三极管放大电路设计(A类)

模拟电路5（三极管的放大的概念和放大电路的性能指标）三极管是一种常用的电子器件，常用于放大信号。

它具有放大电流和放大电压的功能，可用于放大、开关、调节、稳定等电路。

本文将详细介绍三极管放大电路的概念、性能指标以及如何分析放大电路的特性。

一、三极管的放大概念三极管是一种由三个材料相互交叉形成的半导体器件，包括基极（B）、发射极（E）和集电极（C）。

三极管可分为NPN型和PNP型，其工作原理类似。

三极管的放大是指通过控制基极电流的小变化，使得集电极电流或集电极电压产生较大的变化，从而实现信号的放大效果。

当输入信号加到基极上时，通过电流放大作用，信号放大后输出到集电极上。

二、三极管放大电路的性能指标1.增益（电流增益和电压增益）：增益是指输出信号和输入信号的比值。

三极管有两种增益，即电流增益β和电压增益Av。

2.最大输出电压摆幅：三极管放大电路的最大输出电压摆幅是指输出信号的最大峰-峰值。

它决定了放大电路能够输出的信号范围。

3.频率响应：频率响应是指放大电路对信号频率的响应能力。

在放大电路中，频率越高，放大效果越差。

三极管的频率响应主要由其内部电容和电感等元件的影响。

4.静态功耗：放大电路在没有输入信号时的功耗称为静态功耗。

它决定了放大电路的能量消耗程度。

5.线性度：放大电路的线性度是指输出信号与输入信号的关系是否线性。

在理想情况下，放大电路应当具有良好的线性度，即输出信号与输入信号之间存在简单的线性关系。

三、分析放大电路特性的方法要分析和设计放大电路，需要理解并掌握以下方法。

1.直流工作点分析：在放大电路中，直流工作点的选择非常重要。

需要确定合适的电阻值和电流值，以使得三极管在合适的工作状态下工作。

2.小信号模型：在分析放大电路时，通常将三极管视为小信号放大器。

根据小信号模型，将输入信号和输出信号表示为基本的电压和电流。

3.双电源放大电路分析：在实际应用中，放大电路通常采用双电源供电。

因此，需要进行双电源放大电路的分析和设计。

东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：电子电路实践第三次实验实验名称：三极管放大电路设计院（系）：专业：姓名：学号：实验室:实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：审阅教师：实验三三极管放大电路设计一、实验目的1. 掌握单级放大电路的设计、工程估算、安装和调试；2. 了解三极管、场效应管各项基本器件参数、工作点、偏置电路、输入阻抗、输出阻抗、增益、幅频特性等的基本概念以及测量方法；3. 了解负反馈对放大电路特性的影响。

4. 掌握多级放大电路的设计、工程估算、安装和调试；5. 掌握基本的模拟电路的故障检查和排除方法，深化示波器、稳压电源、交流毫伏表、函数发生器的使用技能训练。

二、预习思考：1. 器件资料：上网查询本实验所用的三极管9013 的数据手册，画出三极管封装示意图，标出每个管脚的名称，将相关参数值填入下表：图3-3 中偏置电路的名称是什么？简单解释是如何自动调节晶体管的电流I C 以实现稳定直流工作点的作用的，如果R1、R2 取得过大能否再起到稳定直流工作点的作用，为什么？答：分压偏置；利用R1，R2 构成的分压器给三极管基极b 提供电位U B，如果满足电流I1>>I BQ 的条件，基极电位U B 可近似地由下式求得：U B≈R2*V CC/(R1+R2)。

当环境温度升高时，I CQ（I EQ）增加，电阻R E 上的压降增大。

由于基极电位U B 固定，加到发射结上电压减小，从而使I CQ 减小。

通过这样的自动调节过程使I CQ 恒定。

如果R1、R2 R1，R2 电路中电流小，这样就无法忽略基极中的电流，从而不能再稳定直流工作点。

3. 电压增益：(I) 对于一个低频电压放大器，一般希望电压增益足够大，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以提高电压增益，分析这些方法各自优缺点，总结出最佳实现方案。

