課題設(shè)計(jì)：二級(jí)放大電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試

課題設(shè)計(jì)：放大電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試88課題設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)、仿真和安裝調(diào)試一個(gè)放大電路。電路的技術(shù)指標(biāo)如下：電源電壓VCC=12V；電壓增益Av=40dB；輸入電阻Ri'20kQ；最大輸出電壓VOM（有效值）>1V；頻帶寬度30Hz~30KHz;負(fù)載電阻RL=2k;信號(hào)源內(nèi)阻RS=1k;使用環(huán)境溫度：-10°C?+60°C.電路形式構(gòu)思由于要求增益為100，所以第二級(jí)放大電路采用增益比較大的、可用作多級(jí)放大電路中間級(jí)的三級(jí)管共射極電路。而又由于共射極電路電壓增益B的數(shù)量級(jí)介乎于10?100之間，存在著不確定性，因此第一級(jí)放大電路也考慮增益較大的三極管共射極電路、共基極電路場(chǎng)效應(yīng)管共源極電路與共柵極電路，以此作為雙保險(xiǎn)。由于要求輸入電阻Ri>20k，所以第一級(jí)電路考慮輸入電阻較高的三極管共集極放大電路以及場(chǎng)效應(yīng)管的共源極放大電路或共漏極放大電路。又由于使用環(huán)境的溫度由-10oC延伸至+60oC，溫差較大，而三極管電路對(duì)溫度比較敏感，所以第一級(jí)放大電路采用場(chǎng)效應(yīng)管電路。綜合以上要求，共集極電路與共漏極電路增益較低，而共射極電路與共基極電路輸入電阻較小，均不予考慮，所以第一級(jí)放大電路采用場(chǎng)效應(yīng)管共源極電路。共源極放大電路與共射極放大電路的通頻帶寬度比較寬，通過調(diào)試可是頻帶寬度符合30Hz?30KHz的要求。為了使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，且盡量減少溫度對(duì)電路的影響，共射極電路采用射極偏置電路，共源極電路采用分壓器自偏壓電路。電路原理圖VCCVCC電路元件參數(shù)的理論分析與設(shè)計(jì)步驟Ri=Rg3+(Rgl//Rg2),取Rg3=lMQ，滿足Ri20kQ；共射極電路靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算：為使射極偏置電路發(fā)揮更好的負(fù)反饋?zhàn)饔?，?yīng)使VE=1V,有，VE=IEXRe^ICXRe=1V 式(1)又，Av=—Bx(Rc//Rl)/丁100，其中rbe=200+(1+B)26mv/IE=200+(1+B)26mv/Ic代入上式得，Av=—BX(Rc//Rl)/[200+(1+B)26mv/Ic]=100 式(2)B=67，為了計(jì)算方便,B=50代入上式，對(duì)于三極管的VCE有，Vceq=Vcc—Ve—ICRCVceq=Vcc—Ve—ICRC=Vcc—1—ICRC=11—ICRC 式(3)根據(jù)以下輸出特性及直流交流負(fù)載線圖，32123—lOOuA加nAeouA4QuAAChad□Cload式(4)Re=0.502kQ Rc=2.354kQ為使最大不失真電壓最大式(4)Re=0.502kQ Rc=2.354kQVCE—1=ICX(Rc//RL)聯(lián)立式(1)、(2)、(3)、(4)，得，VCE=6.313V IC=1.991mACE C由于射極偏置電路的分壓作用,有Vcc*Rb1/(Rb1+Rb2)-0.7=V=1E得Rb2/Rb1~6.05,取Rb1=20k,Rb2=100k.共源極電路靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算：假設(shè)場(chǎng)效應(yīng)管的IDSs=0.5mA,Vp=-1V，iD=IDSS(1-vGS/Vp)2vGS=-[iDR-Rg2VDD/(Rg1+Rg2)]解得iD=4mA,vGS=-0.11V。vds=Vdd-【d(Rd+R)=°.4V，0°。由于gm值一般會(huì)根據(jù)靜態(tài)工作點(diǎn)的不同而有不同的值，測(cè)得在此時(shí)靜態(tài)工作點(diǎn)下的gm值為1.4mS。在第二級(jí)共射極電路中，rb=200+(1+B)26mV/Ie=0.61kQbeRt=Rb1//Rb2//rb=100//20//0.61~0.57kQL beAv'二-gm(Rd//R)/(1+gmR)~1.01

