实验六两级放大电路的设计

实验六两级放大电路的设计第1页/共28页实验目的掌握多级放大电路的工程设计方法、组装调试技术和实验方案的设计方法。培养学生灵活运用所学知识,分析与解决电路实际问题能力,加强实验全过程的训练。第2页/共28页设计任务11．设计题一：

用分立元件设计一阻容耦合两级放大电路，在电源电压为12V，Vi≤5mV，信号源内阻为50Ω，RL=5.1kΩ的条件下，满足以下指标要求：（1）Ri>10kΩ；（2）Av>250；（3）BW=50Hz~50kHz；（4）D<5%。第3页/共28页设计任务22．设计题二：

用分立元件设计一阻容耦合放大电路，在信号源内阻为50Ω，Vi≤10mV，RL=1kΩ的条件下，满足以下指标要求：（1）Vo≥1V；（2）Ri≥20kΩ；（3）fL<30Hz；（4）AV的稳定度提高10倍。第4页/共28页设计题一提示设计题一：（1）从设计指标要求看，设计该放大电路应从电压放大倍数、输入电阻和减小失真等方面考虑，至于通频带，由于要求不高，一般较容易达到，设计时可暂不考虑。（2）指标要求该放大电路是对小信号放大且放大倍数不高，同时为了稳定工作点，采用两级分压式偏置的共发射极放大电路即可达到设计要求。（3）为了满足输入电阻和失真度小于5%的要求，各级射极须引入交流串联负反馈。（4）指标中，上限频率为50kHz，要求不高，故可选用一般的小功率管。现选用NPN型9013，取β=150。第5页/共28页设计题二提示（1）从设计指标要求看，设计该放大电路应从电压放大倍数及其稳定性、输入电阻等方面考虑，至于通频带，设计时可暂不考虑。（2）设计指标要求放大电路的电压放大倍数的稳定度较高，因此电路应引入适当的电压串联负反馈。（3）设计指标要求输入电阻的要求较高，须采用串联负反馈才可达到设计要求。（4）其余与设计选题A相同。第6页/共28页设计指南放大级数的确定指标分配各级静态工作点的设定电路形式的选择半导体器件的选择偏置电路设计与计算指标核算与电路确定详细方法参见本书3.3.1及3.3.2节第7页/共28页放大级数的确定

多级放大电路的级数主要根据对电路的电压增益（放大倍数）的要求来确定。由指标要求：

Av>250

放大电路的级数。电路形式的选择

要考虑的因素主要包括：是小信号放大型还是大信号（功率）放大型；各级放大电路的组态及级间信号的耦合方式等。由指标要求：Vi≤10mV放大电路是小信号放大型；由Ri>10kΩ和D<5%放大电路的组态；由BW=50Hz~50kHz放大电路级间信号的耦合方式；由Ri>10kΩ是否需引入负反馈?何种负反馈?

——设计指南第8页/共28页指标分配—放大倍数的分配

通常，分配给前级放大电路的电压增益低一些，后级放大电路电压增益高一些为宜，并要留有15%～20%的余量。要求AV>250，设计计算时可取AV=300，其中取T1级AV1=？，T2级AV2=？

半导体器件的选择半导体器件根据电路输出信号幅度、通频带、输入阻抗及电路的某些指标要求来选择。

指标中，电路为小信号放大，对电路噪声没有特别要求，上限频率fH=50kHz，要求不高，故可选一般的小功率管。现选取NPN型管9013，测量其取β=150。动态范围估算：T1级：T2级：——设计指南第9页/共28页各级静态工作点的设定≥可见，T1级VCEQ1可选小些，T2级VCEQ2可选大些。T1级静态工作点确定：由指标要求：Ri>10kΩrbe1ICQ1由IＣQ1

IＢQ1

选定ICQ1和ＶCQ1的值

VCEQ的选择要考虑到电路在正常工作范围应使输出电压幅度Vom足够大，同时在满足放大倍数的前提下，输出电压不应出现饱和失真，为此,VCEQ应满足下列关系：

ICQ取值考虑：ICQ设定主要根据ICQ≥ICM+ICEQ

，由于小信号电压放大电路ICM

较小，另从减少噪声及降低直流功率损耗出发，T1、T2工作电流应选小些，并取前一级电流小于后一级电流。——设计指南第10页/共28页T２级静态工作点确定：由ICQ2＞ICQ1

和VCEQ2＞VCEQ1

选定ICQ２和ＶCQ２的值偏置电路设计与计算偏置电阻Rb1、Rb2值的选择

，

由电源电压VCCVBQ;由I1=(5～10)IBQ１

和VBQ

Rb2

和Rb１。射级电阻Re的选择

Re

由——设计指南第11页/共28页集电极电阻Rc的选择集电极电阻Rc的选择:一是要满足放大倍数要求，二是不能产生饱和失真。

RC

由或由RC

——设计指南第12页/共28页各电容值的选择

耦合电容C1和C2的作用是隔直流耦合交流，对交流信号应是近似短路，所以耦合电容的阻抗应远小于与之串联的电阻，旁路电容阻抗应远小于与之并联的等效电阻。在本电路中，电容的耐压值应取实际工作电压的2倍以上．——设计指南第13页/共28页指标核算与电路确定静态工作点的核算