答：β RC //RLa) 共射组态：u =-be。

所以可以通过增大RC 来增大电压增益。

三极管放大电路输入电阻输出电阻解释说明1. 引言1.1 概述三极管放大电路是一种常见的电子电路，它在电子设备中起着重要的作用。

通过对输入信号进行放大，三极管放大电路可以将弱信号增加到足够大小以驱动其他元件或者传递给下一个级联的放大器。

为了深入理解三极管放大电路的工作原理和特性，我们需要探讨其输入电阻和输出电阻。

1.2 文章结构本文主要分为五个部分进行说明。

首先，在引言部分将对文章内容进行概述并介绍目的；然后，我们将详细讨论三极管放大电路的基本原理及其输入电阻和输出电阻；接着，我们将对输入电阻进行定义与计算方法、影响因素分析以及应用实例介绍；随后，我们将对输出电阻进行类似地解释说明；最后，我们会总结本文，并展望未来关于三极管放大电路的研究方向。

1.3 目的本文旨在帮助读者更好地理解三极管放大器中输入电阻和输出电阻的概念、特性和应用，并具体解释其计算方法、影响因素以及相关实例。

通过本文的阅读，读者将能够更全面地了解三极管放大电路，并为相关电子设备的设计和应用提供参考。

2. 三极管放大电路2.1 基本原理三极管放大电路是一种常见的电子放大器。

它由一个三极管、若干个电阻和电容等基本元件组成。

通过合理的接线和参数设置，可以实现信号的放大和处理。

在三极管放大电路中，信号源连接到输入端，输出端连接到负载。

当输入信号进入电路时，它会经过放大器和其他元件的作用发生变化，并在输出端产生放大后的信号。

2.2 输入电阻输入电阻是指三极管放大电路对外部信号源的输入阻力。

简而言之，它代表了电路对外部信号源提供了多少“阻止力”。

在三极管放大电路中，输入信号经过耦合元件（如电容）后进入基极，在基极处又由于二极管内部结构所决定存在着一个共射效应或共基效应。

这些效应导致了输入电阻的形成。

输入电阻可以通过以下公式计算：输入电阻（Rin）= ΔVbe / ΔIb其中，ΔVbe表示基极-发射区间的压降变化量，ΔIb表示基极输入直流偏置变化量。

设计一个三极管基本放大电路，特别是共发射极放大电路，通常涉及以下步骤：1. 分析设计要求：- 确定所需的电压增益（Av）或电流增益（hfe）。

- 根据应用需求确定最大输出电压和输出功率，这有助于选择合适的电源电压和三极管类型。

- 考虑频率响应范围，确保所选三极管能满足特定频段的放大需求。

2. 选择三极管：- 根据所需电流、电压及功率参数，选择具有足够放大能力和适当频率特性的三极管，例如NPN或PNP 型硅或锗材料器件。

3. 确定电源电压：- 设计电源电压应大于最大输出电压，并且考虑到三极管的静态工作点（Q点），Vcc通常会设定为使得Vce（集电极-发射极电压）约为电源电压的1/2至2/3之间，以确保有足够的动态范围。

4. 设置静态工作点（Q点）：- 确定发射极电流（Ie），它应当足够大以提供适当的线性工作区域，但又不能太大以免导致功耗过高或饱和失真。

- 根据Ie计算或选择合适的发射极电阻Re，同时也要计算基极偏置电阻Rb和Rb串联分压电阻R2（如果采用固定偏置方式）。

5. 计算偏置电阻：- 根据所需的基极电流Ib（通常是Ie的一定比例），通过Ib和电源电压计算基极偏置电阻R1和R2的值。

- 确保三极管处于放大区，即Ib、Ic满足Ib = (β+1) Ic / β的关系，其中β是三极管的直流电流放大系数。

6. 设计耦合电容：- 确定输入耦合电容C1和输出耦合电容C2的值，它们用来隔直通交，允许交流信号通过而不影响直流偏置条件。

7. 调试和优化：- 完成电路搭建后，需实际测量并调整偏置点，确保电路工作在预期状态，无饱和或截止现象。

- 测试频率响应、增益、输出波形以及稳定性，如有必要，进一步调整元件参数以改善性能。

以上是一般的步骤概述，在实际设计过程中，可能还需要结合三极管的特性曲线、温度稳定性和噪声等因素综合考虑。

设计时通常还会利用模拟电路设计软件进行仿真验证，以提高设计效率和准确性。

三极管共射放大电路实验一. 实验目的和要求1.学习共射放大电路的设计方法。

2.掌握放大电路静态工作点的测量与调整方法。

3.学习放大电路性能指标的测试方法。

4.了解静态工作点与输出波形失真的关系，掌握最大不失真输出电压的测量方法。

5.进一步熟悉示波器、函数信号发生器、交流毫伏表的使用。

二. 实验内容和原理1. 静态工作点的调整和测量2. 测量电压放大倍数3. 测量最大不失真输出电压4. 测量输入电阻和输出电阻5. 测量上限频率和下限频率6. 研究静态工作点对输出波形的影响放大器最佳静态工作点：要使放大器不失真地放大，必须选择合适的静态工作点。

