模擬電子技術(shù)——單級阻容耦合晶體管放大器設(shè)計

1、課題名稱：單級阻容耦合晶體管放大器設(shè)計專業(yè)名稱：電子信息工程學(xué)生班級：*學(xué)生姓名：*學(xué)生學(xué)號：*同組成員：*指導(dǎo)老師：*設(shè)計時間：課程設(shè)計任務(wù)書單級阻容耦合晶體管放大器設(shè)計（一）設(shè)計目的1、學(xué)習(xí)晶體管放大器的設(shè)計方法；2、研究靜態(tài)工作點對輸出波形的影響及靜態(tài)工作點的調(diào)整方法；3、掌握靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)和輸入電阻、輸出電阻的測試方法；4、研究信號源內(nèi)阻對波形失真的影響。（二）設(shè)計要求和技術(shù)指標(biāo)1、技術(shù)指標(biāo)：電源電壓為12V，Vi=10mV，外接負載RL=2K，工作頻率fL<100HZ、fH>500KHz，電路穩(wěn)定性好；電壓放大倍數(shù)大于30，輸入電阻大于2K，Ro<3K。2

2、、設(shè)計要求（1）設(shè)計一個分壓式電流負反饋偏置的單級共射極小信號放大器，輸入和輸出分別用電容與信號源及負載之間耦合，設(shè)置靜態(tài)工作點，計算電路元件參數(shù)，擬定測試方案和步驟；（2）在面包板或萬能板或PCB板上安裝好電路，測量并調(diào)整靜態(tài)工作點。（3）測量設(shè)計好的電路的偏置電壓和電流；（4）測量所設(shè)計電路的實際電壓放大倍數(shù)；（5）測量所設(shè)計電路的實際輸入、輸出電阻；（6）給所設(shè)計的電路加上頻率為20Kz，大小合適的正弦波，調(diào)節(jié)偏置電阻，用示波器預(yù)測輸出波形在無失真、飽和失真和截止失真三種情形下，記錄相應(yīng)的偏置電阻大小、ICQ和波形，并繪制表格；（7）用EWB對電路進行仿真，打印仿真結(jié)果；（8）撰寫設(shè)計報

3、告。3、設(shè)計擴展要求（1）要求電路輸出帶負載能力強，能帶1K和50負載；（2）電路具有溫度補償措施。（三）設(shè)計提示1、偏置電阻計算 小信號時ICQ取0.52mA，UBQ=（1/31/5）UCC；I1=（510）IBQ；可確定相應(yīng)的RB1、RB2、RE；由AV=-/rbe×RL/，rbe=300+26/ICQ，RL/=RC/RL，可求得RC。2、Ri和Ro測試電路Ri測量：如圖1所示， 輸入Ui為1KHz，6mV，改變R使U2=U1/2，則Ri=R。Ro測量：如圖2所示，輸入同上。K斷開，測量Uo；K閉合，調(diào)節(jié)R使Uo/=1/2Uo，則Ro=R。3、設(shè)計用儀器設(shè)備：智能電工實驗臺，示波

4、器1臺，交流毫伏表，數(shù)字萬用表1塊，低頻信號發(fā)生器，實驗面包板或萬能板4、設(shè)計用主要器件：高頻小功率管1只、電容電阻若干5、參考書：電子線路設(shè)計、實驗、測試（四）設(shè)計報告要求1、列出設(shè)計步驟，畫出電路，標(biāo)出元件數(shù)值。2、比較實測指標(biāo)和設(shè)計要求指標(biāo)。3、列出測試數(shù)據(jù)表格。4、分析靜態(tài)工作點對放大器性能的影響。（五）設(shè)計思考與總結(jié)1、總結(jié)放大器的設(shè)計方法和運用到的主要知識點。2、總結(jié)放大器主要參數(shù)的測試方法。3、分析信號源內(nèi)阻對輸出波形失真的影響。4、對測試數(shù)據(jù)進行誤差分析。目 錄課程任務(wù)設(shè)計-2第1章 緒論-5第2章 設(shè)計思路及原理圖-62.1工作原理- 62.2元件參數(shù)計算- 6共發(fā)射極放大器

