《晶體管器件》課程設(shè)計(jì)說明書抗干擾射極跟隨器的設(shè)計(jì)

1、武漢理工大學(xué)晶體管器件課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： * 專業(yè)班級(jí)： 電子0802班 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目：抗干擾射極跟隨器的設(shè)計(jì)初始條件：具較扎實(shí)的電子電路的理論知識(shí)及較強(qiáng)的實(shí)踐能力；對(duì)電路器件的選型及電路形式的選擇有一定的了解；具備模擬電子電路的基本設(shè)計(jì)能力及基本調(diào)試能力；能夠正確使用實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行電路的調(diào)試與檢測。要求完成的主要任務(wù)：1采用晶體管設(shè)計(jì)射極跟隨器；2額定電源電壓自己選定; 輸出中心頻率 為低頻范圍； 3電路焊接及調(diào)試;pcb圖的設(shè)計(jì)；4完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告（應(yīng)包含電路圖，清單、調(diào)試、pcb圖及設(shè)計(jì)總結(jié)）。時(shí)間安排：12011年6月10日分班集中，布

2、置課程設(shè)計(jì)任務(wù)、選題；講解課設(shè)具體實(shí)施計(jì)劃與課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式的要求；課設(shè)答疑事項(xiàng)。22011年6月10日 至2011年6月23日完成資料查閱、設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試；完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫。3. 2011年6月24日提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)驗(yàn)收和答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄摘 要iabstractii1 緒論12 共集電極電路及其工作原理22.1 電路組成22.2 靜態(tài)分析32.3 動(dòng)態(tài)分析32.3.1 電壓放大倍數(shù)42.3.2 輸入電阻和輸出電阻43差分放大電路工作原理及其分析63.1基本差分放大電路交流性能指標(biāo)分析64 總原理圖分析及仿真94.1

3、 原理圖及其分析94.2 仿真115 altimu designer 及pcb圖的繪制125.1 altium designer介紹125.2 pcb圖的繪制136 心得體會(huì)14參考文獻(xiàn)15附錄i 元件清單16摘 要晶體管是一種固體半導(dǎo)體器件，可以用于檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制和許多其它功能。而射極跟隨器具有作為緩沖級(jí)的功能，能較小負(fù)載對(duì)電路的干擾和提高帶負(fù)載的能力。由于普通射極跟隨器只有一個(gè)晶體管組成，溫度、噪聲以及環(huán)境的變化會(huì)對(duì)射極跟隨器產(chǎn)生很大的影響，當(dāng)影響達(dá)到一定程度是會(huì)讓波形產(chǎn)生嚴(yán)重失真，從而是信號(hào)無效。本次設(shè)計(jì)為改進(jìn)射極跟隨器，在射極跟隨器的輸入級(jí)加入了一個(gè)差分放大電路

4、，從而是外界干擾降到最小，使外界干擾對(duì)射極跟隨器的影響減小到最小。關(guān)鍵字：晶體管、差分放大電路、射極跟隨器abstracttransistor is a solid semiconductor devices, can be used for detection, rectification, amplification, switching, regulators, signal modulation and many other features. the emitter follower buffer stage with a function to a smaller load on

5、the circuit with a load of interference and increase capacity. as the general is only one emitter follower transistor, temperature, noise and environmental changes in emitter follower will have a huge impact, affecting up to a certain extent when the wave will produce a serious distortion to the sig

6、nal is invalid. this is designed to improve the emitter follower, the emitter follower input stage to join a differential amplifier circuit, which is to minimize outside interference, the interference of the impact of emitter follower is reduced to a minimum.keywords: transistor, differential amplif

7、ier, emitter-followerii1 緒論晶體管是一種固體半導(dǎo)體器件，可以用于檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制和許多其它功能。晶體管作為一種可變開關(guān)，基于輸入的電壓，控制流出的電流，因此晶體管可作為電流的開關(guān)，和一般機(jī)械開關(guān)不同處在于晶體管是利用電訊號(hào)來控制，而且開關(guān)速度可以非常之快，在實(shí)驗(yàn)室中的切換速度可達(dá)100ghz以上。其優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：1、構(gòu)件沒有消耗無論多么優(yōu)良的電子管，都將因陰極原子的變化和慢性漏氣而逐漸劣化。晶體管制作之初也存在同樣的問題。隨著材料制作上的進(jìn)步以及多方面的改善，晶體管的壽命一般比電子管長100到1000倍。2、消耗電能極少僅為電子管的十分之

