微弱信號(hào)的多級(jí)放大電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 微弱信號(hào)的多級(jí)放大電路課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告設(shè)計(jì)題目： 微弱信號(hào)的多級(jí)放大電路學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 網(wǎng)絡(luò)工程 姓 名： 趙騫 組 長： 陳子宇 學(xué) 號(hào)： 201324070106 指導(dǎo)教師： 楊云 成 績： 2015 年 07月02日目錄 第一章 概述 2第二章 知識(shí)擴(kuò)展 3 2.1 低頻電壓放大器 3 2.2 集成運(yùn)算放大器 5第三章 實(shí)驗(yàn)原理 7第四章 電路分析 8 4.1 仿真電路圖 8 4.2兩級(jí)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量10 4.3兩級(jí)電壓放大倍數(shù)的測(cè)量11第五章 安裝調(diào)試 14 5.1 安裝調(diào)試過程 145.2 計(jì)算結(jié)果與分析 15第六章 致謝17第七章 心得體會(huì) 17

2、第一章 概述所謂電子技術(shù),是指“含有電子的、數(shù)據(jù)的、磁性的、光學(xué)的、電磁的、或者類似性能的相關(guān)技術(shù)”。電子技術(shù)可以分為模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)兩大部分。 模擬電子技術(shù)說是整個(gè)電子技術(shù)的基礎(chǔ)，在信號(hào)放大、功率放大、整流穩(wěn)壓、模擬量反饋、混頻、調(diào)制解調(diào)電路領(lǐng)域具有無法替代的作用。例如高保真(Hi-Fi)的音箱系統(tǒng)、移動(dòng)通訊領(lǐng)域的高頻發(fā)射機(jī)等。與模擬電路相比，數(shù)字電路具有精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、程序軟件控制等一系列優(yōu)點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)突飛猛進(jìn)地發(fā)展，用數(shù)字電路進(jìn)行信號(hào)處理的優(yōu)勢(shì)也更加突出。為了充分發(fā)揮數(shù)字電路在信號(hào)處理上的強(qiáng)大功能，我們可以先將模擬信號(hào)按比例轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后送到數(shù)

3、字電路進(jìn)行處理，最后再將處理結(jié)果根據(jù)需要轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號(hào)輸出。自20世紀(jì)70年代開始，這種用數(shù)字電路處理模擬信號(hào)的所謂“數(shù)字化”浪潮已經(jīng)席卷了電子技術(shù)幾乎所有的應(yīng)用領(lǐng)域，如數(shù)字濾波器等。很有幸我們這學(xué)期學(xué)習(xí)了模電數(shù)電這門學(xué)科，并且是我們這個(gè)學(xué)期的重點(diǎn)課程，在上課和實(shí)驗(yàn)的過程中，漸漸的我喜歡上了它。每一節(jié)課我都認(rèn)真學(xué)習(xí)，每次實(shí)驗(yàn)我都認(rèn)真的去完成。但是做課程設(shè)計(jì)還是不太熟練，以前都是照著做，現(xiàn)在所有的都是自己做，真的很有難度。要想做出來一個(gè)好的東西，就要去圖書館和網(wǎng)上去找資料。第二章 知識(shí)擴(kuò)展下面我們介紹幾種常見的放大電路。低頻電壓放大器低頻電壓放大器是指工作頻率在 20 赫 20 千赫之間、

4、輸出要求有一定電壓值而不要求很強(qiáng)的電流的放大器。（ 1 ）共發(fā)射極放大電路圖 1 （ a ）是共發(fā)射極放大電路。 C1 是輸入電容， C2 是輸出電容，三極管 VT 就是起放大作用的器件， RB 是基極偏置電阻 ,RC 是集電極負(fù)載電阻。 1 、 3 端是輸入， 2 、 3 端是輸出。 3 端是公共點(diǎn)，通常是接地的，也稱“地”端。靜態(tài)時(shí)的直流通路見圖 1 （ b ），動(dòng)態(tài)時(shí)交流通路見圖 1 （ c ）。電路的特點(diǎn)是電壓放大倍數(shù)從十幾到一百多，輸出電壓的相位和輸入電壓是相反的，性能不夠穩(wěn)定，可用于一般場合。（ 2 ）分壓式偏置共發(fā)射極放大電路圖 2 比圖 1 多用 3 個(gè)元件。基極電壓是由 RB

