多極低頻阻容耦合放大器

學院電子技術課程設計報告書課題名稱多極低頻阻容耦合放大器姓名學號院系專業(yè)指導教師安康時間學院電子技術課程設計報告書課題名稱多極低頻阻容耦合放大器姓名學號院系專業(yè)指導教師安康時間課程設計報告書目錄課程設計報告書目錄電子與信息工程系2012電子與信息工程系2012年6月課程設計項目成績評定表課程設計項目成績評定表電子與信息工程系2012電子與信息工程系2012年6月設計項目成績評定表一、設計任務及要求：1、設計任務：1、設計多級阻容耦合放大電路2、要求：1、輸入正弦信號有效值Ui=10mV,信號源內阻為50Q，工作頻率f=30Hz~30KHz；2、輸出電壓有效值Uo>1V；3、輸出電阻Ro<10Q；4、輸入電阻Ri>20KQ；5、溫度變化時，開環(huán)AAu/Au=10%；閉環(huán)AAuf/Auf<1%。指導教師簽名： 年月日二、指導教師評語:指導教師簽名： 年月日三、成績評定：指導教師簽名： 年月日四、系部意見：系部蓋章： 年月日設計報告書目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、設計目的 1...\o"CurrentDocument"二、設計思路 1\o"CurrentDocument"選擇反饋方式 2\o"CurrentDocument"選擇級數(shù) 2\o"CurrentDocument"確定電路 3\o"CurrentDocument"三、設計過程 3\o"CurrentDocument"功能放大模塊 3\o"CurrentDocument"反饋環(huán)節(jié) 4\o"CurrentDocument"濾波模塊 4\o"CurrentDocument"多級放大電路的設計 4\o"CurrentDocument"估算電壓放大倍數(shù)并確定電路的形式 4\o"CurrentDocument"三極管的選擇 5\o"CurrentDocument"輸入級的計算 5輸出級的計算 7第二級的計算 8第三級的計算 9各級電壓放大倍數(shù)的確定 9\o"CurrentDocument"調試與結果 10\o"CurrentDocument"分析電路 10\o"CurrentDocument"核算技術指標 10仿真波形圖 12\o"CurrentDocument"主要元器件與設備 12\o"CurrentDocument"課程設計體會與建議 12\o"CurrentDocument"設計體會 13\o"CurrentDocument"設計建議 13\o"CurrentDocument"參考文獻 13多級低頻阻容耦合放大器多級低頻阻容耦合放大器# 電子與信息工程系2012年6月一、設計目的1、熟悉集成電路的引腳安排。2、掌握芯片的邏輯功能及使用方法。3、了解面包板結構及其接線方法。4、了解數(shù)字搶答器的組成及工作原理。5、熟悉多級低頻阻容耦合放大器的設計與制作。二、設計思路圖中x表示電壓或電流信號；箭頭表示信號傳輸?shù)姆较?；符號n表示輸入求和，+、-表示輸入信號片與反饋信號是相減關系（負反饋），即放大電路的凈輸入信號為篇三片-片基本放大電路的增益（開環(huán)增益）為反饋系數(shù)為用也/尤負反饋放大電路的增益（閉環(huán)增益）為選擇反饋方式根據負載的要求及信號情況來選擇反饋方式.在負載變化的情況下.要求放大電路以穩(wěn)壓輸出用電壓負反饋：在負載變化的情況下，要求放大電路恒流輸出時，就要采用電流負反饋。至于輸入端采用串聯(lián)還是并聯(lián)方式，主要根據對放大電路輸出電阻而定。當要求放大電路具有高的輸入電阻是，宜采用串聯(lián)反饋：當要求放大電路具有底的輸入電阻是，宜采用并聯(lián)反饋。