初选静态工作点时，可以选取直流负载线的中点，即 VCE ＝1/2×VC 或 IC ＝1/2×ICS(ICS 为集电极饱和电流，ICS ≈VCC/Rc) 这样便可获得较大输出动态范围。

当放大器输出端接有负载R L 时，因交流负载线比直流负载线要陡，所以放大器动态范围要变小，如前图所示。

当发射极接有电阻时，也会使信号动态范围变小。

要得到最佳静态工作点，还要通过调试来确定，一般用调节偏置电阻的方法来调整静态工作点。

实验名称： 三极管共射极放大电路 姓名： 学号： 三. 主要仪器设备示波器、信号发生器、晶体管毫伏表 共射电路实验板四.操作方法和实验步骤1. 静态工作点的调整和测量P.2准备工作：(1) 对照电路原理图，仔细检查电路的完整性和焊接质量。

(2) 开启直流稳压电源，将直流稳压电源的输出调整到12V ，并用万用表检测输出电压。

确认后，先关闭直流稳压电源。

(3) 将电路板的工作电源端与12V 直流稳压电源接通。

然后，开启直流稳压电源。

此时，放大电路、处于工作状态。

静态工作点的调整：调节电位器，使Q 点满足要求(I CQ ＝1.5mA)。

·直接测电流不方便，一般采用电压测量法来换算电流。

·测电压时，要充分考虑到万用表直流电压档内阻对被测电路的影响 。

测判三极管的口诀三极管的管型及管脚的判别是电子技术初学者的一项基本功，为了帮助读者迅速掌握测判方法，笔者总结出四句口诀：“三颠倒，找基极；PN结，定管型；顺箭头，偏转大；测不准，动嘴巴。

”下面让我们逐句进行解释吧。

一、三颠倒，找基极大家知道，三极管是含有两个PN结的半导体器件。

根据两个PN结连接方式不同，可以分为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管，图1是它们的电路符号和等效电路。

测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R×100或R×1k挡位。

图2绘出了万用电表欧姆挡的等效电路。

由图可见，红表笔所连接的是表内电池的负极，黑表笔则连接着表内电池的正极。

假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型，也分不清各管脚是什么电极。

测试的第一步是判断哪个管脚是基极。

这时，我们任取两个电极(如这两个电极为1、2)，用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。

在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极(参看图1、图2不难理解它的道理)。

二、PN结，定管型找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的导电类型(图1)。

将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN型管；若表头指针偏转角度很小，则被测管即为PNP型。

三、顺箭头，偏转大找出了基极b，另外两个电极哪个是集电极c，哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。

(1) 对于NPN型三极管，穿透电流的测量电路如图3所示。

根据这个原理，用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔→c 极→b极→e极→红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致(“顺箭头”)，所以此时黑表笔所接的一定是集电极c，红表笔所接的一定是发射极e。

三极管工作在放大区的电路设计说到三极管工作在放大区的电路设计，大家可能都想问：“这是啥意思呀？咋那么复杂？”其实呢，这个问题就像你吃了一块巧克力，刚开始觉得挺甜，吃着吃着就发现它的味道有点深了。

放大区，就是三极管发挥“超级英雄”功能的地方。

这个区域，三极管像一个不知疲倦的演员，在舞台上拼命放大输入信号。

它可是个好帮手，电流一点点小变化，三极管就能把它放大成一个庞然大物，传输给后面的电路。

好啦，说得直白一点，放大区就是三极管工作的黄金时刻。

我们知道，三极管有三只脚，分别是基极、集电极和发射极。

想象一下，这三只脚就像你身上的手、脚和头。

基极是控制开关，集电极是“输出端”，发射极是信号源。

在放大区的时候，基极电流就像是掌控全局的导演，发射极是信号发源地，集电极嘛，它负责输出强大信号，好比是你的表演，已经从小荧幕放大成大银幕，气场全开！你可能会问，三极管到底怎么才能在放大区工作呢？哈哈，这就得靠电源和电阻的默契配合。