5、1 和 RB2 分壓取得的，所以稱為分壓偏置。發(fā)射極中增加電阻 RE 和電容 CE ， CE 稱交流旁路電容，對(duì)交流是短路的； RE 則有直流負(fù)反饋?zhàn)饔?。所謂反饋是指把輸出的變化通過某種方式送到輸入端，作為輸入的一部分。如果送回部分和原來的輸入部分是相減的，就是負(fù)反饋。圖中基極真正的輸入電壓是 RB2 上電壓和 RE 上電壓的差值，所以是負(fù)反饋。由于采取了上面兩個(gè)措施，使電路工作穩(wěn)定性能提高，是應(yīng)用最廣的放大電路。（ 3 ）射極輸出器圖 3 （ a ）是一個(gè)射極輸出器。它的輸出電壓是從射極輸出的。圖 3 （ b ）是它的交流通路圖，可以看到它是共集電極放大電路。這個(gè)圖中，晶體管真正的輸入是 V

6、 i 和 V o 的差值，所以這是一個(gè)交流負(fù)反饋很深的電路。由于很深的負(fù)反饋，這個(gè)電路的特點(diǎn)是：電壓放大倍數(shù)小于 1 而接近 1 ，輸出電壓和輸入電壓同相，輸入阻抗高輸出阻抗低，失真小，頻帶寬，工作穩(wěn)定。它經(jīng)常被用作放大器的輸入級(jí)、輸出級(jí)或作阻抗匹配之用。（ 4 ）低頻放大器的耦合一個(gè)放大器通常有好幾級(jí)，級(jí)與級(jí)之間的聯(lián)系就稱為耦合。放大器的級(jí)間耦合方式有三種： RC 耦合，見圖 4 （ a ）。優(yōu)點(diǎn)是簡單、成本低。但性能不是最佳。 變壓器耦合，見圖 4 （ b ）。優(yōu)點(diǎn)是阻抗匹配好、輸出功率和效率高，但變壓器制作比較麻煩。 直接耦合，見圖 4 （ c ）。優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬，可作直流放大器使用，但前

7、后級(jí)工作有牽制，穩(wěn)定性差，設(shè)計(jì)制作較麻煩。集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器是一種把多級(jí)直流放大器做在一個(gè)集成片上，只要在外部接少量元件就能完成各種功能的器件。因?yàn)樗缙谑怯迷谀M計(jì)算機(jī)中做加法器、乘法器用的，所以叫做運(yùn)算放大器。它有十多個(gè)引腳，一般都用有 3 個(gè)端子的三角形符號(hào)表示，如圖 10 。它有兩個(gè)輸入端、 1 個(gè)輸出端，上面那個(gè)輸入端叫做反相輸入端，用“ ”作標(biāo)記；下面的叫同相輸入端，用“”作標(biāo)記。集成運(yùn)算放大器可以完成加、減、乘、除、微分、積分等多種模擬運(yùn)算，也可以接成交流或直流放大器應(yīng)用。在作放大器應(yīng)用時(shí)有：（ 1 ）帶調(diào)零的同相輸出放大電路圖 11 是帶調(diào)零端的同相輸出運(yùn)放電路。引腳

