多极低频阻容耦合放大器

学院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姓名学号院系专业指导教师安康时间学院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姓名学号院系专业指导教师安康时间课程设计报告书目录课程设计报告书目录电子与信息工程系2012电子与信息工程系2012年6月课程设计项目成绩评定表课程设计项目成绩评定表电子与信息工程系2012电子与信息工程系2012年6月设计项目成绩评定表一、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50Q，工作频率f=30Hz~30KHz；2、输出电压有效值Uo>1V；3、输出电阻Ro<10Q；4、输入电阻Ri>20KQ；5、温度变化时，开环AAu/Au=10%；闭环AAuf/Auf<1%。指导教师签名： 年月日二、指导教师评语:指导教师签名： 年月日三、成绩评定：指导教师签名： 年月日四、系部意见：系部盖章： 年月日设计报告书目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、设计目的 1...\o"CurrentDocument"二、设计思路 1\o"CurrentDocument"选择反馈方式 2\o"CurrentDocument"选择级数 2\o"CurrentDocument"确定电路 3\o"CurrentDocument"三、设计过程 3\o"CurrentDocument"功能放大模块 3\o"CurrentDocument"反馈环节 4\o"CurrentDocument"滤波模块 4\o"CurrentDocument"多级放大电路的设计 4\o"CurrentDocument"估算电压放大倍数并确定电路的形式 4\o"CurrentDocument"三极管的选择 5\o"CurrentDocument"输入级的计算 5输出级的计算 7第二级的计算 8第三级的计算 9各级电压放大倍数的确定 9\o"CurrentDocument"调试与结果 10\o"CurrentDocument"分析电路 10\o"CurrentDocument"核算技术指标 10仿真波形图 12\o"CurrentDocument"主要元器件与设备 12\o"CurrentDocument"课程设计体会与建议 12\o"CurrentDocument"设计体会 13\o"CurrentDocument"设计建议 13\o"CurrentDocument"参考文献 13多级低频阻容耦合放大器多级低频阻容耦合放大器# 电子与信息工程系2012年6月一、设计目的1、熟悉集成电路的引脚安排。2、掌握芯片的逻辑功能及使用方法。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。二、设计思路图中x表示电压或电流信号；箭头表示信号传输的方向；符号n表示输入求和，+、-表示输入信号片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篇三片-片基本放大电路的增益（开环增益）为反馈系数为用也/尤负反馈放大电路的增益（闭环增益）为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p小的管子，其静态工作点要选得底一些Icm 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大的管子。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A,及反馈深度1+AF，然后确定所需的A于。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，但反馈只加在两级之间也是可以的。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(\<4MQ,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IE<1mA,UCJ(1〜2)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B电路，而且采用大的管子。其静态工作点一般为IE=(1〜3)mA,UCJ(1〜5)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、设计过程功能放大模块采用三个NPN型三级管放大反馈环节（1）、在第一级与第三级之间采用电压串联负反馈（2）、在R和R不加旁路电容以便引入局部负反馈以稳定每一级的放大倍f1 f2数r（3）、第一级采用局部电流负反馈，所需反馈深度为：1+AF=工，从放大性能稳ri、.一. 、 A4/4定度确定反馈深度，1+AF=—uo_uoA4/Aufuf估算A值根据指标的要求，计算电路闭环放大倍数：A>UFUi（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711）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A>U二人二100ufU 10mVi由此可求得开环电压增益应为A=A*11+AF1=100*10=1000uuf u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，参考电路图如下图1电路总设计图三极管的选择选择2N2923三极管输入级的计算12U■074□8T2H2925CIO 1DnF01,12：RU：-AW,'T.IMO图2如图2所示，B1=36U=4.518U =0.7V' B1 BEQ1U=U—U=4.518—0.7=3.818VEQ1B1 BEQ1rU3.818V10,I =—EQ1= =1.3mAEQ1 R1 3kQTOC\o"1-5"\h\z- 26mV 26r=(1+p1)* =37*--=740Q=0.74kQb& I 1.3EQ1r=r+r=0.3kQ+0.74kQ=1.04kQbe1 bb、1 b、e1R=R//R=7kQ〃3.7kQ=2.4kQo1 13 i2Ri=R2//R3//[r+(1+p)R1]=60kQ〃70kQ//[1.04kQ+37*3kQ]=25kQbe1Ri>20kQ满足要求4.4输出级的计算见图3,P=364U=9.522VB4U=0.7VBEQ4U=U—U =9.522—0.7=8.822VEQ4B4 BEQ4IEQ48.822IEQ4 =0.126mA70kQr=(1+p3)26mV=37*^6-=7635Q=7.635kQb%4 I 0.126EQ4r=r+r =0.3kQ+7.635kQ=7.935kQbe4 bb' b'e4[(R//R)+r] [70kQ//120kQ+7.935kQ]R= w 14- be4-//R12= //70kQ=4.66kQTOC\o"1-5"\h\z0 1+p 37R= R0 =46Q001+AuFR=R//R//[r+(1+P4)R]=70kQ//120kQ//[7.935kQ+(37*70kQ)]=23kQi4i0 14be4 12