5、的直流參數(shù)- 6共發(fā)射極放大器的交流參數(shù)- 7元件的數(shù)值計算- 7理論值計算- 8第3章 EWB仿真-93.1仿真電路設(shè)計- 93.2靜態(tài)工作點測試- 9第4章 技術(shù)指標(biāo)及誤差分析-114.1調(diào)整靜態(tài)工作點- 114.2性能指標(biāo)的測試- 11測量電壓放大倍數(shù)- 11 輸入電阻和輸出電阻的測試- 11靜態(tài)工作點對波形失真影響- 134.3誤差分析- 13第 5 章 結(jié)束語（心得體會）-15附錄附錄1 安裝工藝- -17附錄2 焊接工藝- -17附錄3 單級阻容耦合晶體管放大器原理圖 - -18附錄4 元件清單- -19附錄5 調(diào)試儀器- -19附錄6 實物圖- -20參考文獻-20第1章 緒 論

6、由于物理學(xué)的重大突破，電子技術(shù)在20世紀(jì)取得了驚人進步。隨著21世紀(jì)的到來電子信息技術(shù)的發(fā)展關(guān)于單級阻容耦合晶體管放大器在電子技術(shù)基礎(chǔ)中所出的位置越來越來重要，它不僅是電子信息類專業(yè)的一個重要部分，而且在其它類專業(yè)工程中也是不可缺少的。 通過對模擬電子技術(shù)的學(xué)習(xí)，使我對這門課程有了一定的了解，學(xué)到一些知識，如二極管，三極管的應(yīng)用，放大電路的分析方法和應(yīng)用，負反饋放大電路與基本運算電路性能與作用，信號產(chǎn)生電路等。科技的迅速發(fā)展，對電子技術(shù)的要求越來越高，所以要求從事電子技術(shù)的人員必須具備很強的動手能力。當(dāng)今世界集成電路產(chǎn)品日益更新，層出不窮。讀者在掌握基本電子電路的工作原理、主要特性等基本知識之

7、后，就可能及最少的集成元器件設(shè)計出滿足技術(shù)要求、性能可靠、成本低廉的電子電路。在實際工作中，電子技術(shù)人員需要分析器件、電路的工作原理；驗證器件、電路的功能；對電路進行調(diào)試、分析，排除電路故障；測試器件、電路的性能指標(biāo)；設(shè)計、制作各種實用電路的樣機。所有這些都離不開實驗。此外，實驗還有一個重要任務(wù)，是要培養(yǎng)正確處理數(shù)據(jù)，分析和綜合實驗結(jié)果、檢查和排除故障的能力。同時養(yǎng)成我們勤奮、進取、嚴肅認真、理論聯(lián)系實際的作風(fēng)和為科學(xué)事業(yè)奮斗到底的精神。直流穩(wěn)壓電源具有體積小、重量輕、效率高、對電網(wǎng)電壓及頻率的變化適應(yīng)性強、輸出電壓保持時間長、有利于計算機信息保護等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于以電子計算機為主導(dǎo)的各種終端

8、設(shè)備、通信設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源，第2章 設(shè)計原理及原理圖2.1 工作原理晶體管放大器中廣泛應(yīng)用如圖 2-1 所示的電路，稱之為阻容耦合共射極放大器。它采用的 是分壓式電流負反饋偏置電路。放大器的靜態(tài)工作點Q主要由RB1、RB2、RE、RC及電源電壓+VCC所決定。該電路利用電阻RB1、RB2的分壓固定基極電位VBQ。如果滿足條件I1>>IBQ，當(dāng)溫度升高時，ICQVEQVBEIBQICQ結(jié)果抑制了ICQ的變化，從而獲得穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。圖2-1 阻容耦合共射極放大器2.2 元件參數(shù)計算共發(fā)射極放大器的直流參數(shù) 共發(fā)射極放大器的直流參數(shù)主要有IBQ、IC

