模拟电路单元及系统实验两级放大电路的设计.ppt

指导教师：赖丽娟 tel: 87112521 email: 模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验 两级放大电路的设计 实验目的 1. 掌握多级放大电路的工程设计方法、组装调试 技术和实验方案的设计方法。 2. 培养学生灵活运用所学知识,分析与解决电路实 际问题能力,加强实验全过程的训练。 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验 设计题一 用分立元件设计一阻容耦合两级放大电路，在电源电压为12v， vi5mv，信号源内阻为50，rl=5.1k的条件下，满足 以下指标要求： （1）ri10k； （2）av250； （3）bw=50hz50khz； （4 4）d d250，设计计算时可取av=300，其中第一级av1=？， 第二级av2=？ 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验 设计题2 用分立元件设计一阻容耦合放大电路，在信号源内阻为50 ， vi10mv，rl=1k的条件下，满足以下指标要求： （1）vo1v； （2）ri20k； （3）fl250 v250 放大电路的级数。 电路形式的选择 要考虑的因素主要包括：是小信号放大型还是大信号（功率）放大型；各级放大电路 的组态及级间信号的耦合方式等。 由指标要求：vi10mv 放大电路是小信号放大型； 由ri10k 和d10k 是否需引入负反馈?何种负反馈? 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验 指标分配指标分配 放大倍数的分配放大倍数的分配 通常，分配给前级放大电路的电压增益低一些，后级放大电路电压增益高 一些为宜，并要留有15%20%的余量。 要求av250，设计计算时可取av=300，其中取t1级av1=？， t2级av2=？ 半导体器件的选择半导体器件的选择 半导体器件根据电路输出信号幅度、通频带、输入阻抗及电路的某些指标要求来选择。 指标中，电路为小信号放大，对电路噪声没有特别要求，上限频率 fh=50khz，要求不高，故可选一般的小功率管。现选取npn型管9013，测 量其取=150。 动态动态 范围围估算：t1级级 ： t2级级： 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验 各级静态工作点的设定各级静态工作点的设定 可见， t1级vceq1可选小些，t2级vceq2可选大些。 t1级静态工作点确定 ： 由指标要求：ri10k rbe1 icq1 由由iq1 iq1 选定icq1和cq1的 值 vceq的选择要考虑到电路在正常工作范围应使输出电压幅度vom足够大， 同时在满足放大倍数的前提下，输出电压不应出现饱和失真，为此,vceq应满足 下列关系： icq取值 考虑：icq设定主要根据 icqicm+iceq ，由于小信号电压放大电路 icm 较小，另从减少噪声及降低直流功率损耗出发， t1、t2工作电流应选小些， 并取前一级电流小于后一级电流。 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验 t级静态工作点确定 ： 由由icq2 icq1 和vceq2vceq1 选定icq和cq的值 偏置电路设计与计算偏置电路设计与计算 1. 偏置电阻rb1、rb2值的选择 由电源电压vcc vbq; 由i1=(510)ibq 和vbq rb2 和rb。 2. 射级电阻re的选择 re 由 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验 集电极电阻rc的选择 集电电极电电阻rc的选择选择 :一是要满满足放大倍数要求，二是不 能产产生饱饱和失真。 rc 由 或由或由rc 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验 各电容值的选择 耦合电容c1和c2的作用是隔直流耦合交流，对交流信号 应是近似短路，所以耦合电容的阻抗应远小于与之串联的电 阻，旁路电容阻抗应远小于与之并联的等效电阻。 在本电路中，电容的耐压值应取实际工作电压的2倍以上 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验 指标核算与电路确定指标核算与电路确定 静态工作点的核算 t1级： 与上述取值比较，是否符合设计要求。 t级的核算 与t1级相同。 指标核算是指根据已设计的电路参数逐级进行理论计算，核算各项指标（静态工 作点、av、ri、ro、f l、f h等）是否满足设计要求，否则需要重新设计计算。 尤其是对静态及动态指标均有影响的电路参数，需要通过指标核算，确认其取值 是否合理。 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验模拟电路单元及系统实验 指标核算 核算r r i i 、a av v、bwbw是否符合下列指标的要求：是否符合下列指标的要求： r r i i 10k10k；a av250v250；bwbw=50hz50khz=50hz50khz 否则需要重新设计计算。 核算无误后，画出整机电路图，列出元器件清单表。 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验 面包板的结构 凹槽，凹槽 上下不连通 电位器 电源接入插孔 电源输出接口 电位器输出接口 信 号 输 入 接 口 信 号 输 出 接 口 第一块面包板 第二块面包板 实验箱内电位器、电源 接入插孔、信号输入、输出接孔内 部互不连通，使用时需用导线连起 来。为了避免干扰，安装时用第一 块面包板。 提醒： 每列有5个小 孔且互相连 通，但每列 之间的小孔 不连通。 两行插孔，每 行插孔中的小 孔互相连接， 但两行绝缘， 可作为电源线 或地线使用。 