8、一或幾十分之一。它不像電子管那樣需要加熱燈絲以產(chǎn)生自由電子。 3、不需預(yù)熱一開機(jī)就工作。例如，晶體管收音機(jī)一開就響，晶體管電視機(jī)一開就很快出現(xiàn)畫面。電子管設(shè)備就做不到這一點(diǎn)。開機(jī)后，非得等一會(huì)兒才聽得到聲音，看得到畫面。顯然，在軍事、測量、記錄等方面，晶體管是非常有優(yōu)勢的。 4、結(jié)實(shí)可靠比電子管可靠100倍，耐沖擊、耐振動(dòng)，這都是電子管所無法比擬的。另外，晶體管的體積只有電子管的十分之一到百分之一，放熱很少，可用于設(shè)計(jì)小型、復(fù)雜、可靠的電路。晶體管的制造工藝雖然精密，但工序簡便，有利于提高元器件的安裝密度。晶體管的主要參數(shù)有電流放大系數(shù)、耗散功率、頻率特性、集電極最大電流、最大反向電壓、反向電

9、流等。2 共集電極電路及其工作原理若單機(jī)放大電路從基極輸入，從發(fā)射極輸出，該電路稱為共集電極放大電路。圖2.1所示的電路是實(shí)際共集電極放大電路；由于從發(fā)射極輸出，又稱為射極輸出器或射極跟隨器。共集電極電路由于其輸入電阻大，輸出電阻小；在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，常用于阻抗變換、輸入級(jí)和輸出級(jí)。圖2.1 共集電極放大電路2.1 電路組成 交流信號(hào)從基極輸入，從發(fā)射極輸出；交流信號(hào)輸入輸出的公共端是集電極。從電路圖看，它把基本共射的集電極移到了發(fā)射極。該電路發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；交流信號(hào)能夠順暢的輸入輸出，滿足放大的條件。2.2 靜態(tài)分析直流通路如圖2.2.1所示：圖2.2.1 共集電極電路直流通

10、路估算法求解q，由圖得：vcc=ibrb+vbe+iere=ibrb+vbe(1+)ibre ib=vcc-vberb+(1+)re vccrb+(1+)req: ic=ib vce=vcc-iere=vcc-icre2.3 動(dòng)態(tài)分析低頻小信號(hào)模型法求解av,ri,ro 有 rbe=200+1+26mv/ie圖2.3.1是放大電路的交流通路。圖2.3.1 交流通路圖2.3.1 交流通路 2.3.1 電壓放大倍數(shù)av=vovivi=ibrbe+(1+)ibrerl =ibrbe+(1+)rerlvo=(1+) ibrerlav=vovi=(1+) rerlrbe+(1+)rerl一般(1+) r

11、erlrbe，所以共集電極電路的電壓放大倍數(shù)接近1，而略小于1，而且放大倍數(shù)為正，說明它的輸入電壓和輸出電壓是相同的，因此共集電極電路常被稱為射極跟隨器，它的輸出電壓的大小和相位跟隨輸入電壓變化，具有電壓跟隨作用。2.3.2 輸入電阻和輸出電阻（1） 輸入電阻ri=rbrbe+(1+)rerl共集電極電路的輸入電阻為105106量級(jí)，而基本共射極輸入電阻約為103量級(jí)。所以與基本共射極放大電路比較，射極跟隨器的輸入電阻比較高。（2）輸出電阻ro=rbe+rsrl1+re輸出電阻很低，僅有十幾歐到幾十歐；若想進(jìn)一步降低輸出電阻，應(yīng)選較大的三極管。綜上所述，射極跟隨器的特點(diǎn)是：電壓放大倍數(shù)小于1，