9、Q及UCEQ、UBEQ。如圖2-1電路所示，這些直流參數(shù)的關(guān)系式如下： UEQ = UBQ -UBEQ » UBQ = VCCRb2 / ( Rb1+Rb2 ) ICQ = bIBQ = UEQ / Re (2.1) UCEQ = VCC -ICQRC - UEQ » VCC - ICQRC - UBQ 將已知的VCC 、Rb1、Rb2 、Rc 、Re 及b值代入（1），即可算出IBQ、ICQ及UCEQ三個直流參數(shù)。共發(fā)射極放大器的交流參數(shù)共發(fā)射極放大器的交流參數(shù)主要有電壓放大倍數(shù)Auo、輸入電阻Ri與輸出電阻Ro、最大輸出電壓幅度Uom等： 電壓放大倍數(shù)Auo： (2.2

10、) 式中負號表示輸出電壓與輸入電壓的相位是相反的。其中 = / ，稱為三極管的動態(tài)輸入電阻： (2.3)元件的數(shù)值計算由已知得：=300，=200a.求 ,取=1.5mA，=3V, =0.7V代入公式得=1.53K 取標(biāo)稱值為1.5Kb.求 ,其中=200,取I=8I計算得=50K 取標(biāo)稱值為51Kc.求 =150 K實際上用一個80 K的電阻與一個100 K的電位器串聯(lián)構(gòu)成d.求 計算得=3.7 Ke.求 因為 ，取A=50得 因為 取R=3 K得=1.26 K 取標(biāo)稱值為1.2Kf求=3.28 K>1Kg.求Ro Ro=Rc=1.2 Kh.求CB 和CC 由于,則取i.求CE理論值計

11、算根據(jù)以下公式 UEQ = UBQ -UBEQ » UBQ = VCCRb2 / ( Rb1+Rb2 ) ICQ = bIBQ = UEQ -U/ Re UCEQ = VCC -ICQRC - UEQ » VCC - ICQRC - UBQ得： U =3.045V I=1.563mV U=6.923VU =0.7V 第3章 EWB仿真3.1仿真電路設(shè)計EWB仿真圖：圖（3.1.1）為接線圖 圖3.1.1 阻容耦合共射極放大器仿真電路接線3.2靜態(tài)工作點測試 靜態(tài)工作點的測試電路如下圖所示圖3.1.2 靜態(tài)工作點測試 由圖3.1.2可讀出：U=2.981V, U=661.4m

12、V, U=7.822V, I=1.549mA。與理論值比較。表 U(V)U(V)U(V)I(V)理論估算值3.0450.706.9231.563測量值2.9810.6617.8221.549波形在不失真的情況下如圖3.1.3所示圖3.1.2電路不失真波形圖 第4章 技術(shù)指標(biāo)及誤差分析4.1靜態(tài)工作點的測量 用萬用表的直流電壓檔測量UEQ，若測出的UEQ不等于3V，說明靜態(tài)工作電流ICQ不等于1.5mA，由于ICQ = bIBQ = UEQ / Re，因此可調(diào)節(jié)電位器RW的大小來改變IBQ的值，使UEQ等于3V，此時由： 可計算出ICQ的值。從而達到調(diào)整靜態(tài)工作點電流ICQ及電壓UCEQ的目的。

13、當(dāng)調(diào)整好靜態(tài)工作點后，再測量各直流電壓值4.2性能指標(biāo)的測試示波器用來觀測放大器的輸入、輸出電壓波形，晶體管毫伏表用來測量放大器的輸入、輸出電壓。 測量電壓放大倍數(shù)Auo發(fā)生器的頻率f = 1000Hz，Ui =10mV，用毫伏表測量Uo，并記入表4.2.1中。 表4.2.1 AUO的測量UiUoAuo = Uo / Ui9.99mV51.4mv51.4輸入電阻和輸出電阻的測試 S 信 放 信 放 Ro 號 Us Ui 大 號 大 Uo 源 器 源 器 UoLRL 圖4.2.2 輸入電阻的測量 圖4.2.3 輸出電阻的測量1) 測量輸入電阻Ri放大器的輸入電阻反映了它消耗輸入信號源的功率的大小

