晶體管兩級耦合放大電路設(shè)計(jì)-《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書

2014級模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書 晶體管放大電路院 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 張松華 職稱 副教授 專 業(yè)： 班 級： 完成時(shí)間： 摘 要放大器是能把輸入信號的電壓或功率放大的裝置，由電子管或晶體管、電源變壓器和其他電器元件組成，在通訊、廣播、雷達(dá)、電視、自動(dòng)控制等裝置中都離不開放大器。放大器已經(jīng)在這個(gè)高度發(fā)達(dá)的社會中，成了我們生活中不可缺少的一部分。通常放大電路的輸入信號是很微弱的，一般為毫伏或微伏數(shù)量級，因此應(yīng)用中經(jīng)常需要把幾個(gè)單級放大電路連接起來，使信號逐級得到放大，方可在輸出獲得必要的電壓幅值。由幾個(gè)單級放大電路連接起來的電路稱為多級放大電路，多級放大電路中，每兩個(gè)單級放大電路之間的連接方式叫耦合，如果耦合電路是采用電阻、電容進(jìn)行耦合，則叫做“阻容耦合”。課題設(shè)計(jì)了一個(gè)兩級放大電路，為了盡可能保證不失真放大并且兼顧放大電路穩(wěn)定性的要求，兩級放大電路采用阻容耦合方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)，然后采用Multisim軟件對所設(shè)計(jì)的兩級阻容耦合放大電路進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，然后利用AD軟件制出PCD圖，再完成實(shí)物制作和調(diào)試，調(diào)試結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的兩級阻容耦合放大電路負(fù)載增益為61.33，空載增益為72.58，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞 ： 晶體管； 放大電路；阻容耦合；通頻帶；增益目 錄1 緒論11.1 阻容耦合電路介紹11.2 設(shè)計(jì)要求12 設(shè)計(jì)原理及參數(shù)設(shè)定22.1電源設(shè)計(jì)22.1.1電源變壓器設(shè)計(jì)22.1.2整流電路設(shè)計(jì)22.1.3濾波電路設(shè)計(jì)32.1.4 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)42.2 放大電路設(shè)計(jì)52.2.1 第一級放大電路設(shè)計(jì)52.2.2第二級放大電路設(shè)計(jì)73 電路仿真和分析93.1空載調(diào)試93.2 負(fù)載調(diào)試104 電路制作與調(diào)試114.1 電路制作114.2 調(diào)試與分析114.2.1 直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試114.2.2放大電路的調(diào)試11結(jié)束語13參考文獻(xiàn)14致 謝15附錄A 原理圖16附錄B PCB圖17附錄C 實(shí)物圖18附錄D 元器件清單191 緒論1.1 阻容耦合電路介紹放大器是能把輸入信號的電壓或功率放大的裝置，由電子管或晶體管、電源變壓器和其他電器元件組成，在通訊、廣播、雷達(dá)、電視、自動(dòng)控制等裝置中都離不開放大器。放大器已經(jīng)在這個(gè)高度發(fā)達(dá)的社會中，成了我們生活中不可缺少的一部分。通常放大電路的輸入信號是很微弱的，一般為毫伏或微伏數(shù)量級，因此應(yīng)用中經(jīng)常需要把幾個(gè)單級放大電路連接起來，使信號逐級得到放大，方可在輸出獲得必要的電壓幅值。由幾個(gè)單級放大電路連接起來的電路稱為多級放大電路，多級放大電路中，每兩個(gè)單級放大電路之間的連接方式叫耦合，如果耦合電路是采用電阻、電容進(jìn)行耦合，則叫做“阻容耦合”。阻容耦合放大電路由于耦合電容的隔直作用，使各級放大電路的靜態(tài)值可單獨(dú)調(diào)整；多級放大電路的放大倍數(shù)是各級放大倍數(shù)的乘積。兩級阻容耦合放大電路，在盡可能保證不失真放大，同時(shí)也保證了放大電路穩(wěn)定性的要求，在分立元件的放大電路中經(jīng)常被采用。