多级放大电路的设计方案报告.doc

电工电子技术课程设计报告

题目： 多级放大电路设计

二级学院
机械工程学院
年级专业
14 动力本
学 号

学生姓名
周 俊
指引教师
张云莉
教师职称
讲 师

报告时间：.12.28
目 录

第一章．基本规定和放电电路性能指标 .. 1

第二章．概述和任务分析 ........................................................................................ 5

第三章．电路原理图和电路参数 ............................................................................ 6

第四章．重要计算过程 ................. 9

第五章．电路调试运算成果 .................................................................................. 11

第六章．总结 ........................................................................................................... 12
制作调试环节及成果 ...................................................................................... 12
收获和体会 ...................................................................................................... 13

第七章．误差和分析 .......................................................... 14

第八章．参照文献 .................................................................................................. 15

第一章．基本规定和放电电路性能指标

1. 基本规定：

用给定三极管2SC1815(NPN)，2SA1015(PNP)设计多级放大器，已知VCC=+12V，-VEE=-12V，规定设计差分放大器恒流源射极电流IEQ3=1~1.5mA，第二级放大射极电流IEQ4=2~3mA；差分放大器单端输入单端输出不是真电压增益至少不不大于10倍，主放大器不失真电压增益不不大于100倍；双端输入电阻不不大于10kΩ，输出电阻不大于10Ω，并保证输入级和输出级直流点位为零。设计并仿真实现。

2. 放电电路性能指标：
第一种是相应于一种幅值已定、频率已定信号输入时性能，这是放大电路基本性能。第二种是对于幅值不变而频率变化信号输出时性能。第三种是相应于频率不变而幅值变化信号输入时性能。

1.1第一种类型指标：
1.放大倍数
放大倍数是衡量放大电路放大能力指标。它定义为输出变化量幅值与输入变化量幅值之比，有时也称为增益。虽然放大电路能实现功率放大，然而在诸多场合，人们经常只关怀某一单项指标放大倍数，例如电压或者电流放大倍数。由于输出和输入信号均有电压和电流量，因此存在如下四中比值：
（1-1）

1.

（1-2）

（1-3）
（1-4）
式中、、、都是正弦信号有效值。需要注意是，若输出波形浮现明显失真，则此值就失去意义了，因而在输出端要有监视失真办法（如用示波器观测波形）。其她指标也是如此。

2.输入电阻
作为一种放大电路，一定要有信号源来提供输入信号。例如扩大机就是运用话筒将声音转成电信号提供放大电路。放大电路与信号源相连，就要从信号源取电流。取电流大小表白了放大电路对信号源影响限度，因此咱们定义一种指标，来衡量放大电路对信号源影响，叫做输入阻抗。当信号频率不是很高时，输入电流与输入电压基本同相，因而通惯用输入电阻来表达。它定义为：
（1-5）
从图1-1中可见，就是向放大电路输入端看进去等效电阻。越大，表白它从信号源取电流越小，放大电路输入端所得到电压越接近信号电压。因而作为测量仪表用放大电路其要大。但是对于晶体管来说，大则取电流小，讲减低放大倍数。因此在需要放大倍数大而为固定值状况 2. 下，晶体管放大电路又以小某些为好。
3.输出电阻
放大电路讲信号放大后，总要送到某装置区发挥作用。这个装置咱们普通称为负载。例如扬声器就是扩大机负载。当咱们在本来扬声器两端再并联一种扬声器时，它两端电压讲要下降，这种现象阐明向放大电路输出端看进去有一种等效内阻，普通称为输出电阻，记为，如图1-1所示。

图1-1求输出电阻等效电路
普通测定输出电阻办法是输入端加正弦波实验信号，测出负载开路时输出电压，再测出接入负载时输出电压。则读者可自行证明
（1-6）
输出电阻越大，表白接入负载后，输出电压幅值下降越多。因而反映了放大电路带负载能力大小。
1.2 第二种类型指标：
4.通频带
当只变化输入信号频率时，发现放大电路放大倍数是随之变化，输出波形相位也发生变化。这就需要有一定指标来反映放大电路对于不同频率信号适应能力。普通状况下，放大电路只合用于放大一种特定频率范畴信号，当信号频率太高或太低时，放大倍数均有大幅度下降，如图1-2所示。

3.