14、。若Ri >> Rs（信號源內(nèi)阻），放大器從信號源獲取較大電壓；若Ri << Rs，放大器從信號源吸取較大電流；若Ri = Rs，放大器從信號源獲取最大功率。 Ri = rbe / Rb1 / Rb2 » rbe用“串聯(lián)電阻法”測量放大器的輸入電阻Ri ，在信號源的輸出端與放大器的輸入端之間，串聯(lián)一個已知電阻R（R值的數(shù)量級應(yīng)接近于Ri 的值）。在輸出波形不失真的情況下，用晶體管毫伏表或示波器分別測量出Us與Ui 的值，則 (4.1) 式中，Us 為信號源的輸出電壓。表 4.2.2 Ri 的測量UsUiRi=UiR/(Us-Ui)6mV3mV3.12 K2)

15、測量輸出電阻Ro放大器輸出電阻的大小反映了它帶負載的能力，Ro愈小，帶負載能力愈強。當(dāng)Ro<< RL時，放大器可等效成一個恒壓源。放大器輸出電阻的測量方法如圖所示，電阻RL的值應(yīng)接近于Ro。在輸出波形不失真的情況下，首先測量未接入RL之前（即放大器負載開路時）的輸出電壓Uo值；然后接入RL再測量放大器負載上的電壓UoL值，則 (4.2） 表 4.2.3 R0的測量R020 mV14.3mV1.21K觀察由于靜態(tài)工作點選擇不合理而引起的輸出波形失真將頻率f = 1000Hz，Ui =10mV的信號接入放大器后：1） 將RW的阻值調(diào)到最大，觀察輸出波形是否失真（若失真不明顯，可增大ui

16、），描下失真波形和測量此時的靜態(tài)工作點電流ICQ。并說明該波形屬于什么失真波形？2） 將RW的阻值調(diào)到最小，觀察輸出波形是否失真（若波形為一直線，可增大RW），描下失真波形和測量此時靜態(tài)工作點電流ICQ。并說明該波形屬于什么失真波形？將所觀察到的波形與ICQ的測量值記入表中。表4.2.4 失真波形與ICQ工作點Q的變化截止時ICQ = UE Q/ Re =0.5mA飽和時ICQ = UEQ / Re=1.4mA輸出波形4.3.誤差分析BJT參數(shù)ICBO,VCEO,隨溫度變化對Q點的影響，都表現(xiàn)在使Q點電流IC增加，可在兩方面使Ic維持穩(wěn)定：（1）針對ICBO的影響，可設(shè)法使基極電流IB隨溫度的

17、升高而自動減小。（2）針對VBE的影響，可設(shè)法使發(fā)射結(jié)的外加電壓隨著溫度的增加而自動減小。.電阻大小在實際購買的時候與計算值稍有偏差，可通過串聯(lián)與并聯(lián)的方式減少誤差。表4.2.5 電路數(shù)據(jù)誤差分析靜態(tài)工作點UBQUEQUCEQICQ3.045V0.70V6.923V1.563mA電壓放大倍數(shù)=48.610.0mV52.6mV52.6輸入電阻計算值為3.28 K6mV3mV =3.12 K輸出電阻VoVol計算值為1.2 K=1.21 K20mV14.3mV所以誤差為：Av =(52.6-48.6)/52.6 = 7.6% Ri=()/3.28 = 4.8%Ro=()/1.2 = -0.8%測試

