小信号阻容耦合放大电路设计.docx

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小信号阻容耦合放大电路设计

郑州科技学院

《Multisim10电子仿真实验与设计》报告

题目小信号阻容耦合放大电路设计

学生姓名杨春城

专业班级10级电子科学与技术二班

学号201031051

院（系）电气工程学院

指导教师刘林阴

完成时间2013年09月09日

1小信号阻容耦合放大电路设计

1.1设计目的

通过小信号阻容耦合放大电路仿真设计来讨论单元电路的一般分析、设计、元器件选取与调试的思路、流程、技巧和方法。

1.2设计要求

试设计一个工作点稳定的小信号单元放大电路。

要求：

|Av|>40,Ri>1k,Ro>3kΩ,fL<100Hz,fH>100kHz,电路的Vcc=+12V,Rl=3kΩ,Vi=10Mv,Rs=600Ω.

1.3设计说明

1、选定电路形式

选用如图5.1.1所示的基极分压式工作点稳定的小信号共射放大单元电路。

图5.1.1共射放大电路

2、选用三极管

因设计要求fH>100kHz,fH的指标要求较高。

一般来说，三极管的fT越大Cb’e、Cb‘c越小，fH越高。

故选定三极管为9013，其ICM=500mA，V（BR）CEO20V，PCM=625mW，fT150MHz，ICEO0.1uA，hFE（β）为60200。

对于小信号电压放大电路，工程上通常要求β的数值应大于Av的数值，故取β=60。

1.4设计静态工作点并计算元件参数

ICQ<26β/（Ri-rbb’）=1.95mA，取ICQ=1.5mA，

Re=（VBQ-VBEQ）/ICQ=（3-0.6）/1.5kΩ=1.6kΩ，Re=1.6kΩ

Rb2=βVBQ/（510）I1=（1224）kΩ,取Rb2=20kΩ

Rb1=Rb2（Vcc-VBQ）/VBQ=20（12-3）/3=60kΩ,取Rb1=56kΩ.

Rbe=rbb’+26β/ICQ=1240Ω，RL’=|Av|rbe/β=0.827kΩ

Rc=RLRL’/（RL-RL’）=1.14kΩ,取Rc=1.2kΩ.

Cb2=Cb1>（310）/ω（Rs+rbe）=（2.68.6）μF。

取Cb2=Cb1=10μF。

Ce>（13）/[ω（Re//（RS+rbe）/β）]=（53~159）μF，取Ce=100μF。

2仿真设计

2.1搭建实验电路

在Multisim10电路实验窗口，按上述设计参数搭建小信号共射放大电路，如图5.1.2所示。

图5.1.2实验电路

2.2仿真分析

1、用直流工作点分析功能分析计算实验电路

打开存盘的如图5.1.2所示的实验电路，单击Multisim10界面菜单“Simulate/Analyses/DCoperatingPoint…”按钮。

在弹出的对话框中，是定节点1（基极）、节点2（集电极）、Vcc（直流电源）、节点3（发射极）和I[ccvcc]（流入直流电源Vcc的电流）为待分析的电路节点。

单击“Simulate”仿真按钮进行直流工作点仿真分析，即分析结果（待分析电路节点的电位）显示“AnalysisGraph”（分析结果图）中，如图5.1.3所示。

