多级放大电路的设计报告

电工电子技术课程设计报告 题目： 多级放大电路的设计 二级学院 机械工程学院年级专业 14 动力本学 号 1401250029学生姓名 周 俊指导教师 张云莉教师职称 讲 师 报告时间：2015.12.28 目 录 第一章基本要求和放电电路的性能指标 . 1 第二章概述和任务分析 . 5 第三章电路原理图和电路参数 . 6 第四章主要的计算过程 . 9 第五章电路调试运算结果 . 11 第六章总结 . 12 制作调试步骤及结果 . 12 收获和体会 . 13 第七章误差和分析 . 14 第八章参考文献 . 15 第一章基本要求和放电电路的性能指标1. 基本要求：用给定的三极管2SC1815(NPN)，2SA1015(PNP)设计多级放大器，已知VCC=+12V, -VEE=-12V，要求设计差分放大器恒流源的射极电流IEQ3=11.5mA，第二级放大射极电流IEQ4=23mA；差分放大器的单端输入单端输出不是真电压增益至少大于10倍，主放大器的不失真电压增益不小于100倍；双端输入电阻大于10k，输出电阻小于10，并保证输入级和输出级的直流点位为零。设计并仿真实现。 2. 放电电路的性能指标：第一种是对应于一个幅值已定、频率已定的信号输入时的性能，这是放大电路的基本性能。第二种是对于幅值不变而频率改变的信号输出时的性能。第三种是对应于频率不变而幅值改变的信号输入时的性能。1.1第一种类型的指标：1.放大倍数放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标。它定义为输出变化量的幅值与输入变化量的幅值之比，有时也称为增益。虽然放大电路能实现功率的放大，然而在很多场合，人们常常只关心某一单项指标的放大的倍数，比如电压或者电流的放大倍数。由于输出和输入信号都有电压和电流量，所以存在以下四中比值： （1-1） 1.（1-2） （1-3） （1-4）式中的、都是正弦信号的有效值。需要注意的是，若输出波形出现明显失真，则此值就失去意义了，因此在输出端要有监视失真的措施（如用示波器观察波形）。其他指标也是如此。 2.输入电阻作为一个放大电路，一定要有信号源来提供输入信号。例如扩大机就是利用话筒将声音转成电信号提供放大电路的。放大电路与信号源相连，就要从信号源取电流。取电流的大小表明了放大电路对信号源的影响程度，所以我们定义一个指标，来衡量放大电路对信号源的影响，叫做输入阻抗。当信号频率不是很高时，输入电流与输入电压基本同相，因此通常用输入电阻来表示。它定义为： （1-5）从图1-1中可见，就是向放大电路输入端看进去的等效电阻。越大，表明它从信号源取的电流越小，放大电路输入端所得到的电压越接近信号电压。因此作为测量仪表用的放大电路其要大。但是对于晶体管来说，大则取电流小，讲减低放大倍数。所以在需要放大倍数大而为固定值的情况 2. 下，晶体管放大电路的又以小一些为好。3.输出电阻放大电路讲信号放大后，总要送到某装置区发挥作用。这个装置我们通常称为负载。比如扬声器就是扩大机的负载。当我们在原来的扬声器两端再并联一个扬声器时，它两端的电压讲要下降，这种现象说明向放大电路的输出端看进去有一个等效内阻，通常称为输出电阻，记为，如图1-1所示。 图1-1求输出电阻的等效电路通常测定输出电阻的办法是输入端加正弦波实验信号，测出负载开路时的输出电压，再测出接入负载时的输出电压。则读者可自行证明 （1-6）输出电阻越大，表明接入负载后，输出电压的幅值下降越多。因此反映了放大电路带负载能力的大小。1.2 第二种类型的指标：4.通频带当只改变输入信号的频率时，发现放大电路的放大倍数是随之变化的，输出波形的相位也发生变化。这就需要有一定的指标来反映放大电路对于不同频率的信号的适应能力。一般情况下，放大电路只适用于放大一个特定频率范围的信号，当信号频率太高或太低时，放大倍数都有大幅度的下降，如图1-2所示。 3. 图1-2 放大电路的频率指标当信号频率升高而使放大倍数下降为中频时放大倍数（记作）的0.7倍时，这个频率称为上限截止频率，记作。同样，使放大倍数下降为的0.7倍时的低频信号频率称为下线截止频率，记作。我们将和之间形成的频带称为通频带，记作，即 （1-7）通频带越宽，表明放大电路对信号频率的适应能力越强。对于收录机、扩大机来说，通频带宽意味着可以将原乐曲中丰富的高、低音都能完美的播放出来。