R=R=4.66kQo4oRR>10Q00••・输出电阻有点问题4.5第二级的计算P=362U=2.18VB2P=362U=2.18VB2U=0.7VBEQ2UEQ2IEQ2=U-U=2.18-0.7=1.48VB2BEQ2U 1.48VcA:—EQ2= =2mAR 750Q17r=(1+p2)至=37*26=481Q=0.48kQb'e2 ' 'I 2EQ2r=r+r =0.3kQ+0.48kQ=0.78kQbe2 bb'2 b'e2R=R4//R18//[r+(1+p2)R]

i2 be2 17=39kQ//4.7kQ//(0.78kQ+37*0.75kQ)=3.7kQ4.6第三级的计算P=363••・U=2.18V并且第三级和第二级的电路结构完全相同B3，r=r=0.78kQbe3be2R=R//R//r =39kQ〃4.7kQ〃0.78kQ=0.6kQi3 5 6be3R=R//R=6kQ〃43.5kQ=5.3kQo3 7 i44.7各级电压放大倍数的确定根据前面分析，A, -PR,36*2.4kQccrA=1 ^1——1= =22.7u1r+(1+P)R 3.8kQTOC\o"1-5"\h\zbe1 11A- -PR3 36*0.55kQ 19.8 「A=1 o2 1= = 氏0.7u2r+(1+P)R 0.78kQ+37*0.75kQ28.53be2 2 17, -PR336*5.3kOA=1上"= =244.6u3 r 0.78kObe3Ax1u4A=|AAAA|=3886.7u u1u2u3u4oA>1000u•••放大倍数足够五调试与结果分析电路(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±10V(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RL，测出Ut，也记于表中根据测试结果，分别求出：AU1=Uo1/Ui，Au2=Uo2/Uo1,Au=Uo/Ui，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Ui幅度，使输出电压U达到开环时的数值，然后分别测出Ui、Un、Uo1、Uo2、Uo、Uf，断开RL测出Uot，并记录在表格中。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A：U①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=—(1+R)RL—且RHR//R//(R+R)=2〃1〃5.1H0.59TOC\o"1-5"\h\zU3r+(1+P)R'LE3LF3 F1be3 3Lr=300+(1+P)-26-=300+(50+1)至二679Qh680Qbe3 3I 3.5E3因此得A=0.978U3②核算第二级电压放大倍数第二级放大倍数用下式求得A=—U2rA=—U2rbe2 2C2 +(1+P)R1F2PR//R//R//r]-C2 B31——B32 i3r+(1+PRbe2 2)F2式中，r=r+(1+P)R'=0.68+(1+50)x0.59h30.7KQ,r=1.63KQ，因此可i3 be3 3L be2得A=39.1U2③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.PR‛ PR//R//r]TOC\o"1-5"\h\zA= 2—L =_C2 B31 i2-U1r+(1+P)Rr+(1+P)Rbe1 2F2be1 1F1式中，R'=R//Rh51Q,r=2.96KQ,r=4.23KQ,因此可得A=29.7F1F1F3 be1 i2 U1因此可以求出A=AAA=1136>1000UU1U2U3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r +(R //R//R)r=R//-be3 C2———B32 B31-//R=81Qo E3 1+0 F33故得r故得r0f1+AF10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=R//r,式中，iB1 i1r=r+(1+0)x(R//R)=2.96+(1+50)x0.051=5.56KQ,由此可求出闭环i1 be1 1 F1F3时的输入电阻为r=r(1+AF)=5.55x10=55.5KQi1f i1

因此总输入电阻为r=r//R=55.5〃51=26.6KQ>20KQ,可以满足要求。ifi1f B1(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5.3仿真波形图呦Oscilloscope-XSCL呦Oscilloscope-XSCL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伏六主要元器件与设备Multisim软件电阻50Q—1只，60KQ—1只，6kQ—2只，70