参数计算：多级放大电路的优化

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：多级放大电路除了计算各级放大电路的静态工作点和单级电压放大倍数外，还要考虑多级放大电路之间的相互关系，算出整个电路的有关数据。本节通过一个三级放大电路，介绍它的静态参数、输入输出电阻、电压放大倍数、最大输出幅度及失真分析。举例如图8-10所示为晶体管的三级放大电路，已知晶体管的β值均为100，r′bb=100Ω，UBE=0.7V，Uces=1.0V。

多级放大电路除了计算各级放大电路的静态工作点和单级电压放大倍数外，还要考虑多级放大电路之间的相互关系，算出整个电路的有关数据。本节通过一个三级放大电路，介绍它的静态参数、输入输出电阻、电压放大倍数、最大输出幅度及失真分析。

举例如图8-10所示为晶体管的三级放大电路，已知晶体管的β值均为100，r′_bb=100Ω，U_BE=0.7V，U_ces=1.0V。

图8-10 晶体管的三级放大电路

1）求各级电路的静态工作点；

2）画出微变等效电路图；

3）求R_i、R_o、A_u、A_us；

4）求各级电路的最大输出幅度U_max；

5）当输入u_s=20sinωt（mV）时，各级电路的输出幅度U_Om约为多少？是否会出现失真？若有失真，为何种失真？应怎样消除？

解：

1）各级电路静态工作点参数计算：

第一级电路的静态各参量为

U_CEQ1=V_CC-I_CQ1（R_C1+R_e1）=[18-0.5×（12+4.6）]V=9.7V

第二级电路的静态各参量为

U_CEQ2=V_CC-I_CQ2（R_C2+R_e2）=[18-1×（6+4）]V=8V

第三级电路静态各参量为

I_CQ3=βI_BQ3=（100×20）μA=2mA

U_CEQ3=V_CC-I_CQ3×R_e3=（18-2×4）V=10V

2）画出微变等效电路图：

微变等效电路如图8-11所示。图中b₁、e₁间为r_be1，c₁、e₁间为恒流源βI_b1，方向从上向下；b₂、e₂间为r_be2，方向从下向上，c₂、e₂间为恒流源βI_b2，方向自右向左；b₃、e₃为r_be3，c₃、e₃间为恒流源，方向从上向下。

图8-11 微变等效电路

3）求R_i、R_o、A_u、A_us：

根据VT₁～VT₃管的静态工作电流，可求得各管b、e间的等效电阻r_be值，其中r_be1=（100+101×26/0.5）Ω=5.35kΩ

r_be2=（100+101×26/1）Ω=2.73kΩ

r_be3=（100+101×26/2）Ω=1.41kΩ

输入电阻R_i的大小应为

R_i=R_b11∥R₁₂∥r_be1=（60∥12∥5.35）kΩ=3.49kΩ

输出电阻R_o的大小应为

各级电压放大倍数分别为A_u1、A_u2、A_u3

总的电压放大倍数A_u为

A_u=A_u1A_u2A_u3=-0.5×213×0.995=-106

考虑信号源内阻R_s时的电压放大倍数A_us为

4）各级电路的最大输出幅度：

电路的输出幅度可通过求解输出特性交、直流负载线而得到VT₁、VT₂、VT₃三级电路的负载线如图8-12所示。从图中可知第一级电路的输出幅度为

图8-12 三级电路的负载线

所以，交流负载线ACLL和横坐标的交点处V′_CC1值应为

V′_CC1=U_CEQ1+I_CQ1R′_L=9.7+0.013=9.713V

第二级电路的输出幅度应为

U_O2max=I_CQ2R′_L=I_CQ2R_C2∥R_b3∥[r_be3+（1+β₃）R_e3∥R_L]

=1×6∥461∥[1.41+101×4∥12]=5.82V

交流负载线与横坐标的交点V′_CC2为

V′_CC2=U_CEQ2+I_CQ2（R_C2∥R′_L+R_e2）

=[8+1×（5.82+4）]V=17.82V

第三级电路的输出幅度为

U_O3max=I_CQ3R_e3∥R_L=2×4∥12=6V

交流负载线与横坐标的交点V′_CC3为

V′_CC3=U_CEQ3+I_CQ3R_e3∥R_L=10+6=16V

5）各级电路信号输出幅度U_Om及失真分析：

在输入u_s=20sinωt（mV）时，三级电路的输出幅度U_Om分别为

U_O2m=U_O1m×A_u2=（8.75×213）V=1.86kV

U_O3m=U_O2m×A_u3=（1.86×0.995）kV=1.85kV

由于三级电路输出信号的幅度U_Om均小于本级电路最大输出幅度，因此信号能顺利通过各级电路而不会引起失真。

参数计算：多级放大电路的优化

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