多极低频阻容耦合放大器

1、安康电子技术课程设计报告书课题名称:多极低频阻容耦合放大器名:t=r.号: 系: 业:指导教师: 时 间:课程设计项目成绩评定表设计项目成绩评定表电子与信息工程系 2012年6月一、设计任务及要求:1、设计任务:1、设计多级阻容耦合放大电路2、要求:1、输入正弦信号有效值Ui=10mV,信号源内阻为50 Q，工作频率f=30Hz 30KHZ;2、输出电压有效值 Uo 1V3、输出电阻Ro20KQ;5、温度变化时，开环？Au/ Au =10% ;闭环?Auf/ Auf 1%指导教师签名:二、指导教师评语:指导教师签名:三、成绩评定:指导教师签名:四、系部意见:系部盖章:课程设计报告书目录电子与信

2、息工程系2012年6月、设计目的二、设计思路2.1选择反馈方式2.2选择级数.2.3确定电路.三、设计过程3.1功能放大模块.3.2反馈环节3.3滤波模块多级放大电路的设计扌目录3.4.4.1估算电压放大倍数并确定电路的形式4.2三极管的选择4.3输入级的计算4.4输出级的计算4.5第二级的计算4.6第三级的计算4.7各级电压放大倍数的确定 调试与结果5.1分析电路.5.2核算技术指标5.3仿真波形图.主要元器件与设备课程设计体会与建议7.1设计体会7.2设计建议参考文献578991.01010121212131313多级低频阻容耦合放大器1、熟悉集成电路的引脚安排。2、掌握芯片的逻辑功能及使

3、用方法。3、了解面包板结构及其接线方法。4、了解数字抢答器的组成及工作原理。5、熟悉多级低频阻容耦合放大器的设计与制作。图1设计方框图图中X表示电压或电流信号；箭头表示信号传输的方向；符号O表示输入求和,+、-表示输入信号 兀与反馈信号是相减关系（负反馈），即放大电路的净输 入信号为基本放大电路的增益（开环增益）为反馈系数为负反馈放大电路的增益（闭环增益）为2.1选择反馈方式根据负载的要求及信号情况来选择反馈方式. 在负载变化的情况下.要求放 大电路以稳压输出用电压负反馈：在负载变化的情况下，要求放大电路恒流输出 时，就要采用电流负反馈。至于输入端采用串联还是并联方式， 主要根据对放大 电路输

4、出电阻而定。当要求放大电路具有高的输入电阻是，宜采用串联反馈：当 要求放大电路具有底的输入电阻是，宜采用并联反馈。如仅仅为了提高输入电阻， 降低输出电阻时，宜采用射极输出器。反馈深度主要根据放大电路的用途及指标要求而定。放大管的选择:如果放大电路的极数多，而输入信号很弱（微伏级），必须考虑输入几件放 大管的噪音所产生的影响，为此前置放大级应选用底噪声的管子。 当要求放大电 路的频带很宽时，应选用截止频率较高的管子。从集电级损耗的角度出发，由于 前几级放大的输入较小，可选用Pcm小的管子，其静态工作点要选得底一些（I E小），这样可减小噪声；但对输出级而言，因其输出电压和输出电流都较大，故Pcm

5、大的管子。2.2选择级数放大电路级数可根据无反馈时的放大倍数而定，而此放大倍数又要根据所要 求的闭环放大倍数和反馈深度而定，因此设计时首先要根据技术指标确定出它的 闭环放大倍数Af及反馈深度1+AF,然后确定所需的Af。确定了 A的数值，放大电路的级数大致可用下列原则来确定： 几十至几百倍左右 采用一级或两级，几百至千倍采用两级或三级，几千倍以上采用三级或四级（射 极输出极不计，因其A约等于零一般情况下很少采用四级以上， 因为这将给施加 反馈后的补偿工作带来很大的困难， 但反馈只加在两级之间也是可以的。 一般情 况下很少采用四级以上，因为这将给施加反馈后的补偿工作带来很大的困难， 但 反馈只加

6、在两级之间也是可以的。2.3确定电路（1）输入级。输入级采用什么电路主要取决于信号源的特点。如果信号源不允许取较大的电流。则输入级应具高的输入电阻，那么以采用射级输出器为宜。如要 求有特别高的输入电阻（ri 4M?），可采用场效应管，并采用自举电路或多级串 联负反馈放大电路，如信号源要求放大电路具有底的输入电阻， 则可采用电压并 联反馈放大电路。如果无特殊要求，可选择共射放大电路。输入级的放大管的静态工作点一般取I E 1mA UCE= （12） V。（2）中间级。中间级主要是积累电压级电流放大倍数， 多采用共射放大P电路, 而且采用大的管子。其静态工作点一般为I E = （13） mA, U