图1-2 放大电路频率指标
当信号频率升高而使放大倍数下降为中频时放大倍数（记作）0.7倍时，这个频率称为上限截止频率，记作。同样，使放大倍数下降为0.7倍时低频信号频率称为下线截止频率，记作。咱们将和之间形成频带称为通频带，记作，即
（1-7）
通频带越宽，表白放大电路对信号频率适应能力越强。对于收录机、扩大机来说，通频带宽意味着可以将原乐曲中丰富高、低音都能完美播放出来。然而有些状况下则但愿频带窄，如带通滤波电路等。

1.3 第三种类型指标：
5.最大输出幅值
最大输出幅值指是当输入信号再增大就会使输出波形非线性失真系数超过额定数值（例如10%）时输出幅值。咱们以（或）表达。普通指有效值，也有以封至峰值表达，两者差倍。
6． 最大输出功率与效率
最大输出幅值是输出不失真时单项（电压和电流）指标。此外还应当有一种综合性指标即最大输出功率。它是输出信号基本不失真状况下输出最大功率，记作。
前面咱们说过，输入信号功率都是很小，通过放大电路，得到了较大功率输出。这些多余来能量石由电源提供，放大电路只但是是实现 4.了有控制能量转换。既然是能量转换，就存在转换效率问题。也就是说，不能只看输出功率大小，还应当看能量运用率如何。效率定义为
（1-8）
式中为直流电源消耗功率。
7.非线性失真系数 由于晶体管等器件都具备非线性特性，因此当输出幅度大了之后，有时需要讨论它失真问题。咱们在这里定义非线性失真系数，是指放大电路在某一频率正弦波输入信号下，输出波形谐波成分总量和基波成分之比。用表达基波和各种谐波幅值，则失真系数D定义为：
（1-9）
以上三类指标是以输入信号幅值频率来划分。普通来说，第一类指标多合用于输入为低频小信号时状况；第二类指标多合用于输入信号幅值小但频率变化范畴宽状况；第三类指标则多合用于低频但输出幅值较大状况。

第二章．概述和任务分析

多级放大电路概述

在咱们寻常生活和科学研究等工作中，经常会遇到放大电路。这些放大电路形式不通，性能指标也不同，使用元器件也不相似，但它们都是用来进行信号放大，其基本工作原理都是同样。在这些放大电路中，管放大电路时构成各种复杂电路基本单元。本文以几种简朴放大电路为例，简介放大电路构成原理、工作原理、性能指标及计算办法。
由于单级放大电路放大倍数有限，不能满足实际需要，因而实 5. 用放大电路都是由多级构成。如图。普通可分为两大某些，即电压放大(小信号放大)和功率放大(大信号放大)，前置级普通跟据信号源是电压源还是电流源来选定，它与中间级重要作用是放大信号电压。中间级普通都用共发射极电路或组合电路构成。末级规定有一定输出功率供应负载RL，称为功率放大器，普通由共集电极电路，或互补推挽电路，有时也用变压器耦合放大电路。
多级放大电路放大倍数：

第三章. 电路原理图和电路参数

电路原理图

电路参数选取和计算

1.参数选取：
6.

电容所有选用10μf，电阻在下列值范畴波动：Rs=5.1 KΩ,Rb12=33 KΩ， R1=0~100 KΩ,Rb11=24,Rc1=5.1 KΩ,Re12=0~1 KΩ,Re11=1.8 KΩ,Rb22=47 K
Ω,Re22=0~330 Ω,R2=0~25 KΩ,Re21=1 KΩ,Rb2=20 KΩ,Rc2=3 KΩ,Rb3=0~680 KΩ,Re3=2.2 KΩ,RL=3 KΩ,Vcc=12V,由Auf=(Re11+Re12+Rf)/Rf>20知，Rf<0.146 KΩ

2.计算参数：

一级放大电路静态工作点 ：
； ；
V
；
；

；

；
电压放大倍数： =;(RL’=RC1 //RE2 )
Au=
输入电阻 Ri： // //
= 0.43 K 7.
输出电阻 Ro： Ro ≈； Ro≈=12k
二级放大电路静态工作点 ：
;
V
；

;

;

;
电压放大倍数： Au= (RL’=RC1 //RE2 )
Au=
输入电阻 Ri： // //
Ri = 0.28 K
输出电阻 Ro： Ro ≈ Rc1
Ro ≈ Rc1=6k
三级放大电路静态工作点 ：
;
； 8.