T1级：与上述取值比较，是否符合设计要求。T２级的核算与T1级相同。

指标核算是指根据已设计的电路参数逐级进行理论计算，核算各项指标（静态工作点、Av、Ri、Ro、fL、fH等）是否满足设计要求，否则需要重新设计计算。尤其是对静态及动态指标均有影响的电路参数，需要通过指标核算，确认其取值是否合理。——设计指南第14页/共28页指标核算核算Ri、Av、BW是否符合下列指标的要求：Ri>10kΩ；Av>250；BW=50Hz~50kHz否则需要重新设计计算。核算无误后，画出整机电路图，列出元器件清单表。——设计指南第15页/共28页面包板的结构凹槽，凹槽上下不连通电位器电源接入插孔电源输出接口电位器输出接口信号输入接口信号输出接口第一块面包板第二块面包板

实验箱内电位器、电源接入插孔、信号输入、输出接孔内部互不连通，使用时需用导线连起来。为了避免干扰，安装时用第一块面包板。

提醒：——电路的安装每列有5个小孔且互相连通，但每列之间的小孔不连通。两行插孔，每行插孔中的小孔互相连接，但两行绝缘，可作为电源线或地线使用。第16页/共28页布线要点1、接线前应先画好布线图，以免发生差错，一般以集成电路或三极管为中心，并根据输入输出分离的原则，以适当的间距来安排其他元件。2、集成块与晶体管的布局，一般按主电路信号流向的顺序在插座板上直线排列，各级元器件围绕各级的集成块或晶极管布置，各元件间的间距应视周围元件多少而定。3、第一级的输入线与末级的输出线、高频线与低频线要远离，以免形成空间交叉耦合。4、合理布置地线。当电路有多级时，应将各级单独接地，再分别接公共地线。——电路的安装第17页/共28页布线注意事项1、布线的顺序一般是先布电源线与地线，然后按布线图从输入到输出依次连接好各元器件和接线。在此条件下，尽量做到接线短、接线少、测量方便。2、集成电路的安装：集成电路引脚必须插在面包板中央凹槽两边的孔中。3、为便于检查，尽可能采用不同颜色的导线；尽量在器件周围连线，并不允许导线在集成块上方跨过，或从三极管下方穿过。4、查线无误，才能接通电源。查线时仍以集成电路或三极管的引脚为出发点，逐一检查与之相连的元件和导线。——电路的安装第18页/共28页

如图(1)所示单级放大电路中，电位器RP在中间时为最佳状态，输入为正弦信号，当输入信号Vi和电位器RP阻值逐渐增大时，输出电压VO首先出现的波形为（）

图（1）ＡＢＣ课前提问:第19页/共28页如图（１）为所示放大电路的幅频特性曲线，若将旁路电容Ce的值变为100uF，其幅频特性曲线有何改变？（）图１ＡＢＣ第20页/共28页实验内容自拟步骤测试下列指标参数：1．完成静态工作点的调整，并列表测量每一级静态工作点Q的参数。2．列表测量第一级的增益AV1、第二级的增益AV2及两级总的增益AV。3．列表测量总电路的Ri、Ro、BW。4．测量放大电路输出波形的失真度D。——调试与测量

把测量结果与设计任务中的指标要求对照，看是否满足指标要求。实验前,应先用数字万用表测量三极管的Β值，同时判别三极管的好坏。第21页/共28页——故障分析直观检查法

—通过观察故障状态的具体现象，直接发现故障位置的检查方法。它是一个综合性、经验性、实践性很强的检查方法，检查故障的原理很简单，实际运用过程则不容易。排查故障的常用方法及步骤：追踪信号踪迹的信号寻迹检查法

—利用信号寻迹器，查找信号流程踪迹来确定信号有还是没有，来确定故障位置的检查方法。实验室一般使用示波器作为寻迹器。检查法方法如下；故障现象判断故障级

确定故障点

修复电路

1.直观检查法2.信号寻迹法1.静态检查2.动态检查

调试前的直观检查－电路安装完毕,不宜急于通电,先要认真检查以下内容:1.连线是否正确,包括错线、多线、少线。此时要按照电路原理图检查安装好的线路；２．元器件引脚之间有无短路、接触不良，三极管、电容极性有无接错；３．电源供电、信号源连线是否正确；４．电源端对地是否存在短路。然后按下面的方法检查：第22页/共28页

从第一级输入信号，用示波器由前级到后级，逐级观察输出端信号的变化情况，如发现某一级的输出波形不正确或没有输出时，则故障就发生在该级或下级电路，这时可将级间连线或耦合电路断开，进行单独测试，即可判断故障级。提示：在测量前级放大器时，应把信号源电压调得较大，在测量后级放大器时，应把信号源电压调得较小。1.由前向后逐级检查，寻找故障级。第23页/共28页

由后向前逐级推进寻找故障级。可在某级输入端加信号，测试其后各级输出端信号是否正常，无故障则往前级推进，若在某级输出信号不正常时，则故障就发生在该级.2.由后向前逐级检查，寻找故障级。第24页/共28页多级放大电路常见故障及排除方法

（1）现象原因排除方法静态工作点不正常或不能调整1.电源未接好。用万用表测量电路的电源电压是否正常。2.元器件位置及连线错误。检查元器件位置及线路。3.三极管管脚连接错误。将三极管管脚连接正确。静态工作点正常，无任何输出1.测量电路连接线未连接好。检查信号发生器连接线、示波器探头是否与电路连接好;连接线是否开路。2.耦合电容未连接好或损坏。连接好耦合电容仍无输出，更换耦合电容。第25页/共28页多级放大电路常见故障及排除方法

（2）排除方法原因现象避免输入输出信号交叉。4.接线走向不合理。避免接线平行。3.接线平行。尽量缩短接线。2.接线太长。1.检查各连