电流不是直接进三极管，它们要经过电阻调节，让信号在基极上形成合适的电流输入。

这一过程中，电压电流的调配就像给三极管穿上一件合身的衣服，三极管才能发挥最好的作用。

要是电流过大，三极管就可能被“烧坏”；电流过小，那放大效果就不显著，简直是打水漂。

电阻的选用可是门大学问，随便选一个，可能电路就成了“死结”，让人头大。

一旦电流合适，三极管开始工作，它就像一个勤奋的工人，源源不断地输出放大的信号。

放大后的信号可能变得强大到，后面的电路能够处理的信号就更清晰，甚至可以用来推动扬声器、显示屏，或者传输给其他电路。

这些电流变化的微小波动通过三极管的“魔力”成了大家所需要的稳定信号。

真是技术与巧妙配合的结晶呀！不过，别以为三极管一放大就好，它也有自己的脾气，特别是要放大什么样的信号。

对于某些信号，三极管就像是个脾气暴躁的小孩子，做不到精准放大。

比如如果输入信号的频率不适应三极管的工作特性，信号就可能被失真，或者丢失部分信息，这时候放大的信号就跟玩游戏掉线一样，变得不靠谱。

三极管两级放大电路实验一、实验目的(1)掌握多级放大电路性能指标的测量及与单级指标之间的关系。

(2)熟悉共集电极电路的特点和作为输出级的作用。

(3)掌握多级放大电路的设计方法。

二、实验原理(1)实验电路。

实验电路如图2.10所示。

第一级为共射放大电路，后级是共集放大电路，级间采用直接耦合,因此要注意前后级静态工作点互相影响的情况。

静态点调试时，可根据具体情祝做适当调整。

图2.10共集电路的特点是增益近似为1，输人电阻高，而输出电阻低，其应用非常广泛，可用作电路的输人级、输出级、中间级。

本电路中作为输出级，可增强放大电路的带负载能力。

(2)性能指标。

①电压增益Aⅴ.两级放大电路的总增益为共射和共集电路增益的乘积。

电压增益为Av =Aⅴ/Av₂= -β1(R lI Rⅰ2)×(1+β2)(Re2 II RL)/r be₁×[r be₂+(1+β2)(Re2 II RL)] (2.23)式中,Rⅰ₂为后级共集放大电路的输人电阻,有Rⅰ2=rbe+(1+β2)(R2||RL) (2.24)②输人电阻Rⅰ。

两级放大电路的输人电阻一般取决于第一级。

输人电阻为Rⅰ=rbe₁II R1 II R2 (2.25)如果第一级为共集放大电路，则输人电阻还与第二级有关。

③输出电阻R。

两级放大电路的输出电阻一般取决于最后一级。

如果末级为共集放大电路，则输出电阻还与倒数第二级有关。

两级放大电路的输出电阻为R₀=Rₑ₂||(Rᴄ+r be₂)/(1+β₂)三、实验设备与器件直流电源、数字万用表、数字示波器、低频波形发生器。

四、实验内容(1)测量静态工作点。

测量前后级的静态电流IcQ。

若静态工作点不合适,可适当调整R1、R2或Re1。

(2)测量交流性能指标。

参照单管共射电路的测量方法，波形发生器输出1kHz、20mVₚₚ正弦信号,接人放大器输人端Vⅰ，用示波器记录两级放大电路的输人和输出波形，测出电路的总增益、输人电阻和输出电阻。

开放式电子电路实验——放大器设计班级:姓名：成绩指导教师一实验要求及设计目标（1）信号源内阻：51kΩ；（2）负载电阻：200Ω；（3）电路总增益：2倍(6.02dB)；（4）直信号源电压幅值：0.5V；（5）流功率：小于30mW；（6）增益不平坦度：20 ~ 20kHz范围内小于0.1dB。

（7）放大电路的设计思路如果要用三极管实现放大电路，设计之前就要搞懂这三种组态的差异，表1则详细的描述了三种组态的区别：共射级放大电路：电压和增益都大于1，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大的关系。

适合于低频情况下作为多级放大电路的中间级。

集电极电路放大器：只有电流的放大，没有电压的放大，有电压的跟随作用，在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好，可用于输入级，输出级或缓冲级。

共基极放大电路：只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。

高频特性好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合。

经过认真分析和仔细对比以及各类放大器的特性，我选择了用共涉及放大电路作为中间级实现一定大的可调放大，再用一个共集电极放大器作为第三级，实现电压的跟随和提高电路的负载能力！综合整个电路之后，就实现了两倍电压的放大。

三、设计过程及电路参数整体电路图如下图所示：设计第一级放大电路（采用共射级放大电路）因为考虑到后面第二级电路会有一定的增益损耗，所以第一级增益应略大于2；设计电路时应考虑匹配问题，即调节电阻R4、R6使得A 点电压的最大值大于电源电压的1/2。

