多極低頻阻容耦合放大器

學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課題名稱多極低頻阻容耦合放大器姓名學(xué)號(hào)院系專業(yè)指導(dǎo)教師安康時(shí)間學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課題名稱多極低頻阻容耦合放大器姓名學(xué)號(hào)院系專業(yè)指導(dǎo)教師安康時(shí)間課程設(shè)計(jì)報(bào)告書目錄課程設(shè)計(jì)報(bào)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(shè)計(jì)項(xiàng)目成績(jī)?cè)u(píng)定表課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目成績(jī)?cè)u(píng)定表電子與信息工程系2012電子與信息工程系2012年6月設(shè)計(jì)項(xiàng)目成績(jī)?cè)u(píng)定表一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：1、設(shè)計(jì)任務(wù)：1、設(shè)計(jì)多級(jí)阻容耦合放大電路2、要求：1、輸入正弦信號(hào)有效值Ui=10mV,信號(hào)源內(nèi)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(shí)，開環(huán)AAu/Au=10%；閉環(huán)AAuf/Auf<1%。指導(dǎo)教師簽名： 年月日二、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ):指導(dǎo)教師簽名： 年月日三、成績(jī)?cè)u(píng)定：指導(dǎo)教師簽名： 年月日四、系部意見：系部蓋章： 年月日設(shè)計(jì)報(bào)告書目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、設(shè)計(jì)目的 1...\o"CurrentDocument"二、設(shè)計(jì)思路 1\o"CurrentDocument"選擇反饋方式 2\o"CurrentDocument"選擇級(jí)數(shù) 2\o"CurrentDocument"確定電路 3\o"CurrentDocument"三、設(shè)計(jì)過(guò)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(jí)放大電路的設(shè)計(jì) 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(jí)的計(jì)算 5輸出級(jí)的計(jì)算 7第二級(jí)的計(jì)算 8第三級(jí)的計(jì)算 9各級(jí)電壓放大倍數(shù)的確定 9\o"CurrentDocument"調(diào)試與結(jié)果 10\o"CurrentDocument"分析電路 10\o"CurrentDocument"核算技術(shù)指標(biāo) 10仿真波形圖 12\o"CurrentDocument"主要元器件與設(shè)備 12\o"CurrentDocument"課程設(shè)計(jì)體會(huì)與建議 12\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)體會(huì) 13\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)建議 13\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 13多級(jí)低頻阻容耦合放大器多級(jí)低頻阻容耦合放大器# 電子與信息工程系2012年6月一、設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)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(jí)低頻阻容耦合放大器的設(shè)計(jì)與制作。二、設(shè)計(jì)思路圖中x表示電壓或電流信號(hào)；箭頭表示信號(hào)傳輸?shù)姆较?；符?hào)n表示輸入求和，+、-表示輸入信號(hào)片與反饋信號(hào)是相減關(guān)系（負(fù)反饋），即放大電路的凈輸入信號(hào)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(fù)反饋放大電路的增益（閉環(huán)增益）為選擇反饋方式根據(jù)負(fù)載的要求及信號(hào)情況來(lái)選擇反饋方式.在負(fù)載變化的情況下.要求放大電路以穩(wěn)壓輸出用電壓負(fù)反饋：在負(fù)載變化的情況下，要求放大電路恒流輸出時(shí)，就要采用電流負(fù)反饋。至于輸入端采用串聯(lián)還是并聯(lián)方式，主要根據(jù)對(duì)放大電路輸出電阻而定。當(dāng)要求放大電路具有高的輸入電阻是，宜采用串聯(lián)反饋：當(dāng)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(shí)，宜采用射極輸出器。反饋深度主要根據(jù)放大電路的用途及指標(biāo)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(hào)很弱（微伏級(jí)），必須考慮輸入幾件放大管的噪音所產(chǎn)生的影響，為此前置放大級(jí)應(yīng)選用底噪聲的管子。當(dāng)要求放大電路的頻帶很寬時(shí)，應(yīng)選用截止頻率較高的管子。從集電級(jí)損耗的角度出發(fā)，由于前幾級(jí)放大的輸入較小，可選用p小的管子，其靜態(tài)工作點(diǎn)要選得底一些Icm E小），這樣可減小噪聲；但對(duì)輸出級(jí)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(jí)數(shù)放大電路級(jí)數(shù)可根據(jù)無(wú)反饋時(shí)的放大倍數(shù)而定，而此放大倍數(shù)又要根據(jù)所要求的閉環(huán)放大倍數(shù)和反饋深度而定，因此設(shè)計(jì)時(shí)首先要根據(jù)技術(shù)指標(biāo)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(jí)數(shù)大致可用下列原則來(lái)確定：幾十至幾百倍左右采用一級(jí)或兩級(jí)，幾百至千倍采用兩級(jí)或三級(jí)，幾千倍以上采用三級(jí)或四級(jí)（射極輸出極不計(jì)，因其A約等于零一般情況下很少采用四級(jí)以上，因?yàn)檫@將給施加反饋后的補(bǔ)償工作帶來(lái)很大的困難，但反饋只加在兩級(jí)之間也是可以的。一般情況下很少采用四級(jí)以上，因?yàn)檫@將給施加反饋后的補(bǔ)償工作帶來(lái)很大的困難，但反饋只加在兩級(jí)之間也是可以的。確定電路(1)輸入級(jí)。輸入級(jí)采用什么電路主要取決于信號(hào)源的特點(diǎn)。如果信號(hào)源不允許取較大的電流。則輸入級(jí)應(yīng)具高的輸入電阻，那么以采用射級(jí)輸出器為宜。