1.2 設(shè)計(jì)要求 1.2.1 基本要求（1)放大電路有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)； (2)通頻帶內(nèi)，空載時(shí)信號電壓放大倍數(shù)大于70； (3)單電源供給，電壓為12VDC； (4)輸入電阻接近10k； (5)值為80100左右； (6)通頻帶范圍20HZ20KHZ； 1.2.2 擴(kuò)展要求 (1)接10k后，信號電壓放大倍數(shù)維持在60以上； (2)供電直流電源改為采用兩節(jié)9V電池供電； (3) 最大不失真輸出信號；2 設(shè)計(jì)原理及參數(shù)設(shè)定2.1電源設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成。直流穩(wěn)壓電源框圖如圖1所示： 圖1直流穩(wěn)壓電源框圖 2.1.1電源變壓器設(shè)計(jì)在電容濾波的整流電路中，變壓器次級線圈除供給負(fù)載電流外，還要向電容充電。由于充電時(shí)的電流瞬時(shí)值很大，因此通過變壓器次級線圈的電流平均值雖然等于I1,但通過變壓器次級線圈的有效值I2要比I1大，I2和I1的關(guān)系決定于電流脈沖波型的形狀，波型愈小，有效值愈大。一般取 （1） 2.1.2整流電路設(shè)計(jì)整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)性直流電，這就是交流電的整流過程，整流電路主要由整流二極管組成。經(jīng)過整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓，習(xí)慣上稱單向脈動(dòng)性直流電壓。二極管單相全波整流電路如圖2所示。 圖2單相全波整流電路原理圖 在U2的正半周內(nèi)，二極管VD1、VD3導(dǎo)通，VD2、VD4截止；U2的負(fù)半周內(nèi)，VD2、VD4導(dǎo)通，VD1、VD3截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過的負(fù)載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖3所示。圖3整流電路輸出波形圖 流過每個(gè)二極管的直流電流: （2） 有載時(shí)的直流輸出電壓: （3） 故變壓器次級線圈電壓的有效值： 在橋式整流電路中，每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過每個(gè)二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為2U2(U2是變壓器副邊電壓有效值)。 （4） 可根據(jù)ID和U反值選二極管?？蛇x用整流二極管IN4004（標(biāo)準(zhǔn)整流電流為1A，最大反向工作電壓為400V）。2.1.3濾波電路設(shè)計(jì)濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波。在設(shè)計(jì)中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點(diǎn)，將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路，直流輸出電壓: （5）直流輸出電流: （6）I2是變壓器副邊電流的有效值。RLC(RL為負(fù)載阻值)越大，電容器放電越慢，輸出電壓平均值越大。一般可選放電時(shí)間常數(shù)RLC大于整流周期(35)倍，對橋式整流來說，整流周期等于交流電網(wǎng)周期的一半，即： （7） （8） （7）（8）式中，T為交流電網(wǎng)周期，RL為負(fù)載電阻 （9）電容耐壓UC=1.41410=14.14V2.1.4 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì) 前面所討論的整流濾波電路，都是不能保證輸出穩(wěn)定的直流電壓。輸出電壓不穩(wěn)定的主要原因有以下幾個(gè)方面：（1）由于輸入電壓不穩(wěn)定（通常交流電網(wǎng)允許有10的波動(dòng)），而導(dǎo)致整流濾波電路輸出直流電壓不穩(wěn)定；（2）由于整流濾波電路存在內(nèi)阻，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，引起負(fù)載電流發(fā)生變化，使輸出直流電壓發(fā)生變化；（3）由于電子元件（特別是導(dǎo)體器件）的參數(shù)與溫度有關(guān)，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，引起電路元件參數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致輸出電壓發(fā)生變化；（4）整流濾波后得到的直流電壓中仍然會有少量紋波成份，不能直接供給那些對電源質(zhì)量要求較高的電路。