8、 1 、 11 、 12 是調(diào)零端，調(diào)整 RP 可使輸出端（ 8 ）在靜態(tài)時(shí)輸出電壓為零。 9 、 6 兩腳分別接正、負(fù)電源。輸入信號(hào)接到同相輸入端（ 5 ），因此輸出信號(hào)和輸入信號(hào)同相。放大器負(fù)反饋經(jīng)反饋電阻 R2 接到反相輸入端（ 4 ）。同相輸入接法的電壓放大倍數(shù)總是大于 1 的。（ 2 ）反相輸出運(yùn)放電路也可以使輸入信號(hào)從反相輸入端接入，如圖 12 。如對(duì)電路要求不高，可以不用調(diào)零，這時(shí)可以把 3 個(gè)調(diào)零端短路。輸入信號(hào)從耦合電容 C1 經(jīng) R1 接入反相輸入端，而同相輸入端通過電阻 R3 接地。反相輸入接法的電壓放大倍數(shù)可以大于 1 、等于 1 或小于 1 。（ 3 ）同相輸出高輸入

9、阻抗運(yùn)放電路圖 13 中沒有接入 R1 ，相當(dāng)于 R1 阻值無窮大，這時(shí)電路的電壓放大倍數(shù)等于 1 ，輸入阻抗可達(dá)幾百千歐。放大電路讀圖要點(diǎn)和舉例放大電路是電子電路中變化較多和較復(fù)雜的電路。在拿到一張放大電路圖時(shí)，首先要把它逐級(jí)分解開，然后一級(jí)一級(jí)分析弄懂它的原理，最后再全面綜合。讀圖時(shí)要注意： 在逐級(jí)分析時(shí)要區(qū)分開主要元器件和輔助元器件。放大器中使用的輔助元器件很多，如偏置電路中的溫度補(bǔ)償元件，穩(wěn)壓穩(wěn)流元器件，防止自激振蕩的防振元件、去耦元件，保護(hù)電路中的保護(hù)元件等。 在分析中最主要和困難的是反饋的分析，要能找出反饋通路，判斷反饋的極性和類型，特別是多級(jí)放大器，往往以后級(jí)將負(fù)反饋加到前級(jí)，因

10、此更要細(xì)致分析。 一般低頻放大器常用 RC 耦合方式；高頻放大器則常常是和 LC 調(diào)諧電路有關(guān)的，或是用單調(diào)諧或是用雙調(diào)諧電路，而且電路里使用的電容器容量一般也比較小。 注意晶體管和電源的極性，放大器中常常使用雙電源，這是放大電路器。第三章 實(shí)驗(yàn)原理單級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)一般可達(dá)幾十倍，然而，在實(shí)際中為了放大非常微弱的信號(hào)，這樣大的放大倍數(shù)往往是不夠的。為了達(dá)到更高的放大倍數(shù)，常常把若干個(gè)基本放大電路連接起來，組成所謂的多級(jí)放大電路。組成：1.差動(dòng)放大電路是用兩組相同的元器件，組成兩個(gè)對(duì)稱的電路，將這兩個(gè)電路輸出的差送至負(fù)載，從而使兩個(gè)電路的零點(diǎn)漂移互相抵消。2.直接耦合是級(jí)與級(jí)連接方式中

11、最簡單的，就是將后級(jí)的輸入與前級(jí)輸出直接連接在一起，一個(gè)放大電路的輸出端與另一個(gè)放大電路的輸入端直接連接的耦合方式稱為直接耦合。由于是直接連在一起，因此每級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)受其他放大級(jí)的影響與牽制，若前級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)Q發(fā)生變化則會(huì)影響到后面各級(jí)的Q點(diǎn)，因此對(duì)電路的靜態(tài)分析也比較復(fù)雜。另外直接耦合放大電路既能對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行放大，也能對(duì)緩慢變化的信號(hào)甚至于直流信號(hào)也能放大。反饋的定義：將放大器輸出量（電壓或電流）的一部分或全部通過一定方式的網(wǎng)絡(luò)（稱反饋網(wǎng)絡(luò)）回饋送到輸入回路，與輸入信號(hào)串聯(lián)或并聯(lián)，從而影響電路性能的一種電路技術(shù)。1、電壓放大倍數(shù) 在多級(jí)放大電路中，由于各級(jí)之間是串聯(lián)起來的，上一級(jí)的輸出，