如僅僅為了提高輸入電阻，降低輸出電阻時，宜采用射極輸出器。反饋深度主要根據放大電路的用途及指標要求而定。放大管的選擇：如果放大電路的極數(shù)多，而輸入信號很弱（微伏級），必須考慮輸入幾件放大管的噪音所產生的影響，為此前置放大級應選用底噪聲的管子。當要求放大電路的頻帶很寬時，應選用截止頻率較高的管子。從集電級損耗的角度出發(fā)，由于前幾級放大的輸入較小，可選用p小的管子，其靜態(tài)工作點要選得底一些Icm E小），這樣可減小噪聲；但對輸出級而言，因其輸出電壓和輸出電流都較大，故pcm大的管子。選擇級數(shù)放大電路級數(shù)可根據無反饋時的放大倍數(shù)而定，而此放大倍數(shù)又要根據所要求的閉環(huán)放大倍數(shù)和反饋深度而定，因此設計時首先要根據技術指標確定出它的閉環(huán)放大倍數(shù)A,及反饋深度1+AF，然后確定所需的A于。確定了A的數(shù)值，放大電路的級數(shù)大致可用下列原則來確定：幾十至幾百倍左右采用一級或兩級，幾百至千倍采用兩級或三級，幾千倍以上采用三級或四級（射極輸出極不計，因其A約等于零一般情況下很少采用四級以上，因為這將給施加反饋后的補償工作帶來很大的困難，但反饋只加在兩級之間也是可以的。一般情況下很少采用四級以上，因為這將給施加反饋后的補償工作帶來很大的困難，但反饋只加在兩級之間也是可以的。確定電路(1)輸入級。輸入級采用什么電路主要取決于信號源的特點。如果信號源不允許取較大的電流。則輸入級應具高的輸入電阻，那么以采用射級輸出器為宜。如要求有特別高的輸入電阻(\<4MQ,可采用場效應管，并采用自舉電路或多級串聯(lián)負反饋放大電路，如信號源要求放大電路具有底的輸入電阻，則可采用電壓并聯(lián)反饋放大電路。如果無特殊要求，可選擇共射放大電路。輸入級的放大管的靜態(tài)工作點一般取IE<1mA,UCJ(1?2)V。(2)中間級。中間級主要是積累電壓級電流放大倍數(shù)，多采用共射放大B電路，而且采用大的管子。其靜態(tài)工作點一般為IE=(1?3)mA,UCJ(1?5)V。(3)輸出級。輸出級采用什么樣的電路主要決定于負載的要求。如負載電阻較大(幾千歐左右)，而且主要是輸出電壓，則可采用共射電路；反之，如負載為低阻，且在較大范圍內變化時，則采用射級輸出器。如果負載需要進行阻抗匹配，可用變壓器輸出。因輸出級的輸出電流都較大，其靜態(tài)工作點的選擇要比中間級高，具體數(shù)值要視輸出電壓和輸出電流的大小而定。三、設計過程功能放大模塊采用三個NPN型三級管放大反饋環(huán)節(jié)（1）、在第一級與第三級之間采用電壓串聯(lián)負反饋（2）、在R和R不加旁路電容以便引入局部負反饋以穩(wěn)定每一級的放大倍f1 f2數(shù)r（3）、第一級采用局部電流負反饋，所需反饋深度為：1+AF=工，從放大性能穩(wěn)ri、.一. 、 A4/4定度確定反饋深度，1+AF=—uo_uoA4/Aufuf估算A值根據指標的要求，計算電路閉環(huán)放大倍數(shù)：A>UFUi（4）、放大管的選擇：因設計中前兩級放大對管子無特別要求，統(tǒng)一采用了3DG100（要求中需用3DG100，但仿真軟件中沒有此參數(shù)三極管，故選用711）3.3濾波模塊本實驗沒有采用特殊的濾波模塊，輸入端到第一級只采用了一個10uf的電容以實現(xiàn)阻直流通交流濾波，第一級與第二級同樣采用一個電容來濾波，即主要通過電容來達到濾波的效果。