多级电压放大器的设计

题目 多级电压放大器的设计 学院 通信与信息工程学院 班级 通信工程0803 学号 0807020315 姓名 日期 2010 07 01 目录目录 一 实验的设计目的及要求一 实验的设计目的及要求 1 课程设计的目的 2 课程设计的任务要求 二 实验原理二 实验原理 1 原理简述 2 原理图 3 元件的参数选择 三 仿真分析三 仿真分析 1 直流工作点分析 2 放大倍数分析 3 交流分析 4 测输入输出电阻 5 极零点分析 6 失真分析 四 实验总结四 实验总结 课题课题 两级阻容耦合放大器的设计与仿真两级阻容耦合放大器的设计与仿真 一 设计目的及要求一 设计目的及要求 1 设计目的设计目的 1 进一步熟悉 EDA 仿真软件的使用方法 2 掌握测试多级放大器的电路参数及性能指标的方法 3 能够较全面地巩固和应用 模拟电子技术 课程中所学的基本理论和基 本方法 并初步掌握电路设计的全过程 设计 仿真 PCB 板制作 调试安装 4 培养独立思考 独立准备资料 独立设计规定功能的模拟电子系统的能 力 5 培养独立设计能力 熟悉 EDA 工具的使用 2 设计任务与要求设计任务与要求 已知条件 1 Vcc 12V 2 输入信号为 Vi 10mV f 1kHz 的正弦波电压 3 晶体管用 2N2222A 技术指标 1 放大器不失真电压 Vo 1V 即放大倍数 Au 1000 2 BW 250Hz 250kHz 3 放大工作点稳定 二 原理简述二 原理简述 为了尽可能保证不失真放大 采用两级放大电路 阻容耦合放大器是多 级放大器中最常见的一种 其电路原理图如图 1 所示 两级之间通过耦合电 容及下级输入电阻连接 故称为阻容耦合 由于电容有隔直作用 使用前 后 级的直流工作点互相不影响 各级放大电路的静态工作点可以单独计算 每一 级放大电路的电压放大倍数为输出电压 Uo与输入电压 Ui之比 其中 第一级的 输出电压 Uo1 即为第二级输入电压 Uo2 所以两级放大电路的电压放大倍数为 AV V V i O2 V V i O1 V V O O 1 2 1AVAV 2 利用 MultiSim 软件绘制如图所示的多级放大器实验电路 C1 10 F C2 10 F C3 10 F C4 10 F C5 10 F R1 50k Key A 90 R2 24k R3 5 1k R6 100k Key A 55 R8 3 0k R4 100 R5 1 8k R7 20k R9 1k Q1 2N2222A Q2 2N2222A 4 5 8 V1 12 V XFG1 XSC1 A B Ext Trig 10 0 1 7 2 9 6 3 图 1 两级阻容耦合放大器的原理图 图中 各元件的名称及标称值如表 1 1 所示 序号元件名称及标号标称值 1 信号源Ui 10mV 1kHz 2基极直流偏置电压 VBB0 2V 3集电极直流偏置电压 VCC12V 4电容C1 C2 C3 C4 C510 F 5R1 0 50k 6R2 24 k 7R3 5 1k 8R4 100 9R5 1 8k 10R6 0 100k 11R7 20k 12R8 0 3k 13R9 1k 14三极管Q1 Q22N2222A 备注 备注 电容值的选择将影响放大器的频率响应 通常所使用的电容值 即 C 100 F和C 10 F 提供了合适的交流特性 在这个电路中 C1 C2 C3实 现了设计中各级之间的直流隔离功能 电容C4 C5在高频时形成短路 有效地 旁路了R5 R9 R3和R4 R8和 R9构成了一个分压器 可以在基极提供必要的 电压来前向偏置晶体管的基极 发射极结 Rc RE RB为交流摆动 电压增益 及晶体管在有源区的稳定性这三者形成理想组合而形成适当的偏置条件 放大器的基本任务是不失真地放大信号 要使放大器能正常工作 必须设 合适的静态工作点Q 在输入信号幅度足够大的情况下 Q点应该选在输出特性 曲线上交流负载线的中点 这样就可获得最大的不失真输出电压 若Q点选得过 高 就会引起饱和失真 若Q点选得过低 就会产生截止失真 三 仿真分析三 仿真分析 1 直流工作点分析直流工作点分析 直流工作点分析用于确定电路的直流工作点 对于直流分析 假设交流源为 零且电路处于稳态 也就是假设电容开路 电感短路 在 multisim 仿真软件中选择 simulate Analysi DC Operating Point 设置分析类型为直流分析 可得放大器的静态工作点如图 2 所示 由以上分析可得静态工作点为 静态工作点IB1Ic1UBE1IB2IC2UBE2 数据 18 63mA1 68mA0 156V11 3uA2 37mA2 5V 2 2 放大倍数分析放大倍数分析 将电路第一级输出接仿真示波器 双击示波器得下图 由图得第一级电压幅值放大倍数为 Au1 11 27 将电路第一级输出接仿真示波器 双击示波器得下图 得第二级电压幅值放大倍数为 Au2 110 29 所以放大电路的总体放大倍数为一级和二级放大倍数的乘积 Af Au1 Au2 1242 92 3 3 交流分析 交流分析 1 打开分析菜单中的 AC frequency 项对实验电路进行交流分析 从幅频特性上测出通频带 BW 2 幅频特性 1 2 3 3 相频特性 结合交流分析可得 F L Hzf H Hz通频带 数据 162 119Hz1 31MHz1 100kHz 4 4 测输入输出电阻测输入输出电阻 放大器的输入电阻就是从输入端向放大器看进去的等效交流电阻 其大小等于输入电 阻和输入电流的比值 放大器在没有输入信号作用时从输出端向放大器看进去的等效交流电阻 它的大小表 明放大器带负载的能力 仿真结果如图所示 由图得输入电阻为 Ri 1 325mV 2 484 A 533 41 5 5 极零点分析极零点分析 互阻抗 输入阻抗 输出阻抗 增益分析 放大器的电压增益值可以轻松地通过 Multisim 中的仿真得以测量 如下图所示 6 6 失真分析失真分析 在满足了频带宽度和输出幅值的前提下 测试输出信号的失真系数如图 由图可知输出信号的失真系数为 4 6 输出电压的幅值如图 图 由图可得输出信号的幅值为 1 8 1 8V 没有失真 在调试中曾发现 虽已将输出端的静态电压调至零 但输出电压幅值在没有达到要求 时就已失真 经计算和调试 得知影响输出最大电压幅值的有三个因素 一 所加电源的 大小 二 选择管子的功率大小 三 和偏置电阻和整流二极管有关 四 总结和结论四 总结和结论 在本设计过程中 Multisim 帮助我进行了直观的仿真以及快速的测量 对于检查那些需要进行反复设计的计算值来说 Multisim 是一个极其宝贵的 工具 而且它能够在使用真正的元件进行电路原型设计之前给予我极大的信 心 这一学期来 已经做过几次技能实训了 经常去做实验 我都是比较后 面才完成的 因为每次去不管我懂不懂 同学们经常会叫我帮忙 其实很多 碰到的问题我是真的不懂 同学们每问我一个问题 我就多增加一点知