12、就是下一級(jí)的輸入，所以總的電壓放大倍數(shù)為各級(jí)電壓放大倍數(shù)的乘積。2、輸入電阻和輸出電阻 一般說來，多級(jí)放大電路的輸入電阻就是輸入級(jí)的輸入電阻，而輸出電阻就是輸出級(jí)的輸出電阻。3、頻率特性 在實(shí)際電路中，通常要求放大器能夠放大一定頻率范圍的信號(hào)。我們把放大器的放大倍數(shù)和工作信號(hào)頻率有關(guān)的特性稱為頻率特性。第四章 電路分析通常放大電路的輸入信號(hào)都是很弱的，一般為毫伏或微伏數(shù)量級(jí)，輸入功率常在1mV以下。為了推動(dòng)負(fù)載工作，因此要求把幾個(gè)單級(jí)放大電路連接起來，使信號(hào)逐級(jí)得到放大，方可在輸出獲得必要的電壓幅值或足夠的功率。由幾個(gè)單級(jí)放大電路連接起來的電路稱為多級(jí)放大電路。在多級(jí)放大電路中，每兩個(gè)單級(jí)放大

13、電路之間的連接方式叫耦合；如耦合電路是采用電阻、電容進(jìn)行耦合，則叫做“阻容耦合”。阻容耦合交流放大電路是低頻放大電路中應(yīng)用得最多、最為常見的電路。本實(shí)驗(yàn)采用的是兩級(jí)阻容耦合放大電路，如圖所示。在晶體管V1的輸出特性曲線中直流負(fù)載線與橫軸的交點(diǎn)UCEQ1=VCC，與縱軸的交點(diǎn)（UCE=0時(shí)）集電極電流為靜態(tài)工作點(diǎn)Q1位于直流負(fù)載線的中部附近，由靜態(tài)時(shí)的集電極電流ICQ1和集-射電壓UCEQ1確定。當(dāng)流過上下偏流電阻的電流足夠大時(shí)，晶體管V1的基級(jí)偏壓為晶體管V1的靜態(tài)發(fā)射極電流為靜態(tài)集電極電流近似等于發(fā)射極電流，即晶體管V1的靜態(tài)集電極電壓為兩級(jí)阻容耦合放大電路的總電壓放大倍數(shù)為其中，第一級(jí)放大

14、電路的電壓放大倍數(shù)為晶體管V1的等效負(fù)載電阻為可作為第一級(jí)放大電路的外接負(fù)載，第二級(jí)放大電路的輸入電阻為晶體管V1和V2的輸入電阻分別為第二級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)為其中，等效交流負(fù)載電阻1、兩級(jí)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量。（1）創(chuàng)建如圖3-2所示兩級(jí)阻容耦合放大電路。斷開函數(shù)信號(hào)發(fā)生器與電路的連接，將電路輸入端接地。單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析。用數(shù)字萬用表或動(dòng)態(tài)測(cè)試探針分別測(cè)量節(jié)點(diǎn)電壓VB1、VC1、VE1、VB2、VC2及VE，并記錄測(cè)量結(jié)果于表中。圖3-2 兩級(jí)阻容耦合放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量原理圖（2）根據(jù)阻值R1、R2和電源電壓VCC，計(jì)算節(jié)點(diǎn)電壓UB1。（3）設(shè)UBE為0.7V，由基極

