EDA期末论文二级放大电路的设计及实现

1、EDA基础论文二级放大电路的设计及实现姓名： 学号专业：电子信息工程 6/29/2014【摘要】共射电路是放大电路中应用最广泛的三极管接法，信号由三极管基极和发射极输入，从集电极和发射极输出。因为发射极为共同接地端，故命名共射极放大电路。在放大器的三种组态中，共射放大电路的功率效益最大，但是带宽最窄。信号由三极管基极和射级输入，从集电极和发射极输出。在共集电极放大电路中，输入信号是由三极管的基极与集电极两端输入的（在原图里看第一个图），再在交流通路里看，输出信号由三极管的集电极与发射极两端获得。因为对交流信号而言，（即交流通路里）集电极是共同接地端，所以称为共集电极放大电路。Multisim是

2、美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 我设计的电路是共集电极电路来作为此二级放大电路的第一级，是电压跟随器，增益接近1.第二级使用的是共射级电路进行放大。【关键字】Multisim12,，2N2222三极管，电压增益，共集电极电路，共射级电路1放大电路的技术指标1.1，放大倍数放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标. 它定义为输出变量的赋值与输入变量的赋值之比,有时也称之为增益. 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

3、项指标的放大倍数,比如电压或电流的放大倍数.由于输出和输入信号都有电压和电流量,所以存在以下四种比值:电压放大倍数用Auu表示,定义为Auu=Uo/Ui, 或简化为 Au=Uo/Ui电流放大倍数用Aii表示,定义为Aii=Io/Ii, 或简化为 Ai=Io/Ii电压对电流的放大倍数用Aui表示,定义为Aui=Uo/Ii电流对电压的放大倍数用Aiu表示,定义为Aiu=Io/Ui1.2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化成电信号提供给放大电路的.还有其他经过温度,压力等传感器变换后产生的各种各样的电信号源. 放大电路与信号源相连,就要从信号源取电

4、流. 取电流的大小表明了放大电路对信号源影响程度,所以我们定义一个指标,来衡量放大电路对信号源的影响,叫做输入电阻.当信号频率不是很高时,输入电流Ii与输入电压Ui基本同相,因此通常用输入电阻来表示.它定义为 Ri=Ui/Ii1.3输出电阻放大电路将信号放大后,总要送到某装置去发挥作用. 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, 它两端的电压将下降, 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, 通称为输出电阻,记作Ro.通常测定输出电阻的办法是在输入端加正弦波实验信号,测出负载开路时的输出电压Uo, 再测出接入负载RL时的

5、输出电压Uo. 则有公式: Ro=(Uo/Uo -1)*RL输出电阻越大,表明接入负载后,输出电压的赋值下降越多.因此,Ro反映了放大电路带负载能力的大小.1.4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.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Aum)的0.7倍时,这个频率称为上限截止频率,记作fH. 同样, 使放大倍数下降为Aum的0.7倍时的低频信号

6、频率称为下限截止频率,记作fL. 我们将fH和fL之间形成的频带称为通频带,记作fbw,即fbw=fH-fL通频带越宽,表明放大电路对信号频率的适应能力越强.1.5 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Uom(或Iom)表示.一般指有效值,也有以峰至峰值表示的,二者差2*根号2倍.2.电路工作原理2.1共集电极电路工作原理把输入信号由晶体管的基极输入，而把负载电阻接在发射极上。特点：电压增益（放大倍数）共集电极放大电路小于1但近似等于1，输出电压与输入电压同相位，输入电阻高、输出电阻低。虽然共集电极放大电路

7、的电压增益小于1，但是它的输入电阻高，当信号源（或前极）提供给放大电路同样大小的信号电压时，由于具有较高的输入电阻，使所需提供的电流减小，从而减轻了信号源的负载。2.2共射级电路工作原理上图所示，共射极放大电路所要放大的是交流小信号Vi，Vi通过耦合电容C1以电压的形式加到三极管的BE之间，以电流的形式通过BE。电子（负电荷）的传递方向为EB。Vcc和Rb用来提供BE接面适当的正向偏压以及可使三极管进入线性工作区的电流。这个部分称为输入回路。Vcc和Rc用来提供BC接面适当的反向偏压。电子（负电荷）的传递方向为BC。集电极收集大量电子（负电荷），少数空穴（正电荷）漂移到基极与基极的空穴一起复合

