课程设计 多级放大电路设计报告.doc

模拟电路课程设计报告多级放大电路设计一、设计任务与要求1 设计、仿真和安装调试一个放大电路。2 电路的技术指标：1) 电源电压VCC = 12V；2) 电压增益Av = 40dB；3) 输入电阻Ri 20k；4) 最大输出电压VOM （有效值） 1V；5) 频带宽度30 Hz 30 kHz;6) 负载电阻RL = 2k；7) 信号源内阻RS = 1k；8) 使用环境温度：-10 C +60 C。3 利用PSpice 或OrCAD进行模拟仿真。二、方案设计与论证1. 设计要求总体分析 若采用单级放大电路，在共射电路、共集电路、共基电路、共源电路、共漏电路5种基本放大电路中，不可能使用单个放大电路达到设计要求，因此至少采用二级放大电路。技术指标中有电路工作的环境温度：-10 C +60 C，设计的电路要采用分压式偏置以稳定电路工作点；电压增益= 40dB = 100，要采用的两种基本放大电路形式，或者一个的放大器和一个电压跟随器等等。考虑到输入电阻的指标要求，所选的放大器中至少一个的输入电阻作为第一级电路。在设计的电路中要恰当地并、串联电容以达到隔直、调节频带宽度的大小和上下限频率范围的效果。2. 方案设计 采用二级放大电路的形式：第一级为共集电路，不采用分压偏置式，利用其作为电压跟随器的性质，略小于1，其输入电阻为几十千上百千欧姆数量级，可以实现设计要求电路技术指标，输出电阻很小，一般在几到几十欧姆，负载变动对增益影响不大，带负载能力强。 第二级为射极偏置电路，采用分压偏置式，利用其放大能力强的优点，较大，补偿第一级的电压损耗、提高放大电路的电压增益以达到设计要求；射极偏置电路作为基本工作点稳定电路，能减少温度对电路工作点Q点的影响，符合设计要求中电路指标的电路工作环境变化的温度。 两级放大电路采用阻容耦合式连接。三、单元电路设计与参数计算1. 第一级电路共集电路的设计1) 选取三极管S9013 H 331 ，该型号三极管在5 V 时，；2) 由共集电路输入电阻 ，其中为第二级电路射极偏置电路的输入电阻，约为1k，由此计算可得，考虑到输入信号要尽可能全部加在三极管的基极和发射极两端、减少输入电流，以及仿真调试与实验调试的器材限制，取= 50k，此时；3) 成立的条件是，同时不能过大，否则第一级电路的工作点Q点太低以致造成第一级输出信号截止失真，取= 10k。第一级放大电路设计图如图3.1： 图3.12. 第二级电路射极偏置电路的设计1) 选取三极管S9013 H 331 ，该型号三极管在= 5 V时，；2) 参考模拟电子技术实验第三章模拟电路基础实验实验1电压放大分压式偏置电路所做的实验报告，取，；3) 对于集电极电阻，由设计要求电路技术指标，可得 ，其中，由此计算可得，考虑到第一级电路跟随器，以及仿真调试与实验调试的器材限制，取，则此时；4) 将第二级电路的工作点Q点设定为= 6V，由射极偏置电路的直流分析可得 ， ，其中= 12V，解得；5) 对于频带宽度，设计要求电路技术指标为30Hz30kHz，即上、下限频率： = 30kHz，= 30Hz。 参考模拟电子技术实验第三章模拟电路基础实验实验1电压放大分压式偏置电路所做的实验报告，取，其中为输入回路耦合电容，为输出回路耦合电容，为第一级电路与第二级电路连接的耦合电容。对于下限频率第二级射极偏置电路的发射极旁路电容是主要因素，决定的下限频率，其中输出电阻，按设计要求电路指标= 30Hz ，求得，考虑到仿真调试与实验调试的器材限制，取。 对于上限频率= 30kHz ，因为在高频时，第二级射极偏置电路的Miller效应比第一级共集电路的Miller效应大，第二级射极偏置电路在高频中跨接在b、e两端的对放大电路的频带宽度起主要作用，一般为数量级，因此要在第二级三极管的b、e两端并联数量级的电容，增大，提高上限频率，取。第二级放大电路设计图如图3.2： 图3.2四、总设计图及元器件清单1. 二级放大电路总设计图（图4.1） 图4.12. 元件清单元件序号型号主要参数数量备注T1S9013 H 331(5 V)1T2S9013 H 331(5 V)1五、PSpice仿真调试1. 