实用电子电路设计丛书 晶体管电路设计 上 著译校 [日〕铃木雅臣著 周南生译 张文敏校 放大电路技术的实验解析 科学出版社 www.sciencep.com
前 言 现在,电子电路的元器件正逐渐地被由I((集成电路)和1SI(大规模集成电 路)代替。因此,在数字电路的基板上很难找到电阻。 随着电路元件黑盒子化的逐步进展,电路设计更趋于便利。因此,当使用晶体 管或FET也能制作简单电路的场合,使用IC的设计者也越来越多。 由于将1C视为黑盒子的缘故,不能适当处理小故障的工程师不断增多。 本书的目的是通过模拟体验放大电路的实验,充分掌握最基本的放大元件,即 晶体管的工作原理,从而达到从容设计利用晶体管的分立电路。 另一个目的是不要将IC和1SI石成简单的黑盒了,而是看成“晶体管和FET, 电阻和电容等分立元件的集合体”。也就是说,能够看懂IC内部的电路为目的。 这样一来,在不能满足1C性能时(不是换成别的I),将采取品体管电路来弥 补其性能上的不足,并且,即使有了故障也能够采用考虑到1C内部T作状态的适 当处置方法。 掌握晶体管电路的好处是,对电路的整体一·从一个角落到另一个角落都能 按白已所喜欢的方式来组合。 使用【心的优点是能够简单地,小型地制作各种电路。在件能方面,也许使用 IC时要好-一些;在使用方面,IC也是方使的。然而,IC的不足之处使技术人员不 能在电路技术方面得到真正的锻炼,其结果导致不能以自身的力量来考虑新的电 路一即原始电路。 当体验经过自己百分之百的努力设计的电路时,即使采用了C也会感受到风 格不同的乐趣。这样对于今后认为是重要的模拟ASIC(Application Specific IC, 特殊用途定制的1C,即专用集成电路),也不会感到手足无措。 本书中,在说明或设计晶体管电路时,并没有采用等效电路、负载线等过去常 考虑的方法。因此,对于在学校和参考书中学过使用等效电路和负载线进行设计 方法的读者,或许有些不协调的感觉。 等效电路和负载线的考虑方法是从事设计电子电路的前辈们为了有助于理解 电路工作、进行简单的设计而提出的。但是以笔者的经验,即使不采用这些方法, 也能掌握电路的工作原理,而且在电路设计时也没有感到不便。 最后,在本书出版之际,衷心感谢CQ出版株式会社晶体管技术总编蒲生良治 先生、担任编写本书第5章的Accuphase株式会社技术部的山本诚先生、通过工作
给予技术指导的前辈们以及提供编写场所的日本国立市中央图书馆与JR南武线。 著者
目 录 第1章概述 ……1 1.1学习晶体管电路或FET电路的必要性 …………1 1.1.1仅使用1C的场合 …1 1.1.2晶体管电路或FET电路的设计空间 1.2晶体管和FET的工作原理 …4……。……“404040043 1.2.1何谓放大工作 00.44+500004444044.3 1.2.2晶体管的工作原理 …4 1.2.3FET的工作原理 1.3晶体管和FET的近况…7 1.3.1外形(封装)的改进 ,nw+e4141a。7 1.3.2内部结构的改进 9 1.3.3晶体管和下ET的优势 第2章放大电路的工作 2.1观察放大电路的波形 …004004404+40050444400…g11 2.1.】5倍的放大……11 2.1.2基极偏置电压 …12 2.1.3基极-发射极间电压为0.6V …13 2.1,4两种类型的晶体管 2.1.5输出为集电极电压的变化部分 …14 2.2放大电路的设计 …16 2.2.1求各部分的直流电位 …16 2.2.2求交流电压放大倍数 …17 2.2.3电路的设计 …18 2.2.4确定电源电压 …19 2.2.5选择晶体管 19 2.2.6确定发射极电流的工作点 ……21 2.2.7骑定Rc与R矩的方法……21 2.2.8基极偏置电路的设计 …22
