三極管10倍放大電路設(shè)計.doc

理工大學(xué)開放性實驗報告（A類/B類）項目名稱： 三極管放大電路設(shè)計 實驗室名稱： 創(chuàng)新實驗室 學(xué)生姓名： 創(chuàng)新實驗項目報告書實驗名稱三極管放大電路設(shè)計日期2011年11月21日姓名專業(yè)一、 實驗?zāi)康?、 設(shè)計一個三極管放大電路，采用單電源供電； 2、 使輸出信號增益20dB，輸出幅值10Vpp；3、 使3dB帶寬10Hz1MHz；二、 實驗原理2.1根據(jù)實驗要求構(gòu)建出基本電路圖如圖為共射級放大電路共射極放大電路既有電流放大作用，又有電壓放大作用，故常用于小信號的放大。改變電路的靜態(tài)工作點，可調(diào)節(jié)電路的電壓放大倍數(shù)。而電路工作點的調(diào)整，主要是通過改變電路參數(shù)來實現(xiàn)。(負載電阻RL的變化不影響電路的靜態(tài)工作點，只改變電路的電壓放大倍數(shù)。)該電路信號從基極輸入，從集電極輸出。輸入電阻與相同材料的二極管正向偏置電阻相當(dāng)，輸出電阻較高，適用于多級放大電路的中間級。故選擇此種電路設(shè)計方案。2.2根據(jù)電路圖進行基本計算2.2.1求各部分直流電位基極直流電位： =發(fā)射極直流電位： 又=0.6v，故V發(fā)射極上的直流電流：=/=(V)/集電極的直流電壓=-2.2.2求交流電壓放大倍數(shù)由交流輸入電壓引起的的交流變化為：=/另集電極的交流變化為，則的交流變化部分為：=()另外因為用將的直流成分截去，故交流輸出信號即為的本身：=()。因此，該電路的交流電壓放大倍數(shù)為：=/=/。所以可以認為放大倍數(shù)與無關(guān)，而是由與之比來決定的（因為基極電流為0，所以與無關(guān)，然而，嚴格來講，是有關(guān)系的）。在該實驗中輸出信號增益20dB，故/10三、實驗過程3.1設(shè)計電路3.1.1確定三級管型號通過查閱給定的五種三極管技術(shù)文檔，2N5551完全符合相應(yīng)技術(shù)要求，其=0.625W(25),=80250，=80MHZ,=180V,=160V?？梢酝瓿蓪嶒炄蝿?wù)，且該三極管方便在multisim仿真（其他幾種三極管在multisim庫中沒有對應(yīng)的模擬原件），故選擇2N5551。3.1.2確定直流電源電壓為了達到輸出幅值10Vpp的要求，顯然要使用10V以上的電壓電源，又為了使集電極電流流動，由于發(fā)射極電阻上最低加上1-2V電壓（因為約為0.6V，但其有-2.5mV/的溫度特性），所以電源電壓最低為11-12V。為了避免輸出波形失真，最好把集電極電位電壓設(shè)定在與的中點，為使靜態(tài)工作點取值合適，故選擇25V直流電源供電。3.1.3與因為/10,這里取10，設(shè)壓降為1V，為3mA。=/約為330，故為3.3 k。3.1.4基極偏置電路設(shè)計由以上步驟經(jīng)計算可得，=65k,=5k,取電阻標準值，=62k，=4.7k3.1.耦合電容與由于分別與以及負載形成高通濾波器，根據(jù)實驗要求使3dB帶寬10Hz1MHz，f=1/(2)=10其中=，解得約為3uF，取值與一致。3.6確定電源去耦電容在電源上并聯(lián)一個小電容和一個大電容，可以在很寬的頻率范圍內(nèi)降低電源對GND的阻抗。一般選用1uF的瓷片電容，與10uF的電解電容。3.2multisim仿真按照設(shè)計在multisim中連接好電路圖，如圖所示用示波器仿真如下圖，此時頻率為10kHZ波特圖示儀仿真結(jié)果如下中頻區(qū)半功率點，10HZ滿足實驗要求高頻特性不符合實驗要求，過高于是修改電路圖，并仿真，在上并聯(lián)一個小電容，使其在高頻時放大倍數(shù)下降，仿真結(jié)果如下波特圖示儀仿真結(jié)果如下大致符合實驗要求，故采用此電路圖進行焊接3.3焊接電路并進行實際測試測試結(jié)果顯示，放大電路無失真現(xiàn)象，在10HZ時頻率特性較好，但在1MHZ時放大倍數(shù)急劇下降，實際半功率點在150KHZ左右，將旁并聯(lián)的小電容拆除后高頻特性仍舊只在200KHZ左右，嚴重不符標準，故此電路作廢，重新設(shè)計電路。3.4重新設(shè)計的電路圖及其仿真結(jié)果 3.5在面包板上進行實際電路的測試與調(diào)試在設(shè)計第一個電路時發(fā)現(xiàn)，multisim仿真與實際電路在高頻特性上有很大差距，故先使用面包板上測試，測試結(jié)果顯示，該電路半功率點，低頻達到9.4HZ，高頻達到1.4MHZ。經(jīng)計算，在旁并聯(lián)161PF電容可使高頻特性降低到約1.2MHZ。實際測試結(jié)果與計算結(jié)果相符。3.6最終方案的電路焊接在這次焊接中優(yōu)化了布線方案，減少了布線長度，以盡量減少阻抗，在靠近電路的地方布上去耦電容，以優(yōu)化高頻特性。3.7測試與調(diào)試對焊接后的電路板進行測試，測試結(jié)果顯示，放大倍數(shù)，波形，低頻特性均符合實驗要求，誤差在5%以內(nèi)。四、實驗結(jié)果（詳細列出實驗數(shù)據(jù)、結(jié)論分析） 4.1靜態(tài)工作點電流，電壓；VB=1.37V,VC=9.18V，VE=0.72V, VCEQ=8.48V。 4.2電路頻率范圍fmin=9.4Hz;fmax=1.21MHz;。4.3放大倍數(shù)經(jīng)測量當(dāng)f=10Hz時AV=7.68;經(jīng)測量當(dāng)f=1KHz時AV=10.6，當(dāng)f=1MHz時AV=8.16,4.4電路輸出振幅經(jīng)測量當(dāng)f=10Hz時A=7.68V經(jīng)測量當(dāng)f=1KHz時A=10.6V;當(dāng)f=1MHz時A=8.16V,4.5結(jié)論分析忽略晶體管，電阻，電容的誤差與計算基本符合試驗要求，故上述計算方法五、實驗總結(jié)（實驗中遇到的已解決和未解決的問題）5.1實驗中遇到的問題5.1.1高頻特性高于1M以上2-3倍經(jīng)計算與電腦仿真在RC處并聯(lián)一濾波電容可以降低高頻特性截止頻率。5.1.2最小低頻小于10Hz改變輸入輸出電容的大小即可增高輸出頻率5.1.3放大倍數(shù)略小于10倍適當(dāng)增大RC的阻值可以提高倍數(shù)5.2實驗中遇到未解的問題決仿真結(jié)果與實際電路在頻率特性有很大差別5.3經(jīng)驗總結(jié)在設(shè)計過程中從查資料到設(shè)計再到焊接再到調(diào)試最后在寫實驗報告，整個過程中認識到電腦仿真和書面計算與實際電路有一定差別，所以理論很重要，動手實踐同樣很重要。在對靜態(tài)工作點的設(shè)定時，要注意使Vce=(1/21/3)Vcc,以確保輸出波形不失真。事先一定要用萬用表測量管子的hFE ，以便可以準確的