仿真調(diào)試按計(jì)算電阻值和上面的實(shí)驗(yàn)原理圖畫出電路圖仿真時(shí)發(fā)現(xiàn)靜態(tài)與計(jì)算結(jié)果比較吻合，但增益稍微偏大，于是修改Rb2為100k，則靜態(tài)有些改動(dòng)，但增益=100。改后靜態(tài)如下：Rg230k1.488mA?VOFF=OmVVAMPL=5mVRg110kFREQ=11Megd.4&8m10.51VRg230k1.488mA?VOFF=OmVVAMPL=5mVRg110kFREQ=11Megd.4&8m10.51V以下是頻率響應(yīng)曲線下限頻率：：-■■：I-II-II--；1■:以下是頻率響應(yīng)曲線下限頻率：：-■■：I-II-II--；1■:ii7^iHF'-.k-T'-Ili；：n--II-11-Frequency.u -：.37db處對(duì)應(yīng)的是下限頻率，發(fā)現(xiàn)下限頻率稍大于3.55kHz,需調(diào)小。上限頻率圖：上限頻率也太大，接近900kHz,也需調(diào)小。以下是調(diào)整下限頻率的過程：由于放大電路的低頻響應(yīng)主要取決于外接的電容器，如隔直（耦合）電容和射極旁路電容，而Ce是決定共射電路低頻響應(yīng)的主要因素，于是根據(jù)書上的計(jì)算公式（133頁(yè)），C1改為5u,C2改為33u,C3改為5u,Ce改為300u，則滿足要求得到以下的下限頻率：37db對(duì)應(yīng)的是下限，達(dá)到30Hz

以下是調(diào)整上限頻率的過程：由于上限太大，考慮在電路加上一個(gè)低通濾波電路：如圖由fH=1/2nRC，且考慮不影響增益的情況下，應(yīng)將Rj,C4選小一點(diǎn)的值，根據(jù)計(jì)算公式和仿真時(shí)的調(diào)整，參數(shù)如上圖，則修改后的上限頻率為：（如圖）35.DFrequBnc^.25D30kHz(AjmodiankEtishejia-SCI-EMA'TICI-rnodiandelishejrfoC(active)2135.DFrequBnc^.25D30kHz(AjmodiankEtishejia-SCI-EMA'TICI-rnodiandelishejrfoC(active)217S.DKMz口DEi|V2卩爐?37db處對(duì)應(yīng)上限為30kHz

經(jīng)仿真調(diào)整后的電路及其靜態(tài)如下圖：iEJ290.■-1k冏斗Em?402m.Alli.Off27.46u,lo.savj1.411卜1.41ImF2.402mA5O.OOSu「I日iEJ290.■-1k冏斗Em?402m.Alli.Off27.46u,lo.savj1.411卜1.41ImF2.402mA5O.OOSu「I日3m12.821無(wú)'％5inVacavdc02N222212Vdc300u溫度響應(yīng)頻率曲線圖，每條曲線分別相差10OC,由-10弋?+60。?？梢钥闯鲭娐酚泻芎玫臏囟确€(wěn)定性。輸出波形溫度響應(yīng)曲線圖設(shè)計(jì)結(jié)論放大電路決定第一級(jí)使用場(chǎng)效應(yīng)管共源極分壓器式自偏壓電路，場(chǎng)效應(yīng)管型號(hào)為k163，三極管型號(hào)為3DG6。為了調(diào)整頻率，在電路上加上一個(gè)低通濾波電路。輸入電阻？實(shí)驗(yàn)調(diào)整1、 用晶體管特性圖示儀測(cè)量三極管育場(chǎng)效應(yīng)管參數(shù)三極管B=85.7場(chǎng)效應(yīng)管IDSS=0.54mA，Vp=-1V2、 根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的電路，在面包板上插好元件和接好連線。