输入信号

输入信号输入信号 Page 1 of 9 text book of huweiping 11/25/2011 --Amplifier the design adjusts to make the craft 一、Amplifier Design principle 1) 输入信号信号源不允许取较大的电流，第一级输入电阻低会影响信号源正常工作，这时应采用射极输出器，如果内阻较大，但取电流并不影响其正常工作，第一级可采用射极输出或共射放大器。 2) 输出信号放大器只要求输出电压信号。至负载电阻Rfz较大，为提高...

输入信号 Page 1 of 9 text book of huweiping 11/25/2011 --Amplifier the design adjusts to make the craft 一、Amplifier Design principle 1) 输入信号信号源不允许取较大的电流，第一级输入电阻低会影响信号源正常工作，这时应采用射极输出器，如果内阻较大，但取电流并不影响其正常工作，第一级可采用射极输出或共射放大器。 2) 输出信号放大器只要求输出电压信号。至负载电阻Rfz较大，为提高放大器电压放大倍数，末级集电极电阻Re取些;负载取电流大本末级加一个射输出器。 3) 级数各级这之积，通常:一级几十倍;二级几百倍;三级几仟倍….. 4) 允许余量工作点稳定、各级基极分压电阻不能选太大、展宽AMP频宽、改善波形、引入交流负反馈 5) 在低频AMP中间级加入射极输出器、加β是不必要的，中间级作用为积蓄电流放大倍数 6) 放大倍数需要在使用中调整，中间级、末级加入电位器 7) 静态工作点设置: 电容耦合，静态互立。 Ic 0.5,2 mA 、 Ec 10,20V 、 Vce 1 ,10V 对输入信号为微伏或毫伏数量级时，弱信号(低电平)为了减小噪声Ic 0.1,0.2ma 用图解法设计或核对，信号比较大Ic 、Vce 都可任选大。 8) 注意AMP工艺结构设计、合理布线、和结构二、调试 (Adjust to try) , 暂不加信号，调试静态工作点 , 加入信号，解决信号失真问题 ;后测试AMP放大倍数 , 消除抑制AMP交流失真与自激 1(静态调试 A. 使用电子仪器进行测量时，仪器Gnd和AMP Gnd 要连接在一起 B. 尽可能量电压，而不量电流(以免更动接地线) C. Vce < 0.5 v 已经或接近饱和 Vce ? Ec 已经或接近截止都是设置未满足设计要求，一般改Rb(Rb2)来实现，为防止拧过头应加一个固定电阻。放大信号小失真问题不突出工作点可低最后几级失真幅度大，最好选在交流负载线上 2(失真 A. ,点偏输出信号下半波被限制即饱和(减小集电极电阻,c或减小基极静态电流Ib) B. ,点低输出信号上波被限制即截止(加大Ib把静态工作点向上移) C. 上下切顶输出入电压幅度太大(减小输入电压或加大,c D. 非线性上下钝形可以自动正过来 E. ,c选择 (,c ,,,,,,) ,c大静态工作点电压低易失真 ,c小静态工作点高放大倍数大组件易烧坏 Page 2 of 9 text book of huweiping 11/25/2011 3(干扰 A. 电源 B. 电路 C. 一方来自电源回路和输出回路;另外一方面采自接地。布线时最把输入与输出电源线 (特别是交流电源线)分开走，不要平行;输入引尽可能短;合理接地;地线最好采用比较粗的裸铜线(DΦ1mm左右)未级致前依次连接，避免用放大器底盘当地线。 D. 工艺:(禁止严重虚焊) 4(噪音来源与抑制高阻低噪采用MOS 管代替晶体管工作频关系: (选择曲线)明显着增大f2= 1-a0 f1 方案选择: 1) 方案选择决定因素:放大倍数、输入电阻、漂移 , 放大倍大小决定了放大器需要级数(二级 100-1000、三级1000-10000 ) , 漂移要求大体上规定了需要电路模型 , 输入电阻与第一级采用的形式有密切关系。采用差动、恒流、共模、反馈等电路措施组装在PCB板上。放大器的漂指标一般只能做到1mV/?的数量级，采用二级差动可做到100uV/?。此外，为了保持晶体管对温度特性一至性，还要有工艺措施，采用均热 2) 电路大至安排: A) 前面重点应解决漂移 B) 中间重点应解决放大倍数 C) 未级重点应解决输出幅度三、各工作情况: 1) 输入级应加并联正反二只极管起限压保护作用、还需把共用的Re为AMP调零电位器用、采用恒流源来提高共模抑制，为削弱共模干扰电压对AMP的影响减小工作点漂移。