四多級放大電路的設計估算電壓放大倍數(shù)并確定電路的形式根據指標要求，放大電路的閉環(huán)電壓增益應為A>U二人二100ufU 10mVi由此可求得開環(huán)電壓增益應為A=A*11+AF1=100*10=1000uuf u因輸出級采用射級輸出器，其放大倍數(shù)近似為1，故需采用兩級共射級放大電路才能達到放大倍數(shù)為1000，又因輸入級為了滿足輸入電阻以及電路穩(wěn)定性的要求，放大倍數(shù)也為1，故放大電路共為四級，前三級為共發(fā)射極電路，輸出級為射級輸出器。第一級和第四級之間采用電壓串聯(lián)負反饋，參考電路圖如下圖1電路總設計圖三極管的選擇選擇2N2923三極管輸入級的計算12U■074□8T2H2925CIO 1DnF01,12：RU：-AW,'T.IMO圖2如圖2所示，B1=36U=4.518U =0.7V' B1 BEQ1U=U—U=4.518—0.7=3.818VEQ1B1 BEQ1rU3.818V10,I =—EQ1= =1.3mAEQ1 R1 3kQTOC\o"1-5"\h\z- 26mV 26r=(1+p1)* =37*--=740Q=0.74kQb& I 1.3EQ1r=r+r=0.3kQ+0.74kQ=1.04kQbe1 bb、1 b、e1R=R//R=7kQ〃3.7kQ=2.4kQo1 13 i2Ri=R2//R3//[r+(1+p)R1]=60kQ〃70kQ//[1.04kQ+37*3kQ]=25kQbe1Ri>20kQ滿足要求4.4輸出級的計算見圖3,P=364U=9.522VB4U=0.7VBEQ4U=U—U =9.522—0.7=8.822VEQ4B4 BEQ4IEQ48.822IEQ4 =0.126mA70kQr=(1+p3)26mV=37*^6-=7635Q=7.635kQb%4 I 0.126EQ4r=r+r =0.3kQ+7.635kQ=7.935kQbe4 bb' b'e4[(R//R)+r] [70kQ//120kQ+7.935kQ]R= w 14- be4-//R12= //70kQ=4.66kQTOC\o"1-5"\h\z0 1+p 37R= R0 =46Q001+AuFR=R//R//[r+(1+P4)R]=70kQ//120kQ//[7.935kQ+(37*70kQ)]=23kQi4i0 14be4 12

R=R=4.66kQo4oRR>10Q00???輸出電阻有點問題4.5第二級的計算P=362U=2.18VB2P=362U=2.18VB2U=0.7VBEQ2UEQ2IEQ2=U-U=2.18-0.7=1.48VB2BEQ2U 1.48VcA:—EQ2= =2mAR 750Q17r=(1+p2)至=37*26=481Q=0.48kQb'e2 ' 'I 2EQ2r=r+r =0.3kQ+0.48kQ=0.78kQbe2 bb'2 b'e2R=R4//R18//[r+(1+p2)R]

i2 be2 17=39kQ//4.7kQ//(0.78kQ+37*0.75kQ)=3.7kQ4.6第三級的計算P=363???U=2.18V并且第三級和第二級的電路結構完全相同B3，r=r=0.78kQbe3be2R=R//R//r =39kQ〃4.7kQ〃0.78kQ=0.6kQi3 5 6be3R=R//R=6kQ〃43.5kQ=5.3kQo3 7 i44.7各級電壓放大倍數(shù)的確定根據前面分析，A, -PR,36*2.4kQccrA=1 ^1——1= =22.7u1r+(1+P)R 3.8kQTOC\o"1-5"\h\zbe1 11A- -PR3 36*0.55kQ 19.8 「A=1 o2 1= = 氏0.7u2r+(1+P)R 0.78kQ+37*0.75kQ28.53be2 2 17, -PR336*5.3kOA=1上"= =244.6u3 r 0.78kObe3Ax1u4A=|AAAA|=3886.7u u1u2u3u4oA>1000u???