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