如要求有特別高的輸入電阻(\<4MQ,可采用場(chǎng)效應(yīng)管，并采用自舉電路或多級(jí)串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，如信號(hào)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(wú)特殊要求，可選擇共射放大電路。輸入級(jí)的放大管的靜態(tài)工作點(diǎn)一般取IE<1mA,UCJ(1?2)V。(2)中間級(jí)。中間級(jí)主要是積累電壓級(jí)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(diǎn)一般為IE=(1?3)mA,UCJ(1?5)V。(3)輸出級(jí)。輸出級(jí)采用什么樣的電路主要決定于負(fù)載的要求。如負(fù)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(fù)載為低阻，且在較大范圍內(nèi)變化時(shí)，則采用射級(jí)輸出器。如果負(fù)載需要進(jìn)行阻抗匹配，可用變壓器輸出。因輸出級(jí)的輸出電流都較大，其靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇要比中間級(jí)高，具體數(shù)值要視輸出電壓和輸出電流的大小而定。三、設(shè)計(jì)過(guò)程功能放大模塊采用三個(gè)NPN型三級(jí)管放大反饋環(huán)節(jié)（1）、在第一級(jí)與第三級(jí)之間采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋（2）、在R和R不加旁路電容以便引入局部負(fù)反饋以穩(wěn)定每一級(jí)的放大倍f1 f2數(shù)r（3）、第一級(jí)采用局部電流負(fù)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(jù)指標(biāo)的要求，計(jì)算電路閉環(huán)放大倍數(shù)：A>UFUi（4）、放大管的選擇：因設(shè)計(jì)中前兩級(jí)放大對(duì)管子無(wú)特別要求，統(tǒng)一采用了3DG100（要求中需用3DG100，但仿真軟件中沒(méi)有此參數(shù)三極管，故選用711）3.3濾波模塊本實(shí)驗(yàn)沒(méi)有采用特殊的濾波模塊，輸入端到第一級(jí)只采用了一個(gè)10uf的電容以實(shí)現(xiàn)阻直流通交流濾波，第一級(jí)與第二級(jí)同樣采用一個(gè)電容來(lái)濾波，即主要通過(guò)電容來(lái)達(dá)到濾波的效果。四多級(jí)放大電路的設(shè)計(jì)估算電壓放大倍數(shù)并確定電路的形式根據(jù)指標(biāo)要求，放大電路的閉環(huán)電壓增益應(yīng)為A>U二人二100ufU 10mVi由此可求得開環(huán)電壓增益應(yīng)為A=A*11+AF1=100*10=1000uuf u因輸出級(jí)采用射級(jí)輸出器，其放大倍數(shù)近似為1，故需采用兩級(jí)共射級(jí)放大電路才能達(dá)到放大倍數(shù)為1000，又因輸入級(jí)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(jí)，前三級(jí)為共發(fā)射極電路，輸出級(jí)為射級(jí)輸出器。第一級(jí)和第四級(jí)之間采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋，參考電路圖如下圖1電路總設(shè)計(jì)圖三極管的選擇選擇2N2923三極管輸入級(jí)的計(jì)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(jí)的計(jì)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(diǎn)問(wèn)題4.5第二級(jí)的計(jì)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(jí)的計(jì)算P=363???U=2.18V并且第三級(jí)和第二級(jí)的電路結(jié)構(gòu)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(jí)電壓放大倍數(shù)的確定根據(jù)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(diào)試與結(jié)果分析電路(1)電路安裝按圖接線，經(jīng)反復(fù)檢查，確認(rèn)沒(méi)有錯(cuò)誤后，接通直流電源電壓±10V(2)開環(huán)測(cè)試將A點(diǎn)與P點(diǎn)斷開并與B點(diǎn)相接，使放大電路處于開環(huán)狀態(tài)。將信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)調(diào)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(yīng)為不失真的正弦波。用交流毫伏表分別測(cè)出Ui、、Un、Uo1、Uo2、Uo、Uf，并記于表中。斷開RL，測(cè)出Ut，也記于表中根據(jù)測(cè)試結(jié)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(cè)試將A點(diǎn)與B點(diǎn)斷開并與P點(diǎn)相連，使放大電路處于閉環(huán)狀態(tài)。適當(dāng)增大輸入信號(hào)Ui幅度，使輸出電壓U達(dá)到開環(huán)時(shí)的數(shù)值，然后分別測(cè)出Ui、Un、Uo1、Uo2、Uo、Uf，斷開RL測(cè)出Uot，并記錄在表格中。核算技術(shù)指標(biāo)確定放大管的靜態(tài)工作點(diǎn)及電路元器件，放大電路的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是否能滿足要求，尚需要最后核算。(1)核算A：U①核算射級(jí)輸出器的電壓放大倍數(shù)。射級(jí)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(jí)電壓放大倍數(shù)第二級(jí)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(jí)電壓放大倍數(shù)第一級(jí)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(shuō)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(shí)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(shí)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(shí)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(huì)產(chǎn)生振蕩5.3仿真波形圖呦Oscilloscope-XSCL呦Oscilloscope-XSCL紅色為輸入波形，藍(lán)色為輸出波形，引入負(fù)反饋后輸出電壓為2.298伏六主要元器件與設(shè)備Multisim軟件電阻50Q—1只，60KQ—1只，6kQ—2只，70