所以，為了得到輸出穩(wěn)定的直流電壓，經(jīng)整流濾波后的直流電壓必須采取一定的穩(wěn)壓措施才能適合電子設(shè)備的需要。本次課程設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源由W78系列的三端穩(wěn)壓器W7805，W7809,W7812和W79系列的三端穩(wěn)壓器W7905,W7909,W7912提供穩(wěn)定的輸出電壓。78系列輸出正電壓，79系列輸出負(fù)電壓，05，09，12代表所能穩(wěn)定輸出的電壓值。它們有一系列固定的電壓輸出，應(yīng)用非常的廣泛。每種類型由于內(nèi)部電流的限制，以及過熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使它基本上不會損壞。如果能夠提供足夠的散熱片，它們就能夠提供大于1.5A的輸出電流。雖然是按照固定電壓值來設(shè)定的，但是當(dāng)接入適當(dāng)?shù)耐獠科骷螅湍塬@得各種不同的電壓和電流。2.2 放大電路設(shè)計(jì)由于設(shè)計(jì)要求實(shí)際電壓增益與輸入電阻都比較大（A60，Ri=10k）,單靠一級放大電路器遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，這就需要將兩個(gè)或兩個(gè)以上的基本單元放大電路連結(jié)起來組成多級放大電路，使信號逐級放大到所需要的程度且能保證輸入電阻也符合設(shè)計(jì)要求。其中每個(gè)基本單元放大電路為多級放大器的一級，級與級之間的聯(lián)結(jié)方式稱為耦合方式，兩級之間通過耦合電容及下級輸入電阻連接稱之為阻容耦合。由于電容有隔直作用，使前后級的直流工作點(diǎn)可以單獨(dú)計(jì)算和調(diào)整，課題采用兩級阻容耦合放大電路來進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原理圖如圖4所示 圖4 兩級阻容耦合放大電路原理圖2.2.1 第一級放大電路設(shè)計(jì) 確定第一級的電路參數(shù).第一級放大電路原理圖如圖5所示。圖5第一級放大電路原理圖 靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)定：取,取 則 （10） （11） 取 R4=200，Ri1=RB1llrb1+(1+)R4=10K （12） Rb13Rb2 （13） Rb2=90k 其中Rb1=R1+R6 Rb2=R2 Re=R2 取標(biāo)稱值Re=2.4K 要求Av115 則 （其中RL1=RC1 llRi2） （14） 可得 RL13.4 又 rbe2+(1+)R1125 k 為了控制增益不過于大取 R11=300 Ri210 k Rc15.2 K 取標(biāo)稱值Rc1=6 K2.2.2第二級放大電路設(shè)計(jì) 確定第二級的電路參數(shù)。第二級放大電路原理圖如圖6所示.圖6第二級放大電路原理圖 要求負(fù)載電阻RL=10K時(shí)，負(fù)載增益 （15） =1.3k 8.7RC213k RC1.5 k 為了便于調(diào)節(jié),取 R2=R8=30K R1=R7=30k R5=R10=2.2k （16） 空載增益 Av2=5 （17） 綜合（15）（17）取 RC2=1.6K 靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)定：調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)Q2使電路不失真 取R7+R9=30+10=40 k = VBQ2=12=5.1V IEQ2=1.76mA VCEQ2=12-1.76(1.6+2.5)=4.8V 確定C1-C3：由于有兩級電容耦合，根據(jù)多級放大器下限截止頻率的計(jì)算公式 （18） 假設(shè)每級下限頻率相同，則各級的下限頻率應(yīng)為又因?yàn)?fL=20HZ所以 C13(110)1/(2fLR L) 1.212uF選取C13=3 電路仿真和分析3.1空載調(diào)試 當(dāng)時(shí)，電壓增益仿真結(jié)果如圖7所示圖7增益仿真圖（） 數(shù)據(jù)分析：A通道為輸入，B通道為輸出,。由圖7可求出電路的空載增益為 滿足設(shè)計(jì)要求 3.2 負(fù)載調(diào)試 當(dāng)時(shí)，電壓增益仿真結(jié)果如圖8所示圖8增益仿真圖（） 數(shù)據(jù)分析：A通道為輸入，B通道為輸出，。