单管放大器的设计与仿真及误差分析

课程设计报告题目：单管放大器的设计与仿真学生姓名：学生学号：系别：专业：电子信息工程届别：指导教师：电气信息工程学院制2013年3月淮南师范学院电气信息工程学院淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息工程专业课程设计报告淮南师范学院电气信息工程学院淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息工程专业课程设计报告第第#页4单管放大器的系统仿真和调试用Multsim实现仿真和调试的步骤(1)在3.2中已经完成的3.3.1电路图的界面单击左上角的开关按钮，打开开关，点击鼠标左键双击电路图中的示波器，在弹出的图5.40scilloscope—XSC1的图形界面上，分别调节Scale至500us/Div,10mV/Div,500mV/Div。这样就会出现如图5.4所示的仿真图。(2)按照相同的方法在已完成的图3.3.2和图3.3.3的界面上依次仿真出图5.5和图5.6。并依次调节Scale至500us/Div,20mV/Div,5mV/Div和500us/Div,2mV/Div,2V/Div。仿真图如下所示TimeClianneAT1*1-4^73TimeClianneAT1*1-4^73-7.S35mVS44123mV1114.673ms-7.S35mV&44.123mV_2--'0?™s0KWVV1环匸KDus.C■■■—bnaryie-Stale110mV^C-iwu-naniTS二StalemV.-Div1riggerEdgeXp^erthrt|DYp^srtbn|-DYpcsiticn(0_m.m卜|YjT闭计E.A]AE|AC|2(•A€|3[dT-|TypeSirg.|Nor.|Auto^Nore图5.4(测量VOLP)TimeClianneAXrET1*72/3S3nrm3.824mV5.T5DV77.053ms3.S3-DmV5.153V2--'ms5.3S7nV124.SS3nViimepaBe=SDile|uS'C-iv—uninngi-3ivu-nanradSeal-|2V.3iv1『时匸H.r二匚r-[T~Xp^erthrt|DYp^srtbn|-DYPD=tDnLevelbh|YjTm-\E.a]AE1AC|2(•AC|0|DC-jTypeSirg.|Nor.]ALto||N：ire5.6（测量输出电阻电路及测量参数）系统测试与调试（1）静态工作点的测试与调整根据设计，组装后的放大电路，通电前应先用万用表的“0”挡检测电源间有无短路现象、电路连接是否正确，然后才可接通电源，检测静态工作点。为调试方便，R可先用5.1k0固定电阻与由1~100k0电位器构成的可变电阻b1串联后替代，待调试完成后，根据实测阻值，再用相应的固定电阻取代。测量静态工作点，应使v二0，即将放大电路的交流输入端（耦合电容C的左Sb1端）对地短路，然后用万用的直表流电压挡分别测量BJT的B、E、C极对地电压V、BQV、V。测量的目的，一是查看静态工作点是否合适，是否能保证在V范围内，EQCQip-pBJT都工作在放大状态；二是通过检测，确认电路设计、安装、元器件质量好坏等情况。如果出现V沁V，说明BJT工作在截止状态；如果出现V<0.5V，说明BJTCQCCCEQ已经饱和。这时，应调整R的大小，即调整可变电阻（电位器）阻值的大小，同时b1用万用表监测V、V、V的变化。当工作点偏高（靠近饱和区）时，应增加R的BQEQCQb1阻值，以减小I;当工作点偏低（靠近截止区）时，应减小R的阻值，以增大I。BQb1BQ如果测得V为正几伏，说明BJT已工作在放大状态。此时可依据V、V、V的CEQBQEQCQ数值换算出I，也可通过测量已知电阻R和R两端的电压降，换算出对应的I或CQceCQI。一般在检测电路的在线电流时，多用此法，而不采用断开电路串口电流表的测EQ量方法。虽然测得V为正几伏的电压，但并不能说明放大电路的静态工作点已设置CEQ在合适的位置，还要进行动态测试，以保证在输入信号v（或v）的全周期内，BJTis都工作在放大状态。按设计要求，在放大电路的输入端接入v=10mV,f=1kHz的正弦波信号，并ii用双踪示波器分别监测放大电路输入电压v的波形和输出端（负载电阻R两端）的iL输出电压v波形，观测v正弦波波形是否产生了失真。oo如果v的波形顶部产生了削波，说明放大电路的静态工作点偏低，电路产生了o截止失真，应调大基本偏流I；如果V的波形底部被削波，说明放大电路的静态工BQo作点偏高，电路产生了饱和失真，应调小基极偏流I。如果逐渐增大输入信号V的BQi幅值，输出波形的顶部和底部差不多同时开始产生削波，则说明静态工作点设置得比较合适，这当然是忽略了放大电路静态功耗指标的要求。此时，移去信号源，直接调试，即在忽略BJT饱和压降V的情况下，使V沁1/2V。重新使V=0的情况下，CESCEQCCi测量V=3.6V、V=2.8V、V=10.2V、则可知V=7.3V和I=1.8mA，并移去VBQEQCQCEQCQCC断开连线，测量并记录R=60KQ，即为所求。b1（2）放大电路动态性能指标的检测电压放大倍数的测量测量电压放大倍数，实际上是测量放大电路的输入电压与输出电压的值。在输入信号的中频段，输出波形不失真情况下，测得V（有效值）i或V（峰值）或V=18.8mV（峰峰值）与V（有效值）或V（峰值ipippoopVVV一8954或V=-895.4mV（峰峰值），则|A|二〜二亠=k=II=47.6oppkQ。