多级阻容耦合放大器的设计与仿真分析.docx

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多级阻容耦合放大器的设计与仿真分析

通信与信息工程学院

电子设计与制作课程设计

班级：

电子信息工程1201

姓名：

学号：

1207050117

指导教师：

设计时间：

2014.6.30———2014.7.4

成绩：

评语：

通信与信息工程学院

二〇一四年

多级阻容耦合放大器的设计与仿真

1．设计目的

1.能够较全面的巩固和应用“模拟电子技术”课程中的基本理论和基本方法。

并初步掌握电路设计的基本流程（设计-仿真-pcb板制作）

2.能灵活的应用各种元器件或者标准集成电路实现规定的电路。

3.培养独立思考，独立准备资料，独立设计模拟电子电路系统的能力

4.培养独立设计能力，熟悉EDA工具的使用，比如Multisim系列（仿真分析）

5.培养书写综合设计实验报告的能力。

2．设计内容和要求

1.电路性能指标

已知条件：

（1）电源电压VCC=12V；

（2）负载电阻RL=2KΩ；

（3）输入信号为Vi=4mv，f=1KHZ的正弦波电压，信号源内阻Rg很小可忽略

技术指标：

（1）放大器不失真输出电压VO≥1000mv，即放大器电压增益∣AV∣=500

（2）△f=300Hz~80KHz

（3）放大器工作点稳定.

2.原理简述

阻容耦合放大器是多级放大器中最常见的一种，两级之间通过耦合电容及下级输入电阻连接，故称为阻容耦合，由于电容有隔直作用，使前、后级的直流工作点互相不影响，各级放大电路的静态工作点可以单独计算和调整。

每一级放大电路的电压放大倍数为输出电压与输入电压之比，其中，第一级的输出电压即为第二级输入电压.

3．方案论证

采用三极管

采用三极管的级联方式组成多级放大电路。

三极管又可以分为三种放大电路：

共射，共集和共基极放大电路。

三种电路各有各自的特点。

（1）采用三级放大电路。

阻容耦合放大器是多级放大器中最常见的一种，两级之间通过耦合电容及下级输入电阻连接，故称为阻容耦合，由于电容有隔直作用，使用前、后级的直流工作点互相不影响，各级放大电路的静态工作点可以单独计算。

每一级放大电路的电压放大倍数为输出电压Uo与输入电压Ui之比，其中，第一级的输出电压Uo1即为第二级输入电压Uo2，所以两级放大电路的电压放大倍数为

=

*

3.

（2）采用三级管三级管具有功率放大的作用。

根据实验的要求，本设计最终采用了三极管设计的方案。

电路由两级放大电路级联组成，第一级为射级输出器，第二级采用同样的放大电路通过电容耦合连接起来。

第三级采用共射级电路。

采用射极跟随输出，防止失真，用以稳定输出波形。

四．电路设计及参数计算

设计步骤

（1）选择电路形式及晶体管；

（2）设置静态工作点并计算电路组件参数；

（3）电路性能仿真分析，静态工作点的测量与调整；性能指标测试及电路

参数修改；

（4）放大器的幅频特性测试；

（5）放大器的输入电阻及输出电阻计算。

（6）在protus软件中绘制原理图及PCB版图

备注：

步骤（3）-（4）在multisim中完成

三极管放大电路设计参数计算及静态工作点方法

图1是共射的基本放大电路，一般要求掌握如下：

（1）分析电路中各原件的作用；

（2）了解放大电路的放大原理；

（3）能分析计算电路的静态工作点；

（4）理解静态工作点的设置目的和方法。

上图中，C1,C2为耦合电容，起信号的传递作用，电容能将信号从前级耦合到后级，是因为电容两端的电压不能突变，在输入端输入交流信号后，因两端的电压不能突变，输出端的电压会跟随输入端输入的交流信号一起变化，从而将信号从输入端耦合到输出端。

