多级放大电路课程设计报告

1、电子课程设计报告 题 目：多级放大电路 姓 名： 年级专业：2010电信（双学位） 指导老师 计算机与信息学院电信专业2011年7月2日 摘 要 【摘要内容】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，单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。 本着从简单到复杂的分析思想逐步对电路进行剖析，化整为零，化零 为整分析电路的工作原理和各个放大登记的输入输出电阻和

2、静态工作点。 通过这次设计的思考和查阅资料我不仅对放大电路有了深一层的认识还对 功率放大器有了更深的学习。通过此次研究加深在放大电路上的理解，使 其在工作学习中运用的更加熟练。 【关键词】 ：放大电路原理；多级放大电路的概述；运行参数，放大倍 数，静态工作点，输入、输出电阻； 目录摘要.2第1章 放大电路基础 . 3 1.1 第一种类型的指标：. .41.2 第二种类型的指标. .61.3 第三种类型的指标：. .6第二章 基本放大电路 .7 2.1 BJT 的结构 . 7 2. 2 BJT的放大原理 . 8 第三章 多级放大电路. 9 3.1 多级放大电路的概述 . 9 3.2 耦合形式 .

3、 9 3.3 放大电路的静态工作点分析 . . 11 3.4 设计电路的工作原理 . 12 3.5 计算参数 . . 13 总结. . 14 参考文献 . . 14 第1章 放大电路基础 放大的概念和放大电路的基本指标：“放大” 这个词很普遍， 在很多场合都会发现放大的现象的存在。 比如， 利用放大镜使微小的物体出现较大的形象，这是光学中的放大现象；利用 杠杆能用较小的力移动重物，这是力学的放大现象；等等一些。我们可以 看见它们的一个共同点，它们都是把原物中的差异的程度放大了。因此， 所谓放大就是对差异的程度或变化量而言的。这是我们要注意的第一点。 同时，我们可以发现，它们之间还存在着一个重要

4、的差别。经放大镜放大 后的影像，其亮度比原来的要弱；利用杠杆得到较大的力，然而物理移动 的距离要比加力点经过的距离短。可见，这几种放大现象都是遵守能量守 恒原则。总之，得到了较大的功率。 我们首先要先定性看什么样的放大电路时比较好的。希望不失真，最 大能输出多少功率等等。这些都应该是衡量放大电路性能的标准。 性能指标可以分为 3 种类型：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

5、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： Au=U0/Ui（1-1） 电流放大倍数用Aii表示，定义为Aii= Io/Ii（1-2）电压对电流的放大倍数用Aui表示，定义为 Aui=Uo/Ii（1-3） 电流对电压的放大倍数用Aiu表示，定义为Aiu=Im/ui（1-4） 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

6、） 。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： Ri = Ui/iI（1-5） 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

7、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， 如图1-1所示。 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 。 Ro = (U'a/Uo-1)RL （1-6） 输出电阻越大，表明接入负载后，

8、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。 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 3 供用电技术专业实习报告 的 0.7 倍时的低频信号频率称为下线截止频率

9、， 记作 。 我们将 和 之 间形成的频带称为通频带，记作 ，即 Fbm = FH-Fl（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

10、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。 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 =Pom / Pv（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

11、形的谐波成分总量和基波 成分之比。用 定义为： 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 基本放大电路 2.1 BJT 的结构 BJT 的结构示意图如图 1-1 所示。其中 1-1（a）所示是 NPN 型管，图 1-1（b）所示是 PNP 型管，它们是用不同的掺杂方式制成的，不论是硅管 还是锗管，它们都可制成这连个类型。由图可见，它们有三个区，分别是 发射区、基

12、区和集电区。由三个区分别引出一个电极，分别成为发射集 e、 基极 b 和集电极 c。发射区和集电区之间的 PN 结成为发射结。集电区和基 区之间的 PN 结称为集电结。 图 2-1（b）PNP 型三级管 6 供用电技术专业实习报告 三极管有三个电极，一般的功率管中，管壳兼做集电极；而工作频率 较高的小功率管除了 e、b、c 电极外，管壳还有引线，供屏蔽接地用。 2.2 BJT 的放大原理 根据 PN 结无外加电压的情况下载流子的扩散与漂移处于动态平衡，流 过 PN 结的电流为零。当外加电压的极性呈单向导电性。 放大电路分为共发射极电路、共集电极电路、共基极电路。其内部载 流子的传输过程相同。如

