一种多级小信号放大器实验板的电路设计

张慧敏

(常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 江苏常州 213164)

根据高职院校应用型人才培养目标的要求，高职课程改革在如火如荼地进行中。如何开发出适合高职学生特点、利于提高学生综合职业技能、能够理论联系实际的实践项目载体［1］，是保证高职院校培养质量、课程改革实效的关键之一。本文设计一种多级小信号放大器实验板电路，用于高职电子信息类专业基础课——模拟电子技术类课程一体化教学载体使用。实践证明，该实验板运用到教学中后取得了良好的教学效果。本实验板设置多个测试点和选择开关，供使用者进行实验操作和理论分析［2］，下面对该实验板的电路原理和相关测试做详细介绍。

1 实验板的电路结构及原理

图1为本实验板的电路原理图，本电路包括三级基本放大电路，前两级为共射极放大电路，第三级为共集电极放大电路。电路中设置了5个开关，通过开关的打开和闭合，可以得到不同状态下电路的相关测试结果。

电容C1和电阻R1构成高通滤波电路，开关J1控制电容C1的接入与否。当开关J1打开，电容C1接入，C1和R1构成高通滤波电路，影响电路的下限截止频率fL。高频段时C1的容抗非常小近似短路，而低频段时C1的容抗不可忽略，输入信号频率越低容抗越大，起阻碍作用。所以本实验板能够滤除来自话筒的低频噪声信号，减小电路的低频干扰。

图1 多级小信号放大器实验板原理图

C5、C6接在 VT2的基极和集电极之间，由于C5、C6电容值很小，当信号频率低时容抗非常大，可以视为开路。而信号频率高(高频段)时电容容抗小，不能视为开路，电容支路构成交流信号的负反馈回路，高频段信号的放大倍数减小，电路的上限截止频率fH降低。所以极间电容C5、C6主要影响电路的上限截止频率fH。设R=(Rs+rbb')//rb'e，其中Rs为信号源内阻，rbb'和rb'e分别是三极管基区体电阻和发射结电阻。根据密勒效应，得密勒电容CM=(1+gmRc)Cb'e［3］，放大器上限截止频率的表达式为:

由式(1)可见，三极管极间电容Cb'c越大，放大电路的上限截止频率越低。开关J4、J5控制电容C6、C5的接入与否。

R11、C8和R4构成第一级和第三级之间的极间负反馈，开关J2控制负反馈支路的接入与否。当开关J2闭合，极间负反馈支路接入，此时称为电路闭环。深度负反馈时整个电路的闭环增益为:

由式2可见，开关J2闭合时，整个电路的增益只与反馈支路元件R11和R4有关。

当开关J2断开，级间负反馈不接入，此时电路称为开环。开关J3断开，R8、R9不接入，整个电路的开环增益为:

比较式(3)和式(4)可知，开关J2断开，整个电路的增益与开关J3的状态有关。由于R7＞R″，所以开关J3闭合时，本级(第二级)负反馈电阻减小，放大倍数增大，整个电路的增益较大。

元件R10、R2、C4构成负反馈支路，为第一级放大电路提供直流偏置，稳定静态工作点。电容C4用来滤除通过R10反馈到第一级的交流信号。二极管VD1用来保护电路，防止因电源接反损坏实验板。二极管VD2为实验板的指示灯，R13是限流电阻。R5、C3、C7构成∏型滤波电路，用来滤除直流电源中存在的交流成分。

2 实验板的性能测试与分析

2.1 负反馈对放大器的影响

放大电路中经常引入各种类型的负反馈，用以改善放大电路的性能，本实验板引入了多条本级和级间负反馈支路。为使学生能够更直观深刻地理解负反馈对放大器性能的影响，实验板上设置了J2、J3开关供测试使用，某组测试内容和数据如表1所示。

表1 负反馈对放大器的影响

从表1测试结果可以看出，J2闭合(即级间深度负反馈引入)时，J3的断开或者闭合(局部负反馈的变化)基本不影响整个电路的增益。J2断开(即断开级间深度负反馈)时，J3的断开或者闭合(局部负反馈的变化)对整个电路的增益影响比较大，实验结论与理论分析相符合。

表1测试数据还表明，放大器增益增大的同时，通频带变窄，即电路参数和三极管确定的情况下，电路的增益带宽积为一常数。

2.2 电容对放大器通频带的影响

衡量放大器性能的一个重要指标是通频带，为了研究影响放大器通频带的因素，本实验板设置了开关J5和J4控制极间电容C5、C6的接入，具体测试内容和数据如表2所示。

表2 电容C5、C6对放大器通频带的影响

由表2测试数据可以看出，三极管集—基等效电容(即极间电容C5、C6)主要影响放大器的上限截止频率fH，极间电容越大通频带越窄。极间电容C5、C6构成交流信号的负反馈回路，在低频段时容抗很大视为开路，在高频段时使信号的放大倍数减小，上限截止频率fH减小。在实际工作中应注意三极管极间电容对电路通频带的影响，要有效增大fH，应选用Cb'c较小的管子。

实验板设置了开关J1控制电容C1的接入。开关J1对电路通频带的影响测试数据如表3所示。

由表3测试数据可以看出，放大电路中的电容C1主要影响放大器的下限截止频率fL，对上限截止频率影响很小。原因是电容C1较大，高频段时容抗非常小，近似短路。低频段时容抗不可忽略，频率越低容抗越大，阻碍越大，放大倍数越小，使下限截止频率fL越高。本实验板加入电容C1和电阻R1组成高通电路，滤除低频噪音信号，使本实验板的性能更好。

表3 电容C1对放大器通频带的影响

3 结束语

本文设计的多级小信号放大器实验板电路，可以在实验室作为典型教学案例进行一体化教学活动使用，使学生更好地理解分立元件构成的放大器的工作原理及特性。电路中引入不同负反馈对放大电路增益、通频带的影响，电路中的电容对放大器性能的影响。通过分析和测试，培养学生理论联系实际分析和解决问题的能力。

［1］肖伟才.理论教学与实践教学一体化教学模式的探索与实践［J］.实验室研究与探索，2011(4):81-84.

［2］吴青萍，等.电子技术与项目训练Ⅰ［M］.北京:中国人民大学出版社，2011:160-165.

［3］康华光.电子技术基础［M］.第4版.北京:高等教育出版社，1998:124-125.