12、而略等于1；輸出電壓與輸入電壓同相；輸入電阻高，輸出電阻低。鑒于共集電極電路具有以上的優(yōu)點(diǎn)，它在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用：由于其輸入電阻高，說明該放大器向信號(hào)源索取信號(hào)電壓能力強(qiáng)，同時(shí)放大器對(duì)信號(hào)源索取的電流較小，說明發(fā)射極跟隨器用作多級(jí)放大器的輸入級(jí)，可以提高測量的精度。由于其輸出電阻低，說明放大器帶負(fù)載的能力強(qiáng)，所以射極跟隨器常常用在多級(jí)放大器的輸出級(jí)，以提高放大器的負(fù)載能力。由于它同時(shí)具備輸入電阻大輸出電阻小的特點(diǎn)，它可以用作多級(jí)放大器的隔離級(jí)，實(shí)現(xiàn)阻抗變換，如對(duì)于多級(jí)放大器前后級(jí)匹配不當(dāng)?shù)碾娐?，直接相接將大大影響其電壓放大倍?shù)，如果在這兩級(jí)放大電路的中間加上一級(jí)射極跟隨器，由于它的電阻高，

13、在于前級(jí)電路相連后，使前級(jí)放大倍數(shù)提高；由于它的輸出電阻很低，在與后極電路相連后，使后極電路的電壓放大倍數(shù)提高。雖然它不具備電壓放大作用，但它具有電流放大作用，以及功率放大作用。3差分放大電路工作原理及其分析在直接耦合的多級(jí)放大器中，如果輸入級(jí)存在零點(diǎn)漂移的問題，該信號(hào)經(jīng)過中間放大機(jī)的輸出級(jí)放大后，如果其大小達(dá)到可以和有效信號(hào)相比的程度，將會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)無效。所以對(duì)于直接耦合多級(jí)放大器的輸入級(jí)而言，一個(gè)重要的任務(wù)就是要抑制零點(diǎn)漂移。抑制零點(diǎn)漂移可以由差分放大電路實(shí)現(xiàn)。差分放大電路的基本原理圖如圖3.1：圖3.1 射極偏置差分放大電路原理圖3.1基本差分放大電路交流性能指標(biāo)分析由于實(shí)際需要，差分

14、電路不僅可以兩端同時(shí)輸入，還可以一端接地，構(gòu)成單端輸入，輸出時(shí)也可以從一端輸出，這樣差分放大電路有四種連接方式：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出以及單端輸入單端輸出。本設(shè)計(jì)我選用單端輸入單端輸出的方式。電路圖如圖3.1.1所示。圖3.1.1 單端輸入單端輸出差分電路輸入分解為差模信號(hào)和共模信號(hào)的線性疊加單端輸入是，vi1=vi vi2=0,則電路輸入可分解為差模信號(hào)和共模信號(hào)，分別為vid=vi1-vi2=vi vic=vi1+vi22=vi2 這樣就可以采用雙端輸入的分析方法進(jìn)行分析，然后進(jìn)行疊加，總的輸出電壓為：vo=avdvid+avcvic=avdvi+avcvi2

15、單端輸出 單端輸出時(shí)，可以類似雙入單出情況分析。和單入單出情況一樣，輸入電阻ri2rbe 輸出電阻為：ro=rc 差模電壓放大倍數(shù)為：avd=vodvid=-rcrl2rbe 共模電壓放大倍數(shù)為：avc=vocvic=-rcrlrbe+2(1+)re 輸出電壓為：vo=avdvid+avcvic=-12rcrlrbevi+-12rcrlrbe+21+re vi 共模抑制比為：kcmr=rbe+2(1+)re2rbe在設(shè)計(jì)中，采用了一個(gè)恒流源來代替re來提供恒定的電流。恒流源電路圖如下圖3.1.2所示:圖3.1.2 恒流源原理圖該恒流源為帶緩沖級(jí)的鏡像恒流源。由于q3、q4、q5參數(shù)相同，q3與