;

输入电阻 Ri ： //
Ri = 461K // ( 1.32+ 51 0.25)
Ri = 0.07 K

输出电阻 Ro：Ro =Re //
Ro =14.5 k

第四章. 重要计算过程

直耦式多级放大电路重要涉及任务是模仿运算放大器OP07等效内部构造，简化某些电路，采用差分输入，共射放大，互补输出等构造形式，设计出一种电压增益足够高多级放大器，可对小信号进行不失真放大。
1.输入级
电路输入级是采用NPN型晶体管恒流源式差动放大电路。差动放大电路在直流放大中零点漂移很小，它惯用作多级直流放大电路前置级，用以放大微笑直流信号或交流信号。
典型差动放大电路采用工作组态是双端输入，双端输出。放大电路两边对称，两晶体管型号、特性一致，各相应电阻阻值相似，电路共模抑制比很高，利于抗干扰。
该电路作为多级放大电路输入级时，采用vi1单端输入，uo1单端输出工作组态。
计算静态工作点：差动放大电路双端是对称，此处令T1，T2有关射级、集电极电流参数为IEQ1=IEQ2=IEQ，ICQ1=ICQ2=ICQ。设UB1=UB2≈0V，则Ue≈ 9. -Uon，算出T3ICQ3，即为2倍IEQ也等于2倍ICQ。
此处射级采用了工作点稳定电路构成恒流源电路，此处有个较为简朴拟定工作点办法：
由于IC3≈IE3，因此只要拟定了IE3就可以了，而，

采用ui1单端输入，uo1单端输出时增益
2.主放大级
本级放大器采用一级PNP管共射放大电路。由于本实验电路是采用直接耦合，各级工作点互相有影响。前级差分放大电路用是NPN型晶体管，输出端uo1处集电极电压Uc1已经被抬得较高，同步也是第二级放大级基极直流电压，如果放大级继续采用NPN型共射放大电路，则集电极工作点会被抬得更高，集电极电阻值不好设计，选小了会使放大倍数不够，选大了，则电路也许饱和，电路不能正常放大。对于这种状况，普通采用互补管型来设计，也就是说第二级放大电路用PNP型晶体管来设计。这样，当工作在放大状态下，NPN管集电极电位高于基极点位，而PNP管集电极电位低于基极电位，互相搭配后可以以便地配备先后级工作点，保证主放大器工作于最佳工作点上，设计出不失真最大放大倍数。
采用PNP型晶体管作为中间主放大级并和差分输入级链接参照电路，其中T4为主放大器，其静态工作点UB4、UE4、UC4由P1、R7、P2决定。
差分放大电路和放大电路采用直接耦合，其工作点互相有影响，简朴预计方式如下：
， （硅管），
由于，互相影响，详细在调试中要仔细拟定。
此电路中放大级输出增益 10.
3.输出级电路
输出级采用互补对称电路，提高输出动态范畴，减少输出电阻。
其中T4就是主放大管，其集电极接D1、D2是为了克服T5、T6互补对称交越失真。本级电路没有放大倍数。

第五章. 电路调试运算成果

用Multisim仿真设计成果，并调节电路参数以满足性能指标规定。给出所有仿真成果。
电路图如图1所示
图 1

输入输出端电压测试：
输入电压为VPP=4mV，输出电压为VPP=51.5mV得到差分放大器放大倍数大概为12.89倍。放大倍数符合规定。
输入电压为VPP=51.5mV，输出电压为VPP=6.75V放大倍数为131.56倍。
得到输入电压为VPP=4mV，输出电压为VPP=4.29V，放大倍数计算得到为1062倍。

11.

第六章. 总结

制作调试环节及成果：

1. 各级静态工作点测量及调节与输入输出电阻放大倍数测量

①第一级：先按图3连接第一级线路，用万用表测得Vbe1＝0.6V,Vce1=5.94V,再接入Us=200mV信号，串联一种Rs=5.1KΩ电阻，用双踪示波器测得 3，由于输出电压与输入电压比值太小，调节R1、Re12,测得，使Au=Ui/Uo=23，然后在输出端接一负载为RL=3KΩ电阻，测得电阻两端电压UL=1.25V，按输入输出电阻计算可得Ri=15.3KΩ，Ro=5.4KΩ，此时，再测得电路静态工作点为Vbe1＝0.61V,Vce1=3.94V，以及Re12=0.38 KΩ,R1=39 KΩ.

