在不同形式下电路方案设计的应用

敖玉琴

河北工程大学

摘要

本文主要结合实际生活需求，探讨了在不同应用环境下，共射放大电路、共源放大电路和功率放大电路的实际设计与应用。考虑到材料和温度对实际电路的影响，通过采用直流负反馈的方法，来尽可能地减小动态因素对静态工作点的影响。在普通场效应管构成的共源放大电路的基础上，进一步改进成分压式偏置电路，从而解决输入电压和输出电压的共地问题。针对功率放大电路的实际应用场景，增设二极管使得三极管微导通，能够消除交越失真的影响。

1、共射放大电路设计方案

（1）设计过程

在实际生活中，由于电源电压的波动、元件老化和温度变化等问题引起晶体管参数发生变化，导致静态工作点不稳定从而引起设计电路的动态参数变化。而在引发动态参数变化的诸多因素中，温度的影响最为主要，因此我用引入直流负反馈的方法来减小温度对静态工作点的影响，所采用的是分压式电流负反馈Q点稳定电路。当温度升高时，集电极电流增大，从而发射极电流随之增大。发射极电流流过 时，使得发射极电位升高，导致三极管发射结电压减小，最后使得静态基极电流减小，于是集电极电流随之减小。

实验室常备电源电压通常为5V或12V，本实验暂定为12V电源电压，晶体管放大倍数 为80。高频小信号晶体管工作电流一般设定在1mA及以下，取 。

为使晶体管工作在放大区，避免出现截止失真（由晶体管截止造成的失真，称为截止失真。当Q点过低时，在输入信号负半周靠近峰值的某段时间内，晶体管b-e间电压总量小于其开启电压，此时，晶体管截止，因此，基极电流将产生底部失真）和饱和失真（指的是晶体管因Q点过高，出现的失真。当Q点过高时，虽然基极动态电流为不失真的正弦波，但是由于输入信号正半周靠近峰值的某段时间内晶体管进入饱和区，导致集电极动态电流产生顶部失真，集电极电阻上的电压波形随之产生同样的失真。由于输出电压与集电极电阻上的电压变化相位相反，从而导致输出波形产生底部失真）的情况， 上分压通常约为 。因为 ，所以 。

（2）电路仿真

在Multisim12中，我选用的晶体管为NPN型2N2102，其电压放大倍数大致为80，满足所需条件，按照设计所得元件参数铺设电路。

（3）电路调试

为使得静态工作点调试简便，在 所在支路接入一个滑动变阻器，故可将 选用一个实验室易得的电阻代替。为使 便于接入与断开，故增设一个开关。接入负载与不接入负载时，观察示波器所示波形，均未出现截止失真和饱和失真的情况。

（4）电路指标测试

静态分析仿真得分析结果与理论计算结果数值非常接近。用交流毫伏表测出带负载和不带负载的情况下的输出电压，做好记录填入表1。

在信号源和放大电路之间接入一个已知电阻 ，用交流毫伏表测出 、

根据输入电阻的定义得：

根据输出电阻的定义得：

表1 共射放大电路动态参数

有无负载	/mV	/mV		/	/
无	3	-256.88	-85.63	2.50	3.23
有	3	-60.79	-20.26

测得电路动态参数与理论计算相符合，且未出现失真现象。

2、共源放大电路设计方案

（1）设计过程

为避免实际生产中一个设计电路使用多个直流电源的问题，同时能解决输入电压和输出电压的共地问题，所采用的是N沟道增强型MOS场效应管构成的分压—自偏压式共源放大电路（分压式偏置电路）。

静态时，通过 和 对电源 分压来提供场效应管的栅极电压。静态漏极电流流过 会产生一个自偏压，因此场效应管的静态偏置电压 由分压和自偏压的结果共同决定。引入 还有利于稳定静态工作点。当旁路电容 足够大时，可认为 两端交流短路，消除 对交流信号的衰减。接入 是为了提高该电路的输入电阻。

实验室常备电源电压通常为5V或12V，本实验暂定为12V电源电压。 决定了电路的传导率和噪声，为使电路正常工作，暂取 。已知所选场效应管2N6660，开启电压 为1.1V，且经测试得到 时， ，即 。

（2）电路仿真

按照初步设计计算结果铺设电路，经测试发现场效应管 ，示波器显示波形无失真现象。

（3）电路调试

在负载 所在支路处增设一个开关，便于控制。经微调 后，使得场效应管 。

（4）电路指标测试

静态分析仿真的分析结果与理论计算结果数值非常接近。

用交流毫伏表测出带负载和不带负载的情况下的输出电压，并做好记录填入表2中；

在信号源和放大电路之间接入一个已知电阻 ，用交流毫伏表测出 、 ；

根据输入电阻的定义得， ；

根据输出电阻的定义得， ；

表2 共源放大电路动态参数

有无负载	/mV	/mV		/	/
无	3	-234.34	-78.11	192.40	3.60
有	3	-50.97	-16.99

实际测得该电路动态参数与理论计算结果也相符合。经失真分析仪检测，该设计电路基本无失真现象。

3、功率放大的电路设计方案

（1）设计过程

因变压器耦合功放笨重，自身损耗大，故未采用变压器耦合功放电路。而OCL电路比起OTL电路省去了大电容，既能改善低频效应，又有利于集成化，故本设计初步设想采用OCL电路。暂定 ， 。扬声器暂以8 电阻代替。确定功率三极管：参考功率三极管的选定要求， 选用2N6474， 选用2N6476。

（2）电路仿真

按照OCL电路原理图铺设电路后发现，示波器所显示波形出现了明显的交越失真现象。故对该电路进行调整，消除交越失真。

（3）电路调试

增设两个二极管，使得三极管在能处于微导通的状态，消除交越失真。为了防止二极管损坏，在其所在支路增设限流电阻。

（4）电路指标测试

已知该扬声器参数为 ， ，故用电压为2V，电流为0.25A的蜂鸣器所替换。电路仿真运行后，蜂鸣器正常运作发声。

用功率表测得输入端和输出端功率，得输入端功率为24.937mW，输出端功率为967.751mW，功率放大倍数约为38.80，符合设计要求。

综上，该电路图符合设计要求。

4、参考文献

[1] jianghuan. 什么是饱和失真？什么是截止失真？[J].中国电子网，2013-04-28

[2] 华成英，童诗白.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社，2001: 126-127 140 509-513.

[3] 杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].高等教育出版社，2001: 152-154.

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