16、q4基極互連，因此有：ib3=ib4=ib ic3=ic4ib5=2ib1+=2ic31+由ic3=ir1-ib5,可得：ic3=ic4=11+21+ir1ir1得到恒定電流的目的。從共模抑制比的表達(dá)式來看，re越大抑制共模信號(hào)的能力越強(qiáng)。但由于電阻不能無限增加，且集成電路不適合制作大電阻，因而可以采用恒流源替代re。恒流源的等效交流電阻很大且利于集成電路制作，理想恒流源的等效內(nèi)阻為無窮大，可以認(rèn)為單端輸出時(shí)的共模電壓放大倍數(shù)為0。如果從另一方面來說，恒流源可以是電路的發(fā)射極電流恒定，從而也保證了q點(diǎn)的穩(wěn)定。4 總原理圖分析及仿真4.1 原理圖及其分析 將差分放大電路和射極跟隨器連通，從而抑制

17、由溫度、噪聲以及環(huán)境的變化引入系統(tǒng)電路的共模信號(hào)，仿制信號(hào)在放大過程中產(chǎn)生失真，從而起到抗干擾的作用。電路的總原理圖如圖4.1所示： 圖4.1 抗干擾射極跟隨器總原理圖差分放大電路通過一個(gè)電容與后極的射極跟隨器相連，將抑制共模信號(hào)后的信號(hào)給射極跟隨器，從而大大的減小了溫度、噪聲以及環(huán)境的變化引入系統(tǒng)電路的共模干擾信號(hào)。4.2 仿真通過對(duì)原理圖進(jìn)行仿真，輸入信號(hào)和射極跟隨器得到的信號(hào)仿真如下圖所示： 圖4.2.2 輸出信號(hào)5 altimu designer 及pcb圖的繪制5.1 altium designer介紹altium designer是一款集電路仿真、電路圖的繪制、pcb圖的設(shè)計(jì)于一體

18、的仿真軟件，它繼承了protel的良好性能，增加了一些新的功能，是很適合我們繪制pcb圖的工具。利用altium designer繪制pcb圖要由原理圖生成。在altium designer中繪制原理圖如下： 圖5.1.1 電路總原理圖5.2 pcb圖的繪制由上面的原理圖經(jīng)過編譯后，在讓其在pcb編輯器中生效，便得到散亂分布的電路元件圖，手動(dòng)調(diào)整好元件的位置后，讓軟件自動(dòng)生成pcb圖，得到如下信息： 圖5.2.1 布線信息圖通過上面的信息圖可以看出，各元器件間電氣連接沒有問題，pcb圖生成正確。經(jīng)過自己調(diào)整元器件位置，自動(dòng)布線后，得到如下的pcb圖： 圖5.2.2 電路的pcb圖6 心得體會(huì)本

19、次課程設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)晶體管電路，自己選擇電路設(shè)計(jì)的內(nèi)容，我選擇的是射極跟隨器，主要目的是學(xué)習(xí)三極管電路的設(shè)計(jì)，涉及到了差分放大電路、恒流源以及射極跟隨器的設(shè)計(jì)。通過查資料，才了解到先要計(jì)算好各電阻的值，再根據(jù)各三極管電容的作用選定了各種元器件的型號(hào)，畫出電路圖，慢慢變得簡單。同樣，在這次課程設(shè)計(jì)中也遇到了不少問題，首先電路的設(shè)計(jì)，查閱了不少資料，學(xué)習(xí)到了各種類似的電路的設(shè)計(jì)方法；其次是電路的焊接，在焊完元件后檢查了一遍，便開始調(diào)試，發(fā)現(xiàn)實(shí)物和仿真有一定的差距，仿真太過理想化，實(shí)物會(huì)遇到各種仿真中沒有的問題，我通過不斷地總結(jié)和摸索，最終完成了自己的實(shí)物調(diào)試。經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)前面的路有了更多的