13、下图（1-2）的 NPN 型管。 发射区每向基区注入一个复合用的载流子，就要向集电区供给个载 流子，也就是说，BJT 如有一个单位的基极电流，就必然会有倍的集电极 电流故一般 IC>>IB;它也表示了基极电流对集电极的控制作用， 利用这一性 质可以实现 BJT 的方的作用。 BJT 最基本的一种应用，是把微弱的信号放大。若在基极输入端接入一 个小恩输入信号电压，在小电压的作用下使基极电流产生一个随小电压规 律变化的小电流 。通过基极对集电极电流的控制作用集电极电流也将产生 相应的变化，产生大电流 。这种以较小的输入电流变化控制较大输出电流 变化的作用就是 BJT 的电流放大作用。放

14、大系数为。 =IB/Ic 第三章 多级放大电路3.1 多级放大电路的概述 由于单级放大电路的放大倍数有限，不能满足实际的需要，因此实用 的放大电路都是由多级组成的。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)，如图（2-1）框图所示。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： 3.2 耦合形式 多级放大电路的连接，产生了单元电路间的级联问

15、题，即耦合问题。 放大电路的级间耦合必须要保证信号的传输，且保证各级的静态工作点正确。 直接耦合耦合电路采用直接连接或电阻连接，不采用电抗性元件。 直接耦合电路可传输低频甚至直流信号，因而缓慢变化的漂移信号也可以 通过直接耦合放大电路。电抗性元件耦合级间采用电容或变压器耦合。电抗性元件耦合， 只能传输交流信号，漂移信号和低频信号不能通过。 根据输入信号的性质，就可决定级间耦合电路的形式。 耦合电路的简化形式如图 (3-2)所示。 直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响，应认真加以解决。 3.2.1 直接耦合放大电路的构成 直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响，这是构成直接耦 合多

16、级放大电路时必须要加以解决的问题。 在模拟集成电路中常采用一种电流源电平移动电路，如图（3-3）小，通过 R1 上的压降可实现直流电平移动。但电流源交流电阻大，在 R1 上的信号损 失相对较小，从而保证信号的有效传递。同时，输出端的直流电平并不高， 实现了直流电平的合理移动。 用一个三极管组成的基本放大电路的 Av 一般可达几十倍，但实际工作 中为放大非常微弱的信号，这样的放大倍数往往不够，为达到更高的放大 9 供用电技术专业实习报告 倍数，常将几个基本放大电路连接起来，组成多级放大电路。 多级放大电路内部各级间的连接方式称为耦合方式。 计算方法有两种：一种方法是计算前级电压放大倍数 Av(n

17、-1)时，将后 级的输入电阻 Rin 作为前级的负载电阻，即 Rin=RL(n-1)，计算后级时不考 虑前级的影响，即只计算后级的电压放大倍数；另一种方法是计算前级电 压放大倍数时，不考虑后级的影响，即认为前级的负载电阻 R(n-1)L=， 但后级必须计算源电压放大倍数， 即将前级的输出电阻 Ro(n-1)作为后级的 信号源内阻，即 Ro(n-1)=Rsn。两种计算方法是等价的，也是相互独立的。 多级放大电路的输入电阻为第一级的输入电阻，即 Ri=Ri1；输出电阻 为最后一级的输出电阻，即 Ro=Ron 。 3.3 放大电路的静态工作点分析 当输入信号为零时 放大电路只有直流电源作用，各处的电