然而有些情况下则希望频带窄，如带通滤波电路等。1.3 第三种类型的指标：5.最大输出幅值最大输出幅值指的是当输入信号再增大就会使输出波形的非线性失真系数超过额定数值（比如10%）时的输出幅值。我们以（或）表示。一般指有效值，也有以封至峰值表示的，二者差倍。6 最大输出功率与效率最大输出幅值是输出不失真时的单项（电压和电流）指标。此外还应该有一个综合性的指标即最大输出功率。它是输出信号基本不失真的情况下输出的最大功率，记作。前面我们说过，输入信号的功率都是很小的，经过放大电路，得到了较大的功率输出。这些多出来的能量石由电源提供的，放大电路只不过是实现 4.了有控制的能量转换。既然是能量的转换，就存在转换效率的问题。也就是说，不能只看输出功率的大小，还应该看能量的利用率如何。效率定义为 （1-8）式中为直流电源消耗的功率。7.非线性失真系数 由于晶体管等器件都具有非线性的特性，所以当输出幅度大了之后，有时需要讨论它的失真问题。我们在这里定义的非线性失真系数，是指放大电路在某一频率的正弦波输入信号下，输出波形的谐波成分总量和基波成分之比。用表示基波和各种谐波的幅值，则失真系数D定义为： （1-9）以上三类指标是以输入信号的幅值的频率来划分的。一般来说，第一类指标多适用于输入为低频小信号时的情况；第二类指标多适用于输入信号幅值小但频率变化范围宽的情况；第三类指标则多适用于低频但输出幅值较大的情况。 第二章概述和任务分析 多级放大电路的概述：在我们日常生活和科学研究等工作中，常常会遇到放大电路。这些放大电路的形式不通，性能指标也不同，使用的元器件也不相同，但它们都是用来进行信号的放大，其基本工作原理都是一样的。在这些放大电路中，管放大电路时构成各种复杂电路的基本单元。本文以几个简单的放大电路为例，介绍放大电路的组成原理、工作原理、性能指标及计算方法。由于单级放大电路的放大倍数有限，不能满足实际的需要，因此实 5. 用的放大电路都是由多级组成的。如图。通常可分为两大部分，即电压放大(小信号放大)和功率放大(大信号放大)，前置级一般跟据信号源是电压源还是电流源来选定，它与中间级主要的作用是放大信号电压。中间级一般都用共发射极电路或组合电路组成。末级要求有一定的输出功率供给负载RL，称为功率放大器，一般由共集电极电路，或互补推挽电路，有时也用变压器耦合放大电路。多级放大电路的放大倍数： 第三章. 电路原理图和电路参数 电路原理图 电路参数的选择和计算 1.参数的选择： 6. 电容全部选用10f，电阻在下列值范围波动：Rs=5.1 K,Rb12=33 K， R1=0100 K,Rb11=24,Rc1=5.1 K,Re12=01 K,Re11=1.8 K,Rb22=47 K,Re22=0330 ,R2=025 K,Re21=1 K,Rb2=20 K,Rc2=3 K,Rb3=0680 K,Re3=2.2 K,RL=3 K,Vcc=12V,由Auf=(Re11+Re12+Rf)/Rf20知，Rf20, Rif=50.2K10K, 符合技术指标。此时测得4。收获和体会：在此电路中利用了差动放大电路，利用PNP管放大级实现主放大电路，利用互补对称输出电路。可以有效地抑制零点漂移，消除交越失真的影响，设计的多级放大电路，得到放大倍数为1058倍，符合设计要求。通过这次的仿真，使我对多级放大电路有了深刻地理解，对于差分放大电路有了更深的了解，学习到抑制零点漂移、消除消除交越失真的方法。丰富了自己的知识。 13. 第七章. 误差和分析 第一级和第二级分析：测得Au与计算相比均偏小，而测得Ri、Ro与计算相比均偏大，可能电阻调节不当导致，应将电阻适当调小，另外电压选取也对Au由很大影响。第三级分析：测得Au与计算相比接近，而测得Ri、Ro与计算相比均偏小，尤其Ri,可能是电阻误差太大，电压选取影响也存在。总开环分析：测得Au与计算相比偏小，而测得Ri与计算相比偏大，Ro偏小。可能是各级调节好后留下的微小误差的逐级放大导致，因此，有必要在此基础上再作适当调整，以期接近理论计算，减小误差。总闭环分析：测得Auf与计算相比很吻合，而测得Ri与计算相比偏小，Ro偏大。可能是反馈带来的的不当，加上开环时已存在的问题导致。但总体上，此实验所测得数据与技术指标相比还是比较吻合，达到所要求范围，因此，此实验可以得到验收。 14. 第八章. 参考文献 1 李朝青单片机原理及接口技术M.3版.北京：北京航空航天大学出版社，