20、信心，因?yàn)樵谶@個(gè)過程中，我學(xué)到了不少實(shí)用的東西，對(duì)于晶體管電路有了更深層次的掌握，并且提高了獨(dú)立解決問題的能力。雖然這次課程設(shè)計(jì)中我對(duì)電路進(jìn)行了仿真，進(jìn)一步熟悉了multisim軟件的使用，對(duì)建立文件、繪制電路圖、對(duì)其進(jìn)行仿真等一系列過程都更加熟練，并且認(rèn)真的對(duì)電路的每一部分進(jìn)行了修正，但最后出來的波形還是不很穩(wěn)定。我們在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)還要努力培養(yǎng)自己的動(dòng)手操作能力，對(duì)于通信工程的我們更是如此，通過這次課程設(shè)計(jì)我也看到了自己的差距，今后會(huì)努力提高自己的動(dòng)手操作能力，以求真正領(lǐng)會(huì)各種專業(yè)知識(shí)，為將來的工作打下良好的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1吳友宇，伍時(shí)和，凌玲模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)北京：清華大學(xué)出版社，20

21、09.4.2 周南生. 晶體管電路設(shè)計(jì)與制作.科學(xué)出版社，2006.8.3 周南生. 晶體管電路設(shè)計(jì).北京：科學(xué)出版社，2004.9.4 邱關(guān)源電路（第四版）高等教育出版社，1999.45姚福安. 電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐. 山東 ：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2003.12.6姜威. 實(shí)用電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ). 北京 ：北京理工大學(xué)出版社，2008.1.附錄i 元件清單名稱序號(hào)型號(hào)參數(shù)數(shù)量電阻r15.1k1電阻r210k1電阻r310k1電阻r41001電阻r51001電阻r730k1電阻r820k1電阻r910k1電容c14.7uf1電容c24.7uf1三極管q12n2219a1三極管q22n2219a1三

22、極管q32n2219a1三極管q42n2219a1三極管q52n2219a1三極管q62n2219a1本科生課程設(shè)計(jì)成績評(píng)定表姓 名包國強(qiáng)性 別 男專業(yè)、班級(jí)電子科學(xué)與技術(shù)0802課程設(shè)計(jì)題目： 抗干擾射極跟隨器的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)答辯或質(zhì)疑記錄：成績評(píng)定依據(jù)：最終評(píng)定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評(píng)定）指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日ut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsdqqygc3ce7moo2tlf0jf1gk74iuxybmt

23、ivr97ckrfvqult5fn2t6mpjr6rbzvpsortzvij5nb5ndvvsr4iwr1twlfkglspzuhrjq3cmzu98euouijdlszqpmvrw9zkupxf8wfug9l2g9277g2rtipa1ypczeuqxpkbhtvdcooqozxuz3vjrzmocijym62zchmeootyes8ebmm932tbz2yo09rtszeys8zrd2yktj8l6jeazvajnfbtrylvsm6ofbftoxvrffn7owiygjlamkunxjybz5rrb7r4vsur9zpfzfmfsjhcfca37lnw2vvlrkn7r8psz1bn6o

24、ric5hu5z6hcxayqynpog8duybawqsl20csg06dh2sm8hltgpkicskrgopdpuhbj1lmpk7lydvc6nnmwl3fwhzftfvyaary7lhssxj10v3ph3y19bxyr77ib7cpzsu2tijqe3hkqkkau9kskcphkxuikvvyjzpg2yijrkqfbggovyqkuxnwi9omnjtt6qilzxtyrf7d20fbmabcfiixrqkusvnxbppfuxyq1fjskfsubkgs2duvqc9sz4jkbgn4qqv66pyoarjurnfj3txyfclzieeptwfjthpheipdfnqnr2

25、hjqkv2dzwtmpdjqkbcxmovdsjqctjagjmdlskpgad2s0h0vmzgaht36gyuez7umank1ndreubeqdgrx0venqgnsyib2ilq3siqrnl4m56t7z8y8da5k0kupn5nzg4jvjdtffhyt82aogqkxo4vblmleiy2p7hthbho07rcfttxodydppdtqso7wxd0j6fkklgm4wodzplhtrr2xgqn13hqy59zu1gegdyqnihntavsieuefqcyfucjwd3vk5i7ykmhundmiz ut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsdqqygc3ce7moo2tlf0jf1gk74iuxybmtivr97ckrfvqult5fn2t6