18、压和电流都 是直流量，成为静态。这时三极管各级电流和各级之间的电压分别用 IB 和 I?C 和 UBC、UCE 表示，它们代表输入、输出特性曲线上的一个点，所以习 惯上称为静态工作点。静态工作点可以由放大电路的直流通路采用估算法 球的，也可以由图解法确定。估算法是根基、u 实际情况，突出主要矛盾、 忽略次要因素的一种分析方法。首先画出放大电路的直流通路。 由于电容对于直流相当于开路， 故放大电 路直流通路如图（3-5）所示。 则 Vcc = IRRR + URE = vcc-UBE)/RR 式中 UBE，对于硅管约为 0.7V，锗管约为 0.2V。由于一般 , （3.2）可近似为 IB VCC

19、/ RB 在忽略 ICEO 的情况下，根据 BJT 的电流分配关系可得 I C I B 最后，可由图（35）的输出回路可知 U CE = VCC - I C* RC （3.2） 至此，根据上式就可以估算出放大电路的静态工作点。3.4 设计电路的工作原理 如图（3-6）所示，电路的一级放大电路是一个阻容耦合的单管共射放 大电路，它由信号源、直流电源、BJT、电阻、电容等元件组成。 T 是 NPN 型管，起放大作用，是一级放大的核心。VCC 是直流电源，为 发射结提供正向偏置电压，为集电结提供反向偏执电压，也是信号放大的 能源 Rb1 是基极偏置电阻，它和电源一起为基极提供一个合适的基极电流 IB

20、,以保证 BJT 不失真的放大。 第二级放大部分为共基极放大电路，从它的交流通路可见，发射极是 输入端，集电极是输出端，而基极是输入、输出回路的公共端。其特点是 电流放大倍数小于 1 而接近 1，但电流放大倍数大，仍具有功率放大作用； 输出高压与输入电压相位相同；输入电阻小，输出电阻较大，其允许的工 作频率较高，高频特性较好，用于高频电子电路中。 第三级放大部分为共集电极放大电路，其特点是输入电阻大，输出电 阻小；电压放大倍数小于 1 而接近于 1；输出电压与输入电压相位相同。没 有电压放大作用，但有电流和功率放大作用。共集电极放大电路可做多级 放大电路的输入级，可使输入到放大电路的信号电压基

21、本上等于信号源电 压；还可以做多级放大电路的输出级，可获得稳定的输出电压提高放大电 路的的带负载能力，将其接在两级放大电路之间，利用其输入电阻大，输 出电阻小的特点，在两级放大电路中间起缓冲作用。3.5 计算参数 一级放大电路的静态工作点 ： U B = VCC*( Rb12 /(Rb1 + Rb12) ； U B = 18V *(12 K/( 60 K + 12 K) ； UB = 3V IB = IC I E = VCC（ Rb1 + Rb12 ） ； IB = 0.25u IC IE = UB-UBE I C I E =(3V-0.3V) /4.6K IC IE =0.6uA U CE

22、Vcc - Ic(Rc1+Re2)U CE 118v-(12k+16k).U CE =4V = IC/ IB ； = 0.6 u /0.25uA=2.4电压放大倍数： =- = RL/rbe (RL=RC1 /RE2 ) Au = -2.4(3k/60k) 输入电阻 Ri: R i = 0.43 K 输出电阻 Ro: Ro =12k 二级放大电路的静态工作点 ： U B = VCC*( Rb 22 /Rb21+Rb22)U B =18V *( 9.4 K/（26.6 K + 9.4 K ） U B = 4.8 V IB = VCC* （Rb 21 + Rb 22）; IB =18V/（ 26.

23、4 K + 9.4 K ）I B = 0.5u IC I E = U B / U BE /R2 IC I E = (4.8V -0.3V)/4KI C I E = 1.2 u U CE VCC-I C (RC 2 + R E 2 ) ; U CE 18V - I C (6 K + 4 K ) U CE 6V = IC/ IB ; = =1.2 u/ 0.5u=2 .4 电压放大倍数: Au= - = Au= RL/rbe= 2.4 (RL=RC1 /RE2 ) Au=-2.4(3k/60k) 3K =-0.12 输入电阻 Ri: R i = R b1 / Ri = 0.28 K 输出电阻 Ro: Ro Rc1 Ro Rc1=6k 三级放大电路的静态工作点 ： IB = (VCC - U BE) / (Rb+(1 + )Re) BIb