V 日录 2.2.9确定耦合电容C,与(的方法 ……*………4…23 2.2.10确定电源去耦电容(4与C的方法 …24 2.3应大电路的性能… …25 2.3.】输入阻抗 2.3.2输出阻抗 …26 2.3.3放大倍数与频率特性 …27 2.3.1高频截止频率 …29 2.3.5高频晶体管 …29 2.3.6领率特性不扩展的理由 40::卡4:4080**”9:4t8”30 2.3.7提商放大倍数的手段 …31 2.3.8噪声电压特性 …33 2.3.9总谐波失真率 2.4共发射极应用电路………35 2.4.1使用NPN晶体管与负电源的电路 …35 2.4.2使用PNP晶体管与负电源的电路 …35 2.4.3使用正负电源的电路 …36 2.4.1低电源电压、低损耗电流放大电路 4*40中0…37 2.4.5两相信号发生电路 …38 2.4.6低通滤波器电路 …39 2.4.7高频增强电路 …40 2.4.8高频宽带赦大电路 0”+44044+444n0+-年”41 2.4.9140MHz频带调谐放大电路 ……42 第3章增强输出的电路 ……45 3.】观察射极跟随器的波形 …45 3.1.1与输入相同的输出信号 3.1.2不受负载电阻的影响 3.2电路设计……47 3.2.1确定电源电压 …48 3.2.2选择晶体管 48 3.2.3晶体管集电极损耗的计算 …………49 3.2.4决定发射授电阻R:的方法…50 3.2.5偏置电路的设计 4…50 3.2.6电容CC,的确定 …50
目录 3.3射极跟随然的性能……51 3.3.1输入输出阻抗 …51 3.3.2输出负载加重的惰况 ……52 3.3.3推挽型射极跟随器 …54 3.3.4改进后的推挽型射极跟随器 55 3.3.5振幅频率特性 440004*444……………………56 3.3.6柴声及总谐波失真率 3.4射极跟随器的应用电路 …58 3.4.1使用NPN晶体管与负电源的射极跟随器…58 3.1.2使用PNP晶体管与负电源的射校跟随器 ………59 3.4.3使用正负电源的射极跟随器 …59 3.4,4使用恒流负载的射极跟随器 …61 3.4.5使用正负电源的推挽型射极跟随器 …62 3.4.6二级直接连接型推挽射极跟随器 3.4.7OP放大器与射极跟随器的组合 …64 3.4.8(OP放大器与推挽射极跟随器的组合(之一)…65 3.4.9(OP放大器与推挽射极跟随器的组合(之二) …66 第4章小型功率放大器的设计与制作 …68 4.】功率放大电路的关键问题…68 4.1.1电压放大与电流放大 …68 4.1.2简单的推挽电路 ……69 4.1,3对开关失真进行修正 …69 4.1.4防止热击穿 70 4.1.5抑制空载电流随温度的变动 …70 4.1.6实际的电路设计 …71 4.2小型功率放大器的设计方法………72 4.2.1电路规格 72 4,2.2确定电源电压 73 4.2.3共发射极放大电路的工作点 …74 4.2.4决定放大倍数的部分 …74 4.2.5射极跟随器的偏置电路 75 4.2.6射极跟随器的功率损耗 …77 4.2.7输出电路周边的元件 0g4404”4▣+4n…4+t00+80
目录 .3小型功率放大器的性能…81 4.3.1电路的调整 …81 4.3.2电路工作波形 …81 4.3.3声频放大器的性能 *00*……e44…*…4…:82 4.4小型功率放大器的应用比路…84 4.4.】用PNP晶体管制作的偏置电路 …84 4.4.2由PNP晶体管进行电压放大的电路 ……84 1.4.3微小型功率放大器 第5章功率放大器的设计与制作 5.1获得大功率的方法………87 5.1.1关健点是如何解决发热问题 87 5.1.2控大电流的方法 …87 5.1.3达林顿连接的用途 …88 5.1.4使用并联连接增大电流 *4141404444+*4+*04……89 5.1.5并联连接时电流的平衡是至关重要的 …90 5.1.6并联连接的关键是热解合 …91 5.1.7空鞭电流与失真率的关系 …91 5.1.8空栽电流与发热的关系 5.1.9考虑散热的设计 …93 5.1.10决定热沉的大小 …93 5.1.1]晶体管的安全工作区 …94 5.2功率放大器的设计…95 5.2.1放大器的规格 …95 5.2.2电源电压 …96 5.2.3由OP放大器组成的电压放大级的设计 …97 5.2.4射极跟随器的输入电流 …97 5.2.5偏置电路的参数确定 ……98 5.2.6功放级射极跟随器的设计 …99 5.2.7功放级的消耗功率与热沉…10好 5.2.8不可缺少的元件… 104 5.3功率放大器的性能 …104 5.3.1电路的调整 …4*4+44+。n+…00” 104 5.3.2电路工作波形 …104