电容两端的电压不能突变，但不是不能变。

R1,R2为三极管的直流偏置电阻，三极管的三种工作状态“截止，放大和饱和”就由直流偏置决定，也就是由R1,R2来决定。

总电路图如下：

五、电路仿真及结果分析

（1）第一级各种参数结果如下：

包括第一级输出电压，第一极失真率。

由图得第一级电压幅值放大倍数为:

Au1=3.95/4=0.9875

（2）第二级各种参数结果如下：

由图得第二级电压幅值放大倍数为

Au2=99.157/3.95=25.103

（3）第二级各种参数结果如下：

由图得第三级电压幅值放大倍数为

Au3=1923/99.157=19.39

所以总的放大倍数：

Au=Au1*Au2*Au3=0.9875

*25.103*19.39=480.66（符合标准Au>250）

由图可以知道Ro=RL=2kΩ

（4）输入电阻

双击‘XMM1’和‘XMM2’两块万用表，并将它们切换在交流电压，交流电流档上，本处测量的是交流输入电阻，当然要在合适的静态工作点上测量，因而直流电源要保留。

由图得出输入电阻Ri=4mv/616.835nA=6.48kΩ

（5）输出电阻的测量

输出电阻的测量采用外加激励法，用1000mV，1kHz的电源，将电路中的信号源短路，负载开路，在输出端接电压源，电压表，测量电压，电流。

本处测量的是交流输入电阻，当然要在合适的静态工作点上测量，因而直流电源要保留。

得到输出电阻：

Ro=1.923v/961.256uA=2.000kΩ

（6）幅频特性与相频特:

由图可知上限与下限的差为56.411kHz-60.838Hz=56.343kHz（在300Hz~80KHz之间，所以符合设计要求）

相频图

（7）失真分析

由图可知输出信号的失真系数为2.075%

放大器的基本任务是不失真地放大信号。

要使放大器能正常工作，必须设合适的静态工作点Q。

在输入信号幅度足够大的情况下，Q点应该选在输出特性曲线上交流负载线的中点，这样就可获得最大的不失真输出电压。

若Q点选得过高，就会引起饱和失真；若Q点选得过低，就会产生截止失真。

（8）输入输出波形

6．心得与体会

这周的电子设计实习，我觉得主要还是对我们所学模电课程的一次实质性的检测，由对multisim这个软件的一点都不了解，再到自己可以慢慢尝试着自己去连接一些电路。

感觉这两天自己一下收获了很多。

当然相对于学习好的同学的进步，自己那点进步可能不足挂齿，可是即使有小的进步，那也是进步！

这短短几天的实训，一直宅在宿舍，查资料，看书，感觉自己的知识面也有所拓展。

在软件的使用过程中，我也遇到了很多难题，比如找一个元器件，往往在软件中找不到，无从下手，慢慢的我发现，同过元器件的类属，我可以一级一级的进行查找，这极大的提高了我从器件中找原件的速度。

此外，我也可以使用快捷方式，快速的运用元器件。

使用Multisim这个软件我的最大体会是：

在操作一个软件之前我们应该学习一些基本的知识，我们可以网上看看教程，在工具书上看看基本操作过程，以免我们在使用软件中不会不知道一些基本的作，加快我们掌握软件。

最困难的地方当属设计电路图了，自己本来对模电知识的掌握就很差，后来看书后才得以理解，“知识是需要长期运用的，才能形成深刻的记忆”。

电路设计完了后，在软件仿真中存在很大问题，比如：

一个元器件往往有固定的参数，有些参数不是我们随心所就能改的。

理论与实践也是存在差距的。

我们在以后的学习中，应该多实践一点，“实践出真知”，在大学学习阶段，重要的不只是去看，更需要自己动手去做。

这样自己的收获绝对超乎自己的想象！

参考文献：

1.基于Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析（电子工业出版社）

2.《电子电路基础》童诗白高等教育出版社第二版

3.XX文库相关资料