由圖8可求負(fù)載增益為 滿足設(shè)計(jì)要求4 電路制作與調(diào)試4.1 電路制作 通過對課題的仔細(xì)研究，確定了電路的原理圖，并仿真成功，然后利用AD軟件制出PCD圖，最后完成了實(shí)物制作。4.2 調(diào)試與分析4.2.1 直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試課程設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源由78系列的三端穩(wěn)壓器7805，7809,7812和79系列的三端穩(wěn)壓器7905,7909,7912提供穩(wěn)定的輸出電壓。經(jīng)過實(shí)際的測量，輸出電壓分別為12.01V,9.02V,4.99V和-12.08V,-8.99V,-5.12V理論值和實(shí)際的測量值比較接近。4.2.2放大電路的調(diào)試(1)負(fù)載調(diào)試圖9負(fù)載調(diào)試波形圖(RL=10K） 由圖9可讀出輸出電壓為2.76V，而設(shè)定的輸入電壓為45mV，從而可求負(fù)載增益AV滿足設(shè)計(jì)要求。（2）空載調(diào)試圖10空載調(diào)試波形圖由圖10可讀出輸出電壓為3.20V，而設(shè)定的輸入電壓為45mV,從而可求出空載增益AV 滿足設(shè)計(jì)要求。結(jié)束語 這次課程設(shè)計(jì)終于結(jié)束了，給我留下了深刻的印象，尤其是對未知的探索，對知識的渴求，一步一步地糾正自己的思路。在連接電路中遇到了不少問題，包括原理的理解，實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)。通過這次課程設(shè)計(jì)，不斷地查找資料，加深理解了專業(yè)知識，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的結(jié)合，對放大倍數(shù).負(fù)反饋，通頻帶有了更深一步的認(rèn)識。同時(shí)也讓我明白了一個(gè)人的力量是渺小的，只有在小組的合作下，才能更好的完成設(shè)計(jì)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。我明白了基本理論知識與實(shí)踐設(shè)計(jì)的差別，好多理論上可行的東西就是調(diào)試不出來，這時(shí)候就得自己尋找錯(cuò)誤，是不是電路連接有錯(cuò)，還是實(shí)驗(yàn)設(shè)備的問題。通過小組的合作，終于成功完成了此次課程設(shè)計(jì)，讓我明白了課堂上學(xué)的知識遠(yuǎn)遠(yuǎn)是不夠的，理論與實(shí)踐結(jié)合才能發(fā)揮最大的效果，同時(shí)一個(gè)人的力量是渺小的，團(tuán)隊(duì)合作的力量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一個(gè)人閉門造車。參考文獻(xiàn)1楊元挺.電子技術(shù)技能訓(xùn)練 M.北京:高等教育出版社，2006. 1281312戴伏生.基礎(chǔ)電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐 M.北京:國防工業(yè)出版社，2006. 47523姚福.電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐 M.濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社，2007.77834梁宗.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) M.武漢:華中理工大學(xué)出版社，2008.48525張友漢.電子技術(shù)試驗(yàn)與實(shí)訓(xùn) M.北京:高等教育出版社，2008. 83916康華光.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) M.北京:高等教育出版社，2008. 101177 485513 致 謝 本小組在設(shè)計(jì)參數(shù)以及仿真時(shí)遇到了兩個(gè)問題，第一個(gè)是仿真時(shí)同時(shí)出現(xiàn)了上限失真和下限失真，在此很感謝我們的指導(dǎo)老師張松華老師提供的幫助，老師一針見血的指導(dǎo)令本小組欽佩，誠然，老師的幫助是不可或缺的；第二個(gè)問題是多級放大電路的通頻帶設(shè)計(jì)的問題，在此非常感謝老師，老師不辭辛苦在百忙中抽空幫我們分析了電路，本小組受益匪淺。另外需要感謝給本小組提供建議。附錄A 原理圖直流穩(wěn)