目录 5.3.3声频放大器的性能 … 105 5.3.4附加的保护电路 …107 5.功率放大器的应用电路 …4+*…0中4+*++40 108 5.4.1桥代邵动电路 …108 5.4.2声频用100W功率放大器 …109 第6章拓宽频率特性 …113 6.1观察共基极放大电路的波形 ……114 6.1.1非反相5倍的放大器 ……114 6.1.2基极交流接地 …115 6.2设计共基极放大电路 …176 6.2」电源周围的设计与晶体管的选择 ……116 6.2.2交流放大倍数的计算…116 6.2.3电阻Rc、R。与R的决定方法…117 6,2.4偏置电路的设计 …117 6.2.5决定电容C,C的方法 ……118 6.3共基极放大电路的性能 …118 6.3.1输入输出阻抗 …118 6.3.2放大倍数与频率特性 …119 6.3.3频率特性好的理由 …121 6.3.4输入电容(C的影响 6.3.5噪声及谐波失真率 导:年书年年4年年年:中车年单事年年年。年4卡 123 6.4共基极电路的应用电路 123 6.4.】使用PNP晶体管的共基极放大电路 123 6.4.2使用NPN晶体管与负电源的共基极放大电路 …124 6,4,3使用正负电源的共基极放大电路…124 6.4.4直至数百兆赫[兹]的高频宽带放大电路 … 125 6.4.5150MH2频带调谐放大电路 …127 第7章视频选择器的设计和制作 …129 7.1视频信号的转换 ……129 7.1.」视频信号的性质 129 7.1.2何谓阻抗匹配 130
7.1.3对视频信号进行开关时…131 7.2视频放大器的设计 …132 7.2.1共基极电路十射极跟随器 …132 7.2.2各部分直流电位的设定 …133 7.2.3增大耦合电容的容量 135 7.2.4观察对矩形波的狗应 135 7.2.5频率特性与群廷迟特性 ……136 7.2.6晶体管改用高频晶体管 。车*。99年44ga分++00” 137 7.2.7视频选择器的应用 …138 7.3视频选择器的应用电路 139 7.3.1使用PNP晶体管的射极跟随器 …139 7.3.2以5V电源进行工作的视频选择器 …140 第8章渥尔曼电路的设计 …141 8.1观察渥尔曼电路的波形 …141 8.1.1何谓灌尔曼电路 141 8.1.2与共发射极电路一样……143 8.1.3增益为0的共发射极电路…144 8.1.4不发生密勒效应 …145 8.1.5可变电流源十共基极电路=渥尔曼电路 …146 8.2设计渥尔曼电路 …147 8.2.1莲尔曼电路的放大倍数 *”*4”****…147 8.2.2决定电源电压 ……148 8.2.3晶体管的选择 …149 8.2.4工作点要考虑到输出电容C …149 8.2.5决定增益的R三、R与R2 ………150 8.2.6设计偏置电路之前…151 8.2.7块定R1与R2…151 8.2.8决定R与R …152 8.2.9决定电容(,C … 153 8.3深尔曼电路的性能……153 8.3.1测置输入阻抗 …153 8.3.2测量输出阻抗… 154 8.3.3放大度与频率特性 155
目录 8.3.4注意高频端特性 …156 8.3.5频率特性由哪个晶体管块定 甲+中005行中0… 57 8.3.6观纂嗪声特性 8.4谨尔曼电路的应用电路 …160 8.4.」使闭PNP晶体管的莲尔受电路 *+*+**++”160 8.4.2图像信号放大电路 161 8.4.3渥尔曼自举电路 …162 第9章负反馈放大电路的设计 ……165 9.】观察负反馈放大电路的波形 ……165 9.1.1如何获得大的电压放大倍数 4…4…*…165 9.1.2100倍的放大器 …166 9.1.3Tr1的工作有坐奇怪 …168 9.1.4Tx.的工作 168 9.2负反馈放大电路的原理 …169 9.2.】放大级的电流分配 ……169 9.2.2加上负反馈 170 9.2.3确实是负反馈吗 …171 9.2.4求电路的增益 9.2.5反馈电路的重要式子………173 9.3设计负反馈放大电路 173 9,3.1电源周围的设计与晶体管的选择 174 9.3.2NPN与PNP进行组合的理由 4…4…175 9.3.3决定R十R与R2 176 9.3.4决定R4与R,…176 9.3.5央定R、R、与R 9.3.6决定偏置电路R1与R。 177 9.3.7决定电容G~(G 178 9.3.8决定电容CC, …179 9.4负反馈放大电路的性能 179 9.4,1测量输入阻抗 179 9.4.2测量输出阻抗 小… 9.4.3放大度与频率特性 …181 9.4.4正确的裸增益 ……181