15、偏壓UB1估算V1管的射極偏壓UE1、射極電流IE1和集電極電流IC1。根據(jù)IE1，VCC和RC1估算集電極偏壓UC1。（4）確定V1管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q1，即IBQ1，ICQ1和UCEQ1。 2、兩級(jí)電壓放大倍數(shù)的測(cè)量。（1）創(chuàng)建如圖3-3所示兩級(jí)阻容耦合放大電路。將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器接入電路。單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析。由雙蹤示波器顯示的波形，記錄輸入電壓峰值Ui1p和輸出電壓峰值Uo1p，同時(shí)記錄輸入輸出波形的相位差。（2）創(chuàng)建如圖3-4所示兩級(jí)阻容耦合放大電路。將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器接入電路。單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析。由雙蹤示波器顯示的波形，記錄輸入電壓峰值Ui2p和輸出電壓峰值Uo2p，同時(shí)記錄

16、輸入輸出波形的相位差。圖3-3 第一級(jí)電壓放大倍數(shù)測(cè)量原理圖圖3-4 第二級(jí)電壓放大倍數(shù)測(cè)量原理圖（3）創(chuàng)建如圖3-5所示兩級(jí)阻容耦合放大電路。將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器接入電路。單擊仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真分析。由雙蹤示波器顯示的波形，記錄輸入電壓峰值Uip和輸出電壓峰值Uop，同時(shí)記錄輸入輸出波形的相位差。（4）根據(jù)電壓的讀數(shù)，計(jì)算第一級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)Au1、第二級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)Au2和總電路的電壓放大倍數(shù)Au。圖3-5 總電路電壓放大倍數(shù)測(cè)量原理圖（5）用第一級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)Au1和第二級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)Au2計(jì)算總電路電壓放大倍數(shù)Au。（6）設(shè)為200，用RC1，RE1，

17、rbe1，rbe2，R3，R4和RE2計(jì)算第一級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)Au1。（7）用RC2，RL，rbe2和RE2計(jì)算第二級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)Au2。3、兩級(jí)阻容耦合放大電路頻率特性的測(cè)量測(cè)量原理如前所述。為簡便起見，本實(shí)驗(yàn)要求用三點(diǎn)法，只測(cè)三個(gè)特殊頻率點(diǎn)，即、。輸入信號(hào)的頻率和幅度由自己選擇，用毫伏表測(cè)出中頻時(shí)的輸出電壓。然后分別降低或增大信號(hào)源的頻率（注意在改變頻率時(shí)應(yīng)保持不變），使輸出幅度下降到，記下此時(shí)對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率（分別為上限截止頻率和下限截止頻率）多級(jí)放大器的放大倍數(shù) 但要注意多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)時(shí)，后級(jí)放大器是前級(jí)放大器的負(fù)載，計(jì)算時(shí)要將后級(jí)的輸入電阻當(dāng)成前級(jí)的負(fù)載電阻。 多級(jí)放

18、大器的輸入電阻就是第一級(jí)放大器的輸入電阻，而輸出電阻就是最后一級(jí)的輸出電阻。即： 第五章 安裝調(diào)試一級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn) ：； ；V； 電壓放大倍數(shù)： =;(RL=RC1 /RE2 )Au=輸入電阻 Ri: / / = 0.43 K輸出電阻 Ro: Ro ; Ro=12k二級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn) ：;V;電壓放大倍數(shù): Au= (RL=RC1 /RE2 )Au=輸入電阻 Ri: / Rb12 / rbe Ri = 0.28 K輸出電阻 Ro: Ro Rc1 Ro Rc1=6k第六章 致謝這次課程設(shè)計(jì)，我們小組在選題及設(shè)計(jì)過程中都得到楊云老師的悉心指導(dǎo)。報(bào)告編寫行文過程中，小組成員共同分析思路，開拓視角，解決困難和問題。楊老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，踏實(shí)堅(jiān)韌的工作精神，將使我終生受益。在此，謹(jǐn)向楊老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。感謝一周的辛苦，每天都來機(jī)房為同學(xué)們答疑解惑。同時(shí)也感謝老師給我們這次課設(shè)實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)，讓我們?cè)趯?shí)踐中找到樂趣，拓展知識(shí)，交流合作，完成課設(shè)。 第七章 心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)我鍛煉了動(dòng)手能力，增加了我對(duì)多級(jí)放