3、 將輸入端短路，測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)。ic=2.98mA Vce=4VVbe=0.67Vib~Oid=3.8mA Vds=0.48VVgs=0.02Vig~O各管工作在放大區(qū)4、 在輸入端接入5mV,lkHz的正弦信號(hào)，接入示波器觀察輸出波形。參數(shù)調(diào)整：為了方便調(diào)試，將Rgl換為47kQ的可調(diào)電阻，將Rbl換為Rbl=20kQ與Rw2=100MQ可調(diào)電阻串聯(lián)的電阻。實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)輸出很小，原因是電容C'偏大使交流電流不能通過，將C'由0.02改為220p的電容。再次觀察示波器發(fā)現(xiàn)輸出波形下半段顯得很尖，上半段顯得很平，發(fā)現(xiàn)原因是由于Rb1太大，導(dǎo)致波形出現(xiàn)了截止失真，將Rbl改為lkQ保留在電路中起保護(hù)電路的作用。調(diào)節(jié)可調(diào)電阻Rg1與Rw2，使增益為100。此時(shí)Vi=5.5mV,Vo=0.55V,Av=100。接入交流毫伏表，調(diào)節(jié)輸入電壓，觀察輸出波形，得出最大不失真輸出電壓有效值為1.28V。符合最大輸出電壓VOM(有效值)1V的要求。計(jì)算輸入電阻Ri、輸出電阻Ro：應(yīng)該測(cè)量。V,=0.53V，V2=0.48V，Ri=V2R/(V,-V2)~1.2MQ12212Vo'=0.52V，Vo=0.98V,Ro=(Vo/VO'-1)RL=1.84kQ調(diào)整Vi=5mV不變，改變信號(hào)頻率，確定上限頻率fH下限頻率fL和帶寬BW。上限頻率fH=31kHz，下限頻率fL=42.6Hz，帶寬BW^30kHz，大概符合頻帶寬度30Hz~30kHz的要求。收獲與體會(huì)每次做模擬電子電路的實(shí)驗(yàn)都是一次大工程，我最大的收獲就是一定要堅(jiān)持到最后，才有可能完成這每一個(gè)艱巨的實(shí)驗(yàn)。從設(shè)計(jì)開始，到之后的仿真、實(shí)驗(yàn)每一步都需要細(xì)心與韌性。這次設(shè)計(jì)一共去了實(shí)驗(yàn)室做了三次調(diào)試與修改，每一次在面包板上插裝電路都出現(xiàn)了不應(yīng)該有的錯(cuò)誤：第一次是將一個(gè)電阻的兩端都接了地，導(dǎo)致直流電源也接了地，而沒有輸出波形；第二次是并聯(lián)電容C'過大也導(dǎo)致了沒有輸出波形；第三次將三極管發(fā)射極與集電極兩端電路接反也使示波器上波形失真嚴(yán)重。在修改電路的過程中，我也認(rèn)識(shí)到了與別人合作的重要性，若沒有老師們耐心的指導(dǎo)與同學(xué)們熱心的幫助，要完成設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)調(diào)試實(shí)在是非常困難。而在仿真調(diào)整與實(shí)驗(yàn)調(diào)試當(dāng)中，我發(fā)現(xiàn)理論與實(shí)際需要相聯(lián)系，很好！就好像在第二次實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，我多次檢查電路都檢查不出問題，后來(lái)是老師指出了玄機(jī)，并聯(lián)電容太大對(duì)于交流電路不能夠忽略，這點(diǎn)其實(shí)老師在課上也有說過，可是在實(shí)驗(yàn)過程中電容值的大小就被忽略了。而電容對(duì)于上下限頻率有調(diào)節(jié)的作用，實(shí)在是應(yīng)當(dāng)予以重視。而若要再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，我得到的經(jīng)驗(yàn)是一定要考慮所有的條件，就像這一次實(shí)驗(yàn)選則晶體管，就是因?yàn)闇囟瓤缍忍螅鴾囟纫彩且粋€(gè)不可或缺的條件，因而選擇場(chǎng)效應(yīng)管。這一次的設(shè)計(jì)電路實(shí)在是一個(gè)難忘的體驗(yàn)。電子