,離不開測量和調試技術術在技術前應測量所用元器件的參數,為電路設計提供必要的依據,在完成設計和轉被以后,還必須測量和調試放大器的靜態工作點和各項性能指標。一個優質放大器,必定是理論設計和實驗調試相結合的產物。因此,除了學會放大器的理論知識和設計方法外,還必須掌握必要的測量和調試技術。放大器的測量和調試一般包括:放大器靜態工作點的測量與調試,消除干擾與自激震蕩與放大器各項動態參
5、數的測量與調試等。1.靜態工作點的測量測量放大器的靜態工作點,應在輸入信號Ui=0的情況下進行,即將放大器的輸入端與地端短接,然后選用量程合適的直流毫安表和直流電壓表,分別測量晶體管的集電極電流IC以與各電極對地的電位UB、UC和UE。一般實驗3141414中,為了避免短開集電極,所以采用測量電壓,然后算出IC的方法,例如,只要測出UE,即可用ICIE=UE/RE算出IC(也可根據IC=(UCC-UC)/RC,由UC確定IC)同時也能算出UBEUBUE,UCEUCUE。為了減小誤差,提高測量精度,應選用阻較高的直流電壓表。2.靜態工作點的調試放大器靜態工作點的調試是指對管子集電極電流IC(或U
6、CE)的調整與測試。靜態工作點是否合適,對放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點偏高,放大器在加入交流信號以后易產生飽和失真,此時UO的負半周將被削低,如圖31(a)所示;如工作點偏低則易產生截止失真,即UO的正半周被縮頂(一般截止失真不如飽和失真明顯),如圖32(b)所示。這寫情況都不符合不失真放大的要求。所以在選定工作點以后還必須進行動態調試,即在放大器的輸入端加入一定的UI,接茬輸出電壓UO的大小和波形是否滿足要求。如不滿足,則應調試工作點的位置。4141414改變電路參數UCC、RC、RB(RB1、RB2)都會引起靜態工作點的變化,如圖33所示。但通常多采用調節偏電阻RB2的方法
7、來改變靜態工作點,如減小RB2,則可使靜態工作點提高等。最后還要說明的是,上面所說的工作點“偏高”或“偏低”不是絕對的,應該是相對信號的幅度而言,如信號幅度很小,即使工作點較高或較低也不一定會出現失真。所以確切地說,產生波形失真是信號幅度與靜態工作點設置配合不當所致。如需滿足較大信號幅度的要求,靜態工作點最好盡量靠近交流負載線的中點。(三)單級共基靜態工作點的分析過程1.測量IBQ:5141414圖342.測量ICQ圖353.測量IEQ6141414圖364.測量UBEQ:圖375.測量UCEQ:7141414圖38上圖為基本共基放大電路,令UI=0,發射極電位UEQ=UBQ,集電極電位UCQ
8、VCCICQRC,便可得出靜態工作點.IEQVBBUBEQREIBQIEQ1UCEQUCQUEQVCCICQRCUBEQ用晶體管的h參數等效模型取代所示電路中的晶體管,便可得到基本共基放大電路的交流等效電路。4結論總結本次課程設計是以實驗為基礎,以Multisim為模擬輔助進行的。從分析可以總結出,靜態工作點不但決定了電路是否會產生失真,而且還影響著電壓放大倍數、輸入電阻等動態參數。實際上電源電壓的的波動、元件的老化以與因溫度變化所引起晶體管參數的變化,都會造成靜態工作點不穩定的諸多因素,溫度對晶體管參數的影響是最為主要的。8141414(一)靜態工作點Q的設置1.設置Q點的作用:放大電路在處
9、于動態時(Vi0),電路中既有交流,又有直流。直流是偏置為放大信號建立條件、搭建平臺。若電路中沒有直流量,交流放大無法實現。這猶如收音機沒有電池供電,肯定收聽不到電臺信號一樣的道理。2.設置Q點的原則:一般來說,Q點應在交流負載線AB的中央位置處,這樣可獲得最大的不失真輸出,亦即可得到最大的動態工作圍。3.合理地設置Q點對交流輸出的影響:(1)若Q點設置合理,輸出波形失真會盡可能小。但當Q點位置選擇不當時,會出現嚴重的非線性失真。圖41分析圖41共射放大電路(倒相作用)。對于晶體管它有三個工作區,即放大區、截止區、飽和區,如圖42。Q點設置合理,那么交流小信號Vi在輸入的整個周期,都被放大電路