(选用NPN型) 2) 次级(NPN差动单端OUT带均热)按原规选?β,,,、?两管β差值为? β,β,,,?在给定工作条下两管B-E极电压差值,?BE,〈1MV?Icbo 尽量小 3) 未级采用推挽电路(分析正负int?正负output) 4) 次一未级间应加限幅环节四、各级参数计算: 任务:选择各级管子的型号、安排工作点、确定电阻、大体原规从output逐级往前据MAX output voite 和电流要求逐级安排工作点静态工作确定后，即可确定电阻阻值 range 实选电阻阻值时，应兼顾放大倍数，不应造成过大损失五、静态工作点校核: Page 4 of 9 text book of huweiping 11/25/2011 根据实选阻值、考虑到Ube和下级电流对前级电流影响。核算AMP各处电压电流的静态值、作调测参考六、输电阻估算七、各级电压放大陪估算八、调整: 由于实生产复杂性、晶体管参数分散性、设计计算出电阻为初步。需要在实验中加以调整和修改，实验调试过程是检验理论、又是运用理论解决实际问题的过程。为设计的继续，以下为调试主要过程及注意事项 1) 放大器必须接成闭环调试前，放大器必须选通一次反馈电路成闭环，使工作点稳定。由于开环下零漂至output总是饱和状态，输出电压接近正负电源电压。 2) 消除寄生振荡: 闭环后，由于放大倍数很高及晶体管有极间容，引线有分布电容。Intput and output 间存在寄生耦合，从而产生高频寄生振荡。调试时用示波器交流电压表测量和观察输出端，发现寄生振荡时，通过选择适当电容解决，使交流声电压小于50mv 为止。 3) 调整静态工作点: 将放大器两个Intput端通过一定电阻接地，调节调零电位器，使output 为零，测各级静态工作点。即用电压表测晶体管各个极对地电位，测试电位与设计电位相差太大时，应分析并加以调整。通常原因有:晶体管坏或特性不好、及计算时没有考虑前后级互影响，如是因前后互相影响使工作点偏预定数过大，从而且影响 amplife正常工作，则应适当更换电阻阻值，使达到目的。 4) 指标的鉴定和调整: 一般分级测试放大倍数，总倍数为各级这积九例: +12V R15R13R3R1R2R4R6R10R111K6.8K10M100K100K10M10K10KK160R A 20KBT1T220KCT73DG12B R163DG12BD41KRD1D22CP12T5 T4200R3AX81BC2R14 D3.9KR72*2CP122KD5ET8C1 2CP12T33AX31C20KR18RfzF3DG12B1K 20KT63DG12B R17160RD3R5R8R9 1K2CW1333K2K2KR12 -12V 312 1) 各级参数计算: A. 输出级(输出采用高效推挽输出电路) Page 5 of 9 text book of huweiping 11/25/2011 +Ec电源电(由最大输出幅度选择) R11E > Usmax (最大输出电压为?10V) 160R故选Ec = ?12V + Ec = +12V ,Ec =—12V 由不利条件选晶体管T7、T8 T7当T7饱和是，output正 MAX Voltage T8 承受的最高Ib73DG12B集电极—发射极反向电压约为Ec+Ec、反之，T8饱和是，output 负MAX Voltage T7 承受的最高集电极—UsrUsc发射极反向电压约为Ec+Ec。考虑管子使用条件是: T8Ib83DG12BBUceo?24V ICM?10mA Rfz这里选硅管3DG13B (Buceo=45V ICM=300mA)和锗管3AX31C(Buceo?25V ICM=125mA)。限流电阻 R11、R12可防止amplife输出级短路而烧坏管子，电160R R12阻阻值的选择按两管最大允许集电极电流考虑，但电-Ec阻也不能太在，否则会降低输出级的效率，实160R。如负载短路，流过晶体管T7、T8最大电流也不会过80mA(EC/R11=12/160)均不超过最大允许电流。对晶体管进行近似计算时β值50考虑，T7和T8的最大基极电流是: Ib7max=Ib8max=I scmax/β=10MA/50=0.2MA B. 