电系魔法师成长之路—仪器仪表学习（三）设计一个五倍共射放大器

一、用途

放大器顾名思义是用来放大的器件，是用来将小信号放大为大信号的。就像璐璐的终极技能“野蛮生长”，将英雄属性变强，体型变大，放大器就能够将0.1V的小信号提高为1V。

二、放大电路的设计

①在进行设计时，要明确“制作什么性能的电路”。

​ 共射极放大电路的设计规格

本次放大电路采用的是共发射极放大电路，将基极作为小信号输入端，集电极作为大信号输出端，发射极作为接地端。共射放大电路既能放大电流又能放大电压，其输入与输出反相；输出阻抗较大，频带较窄，在高频时放大倍数小，适合做低频电压放大电路。本次电路设计对频率和输入输出阻抗没有要求，同时我也是在入门阶段，所以我选择共射放大电路，来完成本次实验。

②确定Rc与Re

在共射放大电路中，电路放大倍数是由Rc与Re之比来决定的，Av=5，所以取Rc：Re = 5：1。由于三极管Vbe 电压会随温度变化而变化的特性，当Vbe发生变动时，发射极电位也要变动，集电极电流也发生变化，所以Re的直流压降必须在1V以上，再结合最大输入电压，本次实验我们取Re上的压降为2V。根据三极管的频率特性或噪声特性，确定发射极电流为Ie=Ic=1mA。所以Re为2K欧姆，Rc为10K欧姆.

注意，当Rc过大时，集电极电位下降，输出电压靠近发射极电压，易消去下侧波形，形成饱和失真；当Rc过小，集电极电位上升，靠近电源电压，易消去输出波形上侧，形成截至失真；当发生失真时，可以通过调整Ve或者Ic求出Rc与Re，最好的办法是将集电极电位Vc设定在Vcc与Ve的中点，Vc=VCC-Ic*Rc。

③确定电源电压

为了保障集电极电流流动，由于Re上最低加1~2V的电压，所以VCC=6或者7V，这里我们可以取12或者15V，这会直接影响最大输入电压。所以我们也要根据信号大小选择。

④确定三极管

由于VCC为15V，集电极电压-基极电压的最大额定值要大于15V；由于我常用NPN型三极管，所以本次也选择了NPN型三极管。

⑤确定R1与R2偏置电路

由于Ve=2V所以Vb=Ve+0.6=2.6V；

R2上的压降为2.6V，R1为12.4V；这里要设电流放大倍数β为200，基极电流就为0.005mA，要取一个大的多的基极电流（10倍左右），这里Ib取0.1mA,所以R1=124K欧姆，R2=26K欧姆，在保障R1:R2不变的情况下，本次选择R=100K欧姆，R2取22K欧姆。

⑥确定耦合电容C1与C2

由于交流信号中会存在小的直流信号，此直流信号会导致输出信号失真，C1与C2的作用就是将基极或集电极直流电压截去，仅让交流成分通过。

C1与输入阻抗、C2与输出端的负载电阻形成高通滤波器。当C1与C2取得很小时，难于通过低频信号。此处取C1=C2=10uF。C2得取值也会受到负载的影响。

⑦确定电源去耦电容C3与C4

电源本身存在一定阻抗，C3与C4用于降低电源对GND的交流阻抗作用，C3与C4也被称为旁路电容，当没有这个电容时，交流特性不够优良，甚至会出现振荡。

C3取小电容0.1uF,使得在高频时，阻抗小。

C4取大电容10uF，使得在低频时，阻抗大。

在制作PCB是，C3 C4的连接导线尽量要短。

取C3与C4并联可取得很宽频率范围内降低阻抗，C3与C4也可以被称为电路工作的”保险金“，在实际装配电路时，如果能加入旁路电容，那么你就已经加入高手行列了。

三、放大电路的性能

①输入阻抗

输入电阻bai是从放大电路输人端看进去的等效电阻，是用来衡量放大器对信号源影响的一个性能指标。输人电阻越大，表明放大器从信号源取的电流越小放大器输人端得到的信号电压也越大.即信号源电压衰减的越少Us=Rs+Ri*IoRs，为信号源内阻，RI为放大器输人电阻。

因此作为测量信号电压的示波器、电压表等仪器的放大电路应当具有较大的输人电阻。如果想从信号源取得较大的电流.则应该使放大器具有较小的输入电阻。

此电路计算方法为R1并联R2=18K欧姆。

实验方法为取一电阻Rs串在信号源上，当Vi为Vs的一半时，Rs=Ri。

②输出阻抗

输出电阻是从放大器输出端看进去的视在电阻如果把放大器看成一个信号源，它就是信号源内阻。输出电阻用来衡量放大器带负载能力的强弱。当放大器将放大了的信号输出给负载电阻RL对负载RL来说.放大器可以等效为具有内阻R。

的信号源由这个信号源向RL,提供输出信号电压和输出信号电流。RO称为放大器的输出电阻，它是从放大器输出端向放大器本身看人的交流等效电阻。如果输出电阻RO很小，满足RO≤RL条件，则当RL在较大范围内变化时，就可基本维持输出信号电压的恒定。
反之，如果输出电阻RO很大.满足RO≥RL条件，则当RL在较大范围内变化时，就可维持输出信号电流的恒定。放大器在不同负载条件下维待输出信号电压〔或电流)恒定的能力称为带负载能力。而输出电阻RO就是表征这种能力的一个性能指标。

输出电阻还会影响电路的频率特性，对于共射放大电路来讲，输出电阻较大，与小电容一起工作时会形成一个低通滤波器，导致电路无法在高频信号下正常工作。

一般情况下Ro=Rc的。

实验计算方法：在输出端接上一个负载电阻Rl是测量Vo1，同时在无负载时测量Vo2，当Vo1=1/2 Vo2时 Ro=Rc。

四、实验数据

信号源采用的是1kHZ，1Vp-p，输出信号为5V，电压放大倍数为五倍。

五、注意事项

①电路本身没有太多设计，都是书籍的标准实验，更重要的是各个元器件的焊接，尤其是三极管的三个管脚，一定要看清，不同型号的管脚不同，本次实验中出现过波形出现一半的情况，经过排查是在制作PCB的过程中三极管的管脚与现实三极管管脚对应不上。

②实验还有很多可以改进的地方，比如带宽，这个实验板子在几百KHZ的信号下工作性能就会下降，希望大家能够想办法去提高其带宽。

本次实验主要内容是参考《晶体管电路设计》一书，在老师的指导与同学的帮助下共同完成，本人的模数电基础不够牢固，若存在问题还请读者老师指正。