依分析结果，有：

VBEQ=V1-V3=（2.92772-2.18949）V=0.74V

VCEQ=V2-V3=（10.37662-2.18949）V=8.19V

ICQ=（VCC-V2）/RC=[（12-10.37662）/1.2]mA=1.35mA

图5.1.3输入、输出电压峰值测量数据

DCOperatingPoint

1

V

（2）

10.37662

2

V

（1）

2.9.772

3

V（3）

2.18949

4

I（ccvcc）

-1.51482m

图5.1.4直流工作点分析数据

2、用测量仪器仿真测量、分析实验电路的电压放大倍数和输入、输出电阻。

用示波器测量的输入、输出信号波形参数如图5.1.3所示。

由示波器游标可知道T2-T1的值，则实验电路的电压放大倍数为AV=Vop/Vip=-819.855/20.19=-40.61，数值余量不大。

测得电源信号的峰值约为14.14mV，输入信号约为10.08mV，则实验电路的输入电阻为Ri=Vip/（Vsp-Vip）Rs=1.54kΩ。

由图5.1.5（a）所示，断开负载电阻RL后，测得输出电压峰值Vop的平均数值约为576.5mV，如图5.1.5（b）所示，所以输出电阻为

R0=（Vop/Volp-1）RL=1.17kΩ。

图5.1.5（a）实验电路

图5.1.5（b）信号、负载开路时输出电压峰值测量数据

3、利用交流分析功能（ACAnalysis）分析实验电路的频率特性

图5.1.6放大电路的幅频特性曲线和相频特性曲线

由图5.1.6可以得出

下限频率约为159.103Hz

上限频率约为3.8192MHz

通带宽度BW=（3819.2-0.159）kHz=3819.04kHz。

3分析研究

3.1问题分析

1、放大倍数

实验电路中电压放大倍数约为-40.61，数值余量不大。

Av几乎与放大电路中的三极管无关，而仅与放大电路中的电阻阻值及环境温度有关，且与ICQ成正比。

因此，减小Rb1增大ICQ，是增大阻容耦合共射放大电路放大倍数最有效的办法。

ICQ<26β/（Ri-rbb’）=2.36mA，取ICQ=2mA。

Re=（VBQ-VBEQ）/ICQ=（4-1）/2kΩ=1.5kΩ，Re=1.5kΩ

Rb2=βVBQ/7.5I1=βVBQ/15=24kΩ

Rb1=Rb2（Vcc-VBQ）/VBQ=24（12-4）/4=48kΩ，取E24系列标称值，Rb1=51kΩ

2、下限截止频率

由仿真分析得到下线截止频率约为159Hz，数值略大于设计要求。

要想降低下限截止频率，应增大耦合电容C1、Cb2和旁路电容Ce。

旁路电容Ce所在回路的等效电阻最小，影响最大，要想降低下限截止频率应增大Ce，故将Ce从100μF调整为220μF；将耦合电容C1、Cb2从10μF调整为22μF。

3.2放大电路动态性能指标的检测

1、电压放大倍数的仿真测量

用示波器观察电路放大的倍数为

Av=Vop/Vip=-998.247/18.524=-53.889

此时电路的电压增益明显提高了。

2、实验电路频率特性的仿真测量

由上面的计算更改的实验电路图以及输入、输出电压峰值测量数据，分别如图5.1.7（a）和图5.1.7（b）所示。

图5.1.7（a）参数修改后的实验电路

图5.1.7（b）输入、输出电压峰值测量数据

利用交流分析功能（ACAnalysis）分析实验电路的频率特性可得图5.1.8放大电路的幅频特性曲线、相频特性曲线以及相关数据。

图5.1.8放大电路的幅频特性曲线、相频特性曲线

由相关数据读得：

上限频率为89Hz；下限频率为3.3839MHz，通带宽度BW=（3383.9-0.09）kHz=3383.81kHz。

所以耦合电容和旁路电容，电路的下限截止频率降低了。

但由于工作点的改变，电路上限截止频率和通带宽度也降低了。

4总结

对于一个低频放大电路，当然希望电路的稳定性好、非线性失真要小、电压放大倍数要大、输入阻抗要高、输出阻抗要低、fL要低、fH要高。

要求往对于图5.1.1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Av=（Rc//RL）/reb,可知有三种途径：

RL↑（→Rc↑→Ro↑）;reb↓（→Ri↓）;β↑（→reb↑）。

显然，增大RL，即增大Rc，会使Ro增大；减小reb会使Ri减小。

如果Ro和Ri离设计指标要求还有充分余地，似乎可以通过调整Rc或ICQ来提高电压放大倍数，但改变Rc及ICQ又会影响放大电路的静态工作点设计，从而影响放大电路的其他动态性能指标；似乎，只有提高三极管的β，才能提高放大电路电压放大倍数的最简措施。

实际上，调整放大电路的电压放大倍数及其频率特性性能指标时应通盘综合考虑。