第三级电压放大电路 +Ec此级主要用来提高AMP开环电压放大倍数，由于输出电压R10IR10Uscmax= 10k?10v,而输出级的电压放大倍数小于1，因此该级输出电压变化范围?Ib7+Ib8 Usc?10V，这个管子承受最高反压和输出级一样，工作电流小很Ic6Ib63DG12BUsr多，为减少管子类型，使用3DG12B 计算集电极负载电阻R10，考虑OUT电压Uscmax=10v时电阻上流过电流Ir10还应大于Ib7max即Ir10?Ib7max 换句话讲-EcR10值过大将限制输出管T7的电流，从而使最大输出电压达不+10V R10?(Ec-uscmax)/Ib7max=(12-10)/0.2=10k R10也不能太小，太小将影响放大倍数实选取10KΩ 当输出电压USC=0时Ib7=Ib8=0晶体管T6的静态集电极电流 IC6=EC/R10=12/10=1。2mA 静态基极电流Ib6=Ic6/β=1.2/50=0.024mA因此要使静态时Usc=Ib6必须上述值。 C. 第二级电压放大电路由于前级NPN为直接耦合，这一级用PNP比较合适，这里选用锗PNP管3AX31B。3AX31B比3AX31C的最高反向工作电压稍微低一些BUceo?18v为了减少管子类型，这一级和输出级可选用一样的管子。(3AX31B、3AX31C) 设计时考虑到锗管ICBO受温度影响大，因此第二级集电极电流按大于节三级基极电流十倍来选，为0.3mA。集电极电阻R8可以下计算 R8=Ube6/Ic4=0.65/0.3?2.2K R7、R9可根据实际情况作灵活选择。这里减小电阻类型R7=R8=R9=2K以便调整通过测量UR7>UR9反映IC5平衡程度发射极公共计算、(近似认为过R6的电流为2IC4) R6?(EC-UC1)/2IC4=(12-4)/2*0。3=13.3K Page 6 of 9 text book of huweiping 11/25/2011 其中UC1是第一次级晶体管集电极对地之间的工作+Ec电压，这里选4V(因为第一级晶体管基极电位接近R610KI零，集电极电位选取为4V可保证正常工作。T4、T5 B-E结压降，此电压为T4、T5基极对地电压，那么也是T4、T5发射集对地电压。实选R6=10K，则流过R6电流为8V/10=0.8mA Ib4=IC4/Uc1β=0.3/50=0. 006mA=6uA T4T5D. 第一级放大电路 3AX81B Uc2第一级静态电流集电极电流选得愈小输入电阻愈大(有利R72K一面)但不能过分小，不能T1、T2的β显著下降为能发挥放大作用。此处集电极电还应满足大于第二级最大基IC4IC5T63DG12BUsc极电流要求，这级按大于第二级最大基极电流10倍原则选择，选IC1=IC2=80UA，集电极负载电阻，R1、R2Ube6R8R92K2K0.65V可按以下计算: R1=R2=(EC-UC1)/IC1=(12-4)/0.08=100KΩ -Ec R1R2这里第一级晶体管集电极电压UC1选4V、R1、R2R13R3100K100KR46.8K10M10M实选100K Ic1Ic2基极静态电流:Ib1=Ib2=Ic1/β=80uA/50=1.6uA UscIb21Ib22IsrT1T2R3=R4?12V/1.6uA=7.5M 实选取10M 3DG12BIb2?Ec/R3=12V/10M=1.2uA Ib1Ib2RD1D2200RIsr=Ib1-Ib2=0.4uA (R3、R4阻值可根Usr Isr据实需要调整，使Isr尽可能最小) 2*2CP12稳压管D3选用2CW13，UD3?6V T33DG12B恒流管T3射极电阻按以下计算: R5=(UD3-Ube3)/2IC1=(6-0.65)/(2*0.08)=33.4K (实选Ube6用33K) D3R5UD32CW1333K选取流入稳压管D3电流ID3=2.5mA 则限流电阻: R3=(EC+EC-VD3)/ID2=(12+12-6)/2.5=7.2K (实选-Ec购6.8K) 调零电位器R选择原规: 首先数值不能太大,过分大将会降低放大器放大倍数,但过分小又可能因管子T1、+EcT2不对称而调不了零. (实选用200Ω的电位器) R10R15E. 限幅环节: 10KK1K电阻R14、R15、R16、R17、R18及D4、D5组成限环节， A当取R15=R16=R17=R18=1K、R14=3.9K时(这时1、2 T7两点用导线连接并接地，限幅范围是?6V。因为AR163DG12BD41K2CP12点电位+6V、B点电位-6V，反之output Voltage超 C2过+6V时，二极管D4导通输出箝制在+6V，outpu R14 3.9KVoltage超过-6V时，二极管D5导通输出箝制D5T8C12CP123AX31C在-6V。