即有 V A / V S =R4//R6//（1+β）R5/ [R4//R6//（1+β）R5+R3]=1/2，当电源内阻和输入电阻相等时可达到匹配状态。

经过一级放大后，此时电压增益为2，反向。

使用示波器测量放大电压如图所示：在第二级放大电路设计时，使用共集电极放大电路提高了负载能力。

此时设计要求的负载满足要求了。

三极管放大电路输入输出电阻计算三极管是一种常见的电子元件，广泛应用于各种放大电路中。

在三极管放大电路中，输入输出电阻是一个重要的参数，它决定了电路的输入和输出特性。

本文将从三极管的基本工作原理、输入输出电阻的定义和计算方法等方面进行详细介绍，帮助读者更好地理解和应用三极管放大电路。

一、三极管的基本工作原理三极管是一种半导体器件，由三个掺杂不同的半导体材料层构成。

其中，掺杂浓度最高的被称为发射区（Emitter），掺杂浓度次之的被称为基区（Base），掺杂浓度最低的被称为集电区（Collector）。

三极管的工作原理是利用外加电压控制发射区和集电区之间的电流，从而实现对电流的放大作用。

在正常工作状态下，三极管的基区和集电区之间形成一个正向偏置的二极管结，发射区和基区之间形成一个正向偏置的二极管结。

当外加正向偏置电压时，发射区和基区之间的二极管结导通，同时集电区和基区之间的二极管结截断。

由于发射区和集电区之间的电流放大作用，使得从集电区到发射区的电流得到放大，实现了信号的放大作用。

二、输入输出电阻的定义在三极管放大电路中，输入输出电阻是指在电路的输入端或输出端加上一个测试信号时，测试信号源所感受到的等效电阻。

输入电阻是指当输入端加上一个测试信号时，测试信号源所感受到的等效电阻；输出电阻是指当输出端加上一个测试信号时，测试信号源所感受到的等效电阻。

输入输出电阻是衡量电路输入输出特性的重要参数，它直接影响电路的输入输出特性，是电路设计中需要考虑的关键参数之一。

三、输入输出电阻的计算方法1.输入电阻的计算方法输入电阻是指在输入端加上一个测试信号时，测试信号源所感受到的等效电阻。

在三极管放大电路中，输入电阻可以通过以下方法进行计算。

首先将输入端接地，然后加上一个测试信号源，并测出输入端的电压。

接着去掉测试信号源，用一个理想的电压源代替，在理想电压源的电压不变的情况下，测出输入端的电流。

输入电阻就等于理想电压源的电压除以测出的输入端电流。

三极管放大电路与开关电路的设计这一期中主要聊聊三极管，谈及三极管，但凡学过（模电）的都知道，先学了PN结，然后根据（二极管）单向导通性学的是二极管，紧接着学的就是三极管了。

三极管在模电中常常被用作放大的作用，但是在实际中也常常被用作开关作用，但是很多人在学了三极管后，就没有在实际中接触到三极管，同时也使用的是课本中“理想”的方法分析三极管电路，所以在应用中对三极管就非常“迷”，这一期首先通过课本的方式温习一遍由三极管组成的“共射电路”，然后通过查看datasheet的方式了解三极管的常用（参数），接着通过实际应用的方式，设计三极管放大电路与（开关电路）01基本共射电路结构图26 基本共射电路如图26所示，这是由NPN三极管组成的基本的共射电路，首先一个问题它为什么叫做共射电路？这是由于输入回路由基极和发射极组成，输出回路由集电极和发射极组成，由于发射极是两个回路的公共端，所以称该电路为共射放大电路，同理共基电路、共集电路也是这个原理起名的。

这里就不介绍三极管内部工艺，直接看共射电路常见的题目。

下图所示电路，已知Vcc=15V，β=100，Ube=0.7V。

请问：（1）、Rb=50kΩ时，输出电压Uo为多少？（2）、若T临界饱和，那么Rb至少为多少？图27 共射电路问题（1）首先求得基极（电流）：再求得集电极电流：所以（电阻）Rc两端电压为：最后求得输出电压Uo为：那么怎么根据以上信息判断三极管T处于截止、饱和、放大区域呢？可以根据以下结论判断：截止区：发射结电压小于开启电压（反向偏置）且集电极反向偏置（集电结电压大于发射结电压）：放大区：发射结正向偏置且集电极反向偏置：饱和区：发射结和集电结处于正向偏置：这里要注意发射结正偏和集电结正偏是不一样的，切勿搞混淆了。

这里三极管的发射结电压Ube=0.7V,集电结电压Uce=2V,所以：所以发射结正向偏置且集电结反向偏置，那么可以判断三极管处于放大区域。