二階晶體放大電路和二階雙電源低通濾波電路設(shè)計(jì)

1、低頻電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目：二階晶體放大電路和二階雙電源低通濾波電路設(shè)計(jì)院 系 專(zhuān) 業(yè) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 低頻電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告一、 題目的要求和意義題目要求：1.題目： 兩級(jí)晶體管放大電路（1）設(shè)計(jì)兩級(jí)晶體管放大電路，輸入信號(hào)幅度 20mv, 頻率為1KHz，電源電壓+5V，要求完成下面的技術(shù)指標(biāo)：a. 電壓增益Au 50b. 輸入電阻Ri 2Kc. 輸出電阻Ro 50（2）改變輸入信號(hào)的頻率（10KHz和100Hz），電壓增益有什么變化？改變什么元件參數(shù)達(dá)到上述指標(biāo)。2.題目： 二階低通濾波器（1）設(shè)計(jì)二階低通濾波器，電源電壓±5V，要求完成下面的技術(shù)指標(biāo)：a. 濾波器的

2、截止頻率fH 100HZ； b. 通帶電壓增益Au 1；課程研究的意義：1）培養(yǎng)自我查閱資料，圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，通過(guò)獨(dú)立思考深入鉆研有關(guān)問(wèn)題，學(xué)會(huì)自己分析解決問(wèn)題的方法。2）利用所學(xué)過(guò)的知識(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算元件選取電路板制作調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握工程設(shè)計(jì)的技能。3）掌握常用儀表的正確使用方法，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和整機(jī)指標(biāo)測(cè)試方法，鞏固和加深對(duì)模擬電路的理論知識(shí)，鍛煉自我的動(dòng)手能力。4)了解與課程有關(guān)的電子電路以及元器件工程技術(shù)規(guī)范，能按課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的技術(shù)要求，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明，能正確反映設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成果，能正確繪制電路圖。5）掌握晶體放大電路和低通濾波器的基本工作原理。6)培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯?/p>

3、風(fēng)和科學(xué)態(tài)度。二、 方案的論證和設(shè)計(jì)1. 題目： 兩級(jí)晶體管放大電路1）工作原理：輸入信號(hào)加到前級(jí)的輸入端，經(jīng)過(guò)前級(jí)放大后加到后級(jí)的輸入端，再經(jīng)后級(jí)放大。在兩級(jí)放大器中，放大器的輸入端事實(shí)上就是前級(jí)的輸入端，前級(jí)的輸出也就是后級(jí)的輸入，后級(jí)的輸出也就是兩級(jí)放大的輸出；前級(jí)是后級(jí)的信號(hào)源，后級(jí)是前級(jí)的負(fù)載。因此，兩極放大的線性電壓放大倍數(shù)就等于前后兩級(jí)放大倍數(shù)的乘積；放大器的輸入電阻就是前級(jí)的輸入電阻；放大器的輸出電阻就是后級(jí)的輸出電阻。 2）原理圖：圖13）元件清單：電容1（2個(gè)）電容2電阻1電阻2電阻3電阻4電阻5電阻6電阻7運(yùn)放22uf100uf51k15k3.6k27510150k3.3

4、kS90134）數(shù)據(jù)記錄：輸入信號(hào)峰峰值（Mv）22輸出信號(hào)峰峰值（V） 1.65 表1頻率（Hz）101001k10k100k1M10M輸出信號(hào)峰峰值（V）0.301651.651.651.630.680.12 表25）數(shù)據(jù)計(jì)算： 由表1可知，Au=UoUi=1650/22=75用萬(wàn)用表測(cè)得=98 rbe1=【200+（1+）】26/IE1=1.48K ， rbe2=【200+（1+）】26/IE2=2.1K 所以，Ri=Rb11/Rb12/【rbe1+（1+）Re】 3.3 K Ro=Re2/（Re1+rbe2）/（1+）426）結(jié)論與分析: 由計(jì)算結(jié)果可知該電路的輸入電阻很大，大于2 K

5、，輸出電阻很小，小于50，電壓增益大于50。故該電路達(dá)標(biāo)。有圖表2，可知當(dāng)頻率由10Hz變化到1MHz過(guò)程，信號(hào)在100Hz到100kHz基本保持不變，當(dāng)信號(hào)過(guò)于小時(shí)或過(guò)大時(shí)才變化較大，這與電路中的旁路電容有關(guān)。2. 題目： 二階低通濾波器1）低通濾波器原理：有源低通濾波電路基本概念： 濾波電路的作用就是允許某段頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，而阻止或削弱其他頻率范圍的信號(hào)。有源濾波電路由電阻、電容和集成運(yùn)算放大器組成，又稱(chēng)為有源濾波器。有源濾波器能 夠在濾波的同時(shí)還能對(duì)信號(hào)起放大作用，這是無(wú)源濾波無(wú)法做到的。根據(jù)濾波電路通過(guò)或者 阻止信號(hào)頻率范圍不同，可將濾波電路分為低通、高通、帶通河帶阻電路。本文討