18、結(jié)果基本符合設(shè)計要求心得體會 學(xué)習(xí)模電的這個學(xué)期是我們比較忙的一段時間，課開的比較多，中間還有許多實驗，總感覺時間并不那么夠用，所以，盡管老師布置下來比較早，還是到了后面的幾周才開始著手模電的課程設(shè)計，完成的有些倉促。 開始學(xué)習(xí)模電的時候，老師就說這門課程不同于大一學(xué)習(xí)的簡單物理電學(xué)，要學(xué)會分析電路特點，模電學(xué)習(xí)主要有3大坎：1是三極管和FET，很多人不理解3極管的工作原理；自然也就不理解FET了。3極管只要多去運用，就會慢慢理解。 2是運放，大多數(shù)人對運放電路的千變?nèi)f化感到膽怯。其實里面的變化不外呼“反饋”。只要把反饋弄懂了，就好理解了。想要一氣呵成學(xué)好模電不是件簡單的事。 3就是所謂的頻率

19、響應(yīng)了。模電學(xué)習(xí)是個漫長的積累過程，不能心急。一定要自己慢慢理解透，一點一點積累。多看看別人的電路，多去思考為什么，要把最最基本的電路掌握好。模電就像是搭積木，所有復(fù)雜的電路都是由基本電路組合、發(fā)展、變化而來的。這次課程設(shè)計就是考驗我們的理論知識學(xué)得扎不扎實，能不能將理論與實踐很好的結(jié)合起來。由于平時自己的基礎(chǔ)知識掌握的并不夠好，一開始對要做的電路沒有一個深刻的認識，但通過上網(wǎng)找資料，翻閱書籍，以及和同組的成員一起討論，終于把設(shè)計的電路圖畫好，并把原理弄懂了。用WEB仿真的時候，按照圖的連接運行，放大倍數(shù)卻一直很低，只有幾倍的樣子，反復(fù)檢查了電路，卻沒有發(fā)現(xiàn)錯誤，一次一次，數(shù)據(jù)還是不對。但大家

20、都很有耐心，反復(fù)計算核對后，發(fā)現(xiàn)時電容選得太小了，整整差了數(shù)十倍，換好后，測試時比較理想的。接著是買元件一定要細心，我們事先列好了元件清單，但給老板的時候，她還是拿錯了一個電阻，而我們都沒有注意到，直到回來測試的時候才發(fā)現(xiàn)，幸好影響并不是很大。下一步是電路板的焊接，由于并不是用的印制板，元件間的連接需要用導(dǎo)線一根一根的焊接起來，但元件本身就比較小，電路板的孔間距有不是很大，焊接起來并不是那么容易的，幾次都差點燙到手了，所以，焊接的時候一定要非常的小心。最后要做的就是對所焊的電路來一次實測，剛好模電實驗也還在進行，我們就把電路板拿到了模電實驗室進行測試，測試的結(jié)果還是令人滿意的。通過這次實打?qū)嵉?/p>

21、課程設(shè)計，我們 附錄部分附錄1 安裝工藝1插裝元件的引線成型要求要將插裝元件安裝到電路板上，其引線有時需要成型，成型的目的是為了滿足安裝尺寸與印制板的配合要求。手工插裝時需要注意的是：（1）引線不應(yīng)該在根部彎曲，至少要在根部1.5mm以上；（2）彎曲處的圓角半徑R要大于兩倍的引線直徑；（3）彎曲后的兩跟引線要與元件本體垂直，且與元件中心位于同一平面內(nèi)；（4）元件的標(biāo)志符號應(yīng)方向一致，以便于觀察。 2電子元件引線成型的方法 一般元件的引線成型多采用模具手工成型。模具的垂直方向開有供插入元件引線的長條形孔，將元件的引線從上方插入長條形孔后，再插入插桿引線即成型。這樣加工的引線具有較好的一致性，安裝在電路板上比較美觀。附錄2 焊接工藝 電子產(chǎn)品的焊接是利用烙鐵加熱被焊金屬件和錫鉛焊料，熔融的焊料潤濕已加熱的金屬表面使其形成合金，焊料凝固后把被焊金屬件連接起來的一種焊接工藝，通常稱做錫焊。錫焊焊點的基本要求：（1）焊點應(yīng)接觸良好，保證被焊件間能穩(wěn)定可靠地通過一定的電流。（2）應(yīng)避免虛焊的發(fā)生。