也以从3点外加限幅环节，这时1、2R18T6两点断开，内限幅环节不起作用。接进R141K3DG12BB是为了加强限幅的作用。例如D5导通时T6 R17的电流有部分由R18供给，从而影响限幅值。引1K入R14，可使B点电位变化较小，R14的阻值愈大-Ec 312 Page 7 of 9 text book of huweiping 11/25/2011 限幅值愈稳定，但过分大将引起信号衰减过多会降低了放倍数。校正电容C～、C2为了抑制放大器闭环后产生几百KHZ高频寄生振荡 2) 静态工作点校核根据实选电阻、考虑到Ube和下级电流对前级电流影响，核算放大器各处电压电流的静态数值，作为调试时参考，核算中假定(β=50、GE Ube=0.3 si Ube=0.65 核算步骤: 为了方便考虑后级对前级影响，选从输出级开始核算第一级工作点，要从恒流管T3突破。先确定它集电极电流IC3，由于T1、T2管基本上是对称，所以IC3的半就是IC1、IC2即IC1=IC2=IC3/2。恒流管工作状况主要取决于稳压D3和电阻R5核算由它开始 a) 输出级静态工点: 当intput端接地时，Usc=0 T7、T8不工作，没有集电极电流 b) 第三级静态工作点 T7、T8不取基极电流所以UC6=0V IC6=(EC-UC6)/R10=(12-0)/10=1.2mA 静态基极电流 Ib6=IC6/β=1.2/50=0.024=24uA c) 第二级工作点先求IC4因此Ube6=0.65V所以T6基极对地电位Ub6=,11.35V IR8=Ube6/R8=0.65/2=0.325 IC4=IR8+Ib6=0.325+.024?0.35mA 晶体管T4基极电流 Ib4=Ic4/β=0.35/50=0.007mA=7uA 由于T4、T5输入电路完全对称可认为I c5?Ic4=0.35mA Ib4?Ib5=7uA d) 第一级静态工作先确定恒流管T3的工作,由T3基极被稳管D3箝制在某一电位上,所以由此基极电位入手最方使稳压管D3的稳定电压UD3?6V则T3基级对地这间的工件作电压 Ub3=,6V发射极对地电压 Ve3=,6.65V 第一级晶体管集电极静态工作点电流按下列公式计算 2IC1=(Ec ,,Ube,)/R5=(12,6.65)/33=0.162mA IC1=0.080mA=81uA Ue3为负电压为了方便限它的绝对值基极电流Ib=IC1/β=0.081/50?0.0016=1.6uA 集电极电压UC1计算按下述步骤计算流过电阻R1的电流 IR1=IC1,Ib4=81,7=74uA UC1= EC,IR1*R1=12,0.074*100=4.6V 3) 输入电阻估算单端input 电阻输入端2接地输入1端加电压?V1 T1管INT电阻:rsr1=rb1+(β+1)(re1+R/2) Re1=26mA/Ie=26/0.081=321R rb?300R β=50 R=200R Page 8 of 9 text book of huweiping 11/25/2011 Rsr1=300+51*(321+100)=21.7K 单端输入输入电阻rsr?2rsr1=43.4K 比规定指标20K高 4) 各级电压放大倍数计算下面估算单小信号INT以及负载开路时电压放大倍 A. 第一级 ,T4管的INT电阻是它负载其数值是因两管对称只考虑T1管即可 rsr4=rb4+26/Ie(1+β)=300+51*(26/0.35)=4.09K T1管集电极总负载电阻 R'fz1=R1?rsr4=100//4.09=3.92k 第一级双端OUT电压放大倍数 K1=βR'fz1/rsr1=50*3.92/(2*4.09)=9 B. 第二级 T6管INT电阻是它的负载值 Rsr6=rb6+26/Ic6(β+1)=300+26/1.2*51=1.4k R'fz4=R8?rsr6=2//1.4=0.82k K2=βR'fz1/2rsr4=50*0.82/(2*4.09)=5 C. 第三级 K3=βR10/rsr6=50*10/1.4=357 D. 第四级 K4?1 , 总电压放大倍数 K=K1*K2*K3*K4=9*5*357*1=16000>10^4 Page 9 of 9 text book of huweiping 11/25/2011

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