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验 1 1、 接接线线前前应应先画好布先画好布线图线图，以免，以免发发生差生差错错，一般以集成 一般以集成电电路或三极管路或三极管 为为中心，中心，并根据并根据输输入入输输出分离的原出分离的原则则，以适当的，以适当的间间距来安排其他元件距来安排其他元件 。 2 2、集成、集成块块与晶体管的布局，一般与晶体管的布局，一般按主按主电电路信号流向的路信号流向的顺顺序在插座板上直序在插座板上直 线线排列，排列，各各级级元器件元器件围绕围绕各各级级的集成的集成块块或晶极管布置，或晶极管布置，各元件各元件间间的的间间 距距应视应视周周围围元件多少而定。元件多少而定。 3 3、第一、第一级级的的输输入入线线与末与末级级的的输输出出线线、高、高频线频线与低与低频线频线要要远远离离，以免形，以免形 成成空空间间交叉耦合交叉耦合。 4 4、合理布置地、合理布置地线线。当。当电电路有多路有多级时级时 ，应应将各将各级单级单独接地，再分独接地，再分别别接公接公 共地共地线线。 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验 1 1、布、布线线的的顺顺序一般是序一般是先布先布电电源源线线与地与地线线，然后按布，然后按布线图线图从从输输入到入到输输出出 依次依次连连接好各元器件和接接好各元器件和接线线。在此条件下，尽量做到。在此条件下，尽量做到接接线线短、接短、接线线少少 、测测量方便。量方便。 2 2、集成、集成电电路的安装：集成路的安装：集成电电路引脚必路引脚必须须插在面包板中央凹槽两插在面包板中央凹槽两边边的孔中的孔中 。 3 3、 为为便于便于检查检查，尽可能采用不同，尽可能采用不同颜颜色的色的导线导线；尽量在器件周 ；尽量在器件周围连线围连线， 并不允并不允许导线许导线在集成在集成块块上方跨上方跨过过，或从三极管下方穿，或从三极管下方穿过过。 4 4、查线查线无无误误，才能接通，才能接通电电源源。查线时查线时仍以集成仍以集成电 电路或三极管的引脚路或三极管的引脚为为 出出发发点，逐一点，逐一检查检查与之相与之相连连的元件和的元件和导线导线。 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验 自自拟拟步步骤测试骤测试下列指下列指标标参数：参数： 1 1完成静完成静态态工作点的工作点的调调整，并整，并列表列表测测量每一量每一级 级静静态态工作点工作点q q的参数。 的参数。 2 2列表测测量第一量第一级级的增益的增益a av1 v1、第二 、第二级级的增益的增益a av2 v2及两 及两级总级总的增益的增益a a v v 。 3 3列表测测量量总电总电路的路的r r i i 、r r o o 、bwbw。 4 4测测量放大量放大电电路路输输出波形的失真度出波形的失真度d d。 把测量结果与设计任务中的指标要求对照，看是 否满足指标要求。 实验前,应先用数字万用表测量三极管的值值，同时时判别别三极管的好坏。 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验 什么是失真度-信号在传输过程中，可能产生非线性失真，非线性失真是由于 器件的非线性引起的。非线性失真使得电路的输出信号中产生了不同于输入信号的新的频 率成分，任何一个非线性失真波形，都可看成是由正弦波的基波和它的高次谐波叠加而成 ，波形失真越严重，包含的高次谐波分量越大。失真度的测量一般指非线性失真程度的测 量，它的大小用非线性失真系数来衡量，用表示。 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验 失真度测量仪的使用 测量功率电平按钮 测量电压电平按钮 测量失真度按钮 测量电压按钮 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验 直观检查法 通过观察故障状态的具体现象，直接发现故障位置的检查方法。它是一 个综合性、经验性、实践性很强的检查方法，检查故障的原理很简单，实际运用过程 则不容易。 排查故障的常用方法及步骤： 追踪信号踪迹的信号寻迹检查法 利用信号寻迹器，查找信号流程踪迹来确定信号有 还是没有，来确定故障位置的检查方法。实验室一般使用示波器作为寻迹器。 检查法方法如下： 故障现象判断故障级 确定故障点 修复电路 1.直观检查法 2.信号寻迹法 1.静态检查 2.动态检查 调试前的直观检查电路安装完毕,不宜急于通电,先要认真检查以下内容:1.连线是否正确 ,包括错线、多线、少线。此时要按照电路原理图检查安装好的线路；元器件引脚之间有 无短路、接触不良，三极管、电容极性有无接错； 电源供电、信号源连线是否正确； 电源端对地是否存在短路。然后按下面的方法检查： 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验 从第一级输入信号，用示波器由前级到后级，逐级观察输出端信号的变化情况，如发现某一级的 输出波形不正确或没有输出时，则故障就发生在该级或下级电路，这时可将级间连线或耦合电路断开 ，进行单独测试，即可判断故障级。 提示：在测 量前级放大 器时，应把 信号源电压 调得较大， 在测量后级 放大器时， 应把信号源 电压调得较 小。 1.由前向后逐级检查，寻找故障级。 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验 由后向前逐级推进寻找故障级。可在某级输入端加信号，测试其后各级输出端信号是 否正常，无故障则往前级推进，若在某级输出信号不正常时，则故障就发生在该级. 2.由后向前逐级检查，寻找故障级。 两级放大电路的设计 模拟电路单元及系统实验 多级放大电路常见故障及排除方法多级放大电路常见故障及排除方法 （1） 现象原因排除方法 静态工作点不正常或不能调整 1.电源未接好。用万用表测量电路的电 源电压是否正常。 2.元器件位置及连线 错误。 检查元器件位置及线路 。 3.三极管管脚连接错 误。 将三极管管脚连接正确 。 静态工作点正常，无任何输出 1.测量电路连接线未 连接好。 检查信号发生器连接线 、示