二階晶體放大電路和二階雙電源低通濾波電路設計

1、低頻電路課程設計報告題 目：二階晶體放大電路和二階雙電源低通濾波電路設計院 系 專 業(yè) 學 號 學生姓名 指導教師 低頻電路課程設計報告一、 題目的要求和意義題目要求：1.題目： 兩級晶體管放大電路（1）設計兩級晶體管放大電路，輸入信號幅度 20mv, 頻率為1KHz，電源電壓+5V，要求完成下面的技術(shù)指標：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)達到上述指標。2.題目： 二階低通濾波器（1）設計二階低通濾波器，電源電壓±5V，要求完成下面的技術(shù)指標：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，圖表和文獻資料的自學能力，通過獨立思考深入鉆研有關(guān)問題，學會自己分析解決問題的方法。2）利用所學過的知識，通過設計計算元件選取電路板制作調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握工程設計的技能。3）掌握常用儀表的正確使用方法，學會簡單電路的實驗調(diào)試和整機指標測試方法，鞏固和加深對模擬電路的理論知識，鍛煉自我的動手能力。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，能按課程設計任務書的技術(shù)要求，編寫設計說明，能正確反映設計和實驗成果，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)嚴謹?shù)墓ぷ髯?/p>

3、風和科學態(tài)度。二、 方案的論證和設計1. 題目： 兩級晶體管放大電路1）工作原理：輸入信號加到前級的輸入端，經(jīng)過前級放大后加到后級的輸入端，再經(jīng)后級放大。在兩級放大器中，放大器的輸入端事實上就是前級的輸入端，前級的輸出也就是后級的輸入，后級的輸出也就是兩級放大的輸出；前級是后級的信號源，后級是前級的負載。因此，兩極放大的線性電壓放大倍數(shù)就等于前后兩級放大倍數(shù)的乘積；放大器的輸入電阻就是前級的輸入電阻；放大器的輸出電阻就是后級的輸出電阻。 2）原理圖：圖13）元件清單：電容1（2個）電容2電阻1電阻2電阻3電阻4電阻5電阻6電阻7運放22uf100uf51k15k3.6k27510150k3.3

4、kS90134）數(shù)據(jù)記錄：輸入信號峰峰值（Mv）22輸出信號峰峰值（V） 1.65 表1頻率（Hz）101001k10k100k1M10M輸出信號峰峰值（V）0.301651.651.651.630.680.12 表25）數(shù)據(jù)計算： 由表1可知，Au=UoUi=1650/22=75用萬用表測得=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。故該電路達標。有圖表2，可知當頻率由10Hz變化到1MHz過程，信號在100Hz到100kHz基本保持不變，當信號過于小時或過大時才變化較大，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)的信號通過，而阻止或削弱其他頻率范圍的信號。有源濾波電路由電阻、電容和集成運算放大器組成，又稱為有源濾波器。有源濾波器能 夠在濾波的同時還能對信號起放大作用，這是無源濾波無法做到的。根據(jù)濾波電路通過或者 阻止信號頻率范圍不同，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計與仿真研究。有源低通濾波電路能夠通過低頻信號，抑制或衰減高頻信號。有源低通濾波電路的組成和實驗原理：二階壓控電壓源低通濾波電路由兩個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分析可知：當信號頻率大于截止頻率時信號的衰減率只有20dB/十倍頻。而且在截止頻率附近，有用信號也受

7、到衰減。二階壓控有源低通濾波電路衰減可以達到40dB/倍頻。而且在截止頻率附近，有用信號可以得到一定 提升。如果Q =0.707 時，濾波器的幅頻特性最為平坦；如果Q >0.707 時,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計電路圖參數(shù)。有源低通濾波器的運放：運算放大器是目前應用最廣泛的一種器件，雖然各中不同的運放結(jié)構(gòu)不同，但對于外部電路而言，其特性都是一樣的。運算放大器一般由4個部分組成，偏置電路，輸入級，中間級，輸出級，其中輸入級一般是采用差動放大電路（抑制電源），中間級一般采用有源負載的共射負載電路（提高放大倍數(shù)），輸出級一般采用互補對稱輸出級電路（提高電路驅(qū)

8、動負載的能力）。運算放大器的性能指標包括5個，開環(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。（開環(huán)差模放大倍數(shù)是指集成運放在無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放輸入端向差模輸入信號源索取電流的大小。要求它愈大愈好。輸出電阻的大小反映了集成運放在小信號輸出時的負載能力。共模抑制比放映了集成運放對共模輸入信號的抑制能力，其定義同差動放大電路。CMRR越大越好。）實際是有要求的。首先運放的輸入阻抗要足夠大，以免輸入阻抗對電路中的實際電阻產(chǎn)生過大的影響 。

9、其次運放的開環(huán)增益AV0要足夠大。但由于這些條件非常容易滿足，因此在設計有源二階低通濾波器時，不考慮。但在仿真時，不同的運放對濾波器的指標還是有影響的。2）原理圖： 圖23）電路元件清單：元件名 電容 電容電阻電阻運放參數(shù) 1 23 3 1個數(shù) 220uf 4.7uf 1k 10kLM3244）元件介紹：運放LM324：LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。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電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏

10、置元件的必要性。每一組運算放大器有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖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)計算：由表2可知當頻率為24Hz時信號輸出的峰峰值開始變小，故可知Umax=1.71V,因為Uh=0.707Umax，故Uh=1.2V,調(diào)節(jié)頻率大小使得輸出信號的峰峰值為1.2V,此時的頻率便為該低通濾波器的截止頻率的理論值f=35Hz.截止頻率的計算值f1=1（2RC）=1（2*3.14*1000*0.0047）34Hz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、 課程設計體會這次課程設計，提高了自我查閱資料，圖表和文獻資料的自學能力，通過獨立思考深入鉆研有關(guān)