10、放大,然后輸出一個完整的正弦波形供給負載RL。9141414為RL,RLRC/RL的直線)。若M點“誤入”非線性區域,那么就會出現波形圖42(2)若Q點設置過高或過低,在Vi信號作用下,晶體管一段時間工作在飽和區或截止區、一段時間工作在放大區,這樣放大電路輸出波形就出現失真。因在動態時(Vi0),電路中的電流、電壓為直流分量和交流分量的疊加,都是一個變動值。電路中電壓、電流是隨時在變,如輸出回路中集電極電流IC、集射電壓VCE。由這兩個量所確定的點M在交流負載線上AB上移動(過Q點,斜率1失真,如圖43(a)(飽和失真),如圖43(b)(截止失真)。(a)(b)圖43(二)基極輸出器靜態工作點
11、10141414基極輸出器靜態工作點的穩定性對電路動態性能影響很小,可近似忽略。放大電路直流偏置電路的構成形式,要根據動態性能受到靜態工作點的影響和制約情況等因素而確定。因此,為簡化電路,基極輸出器一般采用簡單的偏置電路形式,即:晶體管的基極只用一個電阻RB用于引入晶體管發射結的正偏壓,簡化了電路但基極直流電位不恒定;晶體管的發射極接有電阻RE因發射極交流電流IE需經電阻轉換成交流電壓從發射極輸出,發射極必須接有電阻RE,RE又對直流有負反饋作用,有一定穩定靜態工作點的作用。需要指出的是:(1)為滿足1,(1+)RBE與RORL的條件,忽略靜態工作點的穩定性對射極輸出器動態性能的影響,晶體管的
12、電流放大系數盧應盡可能大些。(2)基極輸出器的靜態工作點仍要設置合適,否則可能產生非線性失真,影響動態輸出圍。(三)穩定靜態工作點的措施典型的靜態工作點穩定電路中利用負反饋穩定Q點,而圖39(a)中則采用溫度補償的方法來穩定Q點。使用溫度補償方法穩定靜態工作點時,必須在電路中采用對溫度敏感的器件,如二極管、熱敏電阻等。在圖39(a)所示電路中,電源電壓VCC遠大于晶體管be間導通電壓UBEQ,因此Rb中靜態電流IRbVCCUBEQRbVCCRb11141414節點B的電流方程為IRbIRIBQ圖39穩定靜態工作點的措施(a)利用二極管的反向特性進行穩步補償(b)利用二極管的正向特性進行溫度補償
13、IR為二極管的反向電流,IBQ為晶體管基極靜態電流。當溫度升高時,一方面IC增大,另一方面由于IR增大導致IB減小,從而IC隨之減小。當參數合適時,IC可基本不變。其過程簡述如下:T()ICIRIBIC從這個過程的分析可知,溫度補償方法的考溫度敏感器件直接對基極電流IB產生影響,使之產生與IC相反方向的變化。圖39(b)所示電路同時使用引入直流負反饋和溫度補償兩種方法來穩12141414定Q點。設溫度升高時二極管電流基本不變,因此其壓降UD必然減小,穩定過程簡述如下:T()ICUEUDUBUBEIC當溫度降低時,各物理量想相反方向變化。對于放大電路中的最基本要求,一是不失真,二是能夠放大。如果
14、輸出的波形嚴重失真,所謂“放大”毫無意義,因此,設置合適的靜態工作點,以保證放大電路不產生失真是非常必要的5收獲心得本次模擬電子線路課程設計過程,我學到了很多東西,通過靜態工作點的分析,不僅掌握了共基極放大電路的分析思路,全面了解到晶體管單管放大電路的三種基本揭發的特點。更是對一學期以來所學的電子方面的知識也重新學習和復習了一遍,也對自己在模擬電子方面的能力有了更客觀的認識和評價。在這次設計過程中,從最基本的查原件,找資料做起,了解了完整的電子設計的一般步驟,也和同學們共同探討,學到了很多課堂上學不到的東西,也遇到了各種各樣從沒有想到的問題,通過請教老師,和同學交流,搜索資料等各種方面解決它們,可以說是為我們以后再電子領域的發展做了一些有意的嘗試,同時也使我增加了對電子方面知識的興趣,也從中發現了自己的一些不足的地方,以后會多多改進。最后,在這里也非常感指導老師,感你們的耐心指導,!6參考文獻1華中理工大學電子學教研室,康華光主編,電子基礎基礎(模擬部分).第四版.:
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