三极管放大倍实训分析报告.docx
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三极管放大倍实训分析报告
三极管放大倍实训报告
————————————————————————————————作者:
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通信与电子学院
课程名称:
电子技术设计实训2
题目:
增益步进可控晶体管放大器
学生姓名:
专业:
班级:
学号:
指导教师:
2015年12月19日
增益步进可控晶体管放大器设计报告
一、引言
我们设计的电路需要的功能:
(1)电压增益Av≥60dB,输入电压有效值Ui≤3mV。
Av在10~60dB范围内可调,步进值为±6dB。
(2)在Av≥60dB时,输出端噪声电压的峰峰值UoNnpp≤100mV。
(3)放大器BW-3dB的下限频率fL≤100Hz,上限频率fH≥100KHz,并要求在500Hz~100KHz频带内增益起伏≤3dB。
(4)放大器的输入阻抗≥4.7KΩ,输出阻抗≤100Ω。
(5)当RL=1KΩ时,最大输出正弦波电压有效值Uo≥3V,输出信号波形无明显失真。
(6)要求预留测试信号输入端,负载电阻两端预留输出测试端子。
(7)自备直流稳压电源,功率10W,输出电压12V。
二、电路设计过程
1、放大级数及各级放大倍数的确定:
根据电压增益Av≥60dB,所以Au≥1000,放大电路至少需要两级。
由于要求输入电阻较大,故第一级放大倍数不可能很大,一般小于第二级,一般第一级电压放大倍数Au1=20-25左右,则第二级电压放大倍数Au2=40-50。
2、放大电路形式的确定
根据要求,放大器的输入阻抗Ri≥4.7KΩ;简单共射放大电路的输入电阻一般小于2KΩ,因此必需引入电流串联负反馈,提高输入电阻,稳定静态工作点。
放大电路的形式如下图所示,为分压式射极偏置放大电路。
(1)根据输出阻抗Ro≤100Ω的要求,放大电路的输出级宜采用共集电极电路。
(2)根据带宽和负载,选择合适的晶体三极管。
本题要求BW=100Hz-100KHz,RL=1KΩ,因此晶体三极管全部选用9014或1815。
(3)要实现Av在10~60dB范围内可调,步进值为±6dB,可采用负反馈形式,改变反馈量则可改变增益,从而实现增益可调。
(4)画出整个电路形式
根据上述分析,要实现放大电路的参数要求,整个放大电路有三级,电路形式如下
3、元件参数计算
首先确定各级静态工作电流,一般而言第一级IC1=0.8-1.2mA,第二级IC1=1.5-2.0mA,本题第三级由所接负载确定。
第一级:
1)计算确定RE1:
对于第一级,由于输入信号较小,所以基极电压可以取小一些,一般取UB=(3~5)VBE。
本题可取UB1≥2.5V。
又UB1=Ube1+UE1,所以UE1≥2.5-0.7≥1.8V。
假设IE1=1.0mA,则RE1=UE1/IE1=1.8V/1.0mA≥1.8KΩ。
2)计算确定Re1:
假设β=100时,又Rb1、Rb2>>Ri,所以Ri≈(1+β)Re1>4.7K,则Re1>47Ω,取标称电阻Re1=50Ω
3)计算确定
上题IC1≈IE1=1.0mA,得IB1=10uA,由I1≈I2=(5-10)IB,取I1≈I2=10IB1=10×10=0.1mA
再按
,即为标称值
,取标称值
4)计算和确定集电极电阻RC
由放大电路的静、动态分析可知,RC是决定静态工作点和满足电压增益
要求的一个关键元件。
由于
,若取
,
则
,取标称值5.1KΩ
以上计算是假设β=100时的结果,当β不等于100时,要重新计算。
5)确定耦合电容和射极旁路电容C1、C2和Ce
由于放大电路是用于放大低频信号(f=20HZ~200KHZ),则耦合电容和射极旁路电容的容量可直接取经验标称值:
,
第二级:
计算方法同第一级,不再得重复。
第三级:
为使输出电压达到最大值3V,发射极静态电压为电源电压的一半,即UE3=6V。
先确定输出回路的动态范围:
负载电流的幅值为
,取
=1KΩ,则
则静态发射极电流
取IE3=10mA,则
,
,取标称值
=51KΩ
4、电路调试
板子的电路参数计算好后,就进入电路调试阶段了。
(1)先在没接负反馈的情况下调试出一级放大,主要数调节左边的第一个滑动变阻器。
当一级放大的峰峰值在75~120mV时,进入下一步;
(2)调试二级放大,主要调节中间两个滑动变阻器,当放大到3V时,进入下一步;
(3)调试第三级放大,主要是换电压射极跟随器的电阻。
当输出为3V左右时,进入下一步;
(4)调试负反馈,主要调节图中最右端的滑动变阻器,使改变滑动变阻器的阻值,可以改变放大器的放大倍数。
调试完毕。
5、本设计总体电路
6、电路调试结果
3、电路仿真与参数测试
(1)电压放大倍数测试
在Multisim中画出系统电路如下图4-1所示。
在3mV输入信号下,用示波器观察,不能出现失真。
图4-1
从上图可以看出,Au1=70.9mV/3mV=23.6
Au2=3090mV/70.9mV=43.6
Au3=3010mV/3090mV=0.974
Au=Uo/Ui=3010/3>1000,满足设计要求。
(2)输入电阻测试
输入电阻测试电路如下图4-2所示。
图4-2
从上图可以看出:
,满足设计要求。
(3)输出电阻测试
输出电阻测试电路如下图4-3,先开路测试输出电压UO=3.102V
图4-3
带负载测试的电路见上图4-1所示,输出电压UL=3.01V;
输出电阻
,满足设计要求。
(4)带宽测试
从测试结果看下限频率fL(x1)=61.75Hz,上限频率fH(x2)=540.36KHz。
符合BW=100Hz-100KHz的设计要求。
4、总结与体会
作为一名物联网的学生,我觉得在大学的学习中做这样的实训是十分有意义。
我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面,如何去面对现实中的各种设计?
如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢?
这就需要一些实训来创造机会来学习了。
为了让自己的设计更加完善,更加考核标准,一次次翻阅模电方面的书籍是十分必要的,同时也是必不可少的。
通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处,虽然感觉理论上已经掌握,但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑,经过一番努力才得以解决。
通过这次设计,我懂得了学习的重要性,了解到理论知识与实践相结合的重要意义,学会了坚持、耐心和努力,这将为自己今后的学习和工作铺展了道路。
另外,课堂上也有部分知识不太清楚,于是我又不得不边学边用,时刻巩固所学知识,这也是我作本次课程设计的一大收获。
整个设计我基本上还满意,由于水平有限,难免会有错误,还望老师批评指正。
5、参考文献
(1)、《三极管放大电路计算的一些技巧》
(2)、《基本放大电路设计与仿真调试》
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