三极管10倍放大电路设计.doc

理工大学开放性实验报告（A类/B类）项目名称： 三极管放大电路设计 实验室名称： 创新实验室 学生姓名： 9创新实验项目报告书实验名称三极管放大电路设计日期2011年11月21日姓名专业一、 实验目的1、 设计一个三极管放大电路，采用单电源供电； 2、 使输出信号增益20dB，输出幅值10Vpp；3、 使3dB带宽10Hz1MHz；二、 实验原理2.1根据实验要求构建出基本电路图如图为共射级放大电路共射极放大电路既有电流放大作用，又有电压放大作用，故常用于小信号的放大。改变电路的静态工作点，可调节电路的电压放大倍数。而电路工作点的调整，主要是通过改变电路参数来实现。(负载电阻RL的变化不影响电路的静态工作点，只改变电路的电压放大倍数。)该电路信号从基极输入，从集电极输出。输入电阻与相同材料的二极管正向偏置电阻相当，输出电阻较高，适用于多级放大电路的中间级。故选择此种电路设计方案。2.2根据电路图进行基本计算2.2.1求各部分直流电位基极直流电位： =发射极直流电位： 又=0.6v，故V发射极上的直流电流：=/=(V)/集电极的直流电压=-2.2.2求交流电压放大倍数由交流输入电压引起的的交流变化为：=/另集电极的交流变化为，则的交流变化部分为：=()另外因为用将的直流成分截去，故交流输出信号即为的本身：=()。因此，该电路的交流电压放大倍数为：=/=/。所以可以认为放大倍数与无关，而是由与之比来决定的（因为基极电流为0，所以与无关，然而，严格来讲，是有关系的）。在该实验中输出信号增益20dB，故/10三、实验过程3.1设计电路3.1.1确定三级管型号通过查阅给定的五种三极管技术文档，2N5551完全符合相应技术要求，其=0.625W(25),=80250，=80MHZ,=180V,=160V。可以完成实验任务，且该三极管方便在multisim仿真（其他几种三极管在multisim库中没有对应的模拟原件），故选择2N5551。3.1.2确定直流电源电压为了达到输出幅值10Vpp的要求，显然要使用10V以上的电压电源，又为了使集电极电流流动，由于发射极电阻上最低加上1-2V电压（因为约为0.6V，但其有-2.5mV/的温度特性），所以电源电压最低为11-12V。为了避免输出波形失真，最好把集电极电位电压设定在与的中点，为使静态工作点取值合适，故选择25V直流电源供电。3.1.3与因为/10,这里取10，设压降为1V，为3mA。=/约为330，故为3.3 k。3.1.4基极偏置电路设计由以上步骤经计算可得，=65k,=5k,取电阻标准值，=62k，=4.7k3.1.耦合电容与由于分别与以及负载形成高通滤波器，根据实验要求使3dB带宽10Hz1MHz，f=1/(2)=10其中=，解得约为3uF，取值与一致。3.6确定电源去耦电容在电源上并联一个小电容和一个大电容，可以在很宽的频率范围内降低电源对GND的阻抗。一般选用1uF的瓷片电容，与10uF的电解电容。3.2multisim仿真按照设计在multisim中连接好电路图，如图所示用示波器仿真如下图，此时频率为10kHZ波特图示仪仿真结果如下中频区半功率点，10HZ满足实验要求高频特性不符合实验要求，过高于是修改电路图，并仿真，在上并联一个小电容，使其在高频时放大倍数下降，仿真结果如下波特图示仪仿真结果如下大致符合实验要求，故采用此电路图进行焊接3.3焊接电路并进行实际测试测试结果显示，放大电路无失真现象，在10HZ时频率特性较好，但在1MHZ时放大倍数急剧下降，实际半功率点在150KHZ左右，将旁并联的小电容拆除后高频特性仍旧只在200KHZ左右，严重不符标准，故此电路作废，重新设计电路。3.4重新设计的电路图及其仿真结果 3.5在面包板上进行实际电路的测试与调试在设计第一个电路时发现，multisim仿真与实际电路在高频特性上有很大差距，故先使用面包板上测试，测试结果显示，该电路半功率点，低频达到9.4HZ，高频达到1.4MHZ。经计算，在旁并联161PF电容可使高频特性降低到约1.2MHZ。实际测试结果与计算结果相符。3.6最终方案的电路焊接在这次焊接中优化了布线方案，减少了布线长度，以尽量减少阻抗，在靠近电路的地方布上去耦电容，以优化高频特性。3.7测试与调试对焊接后的电路板进行测试，测试结果显示，放大倍数，波形，低频特性均符合实验要求，误差在5%以内。四、实验结果（详细列出实验数据、结论分析） 4.1静态工作点电流，电压；VB=1.37V,VC=9.18V，VE=0.72V, VCEQ=8.48V。 4.2电路频率范围fmin=9.4Hz;fmax=1.21MHz;。4.3放大倍数经测量当f=10Hz时AV=7.68;经测量当f=1KHz时AV=10.6，当f=1MHz时AV=8.16,4.4电路输出振幅经测量当f=10Hz时A=7.68V经测量当f=1KHz时A=10.6V;当f=1MHz时A=8.16V,4.5结论分析忽略晶体管，电阻，电容的误差与计算基本符合试验要求，故上述计算方法五、实验总结（实验中遇到的已解决和未解决的问题）5.1实验中遇到的问题5.1.1高频特性高于1M以上2-3倍经计算与电脑仿真在RC处并联一滤波电容可以降低高频特性截止频率。5.1.2最小低频小于10Hz改变输入输出电容的大小即可增高输出频率5.1.3放大倍数略小于10倍适当增大RC的阻值可以提高倍数5.2实验中遇到未解的问题决仿真结果与实际电路在频率特性有很大差别5.3经验总结在设计过程中从查资料到设计再到焊接再到调试最后在写实验报告，整个过程中认识到电脑仿真和书面计算与实际电路有一定差别，所以理论很重要，动手实践同样很重要。在对静态工作点的设定时，要注意使Vce=(1/21/3)Vcc,以确保输出波形不失真。事先一定要用万用表测量管子的hFE ，以便可以准确的