7、cE= （15） V。（3）输出级。输出级采用什么样的电路主要决定于负载的要求。如负载电阻较大（几千欧左右），而且主要是输出电压，则可采用共射电路；反之，如负载为 低阻，且在较大范围内变化时，则采用射级输出器。如果负载需要进 行阻抗匹配，可用变压器输出。因输出级的输出电流都较大，其静态工作点的选择要比中间级高，具体数值 要视输出电压和输出电流的大小而定。三、设计过程3.1功能放大模块采用三个NPN型三级管放大3.2反馈环节(1) 、在第一级与第三级之间采用电压串联负反馈(2) 、在Rfi和Rf2不加旁路电容以便引入局部负定度确定反馈深度，1 AFAuo/AuoAuf / Auf反馈以稳定每一级

8、的放大倍1+AF=f，从放大性能稳ri(3) 、第一级采用局部电流负反馈，所需反馈深度为:20电子与信息工程系2012年6月估算A值根据指标的要求，计算电路闭环放大倍数:(4) 、放大管的选择：因设计中前两级放大对管子无特别要求，统一采用了3DG100(要求中需用3DG100但仿真软件中没有此参数三极管，故选用1711)3.3滤波模块本实验没有采用特殊的滤波模块，输入端到第一级只采用了一个10uf的电容以实现阻直流通交流滤波，第一级与第二级同样采用一个电容来滤波，即主要通 过电容来达到滤波的效果。四多级放大电路的设计4.1估算电压放大倍数并确定电路的形式根据指标要求，放大电路的闭环电压增益应为

9、AufU0 1VUi 10mV 100由此可求得开环电压增益应为AuAuf*|1AuF |100*101000因输出级采用射级输出器，其放大倍数近似为 1,故需采用两级共射级 放大电路才能达到放大倍数为1000,又因输入级为了满足输入电阻以及 电路稳定性的要求，放大倍数也为 1，故放大电路共为四级，前三级为 共发射极电路，输出级为射级输出器。第一级和第四级之间采用电压串联负反馈，参考电路图如下VCC臥LO.kRft-久:LRU綁TfII.UO - r4 -门 Lob图1电路总设计图lR11IWttcsilWiiF4.2三极管的选择选择2N2923三极管4.3输入级的计算HE :VttI liz

10、vs?ti?973 HC5Thr 01: lOur /阳 Hffli： !CH2 V1如图2所示,36+rbo3 k339 r3 -WH4518VIQA I V a dB5et .03R16120 kllTJ.04 :f.1HQ加-wmR9U* looiir n L - p - I 1Lki&:W他n :UB1 4.518 Ubeq1 0.7VUbeq1 4.518 0.73.818V3.818VI EQ11.3mAR13k26mV26rbe1(1 1)*37*7400.74k1 EQ11.3rbe1rbb1rbe10.3k0.74k1.04kRo1R13 Ri27k /3.7k2.4kRiR

11、2/R3/rbe1 (1)R160k /70k /1.04kRi20k满足要求U EQ1UeqiUb137*3 k 25k4.4输出级的计算-12VVCCL? 1 - rt :rk_(: C5J卜01 ir)iiF-I Irm 2*：krE130+ i_J- niVIlOhhVrma I kHzft4 JJkO3bii： ：4=mh)iODiiF见图3,4=36Ub4U BEQ4U EQ49.522V0.7VU B4U BEQ4 9.5220.78.822V1 EQ4U EQ 4Rrbe48.822V70k(13)26mV1 EQ40.126mA37* 10.12676357.635krbe4

12、F0bbrbe40.3k(Rl0 / /尺4)rbe47.635k7.935kKooR41AuF46/R12 70k /12037 7-935k /70k4.66kR0/R14/rbe4 (14)270k/120k/7.935k(37*70 k )23kRo4 Ro 4.66k* R0010输出电阻有点问题4.5第二级的计算vx1 12VJl-(J1 10IIFJ 6. k - r6 aItxutei:-XftSet.2c,.-叫 o fllol fl MJ - R I - lT -1- Q .MW I DC F ILSrr :ZM2S)2JIS16IL I p- f t _ F R 7 _

13、-鼬-孚一 L-236UB2=2.18VUbeq2 =0.7VU eQ2 =U b2 -U BEQ2 =2.18-0.7=1.48V. U eq2 1.48VI EQ2 =Ri7750=2mArbe2(1rbe2R22)严I EQ2rbe20.3k37*26 48120.48krbb2R4/R18/rbe2 (139k /4.7k /(0.78k0.48k0.78k2)R737*0.75 k ) 3.7k4.6第三级的计算Vff=7= 12V-FU:L昭：LMtei 】21SVLrb11lllijt - n _ rLnc dh ifiiiF:1: : 2H2W3 -12 BiL _W；-ft(