vVVVkQ。iipipp如果是大致估算，用示波器即可完成测量；如果是精确测量，则使用电子交流毫伏表，示波器只是用来监测输出波形的失真情况，如果输出波形产生了失真，A的v检测是没有意义的。输入电阻的测量工程上常采用如图（B）所示的串接电阻法来测量放大电路的输入电阻。在信号频率的中频段，给定一正弦波信号，在输出波形不失真的条件下，用电子交流毫伏表或示波器，分别测得V与V的数值，则siV9.1R=iR=xlkQ=1.82kQiV-V14.1-9.1si为减小测量误差，一般采取串接的辅助测量电阻R为与R相近似的阻值，取i图（B）如图（C）所示，在输出波形不失真的情况下，测得断开R时输出电压V的值和接LoL入R后输出电压V的值，贝ULoV'1.2R=（十-1）R=（-1）x3KQ=9560oVL0.91o为减小测量误差，一般取R为与R相近的阻值，输入信号为一稳定的中频Lo信号。图（C）频率特性的测量放大电路的频率特性可用波特图示仪测得。放大电路的幅频特性也可以通过测量不同频率信号作用时的电压放大倍数A来获v得。工程上通常采用“逐点法”来测量放大电路的幅频特性。在维持输入信号幅值不变、输出波形不失真的情况下，每改变一次输入信号的频率，即用电子毫伏表或示波器测得一个输出电压值，计算对应的电压放大倍数，然后将测量数据f、A（dB）iv列表，整理并标于坐标纸上，将逐点测量的结果连接成线，即为所求的幅频特性曲线。如果只需测量放大电路的同频带BW，贝U只需先测出放大电路中频段(如f=lkHz)o的输出电压V,然后分别升高、降低输入信号的频率，直至输出电压降到0.707V为oo止(过程中，应维持输入信号的幅值不变)，此时所对应的输入信号的频率即为f和f，则LBW=f-fHL实际测得V=730mV，当电压降至0.707V=516mV时，测得f=3.18MHz和ooHf=65Hz，则LBW=f-f~3.18MHzHLC.动态性能指标调整对于一个低频放大电路，当然希望电路的稳定性要好，非线性失真要小，电压放大倍数要大、输入阻抗要大、输出阻抗要低、f要低、f要高。但这些要求往往LH很难同时满足。例如，对于图1所示的小信号共射放大电路而言，要提高其电压放大倍数依式，A=-0R〃Rl，可知有三径：vrbeR'T(TRTtRT)；rJ(TRJ);0T(TrT)。改变R及I会影响放大电路的LcobeibecCQ静态工作点设计。这样看来，只有提高BJT的0，才是提高电路电压放大倍数的有效措施。5数据分析表V(CEQ)(理论值)7.226.385.454.012.44V(CEQ)(实测值)7.056.165.033.782.20相对误差2.4%3.4%7.7%5.79.8%

kAFigure1□叵1区1EileEditJiLiewInsertloolsIlesktopJtirLdowHelp□QS殴色霁®|渥|□□skAFigure1□叵1区1EileEditJiLiewInsertloolsIlesktopJtirLdowHelp□QS殴色霁®|渥|□□s□表一""爭…相对误呈45V(CEQ)FKC理论结论：由以上分析可以看出，静态工作点的的数据Vceq的实验值与理论值的误差比较小，实验结果较为理想，说明理论计算所运用的等效模型是正确的。6设计总结从课程设计本身来说，它是培养学生综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题、实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。模拟电路的设计确实需要一定的积累经验，一些参数取值是通过先设定的经验值，然后再估算其他参数值，再使用仿真软件对电路仿测试其参数值是否合适，若有偏差还得进行修正，以满足电路的需要，而且有些参数值是可以有一定的浮动，各个参数值之间又相互影响电路的性能，对本设计中调整Re1的阻值，可以提高放大倍数但同时bjt所受温度影响也增加，适当减少放大倍数却可以减少bjt受温度的影响，两者之间的舍取根据实际情况而定。总之通过本次课程设计，不但巩固了以前所学过的模拟电子技术的知识，而且学到了很多在书本上所没学到过的，学会了multisimlO仿真软件的基本操作，会用其设计一些简单的仿真电路，也发现了自己的很多不足之处知识的漏洞很多，实践经验的缺乏。这些都需要在以后的学习中努力去提高。7参考文献[1]华成英、童诗白•模拟电子技术基础[M].高等教育出版社.2006年[2]聂典、丁伟.multisim10计算机仿真在电子电路设计中的应用[M].电子工业出版社.2009华成英、童诗白.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社.2006年华成英、童诗白.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社.2006年PavlovicV.D.DjordjevicS.D.Anovelstructureofthefullydifferentialcmosamplifierwithsymmetricactiveload[J]InternationalJournalofElectronics2009.04331-349OzcanSKuntmanHAnewmethodaimedatreducingharmonicdistortioninactive-loaderBJTamplifiersMicroelectronicsJournal2009.2683-6898附录系统主要功能