高频课程设计.docx

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高频课程设计

课程设计任务书

学院

信息工程学院

班级

14电信

姓名

设计起止日期

2015.12.21——2015.12.27

设计题目：

两级阻容耦合放大电路的设计及调试

设计任务（主要技术参数）:

实验仪器：

示波器、双踪示波器、数字万用表、交流毫伏表、信号发生器、直流电源。

实验电路如下图1所示，是两级阻容耦合放大器。

电路的一级为共射放大电路，二级也是共射放大电路，在两个单级放大器之间，交流信号是通过耦合电容器C2从第1级向第2级传送的。

第1级的“负载”就是第2级的“输入电阻”。

交流信号经第1级放大后，由耦合电容器C2送入第2级，信号电压就落在了第2级的输入电阻器两端。

两级都有各自独立的分压式偏置电路，两个三极管的参数是相同的，通过电路实现电压的增益，并确定其静态工作点。

图1实验电路图

指导教师评语：

成绩：

签字：

年月日

两级阻容耦合放大电路的设计及调试

1.课程设计的目的:

模拟电子技术课程设计是继模拟电子技术理论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节，它的任务是在学生掌握和具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力之后，综合所学知识进一步学习电子电路系统的设计方法和实验方法，为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础。

由一只晶体管组成的基本组态放大器往往达不到所要求的放大倍数，或者其他指标达不到要求。

这时，可以将基本组态放大器作为一级单元电路，将其一级一级地连接起来构成多级放大器，以实现所需的技术指标。

此次课程设计以两级阻容耦合放大电路为主题，利用三极管的不同组态，采用共射的电路来完成。

该电路可以实现电压、电流的放大，求出输入及输出的电阻，保证输出的波形不失真，正确的调节静态工作点。

该设计具有操作简单、调试方便的特点。

通过本次课程设计能够较全面地巩固和应用《模拟电子技术》课程中所学的基本理论和基本方法，掌握放大电路各性能指标的测试方法，尤其是多级放大电路静态工作点的调整与测试方法；掌握两级放大电路放大倍数的测量方法和计算方法，进一步掌握两级放大电路的设计原理、各性能指标的调试原理；能合理、灵活地应用分立元件或标准集成电路芯片实现规定的电路；培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的模拟电子系统的能力，熟悉Multisim的使用；培养书写综合设计实验报告的能力。

2设计方案论证

2.1设计内容及要求

2.1.1设计要求

（1）电源电压Vcc=12V；

（2）负载电阻Rl=2K

；

（3）输入信号为Vi=4mv（放大电路是小信号放大型），f=1KHZ的阻容耦合的正弦波电压，信号源内阻Rg很小可忽略；

（4）晶体管用3DG6。

2.1.2技术指标:

放大器不失真输出电压Vo≥1000mv，即放大器电压增益∣Av∣≥250（放大级数的确定）。

2.1.3设计内容

（1）根据设计的要求制作出电路的设计方案，并选取适当的电路元件。

安装，调试一个放大电路，满足规定实验要求。

（2）对实验电路的设计、调试过程进行分析，对静态工作点进行设置，并测量电路的相关参数（放大倍数、输入电阻和输出电阻），结合实验的结果，对电路元件的参数进行修改。

（3）学会在对电路进行检测后，对对应问题和不足进行对应调节，有针对性对元件进行调整，使之满足试验设计，最后完成设计报告。

2.2比较和选定设计的系统方案，画出系统框图

2.2.1拟定系统方案框架:

两级放大电路的设计主要由四个部分组成：

电源输入电路、一级放大电路、二级放大电路、输出电路。

由电源输入信号到一级共射的放大电路，再到二级的共射的放大电路，最后输出，实现电压或电流的放大。

系统框架图如下图1。

图2两级放大电路的系统组图

2.2.2设计方案

（1）采用多级耦合:

由于实际待放大的信号一般都在毫伏或微伏级，非常微弱，要把这些微弱信号放大到足以推动负载工作，单靠一级放大电路器远远不能满足要求，这就需要将两个或两个以上的基本单元放大电路连结起来组成多级放大电路，使信号逐级放大到所需要的程度。

本实验电路由两级放大电路级联组成，第一级为分压偏置的共射级放大电路，第二级采用同样的放大电路通过电容耦合连接起来。

（2）采用共射电路:

由三极管组成的基本放大电路可分为三种：

共射、共集和共基放大电路。

三种方式有各自的特点：

①共射电路既能放大电流又能放大电压，输入电阻居三种电路之中，输出电阻较大，频带较窄。

常作为低频电压放大电路的单元电路。

②共集电路只能放大电流不能放大电压，是三种接法中输入电阻最大、输出电阻最小的电路，并具有电压跟随的特点。

常用于电压放大电路的输入级和输出级，在功率放大电路中也常采用射级输出的形式。

③共集电路只能放大电压不能放大电流，输入电阻小，电压放大倍数、输出电阻与共射电路相当，是三种接法中高频特性最好的电路。

常作为宽频带放大电路。

根据实验的要求，本设计最终采用了共射放大电路的设计方案。

2.2.3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，测量放大倍数；  

（4）放大器的输入电阻及输出电阻计算。

注：

步骤（3）~（4）在multisim中完成。

2.3单元电路设计、参数计算和元器件的比较选择

2.3.1单元电路设计及电路形式、元器件的选择:

图3电路原理图

原理图如图3所示，其中C1，C3，CE1为耦合电容，作用主要为阻直通交。

C2为级间电容，主要影响该电路的高频输出。

其中，Rb11和Rb12主要是为了稳定VT1的静态工作点。

Rc1和Re1主要是限制通过VT1的集电极和发射极电流。

Rb21和Rb22主要是为了稳定VT2的静态工作点。

Rc2和Re2主要是限制通过VT2集电极和发射极的电流。

NPN型三极管T担负着放大作用，它具有能量转换和电流控制的能力，当微弱的输入信号ui使二极管基极电流ib产生微小变化时，就会使集电极电流ic产生较大的变化，它是放大电路的核心。

Vcc使集电极直流转换为集电极电压的变化，然后传送到放大电路的输出端。

基极偏置电阻Rb的作用是，一方面为三极管的发射结提供正向偏置电压；同时给三极管提供一个静态基极电流Ib。

C1、C2是耦合隔直流电容，为了使三极管工作在放大区，还必须使发射结正向偏置，集电结反向偏置，为此，Vcc、Rc和Rb等元件的参数应与电路中三极管的输入、输出特性有适当的配合关系。

由于单级放大电路的电压放大倍数有限，往往不能满足工程实际的需要，因此常由若干个单级放大电路组成多级放大器。

2.3.2参数计算

（1）静态工作点

①设置静态工作点:

图4电路仿真图

按图接线，注意接线尽可能短。

静态工作点设置：

要求第二级在输出波形不失真的前提下幅值尽量大，第一级为增加信噪比，工作点尽可能低。

在输入端接入频率为1KHz幅度为1000mV的交流信号（一般采用试验箱上加衰减的办法，即信号源用一个较大的信号。

例如1000mV，在实验板上经100：

1电阻衰减，降为1mV），是Vi1为10mV，调整工作点使输出信号不失真。

②静态工作点的估算:

阻容耦合多级放大器各级的静态工作点相互独立，互不影响。

所以静态工作点的调整与测量与单极放大器一样。

图示的实验电路，静态值可按下式计算。

实际测量时，只要测量出两个晶体管各级对地的电压，经过换算便可得到静态工作点值的大小。

（2）多级放大器放大倍数的估算:

单管基本共射电路电压放大倍数的公式如下：

要特别注意的是，公式中的

不仅是本级电路输出端的等效电阻，还应包含下级电路等效至输入端的电阻，即前一级输出端往后看总的等效电阻。

多级放大电路，前一级的输出信号即为后级的输入信号，而后级的输入电阻会影响前级的交流负载。

多级放大电路的放大倍数，为各级放大倍数的乘积，而每一级电路电压放大倍数的计算，要将后级电路的输入电阻作为前级电路的负载来计算，上图实验电路中：

实际测量时，可直接测量第一级和第二级输入、输出电压，或两级的输入、输出电压，并验证上述结论。

（3）输入电阻和输出电阻的估算:

输入电阻:

输出电阻:

因为每一级共射接法的放大电路对所放大的交流信号都有一次倒相作用，因此，在图4所示的两级阻容耦合放大电路中，其输出电压

与输入电压

同相。

（4）电路图及电路的工作原理:

图2电路原理图

工作原理：

两级之间通过耦合电容和下一级输入电阻连接，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。

阻容耦合对交流信号的容抗必须很小，其交流分压作用可以忽略不计，以使前级输出信号电压差不多无损失地传送到后级输入端。

信号频率越低，电容值应越大。

耦合电容通常取几微法到几十微法。

信号源或前级放大电路的输出信号在耦合电阻上产生压降，作为后级放大电路的输入信号电压。

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，所以两级放大电路的电压放大倍数为：

3设计结果与分析 

3.1组装调试使用的主要仪器和仪表、软件说明

3.1.1主要仪器和仪表：

示波器、双踪示波器、数字万用表、交流毫伏表、信号发生器、直流电源。

3.1.2软件说明:

multisim12是美国国家仪器有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。

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3.2调试电路的方法和技巧

●按图3电路原理图装接电路，注意接线尽可能短。

●放大电路接入+12V直流电源。

●在放大电路的输入端A点加入1KHz幅度10mV的交流信号。

同时调节可变电阻Rp1和Rp2，用示波器观察输出波形，使输出波形不失真。

3.3程序运行仿真结果

3.3.1直流分析:

直流工作点分析用于确定电路的直流工作点,对于直流分析,假设交流源为零且电路处于稳态,也就是假设电容开路、电感短路。

放大器的静态工作点如图5所示。

图5放大器的静态工作点分析

表1静态工作点记录表

静态工作点

Ube1

Ie1

Uce1

Ube2

Ie2

Uce2

数据

0.731V

0.95mA

6.07V

0.736V

1.11mA

5.423V

3.3.2放大倍数

（1）第一级的输出电压:

图6Uo1

由图6得第一级电压幅值放大倍数为：

（2）第二级的输出电压:

图7Uo2

由图7可得得第二级电压幅值放大倍数为：

所以放大电路的总体放大倍数为一级和二级放大倍数的乘积：

（大于250，满足设计的要求）

3.3.3输入电阻的测量:

建立仿真图，打开仿真开关，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，要在合适的静态工作点上测量，因而直流电源保留。

图8Ii

图9Ui

所以

3.3.4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。

图10Uo

图11Io

所以

3.3.5用示波器观察放大器输出电压Uo的波形:

图12输入与输出波形图

3.4调试中出现的故障、原因及排除方法:

表2电路故障、原因及排除方法

现象

原因

排除方法

静态工作点不能调整

电源未接好

用万用表测量电路的电源电压是否正常

静态工作点正常，无任何输出

测量电路连接线未连接好

检查信号发生器连接线、示波器探头是否与电路连接好；连接线是否开路

输出波形有震荡现象

接线平行

避免接线平行

4设计体会

4.1结论：

在进行电路的仿真和测试中，明显的看到两级阻容耦合放大电路的放大能力比单管的放大电路的放大能力强。

4.2优点、缺点

4.2.1优点：

（1）它们的各级直流工作点相互独立，可分级进行调整；

（2）由于各级大多采用工作点稳定电路，使得整个放大器的性能比较稳定。

（3）由于输出级的输出电压和输出电流都比较大，因而输出级的静态工作一半都设置在交流负载线的中点，这样能获得最大动态范围或最大不失真输出电压输出电压幅值。

4.2.2缺点：

阻容耦合不适合于传递变化缓慢的信号，它只能放大交流信号不能放大直流信号。

4.3改进建议：

输入端增加差动放大电路减少噪音、减少干扰；增加负反馈稳定输出。

4.4个人体会加展望：

通过这次课程设计使我明白了与实践相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的。

只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考能力。

在课程设计的过程中难免会遇到各种各样的问题，这时就需要足够的耐心与毅力细细分析，好好找资料，找出可能出现的故障。

有时自己没有考虑周全就臆断情况导致一遍又一遍的查资料，一次又一次的改正，因此耗费了大量的时间在这上面。

同时我也在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握的不够牢固。

平时看书本时，很多问题一知半解，做完课程设计后，那些问题就迎刃而解了。

认识来源于实践，时间是认识的动力和最终目的，时间是检验真理的唯一标准。

做课程设计是对课本知识的巩固和加强，是将学到的理论知识应用到实践中去的完美结合。

由于课本知识涉及范围广而杂，平时的学习并不能很好的了解和运用，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更深入的了解，更好的掌握了多级放大电路的的工程设计方法、组装调试技术和实验方案的设计方法以及软件的操作使用，也培养了灵活运用所学知识，分析与解决电路实际问题能力，加强了实验全过程的训练。

对我而言，知识上的收获固然重要，精神上的丰收更加可喜。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

能够获得如此宝贵的体验真是一件非常美好的事，希望日后能够将这宝贵的经验运用于实际，使这次课程设计的价值得到充分利用与体现。

5参考文献

[1]华成英,童诗白主编,清华大学电子学教研组编.模拟电子技术基础[M].北京：

高等教育出版社,2006.5：

84-85、148-149

[2]路勇主编.电子电路实验及仿真[M].北京：

清华大学出版社,2004

[3]单美贤,李艺著.虚拟实验原理与教学应用[M].北京：

教育科学出版社,2005

[4]朱雪璇.Multisim仿真软件在《电路原理》教学中的应用研究[J].数码世界.2015（12）

[5]颜芳,宋焱翼,谢礼莹,李新科.基于Multisim的电路原理课程仿真实验设计[J].实验技术与管理.2013（05）

[6]戚英杰.Multisim2001软件在模拟电路教学中的应用[J].宁波职业技术学院学报.2012（5）:

95—97

[7]徐经纶.Multisim仿真在阻容耦合放大电路中的探索应用[J].电子技术.2014（3）