多级电压放大器的设计.doc

题目：多级电压放大器的设计
学院：通信与信息工程学院
班级：通信工程0803
学号：0807020315
姓名：
日期：2010.07.01

目录
一、实验的设计目的及要求
1、 课程设计的目的
2、 课程设计的任务要求
二、实验原理
1、 原理简述
2、 原理图
3、 元件的参数选择
三、仿真分析
1、 直流工作点分析
2、 放大倍数分析
3、 交流分析
4、 测输入输出电阻
5、 极零点分析
6、 失真分析
四、实验总结

课题 两级阻容耦合放大器的设计与仿真

一、设计目的及要求
(1)设计目的
1、进一步熟悉EDA仿真软件的使用方法；
2、掌握测试多级放大器的电路参数及性能指标的方法；
3、能够较全面地巩固和应用“模拟电子技术”课程中所学的基本理论和基
本方法，并初步掌握电路设计的全过程（设计-仿真-PCB板制作-调试安装）。
4、培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的模拟电子系统的能
力。
5、培养独立设计能力，熟悉EDA工具的使用
(2)设计任务与要求
已知条件
(1)Vcc=12V
(2) 输入信号为Vi=10mV，f=1kHz的正弦波电压
(3)晶体管用2N2222A
技术指标
(1)放大器不失真电压Vo≥1V，即放大倍数|Au|≥1000
(2)BW=250Hz-250kHz
(3)放大工作点稳定
二、原理简述
为了尽可能保证不失真放大，采用两级放大电路。阻容耦合放大器是多级放大器中最常见的一种，其电路原理图如图 1 所示。 两级之间通过耦合电容及下级输入电阻连接，故称为阻容耦合，由于电容有隔直作用，使用前、后级的直流工作点互相不影响，各级放大电路的静态工作点可以单独计算。每一级放大电路的电压放大倍数为输出电压Uo与输入电压Ui之比，其中，第一级的输出电压Uo1 即为第二级输入电压Uo2，所以两级放大电路的电压放大倍数为==*=

利用MultiSim软件绘制如图所示的多级放大器实验电路。

图1 两级阻容耦合放大器的原理图

图中，各元件的名称及标称值如表1-1所示。
序号
元件名称及标号
标称值
1
信号源Ui
10mV/1kHz
2
基极直流偏置电压VBB
0.2V
3
集电极直流偏置电压VCC
12V
4
电容C1、C2、C3、C4、C5
10μF
5
R1
0-50kΩ
6
R2
24 kΩ
7
R3
5.1kΩ
8
R4
100Ω
9
R5
1.8kΩ
10
R6
0-100kΩ
11
R7
20kΩ
12
R8
0-3kΩ
13
R9
1kΩ
14
三极管Q1、Q2
2N2222A
备注：电容值的选择将影响放大器的频率响应，通常所使用的电容值，即C =100 μF和C=10 μF，提供了合适的交流特性。在这个电路中，C1、C2、C3实现了设计中各级之间的直流隔离功能。电容C4、C5在高频时形成短路，有效地旁路了R5、R9。R3和R4、R8和 R9构成了一个分压器，可以在基极提供必要的电压来前向偏置晶体管的基极－发射极结。Rc、RE\ RB为交流摆动、电压增益及晶体管在有源区的稳定性这三者形成理想组合而形成适当的偏置条件。
放大器的基本任务是不失真地放大信号。要使放大器能正常工作，必须设合适的静态工作点Q。在输入信号幅度足够大的情况下， Q点应该选在输出特性曲线上交流负载线的中点，这样就可获得最大的不失真输出电压。若Q点选得过高，就会引起饱和失真；若Q点选得过低，就会产生截止失真 。

三、仿真分析
1.直流工作点分析
直流工作点分析用于确定电路的直流工作点,对于直流分析,假设交流源为零且电路处于稳态,也就是假设电容开路、电感短路。
在multisim仿真软件中选择“simulate”→“Analysi”→“DC Operating Point”，设置分析类型为直流分析，可得放大器的静态工作点如图2所示。

由以上分析可得静态工作点为：
静态工作点
IB1
Ic1
UBE1
IB2
IC2
UBE2
数据
18.63mA
1.68mA
0.156V
11.3uA
2.37mA
2.5V

2.放大倍数分析

将电路第一级输出接仿真示波器，双击示波器得下图：

由图得第一级电压幅值放大倍数为，
Au1=11.27
将电路第一级输出接仿真示波器，双击示波器得下图：

得第二级电压幅值放大倍数为
Au2=110.29
所以放大电路的总体放大倍数为一级和二级放大倍数的乘积：
Af= Au1* Au2 =1242.92

3.交流分析：
1.打开分析菜单中的AC frequency项对实验电路进行交流分析，从幅频特性上测出通频带BW。

2.幅频特性
1..

2.

3.

3.相频特性

结合交流分析可得：

F L/ Hz
f H / Hz
通频带
数据
162.119Hz
1.31MHz
1—100kHz

4.测输入输出电阻
放大器的输入电阻就是从输入端向放大器看进去的等效交流电阻。其大小等于输入电阻和输入电流的比值。
放大器在没有输入信号作用时从输出端向放大器看进去的等效交流电阻。它的大小表明放大器带负载的能力。
仿真结果如图所示：

由图得输入电阻为：
Ri=1.325mV/2.484μA=533.41Ω

5.极零点分析
①互阻抗

②输入阻抗

③输出阻抗

④增益分析
放大器的电压增益值可以轻松地通过Multisim中的仿真得以测量，如下图所示：

6.失真分析
在满足了频带宽度和输出幅值的前提下，测试输出信号的失真系数如图

由图可知输出信号的失真系数为4.6%

输出电压的幅值如图
图
由图可得输出信号的幅值为-1.8—1.8V，没有失真。
在调试中曾发现，虽已将输出端的静态电压调至零，但输出电压幅值在没有达到要求时就已失真，经计算和调试，得知影响输出最大电压幅值的有三个因素：一，所加电源的大小；二，选择管子的功率大小；三，和偏置电阻和整流二极管有关。
四、总结和结论
在本设计过程中，Multisim帮助我进行了直观的仿真以及快速的测量。对于检查那些需要进行反复设计的计算值来说，Multisim是一个极其宝贵的工具，而且它能够在使用真正的元件进行电路原型设计之前给予我极大的信心。
这一学期来，已经做过几次技能实训了。经常去做实验，我都是比较后面才完成的，因为每次去不管我懂不懂，同学们经常会叫我帮忙。其实很多碰到的问题我是真的不懂。同学们每问我一个问题，我就多增加一点知识。我已从中真正体会到了，做电路不是为顺利完成而做，而是为学会遇到问题懂得去解决而做。虽然实践问题会遇到很多，每一次实验其实真的可以让人学到很多知识。只是要自己懂得去总结，从中体会到收获。比如这次实验，大家遇到的大部分问题我基本都已经了解它的解决方法。做完实验回到宿舍，我就会记录一下碰到的问题及解决方法。