6、論的是有源低通濾波電路的設(shè)計(jì)與仿真研究。有源低通濾波電路能夠通過(guò)低頻信號(hào)，抑制或衰減高頻信號(hào)。有源低通濾波電路的組成和實(shí)驗(yàn)原理：二階壓控電壓源低通濾波電路由兩個(gè)RC 環(huán)節(jié)和同相比例放大電路構(gòu)成，電路如圖所示。 有源低通濾波二階電路圖（1）電路性能參數(shù)其通帶電壓放大倍數(shù)即為同相比例放大電路的放大倍數(shù)： 其傳遞函數(shù)： 其中： Wo=1/RC 截止角頻率，它是二階低通濾波器通帶與阻帶的界限頻率。 品質(zhì)因數(shù)，它的大小影響低通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。 不同Q值的有源低通濾波電路的幅頻特性曲線通過(guò)分析可知：當(dāng)信號(hào)頻率大于截止頻率時(shí)信號(hào)的衰減率只有20dB/十倍頻。而且在截止頻率附近，有用信號(hào)也受

7、到衰減。二階壓控有源低通濾波電路衰減可以達(dá)到40dB/倍頻。而且在截止頻率附近，有用信號(hào)可以得到一定 提升。如果Q =0.707 時(shí)，濾波器的幅頻特性最為平坦；如果Q >0.707 時(shí),幅頻特性將出現(xiàn)峰值。因此，我們后面要用到巴特沃斯歸一化方法設(shè)計(jì)電路圖參數(shù)。有源低通濾波器的運(yùn)放：運(yùn)算放大器是目前應(yīng)用最廣泛的一種器件，雖然各中不同的運(yùn)放結(jié)構(gòu)不同，但對(duì)于外部電路而言，其特性都是一樣的。運(yùn)算放大器一般由4個(gè)部分組成，偏置電路，輸入級(jí)，中間級(jí)，輸出級(jí)，其中輸入級(jí)一般是采用差動(dòng)放大電路（抑制電源），中間級(jí)一般采用有源負(fù)載的共射負(fù)載電路（提高放大倍數(shù)），輸出級(jí)一般采用互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)輸出級(jí)電路（提高電路驅(qū)

8、動(dòng)負(fù)載的能力）。運(yùn)算放大器的性能指標(biāo)包括5個(gè)，開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)，最大輸出電壓，差模輸入電阻，輸出電阻，共模抑制比CMRR。（開(kāi)環(huán)差模放大倍數(shù)是指集成運(yùn)放在無(wú)外加反饋回路的情況下的差模電壓的放大倍數(shù)。最大輸出電壓是指它是指一定電壓下，集成運(yùn)放的最大不失真輸出電壓的峰-峰值。差模輸入電阻的大小反映了集成運(yùn)放輸入端向差模輸入信號(hào)源索取電流的大小。要求它愈大愈好。輸出電阻的大小反映了集成運(yùn)放在小信號(hào)輸出時(shí)的負(fù)載能力。共模抑制比放映了集成運(yùn)放對(duì)共模輸入信號(hào)的抑制能力，其定義同差動(dòng)放大電路。CMRR越大越好。）實(shí)際是有要求的。首先運(yùn)放的輸入阻抗要足夠大，以免輸入阻抗對(duì)電路中的實(shí)際電阻產(chǎn)生過(guò)大的影響 。

9、其次運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益AV0要足夠大。但由于這些條件非常容易滿足，因此在設(shè)計(jì)有源二階低通濾波器時(shí)，不考慮。但在仿真時(shí)，不同的運(yùn)放對(duì)濾波器的指標(biāo)還是有影響的。2）原理圖： 圖23）電路元件清單：元件名 電容 電容電阻電阻運(yùn)放參數(shù) 1 23 3 1個(gè)數(shù) 220uf 4.7uf 1k 10kLM3244）元件介紹：運(yùn)放LM324：LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏

10、置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見(jiàn)圖2。圖35）數(shù)據(jù)記錄：頻率（hz）10 15 20 23 24 2630峰峰值（v） 1.71 1.711.711.711.711.641.53 表3 6）數(shù)據(jù)計(jì)算：由表2可知當(dāng)頻率為24Hz時(shí)信號(hào)輸出的峰峰值開(kāi)始變小，故可知Umax=1.71V,因?yàn)閁h=0.707Umax，故Uh=1.2V,調(diào)節(jié)頻率大小使得輸出信號(hào)的峰峰值為1.2V,此時(shí)的頻率便為該低通濾波器的截止頻率的理論值f=35Hz.截止頻率的計(jì)算值f1=1（234Hz誤差分析：=|f1f|f1=（|34-35|34）*100%=2.97）結(jié)論：在誤差允許的范圍內(nèi)，該低通濾波電路可行。六、 課程設(shè)計(jì)體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)，提高了自我查閱資料，圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，通過(guò)獨(dú)立思考深入鉆研有關(guān)問(wèn)