8、掉一部分E向C的电子（负电荷）。被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给。由于E的电子浓度大于B，电位小于B，电源Eb在补充空穴的同时带来了从EBC的大量电子。三极管完成放大电流作用。放大了的信号电流通过Rc在C极上产生压降。这个压降就是输出端信号电压，是交流，可以通过电容C2耦合出去。Vcc,Rc和三极管CE极构成输出回路。RL是负载电阻。3.电路设计与仿真3.1 安装电路的设计指标所提要求构思电路形式，确定实验方案根据实验要求，符合输出电阻较大这一特点，而且一般用于多级放大电路输入级的电路，显然应该选择共集电极电路来作为此二级放大电路的第一级。又因为要求电压增益不大，最好小于10倍，而第一

9、级共集电极电路是电压跟随器，其电压增益不过接近1而已，于是输人电压被放大的任务就落在第二级电路上，第二级就选用共射级电路来进行放大作用。3.2选用电路元件参数（1），由于第一级电路为电压跟随器，所以Q1的值无需太大，大了反而会造成严重的失真。因此选用1=100的三极管。第二级射极偏置电路要使其电压增益小于10，所以选用2=100的三极管。三极管2N2222的参数：(2)在确定了三极管的参数之后先开始设计第二级电路。9第二级电路的任务是把电压放大。（3）然后是第一级电路设计，这一级只要保证Q1正常工作即可，所以取R5=2K，为了使输入电阻较大，R2的取值要稍微大一些。可以选取R2=200K。（4

10、）最后的电容的参数设定。因为C2,C3,C4对频率响应的影响不大，可凭经验C2=10u,C3=10u,C4=47u.CE2对频率响应的高频和低频产生影响。选定CE2=47u.3.3电路原理图 3.4实验的安装和调试：3.4.1检测元件：用万用电表判断三极管的好坏，并用晶体管特性图示仪测量三极管的各种参数3.4.2连接电路：按照仿真分析出来的电路图连接电路。连接时应注意确认各电子元件和导线确实连接正确和牢固，在试验箱上插导线时应注意要插入有一定深度，以防虚接。连接后以后可用万能表测试看是否接好。某些电子元件的值（电容，电阻）不能直接找到，此时可以用串，并联的方式来解决。连接电源时要注意正负极性，

11、输出端接示波器时也要注意极性。3.4.3调试首先将输入端短路，测量静态工作点看各点电位是否与仿真接近。如果不是，判断三极管所处的工作状态。如不处在放大区，则调整元件参数。然后开始调整静态工作点，调好后，在输入端接入5mv 1kH的正弦信号，用示波器观察输出波形（注意示波器，信号源，电压表必须共地）。发现没有失真，逐渐加大信号，用电压表测量输出电压，测量不失真最大输出幅度。3.5仿真过程 输出波形： 图一： 由图可知输出波形峰峰值为740mv,输入电压为10mv,而且波形也未失真。电压增益为： Av=740/10=74第一级的输出波形：图2：输出的电压约为10mv,满足放大倍数近似为1。4.实物

12、照片图3：图4：5心得体会：在这个实验中很关键的一点就是在看动态之前不要忽略静态工作点的测量。在做完整个实验时我已基本掌握了电路的焊接，调试，对在调试中出现的问题进行解决，在才开始检查方案时，我所设计的电路放大了100倍，但是其中所用的元器件太多，老师说这样的电路不利于做实验，特别容易出现问题，难以完成实验，在我后期的修改之后形成了现在电路的初步模型，但是放大倍数达到1000倍，只有在输入电压小于1mv是输出的波形才不会失真，但是考虑到学校的信号源无法输出那么小的电压，最小能输出50mv,我对电路进行了新的调试与修改，最终确定了这个放大倍数小的电路。在本此实验中，我学校到了很多，在仿真软件上面做出实验结果十分容易，但在实际操作中会遇到各种各样的问题，我们必须沉着冷静的去处理这些问题，在焊电路时，容易出现虚焊，电路连