14、7:彌.:RIGi2ai；n. i：3:Q4广 - h*； - m . 7 . R j -2乙MoH為I T LS1IL I I i .5m - I - 1 V - L - AC -皿 -Wv1 - s 一H - k -B3 2.18V并且第三级和第二级的电路结构完全相同rbe3=rbe20.78kR3 R5 / R6/ rbe3 39k /4.7k /0.78k0.6k尺3 R7 / Ri4 6k /43.5k5.3k4.7各级电压放大倍数的确定根据前面分析,1 Ro136*2.4 k3.8k22.72R02rbe2(12) RI736*0.55 k0.78k37*0.75 k0.728.5

15、3Au3| 严 36*7巴 244.6Au4| Aui Au2Au3Au4 | 3886.7严 1000放大倍数足够五调试与结果5.1分析电路(1)电路安装按图接线，经反复检查，确认没有错误后，接通直流电源电压0V(2)开环测试将A点与P点断开并与B点相接，使放大电路处于开环状态。将信号发生器输 出信号调至1KHz、30mV左右，然后接入放大电路的输入端，用示波器观察输入电压Uo波形，应为不失真的正弦波。用交流毫伏表分别测出Ui、Un、Uo1、Uo2、Uo、Uf，并记于表中。断开R,测出uot，也记于表中根据测试结果，分别求出：Au1=Uo1/Ui，Au2=Uo2/Uo1, Au=Uo/Ui，

16、Fu=Uf/Uo 以及 R,Ro。(3) 闭环测试将A点与B点断开并与P点相连，使放大电路处于闭环状态。适当增大输入信号U幅度，使输出电压uo达到开环时的数值，然后分别测出 Ui、Un、Uo1、Uo2、U。、Uf，断开Rl测出Uot，并记录在表格中。5.2核算技术指标确定放大管的静态工作点及电路元器件，放大电路的各项技术指标是否能满足要 求，尚需要最后核算。(1)核算Au :核算射级输出器的电压放大倍数。射级输出器的电压放大倍数可用下式求得A dV気且rLRe3/Rl/(Rf3 Rf1)2/1/5.1 0.59g 300 (13)空 300I E3(50 1)空 6796803.5因此得Au

17、30.978核算第二级电压放大倍数第二级放大倍数用下式求得I2RC2Au 2rbe2(11) R= 22 Rc2 / Rb31 / Rb32 / A 3%2(12) Rf2式中，L rbe3 (13)RL 0.68 (1 50) 0.59 30.7 K，仏1.63K ，因此可得 Au2 39.1核算第一级电压放大倍数第一级电压放大倍数用下式求得A2RL1 RC2 / RB31 / ri2A 1rbe1(12)Rf2rbe1(11) Rf1式中，RF1 RF1/ RF3 51 ,rbe1 2.96K ,ri2 4.23K因此可得AU1 29.7因此可以求出AAu1Au2Aj3 1136 1000

18、这说明放大电路元器件的选择是合适的。(2)核算输出电阻。放大电路开环时的输出电阻为roRE3/rbRF3 81故得r0f七10 8-1因此可满足要求。(3)核算输入电阻。放大电路开环时的输入电阻为riRbi / rii，式中,ri1 q (11) (Rf1/Rf3)2.96 (1 50) 0.0515.56K ,由此可求出闭环时的输入电阻为 ri1fri1(1 AF) 5.55 10 55.5K因此总输入电阻为rif ri1f /RB1 55.5/5126.6K20K ，可以满足要求。(4)核算放大电路是否稳定，可以判定本例电路不会产生振荡脅 05(;illc?scope-JCSCL5.3仿真

19、波形图Muhimeter-XMM2 玄-in2923T：斗4n中THlt Channel_A8L04jims 3.639 nivChflme)_01,323 V2 29SVTmebmseScale |i/DivXposiHon oIY/T Adj 04、I AjC IpChannd A scale |50 mVAJivY pcsJDori o |7F oJdcI prOiarinel B j sole巨莎厂 Ynosmon o fTc oHcJ-Set Ir L ,1F! TL1*3-1 Li-VCC.,-12V -红色为输入波形，蓝色为输出波形，引入负反馈后输出电压为2.298伏六主要兀器件与设备Multisim 软件 电 阻 50Q1 只，60KQ 1 只，6kQ 2 只，70kQ3 只，7kQl 只,39k Q 2 只，120k Q l 只，8k Q l 只,750Q 2 只，4.7k Q 2 只，3k Q1,1 .1M Q 1电容