多级放大电路设计与调试实验报告

1、11多级放大电路设计与调试实验报告一，实验目的：1 自行设计，安装，调试一个放大电路，满足规定实验要求2 对实验电路的设计，调试过程进行分析，用实验验证模拟电路分析所采用的近似方法的可行性及同实际电路特性相比的差异性。3 学会在对电路进行检测后，对对应的问题和不足进行对应调节，有针对性对元件进行调整的方法。二，实验设备： 直流稳压电源，函数信号发生器，交流毫伏表，万用电表，双踪示波器，BJT三极管，电容器，电阻，导线若干。三，实验原理： 由小功率BJT组成的电压放大电路可以对交流小信号起到线性放大作用，但是由于BJT的技术特性所限，其构成电路只能在一定范围信号电压，一定信号频带宽度，一定范围环

2、境温度内达到线性放大的目的，超出限度，便可能出现信号失真，噪声增大，甚至烧毁电路的结果，因此对电路的设计要根据具体工作要求，选取符合要求的电路组态，元件参数进行设计。 此次实验所规定的所要满足的技术参数如下： 电源电压VCC=12V； 电压增益音视颇简称=40dB； 输入电阻Ri(20k； 最大输出电压VOM （有效值）1V； 频带宽度30Hz30KHz; 负载电阻RL=2k; 信号源内阻RS=1k; 使用环境温度：-10+60鉴于电路的上述工作要求，在对电路组态以及元件选取的时候有如下考虑：1， 由于电路电压增益要达到40DB，也就是要电压放大100倍，因此要选用一种高增益的电路组态，由BJ

3、T放大电路三种组态知，其中共发射极放大电路增益大，因此可选用其做为放大电路的一部分。2， 对电路输入电阻的要求为Ri20k,而共射极放大电路的输入电阻一般较小，很难满足此种要求，考虑加入另一级电路以提高输入电阻，而射极输出电路具有高输入阻抗的特点，因此选用共集电极射极输出电路做为放大电路的输入级。3， 由电路设计要求放大信号的频带宽度为30Hz30Khz,而放大电路中对交流信号频率响应起主要作用的是电路中的偶合电容，旁路电容，以及三极管的极间电容，因此要设法调节这些电容的大小，以满足频带宽度的要求。4， 对电路温度范围的考虑，由于试验要求电路要在1060摄氏度的温度范围内能正常工作，又由于三极

4、管特性会随温度变化产生变化，因此电路中要有对温度进行补偿的设置，故选用分压式反馈电路减小温度对放大电路的影响。 通过上述考虑，所选电路为二级放大电路，初级射极输出电路高阻抗，次级共射极放大电路高增益，二级之间通过阻容耦合，并使用分压式偏置电路使电路温度特性稳定。.四，分析调试过程： （一），电路理论分析以及模拟仿真阶段 根据实验原理的分析，实验所采用的电路为初级射极输出器，次级共射极放大器的二级放大电路，采用阻容耦合，电路图如下：（元件参数确定在后面解释）1，首先对初级电路元件进行确定。 要使初级电路中Q1的静态工作点满足，使其Ic大致在1.5mA左右，则又由所用晶体管约为160，则由IcIb

5、， ,则有,由集电极电流Ic约为15 mA，则可得的数量级为级，因此选取Rb1为1M欧，Re1为射极电阻，用PSpice模拟，在Re1=2k的时候，Ic1.522mA,满足三极管工作要求。2，第二级电路设计有如下分析： 由于第一级放大电路增益接近1，故第二级电路的增益要达到略大于100才能满足增益40DB，由所采用的三极管约为160， 增益Av=100=（Rc|RL）/Rbe 取Rc3k，知RL2k，则R3k|2k1.2kRbe=200+(1+)Vt/Ie ,Vt=26mv可得Ie约为2.5mA，Rbe约为1.8k欧姆 （1）由以上几式得，要满足增益为100，Ie约为2.5mA左右，则有基极电

6、流在20uA附近，根据实验板上元件规格则大致选取Rb2200k，Rb3160k，Rc3k，Re21k，连接电路，进行Pspice仿真，得到如下页所示的静态工作点数据：下图中为在Pspice软件中模拟的静态工作点：由图像可知，基本满足了静态工作点的问题，下面考虑增益的问题：对上面电路图进行仿真分析，得到下面的分析图像则知按增益计算的当Ie约为2.5mA时增益满足实验设计的要求，但是从图上可以看出，电路的通频带还不能满足实验要求。下面对电路的频带宽度进行分析：首先看电路的下限频率的确定问题，由实验要求知电路要在频率为30Hz时为其转折频率，并且由于下限频率主要同二级的旁路电容Ce有直接关系，现在先