图 2
②第二级：先按图2连接第二级线路，用万用表测得Vbe2＝0.62V,Vce2=5.78V,再接入Us=200mV信号，串联一种Rs=5.1KΩ电阻，用双踪示波器测得，由于输出电压与输入电压比值太小，调节R2、Re22,测得，使Au=Ui/Uo=23，然后在输出端接一负载为RL=3KΩ电阻，测得电阻两端电压UL=1.25V，按输入输出电阻计算可得Ri=15.3KΩ，Ro=5.4KΩ，此时再测得电路静态工作点为Vbe2＝0.59V,Vce2=3.52V， 以及Re22=0.085 KΩ,R2=24 KΩ
③第三级：先按图2连接第三级线路，用万用表测得Vbe3＝0.64V,Vce3=5.62V,再接入Us=200mV信号，串联一种Rs=5.1KΩ电阻，用双踪示波 12.器测得，调节R3,测得，然后在输出端接一负载为RL=3KΩ电阻，测得电阻两端电压UL=190mV，按输入输出电阻计算可得Ri=96.9KΩ，Ro=0，此时，再测得电路静态工作点为Vbe1＝0.63V,Vce1=5.52V. 以及R3=192.7KΩ.

2. 三级开环放大电路输入输出电阻及放大倍数测量

如图2接线，不引入反馈，将三级放大电路连接在一起，再接入Us=30mV信号，串联一种Rs=5.1KΩ电阻，用双踪示波器测得Ui=22mV，然后测得Uo=11.1v，接入负载为RL=3KΩ电阻，测得电阻两端电压UL=10.9V,此时得到符合技术指标。

3. 三级闭环放大电路输入输出电阻、放大倍数及反馈电阻测量

如图2接线，接入Us=75mV信号，串联一种Rs=5.1KΩ电阻，用双踪示波器测得Ui=50mV，然后测得Uo=1.55v，接入负载为RL=3KΩ电阻，测得电阻两端电压UL=1.5V,此时得到Auf=Ui/Uo=31>20，Rif=50.2KΩ>10KΩ，符合技术指标。此时测得4。

收获和体会：

在此电路中运用了差动放大电路，运用PNP管放大级实现主放大电路，运用互补对称输出电路。可以有效地抑制零点漂移，消除交越失真影响，设计多级放大电路，得到放大倍数为1058倍，符合设计规定。
通过这次仿真，使我对多级放大电路有了深刻地理解，对于差分放大电路有了更深理解，学习到抑制零点漂移、消除消除交越失真办法。丰富了自己知识。

13.

第七章. 误差和分析

第一级和第二级分析：测得Au与计算相比均偏小，而测得Ri、Ro与计算相比均偏大，也许电阻调节不当导致，应将电阻恰当调小，此外电压选用也对Au由很大影响。
第三级分析：测得Au与计算相比接近，而测得Ri、Ro与计算相比均偏小，特别Ri,也许是电阻误差太大，电压选用影响也存在。
总开环分析：测得Au与计算相比偏小，而测得Ri与计算相比偏大，Ro偏小。也许是各级调节好后留下微小误差逐级放大导致，因而，有必要在此基本上再作恰当调节，以期接近理论计算，减小误差。
总闭环分析：测得Auf与计算相比很吻合，而测得Ri与计算相比偏小，Ro偏大。也许是反馈带来不当，加上开环时已存在问题导致。
但总体上，此实验所测得数据与技术指标相比还是比较吻合，达到所规定范畴，因而，此实验可以得到验收。

14.

第八章. 参照文献

[1] 李朝青．单片机原理及接口技术[M].3版.北京：北京航空航天大学出版社，．
[2] 胡向东，刘京诚，余成波，等．传感器与检测技术[M].北京：高等教诲出版社，．
[3] 胡向东，徐洋，冯志宇，等．智能检测技术与系统[M].北京：高等教诲出版社，．
[4] 余成波，等．传感器与自动检测技术[M].2版.北京：高等教诲出版社，．
[5] 张迎新，等．单片机初级教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，．
[6] 李朝青．单片机学习指引[M].北京：北京航空航天大学出版社，．

15.