设计电路仿真调试1) 仿真调试二级放大电路设计图：2) 静态工作点分析图5.1.1 设计图放大电路静态工作点由以上两图可得知：第一级共集电路：，；第二级射极偏置电路：，；3) 动态分析：信号源为=1.02mV，= 1kHz的正弦信号输入波形：图5.1.2 设计图放大电路输入波形输出波形：图5.1.3 设计图放大电路输出波形由以上两图可得知：设计图放大电路输入= 1mV，输出= 40mV，增益=40，输入电阻；最大不失真输出波形：图5.1.4 设计图放大电路最大不失真输出波形最大不失真输出电压4) 频率响应：图5.1.5 设计图放大电路频率响应由频率响应图可得知：设计图放大电路的下限频率= 52.106Hz，上限频率= 2.6078MHz频带宽度为52 Hz 2.26078 MHz5) 仿真调试中的问题提出综合以上仿真调试结果：第一级共集电路静态工作点：，第二级射极偏置电路静态工作点：，；信号源为= 1.02mV，=1 kHz正弦信号时设计图放大电路输入= 1mV，输出= 40mV，增益=40，输入电阻；最大输出电压；频带宽度为52Hz2.2.6078MHz。首先，两级电路的工作点点太低，容易造成输出信号截止失真，而第二级电路太低；其次，电压增益=40 30 Hz 31 kHz计算：电压增益=70，输入电阻；结论：设计的二级放大电路的电压增益100、输入电阻、最大不失真输出电压1V，频带宽度下限频率过高、上限频率过低，均与仿真值不符，且不满足设计要求电路指标。5) 调整：第二级放大电路调整为，调整为，以提高第二级放大电路工作点，提高增益；调整为，以降低下限频率；调整为，以提高上限频率。七、性能测试与结论1. 实验调试调整后的二级放大电路图图7.1实验调试调整后的二级放大电路图2. 性能测试1) 按实验调试调整后的二级放大电路设计图（图7.1）所示的参数，根据电路试验箱的安装特点，考虑输入、输出端和测试点接线的方便，安装电路；2) 静态性能测试将输入端短路，测量第一、二级电路的静态工作点、或者；第一级0.950 mV= 9.125 V0.0060 mA1.102 mA第二级1.240 mV= 5.296 V0.0136 mA2.702 mA结论：第一、二级电路的工作点合适，三极管T1、T2工作在放大区。3) 动态性能测试在输入端接入（待定），=1kHz的正弦信号，用示波器观察输入、输出波形，调节函数信号发生器旋钮，使= 1mV，输出波形如无失真，记录此时、；1.02mV1mV110mV调节函数信号发生器旋钮，逐渐增大输入信号，测量最大不失真输出波形的幅度；2.25V调节函数信号发生器旋钮，使输入频率由10Hz100kHz变化，测量实验调试调整电路的频带宽度；(Hz)30.73550.664100506.641 k2 k5.0664 k10 k20.075 k31.575 k(V)0.350.440.480.50.50.50.490.480.430.35计算：电压增益=110，输入电阻。4) 性能测试结果：实验调试调整后的二级放大电路性能指标电压增益=110；输入电阻；最大不失真输出电压= 2.25V；频带宽度：30.735 Hz 31.575 kHz。3. 性能测试结论：实验调试调整后的二级放大电路（图7.1）性能技术指标符合设计要求电路技术指标。八、结论与心得1. 总体设计结论1) 设计的二级放大电路采用了共集电路作为第一级电路，射极偏置电路作为第二级放大电路，利用了共集电路的输入电阻大、输出电阻很小，射极偏置电路的工作点稳定、电压增益较大的特点，以及对第二级射极偏置电路达的射极旁路电容的调整、在be端跨接电容调整三极管的Miller效应来调节频带宽度，以满足设计要求的电路技术指标；2) 在模拟仿真调试设计电路中，通过静态与动态分析调试，检查出设计方案中电路的问题与不足，调整仿真参数，符合了设计要求；3) 在实验调试中，通过静态与动态的实验调试，调试出因电路元件的分散性和设计计算的近似性而引起的实际测试与仿真调试不符的矛盾，经过实际操作的电路参数调整，最大限度接近设计要求电路技术指标，得出待测试的电路；4) 根据设计的二级放大电路的性能测试结果，二级放大电路图7.1的性能指标符合设计要求的电路技术指标。2. 心得1) 设计电路的过程要遵循总体分析设计要求、理论分析与实际操作相结合的方案设计、虚拟环境的模拟仿真调试、实验调试故障处理以及参数调整、成品性能测试等几个主要的过程，以达到高效率、高性能的设计过程；2) 多级电路中的耦合电容，特别是射极旁路电容，很大程度上决定了多级放大电路频率响应的下限频率；不同类型的各级电路中因电路接法而受三极管Miller效应影响最大的那一级电路就是影响多级放大电路频率响应的上限频率的主要因数，解决办法就是在该级电路三极管be两端跨接数