单管放大电路的设计.doc

单管共射放大电路的设计方法（译自University of Pennsylvania "The Common Emitter Amplifier"一
近做单管，发现课本里讲的大多都是分析方法，对于如何设计这种带有逆向思维的描述少之又少，问问百度知道不，可却也没几个合适的。不巧被我找到了个宾夕法尼亚大学的教程。从设计出发为我们增加了很多的难点。在平时解题的时候都是先求出静态工作点，然后在确定集电极射极回路的其他参数。然而放到设计的时候，应该按照什么顺序设计电路搞得我一头雾水。这只是简单的单管啊。下面我小翻译下这篇文章，与君共勉之。
单管共射放大电路的设计（Common Emitter BJT Amplifier Design）
设计前的需要注意的一些事项
1.设计时应该有发射极电阻（减小温度影响）
2.(1+beta)Re>>Rb   这里的Rb是基极电阻的总和R1||R2（稳定基极电位，此时IB远小于I1）
3.相对于信号源内阻，Rb过小会影响信号的输入，使其减小（减小电源内耗）
4.Rb增大的前提是相应的提高Re,但为此付出的代价是放大倍数的减小。
        Gain=-Rc/Re   放大倍数与Re成反比（可在Re处加旁路电容，消除此影响）
5.对Re的交流旁路能够增加放大倍数，但是需要选择较大的旁路电容（容抗大小的选取和信号源的频率有关）
6.设计时我们应当多运用一些有用的经验估值
我们先讨论一下偏置和放大倍数设计时的矛盾关系
对于偏置电路（Bais）：在(1+beta)Re>>Rb的条件下 ，Ie是由Ve和Vb共同决定的。这就意味着：Re越大偏置电路越稳定；另一方面Re越小放大倍数越大
对于电压增益（Gain）：我们尽可能想得到大的Gain所以就得使得Re比较小。
讨论一下设计Bais和Gain时相互作用关系
我们想让Rb足够大以获得更多的信号（Rb相对Rs大一个数量级），而又受到了Re的牵连。所以对于Rb的选择我们有：
Rb>=10Rs 和 (1+beta)Re>=10Rb
另一方面我们想让静态工作点维持在电源电位一半的最佳位置。（过大会饱和失真，过小会截止失真）即Vcg=Vcc-IcRc   或者说我们让集电极-射极电压Vce,发射极电阻电压VRe,集电极电阻电压VRc满足（1:1:1）的这么一个规则，原文叫做"（1/3,1/3,1/3）Role"。此时Rc也就影响了bais和gain了。
好吧，下面我们开始具体设计这个放大电路
我们假定我们要达到的电气规格(electrical specification)是这样的：
Vsig-max=0.1V    信号电压最大值0.1v             信号源内阻Rs   : 50Ω                     
电源电压Vcc   : 12V                                     电压增益Av      : 10          
设计第一步 选择Re和Rb
之前说了Rb的选择应该与信号源内阻有关，于是我们选定Rb >> 10Rs 即Rb=100*50=5k。换做5%的标准为:
Rb=4.7k
而Re的选择与Rb有关，前面讨论过了(1+beta)Re >=10Rb。Re=10*Rb/beta=500 (我们假定贝塔100的管子)
Re=470
设计第二步 设置Rc
电气特性要求电压增益为10，那么根据Av=-Rc/Re很容易求得Rc=4.7k
Rc=4.7k
设计第三步 设计静态工作点（忽略Ib）
由于信号电压峰值0.1V，考虑的温度对静态工作点的影响。Ic的取值我们应该更多的考虑温度对工作点的影响。于是我们留出足够的余量：VRc=1/3Vcc=3.3V，我们这里选择4.7V。所以Ic=1mA
此时静态工作点的Ib电位应该就是IcRe+0.7=0.47+0.7=1.17V
这样我们就确定了静态工作点：Ic=1mA Vb=1.17V
设计第四步 偏置电路的分压网络
分压网络的总压是Vcc，总电阻是Rb我们已经得到。那么对于Rb1，Rb2我们很容易求出：
R1=50k=47k   R2=5222=5.1k
自此整个电路设计就完成了
注意事项：
1、 为使Q点稳定，I1愈大于IB以及VB愈大于VBE愈好，但为兼顾其他指标，对于硅管一般选取：I1=（5---10）IB，VB=（3---5）V
2、 RC的作用：将IC的变化转变为UCE的变化
3、 rbe的估算:rbe=200+(1+beta)VT(mV)/IE(mA),条件是：当室温为（300K）时，VT=26Mv,且IE在（0.1mA---5mA）的范围内
4、 电容估算公式：
C1>=(3~10)/[2πf(Rs+rbe)]
C2>=(3~10)/[2πf(RC+RL)]
CE>=(1~3)/{2πf [RE//(Rs+rbe)/(1+β)]}