放大倍數(shù)足夠五調試與結果分析電路(1)電路安裝按圖接線，經反復檢查，確認沒有錯誤后，接通直流電源電壓±10V(2)開環(huán)測試將A點與P點斷開并與B點相接，使放大電路處于開環(huán)狀態(tài)。將信號發(fā)生器輸出信號調至1KHZ、30mV左右，然后接入放大電路的輸入端，用示波器觀察輸入電壓uo波形，應為不失真的正弦波。用交流毫伏表分別測出Ui、、Un、Uo1、Uo2、Uo、Uf，并記于表中。斷開RL，測出Ut，也記于表中根據測試結果，分別求出：AU1=Uo1/Ui，Au2=Uo2/Uo1,Au=Uo/Ui，F(xiàn)u=Uf/Uo以及R,Ro。(3)閉環(huán)測試將A點與B點斷開并與P點相連，使放大電路處于閉環(huán)狀態(tài)。適當增大輸入信號Ui幅度，使輸出電壓U達到開環(huán)時的數(shù)值，然后分別測出Ui、Un、Uo1、Uo2、Uo、Uf，斷開RL測出Uot，并記錄在表格中。核算技術指標確定放大管的靜態(tài)工作點及電路元器件，放大電路的各項技術指標是否能滿足要求，尚需要最后核算。(1)核算A：U①核算射級輸出器的電壓放大倍數(shù)。射級輸出器的電壓放大倍數(shù)可用下式求得

A=—(1+R)RL—且RHR//R//(R+R)=2〃1〃5.1H0.59TOC\o"1-5"\h\zU3r+(1+P)R'LE3LF3 F1be3 3Lr=300+(1+P)-26-=300+(50+1)至二679Qh680Qbe3 3I 3.5E3因此得A=0.978U3②核算第二級電壓放大倍數(shù)第二級放大倍數(shù)用下式求得A=—U2rA=—U2rbe2 2C2 +(1+P)R1F2PR//R//R//r]-C2 B31——B32 i3r+(1+PRbe2 2)F2式中，r=r+(1+P)R'=0.68+(1+50)x0.59h30.7KQ,r=1.63KQ，因此可i3 be3 3L be2得A=39.1U2③核算第一級電壓放大倍數(shù)第一級電壓放大倍數(shù)用下式求得.PR? PR//R//r]TOC\o"1-5"\h\zA= 2—L =_C2 B31 i2-U1r+(1+P)Rr+(1+P)Rbe1 2F2be1 1F1式中，R'=R//Rh51Q,r=2.96KQ,r=4.23KQ,因此可得A=29.7F1F1F3 be1 i2 U1因此可以求出A=AAA=1136>1000UU1U2U3這說明放大電路元器件的選擇是合適的。(2)核算輸出電阻。放大電路開環(huán)時的輸出電阻為r +(R //R//R)r=R//-be3 C2———B32 B31-//R=81Qo E3 1+0 F33故得r故得r0f1+AF10因此可滿足要求。(3)核算輸入電阻。放大電路開環(huán)時的輸入電阻為=R//r,式中，iB1 i1r=r+(1+0)x(R//R)=2.96+(1+50)x0.051=5.56KQ,由此可求出閉環(huán)i1 be1 1 F1F3時的輸入電阻為r=r(1+AF)=5.55x10=55.5KQi1f i1

因此總輸入電阻為r=r//R=55.5〃51=26.6KQ>20KQ,可以滿足要求。ifi1f B1(4)核算放大電路是否穩(wěn)定，可以判定本例電路不會產生振蕩5.3仿真波形圖呦Oscilloscope-XSCL呦Oscilloscope-XSCL紅色為輸入波形，藍色為輸出波形，引入負反饋后輸出電壓為2.298伏六主要元器件與設備Multisim軟件電阻50Q—1只，60KQ—1只，6kQ—2只，70