7、大致判断Ce的大小。由第二级电路分析中知Rbe约为1.8k1k 1.8k 2k 低频转折频率选择旁路电容Ce500uf，Cb120uf，则C120500/(16020+500)=3uf则 则由,故取下限频率20Hz，在实验时，可适当减少Ce值使得满足下限频率为30Hz的要求下面对电路的高频转折频率进行分析，确定电路中电容的大致大小：由 估算 RbeRbe2001.6k gmIe/Vt2.5mA/26mv=100ms Cm（1Av）Cbc100Cbc CCbeCm100CbcCbe 根据参数表查得 300MHz， Cbe由需要在b ，c极间加入相比较大电容，则Cbe的大小对C的影响很小 R=(R

8、sRbb)|Rbe（1k200）|1.6k700 上限频率f=1/2RC30k 由以上得Cbc为nf数量级，故可在b，c极间并入电容以使得上限转折频率满足30kHz要求再对输入电阻进行分析，输入电阻RiRb1|(Rbe+(1+)RL)由第二级电路输入电阻RiRb|Rbe=RL Rbe由分析知为1.8k,又知Rb阻值很大，则Ri1.8k,又160，Rb1为1M， 可知 RiRb1|(Rbe+(1+)RL)数量级在100k，满足输入电阻大于20k的要求。 通过以上分析，确定电路图如下所示：下面对此电路进行频率响应分析，温度响应分析，最大不失真幅值分析，应用Pspice分析所得图像如下面一组图像所示

9、：（1），静态工作点：（2），电路的交流信号增益：（3），电路的最大不失真幅值：（4），对温度每隔10摄氏度扫描所得温度响应图像如下：由以上四组图像可知，所用电路利用Pspice仿真满足了电路设计的要求，其增益满足在通频带内为40db，转折频率为低频30Hz,高频上限转折频率为30kHz最大不失真幅值峰峰值达到了3.7V,也满足了最大不失真输出值有效值为1V的要求，同时电路对温度的响应从图像可以看出随温度变化，其输出波形没有明显的变化，可见在10到60的温度范围内，电路能正常的起放大作用，满足了电路设计中对工作温度的要求。第一阶段对电路组态和元件参数选取，以及利用pspice仿真的过程已经结束

10、，下一步进入实际电路的安装调试阶段。输入电阻？（二）实际电路安装调试阶段 由于实验电板上最大电容为两个220uf的电解电容，所以无法满足Ce500uf的仿真要求，实际电路采用Ce440uf，实际组装采用的电路图如下：实际实验所测得参数如下：第一级电压跟随电路Vce8.5V, Vbe0.7V，满足静态工作点的要求，第二级电路 Vce6.0V, Vc=8.5V, Vb=2.1V,满足静态工作点的要求。在加上交流小信号之后，测定所得数据如下：在f10kHz时 （电压读数全部采用峰峰值） Vin20mv，Vout2V Vin40mv，Vout4V。在测定最大不失真值时，调节到数值如下： Vin43mv

11、，Vout4.21V在f30kHz时 Vin17.5mv,Vout=1.48V,增益为84.6倍，当频率调至40kHz时，增益才满足要求，故Cbc1.5nf不满足要求，由Cbc越大，上限转折频率越小，故增大其值至2nf，则30kHz时输出电压为1.3v，增益为74倍，基本满足实验要求，故实际调节Cbc至2nf，满足上限转折频率要求。调节频率至30hz，输出幅值变为在f10kHz时的四分之三多，定性知道满足下限转折频率的要求。 在测定电路输入电阻，测得加入Rs10k， Vi23mv ，Vs27mv 则Ri=23/(27-23)=57.5k满足实验输入电阻大于20k的要求（三），模拟同实际的比较首

12、先静态工作点有一定差异，模拟过程中的满足增益100倍时第二级静态工作点Vce3.8V，满足最大幅值有效值1v不失真要求，最大输出峰峰值3.7V，实际组装测量电路Vce6V，最大不失真峰峰值4.21V，还有模拟同实际的频带宽度不同，实际的所加的Cbc极间电容要比模拟的大才满足频带宽度的限制。推断其可能有如下原因：1,主要原因是三极管的实际特性同pspice元件库中的参数有差异，不同三极管的特性也有明显不同和好坏之分，因此在模拟同实际得参数实验中会存在明显差异2,电路中电阻值同标称值有一定的差异，导致实际静态工作点同模拟的静态工作点有差异，使得最大输出幅值也有差异。3，实际三极管极间电容同模拟元件库中有差异，因此再在极间并上电容Cbc时实际总的电容值不同，导致实际同模拟频带宽度不同。（四），实验心得体会1,在电路的设计和调试过程中，所需要的知识完全覆盖了所有学过的三极管放大电路的知识，以及三极管