分立元件放大器

1、分立元件放大器設(shè)計(jì)報(bào)告制作者：楊海第一篇 概述此次實(shí)驗(yàn)我所設(shè)計(jì)的分立元件放大器主要由改進(jìn)的差分放大器和射極跟隨器組成。改進(jìn)型的差分放大器是由有源負(fù)載、基本差分、電流源組成，使得在電路在第一級(jí)直接放大2200倍。接著配合使用電壓跟隨器進(jìn)行跟隨，使得最終能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的、放大的、并且不失真的正弦波形。本次實(shí)驗(yàn)配合使用multisim進(jìn)行軟件仿真，同時(shí)使用實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行硬件仿真，最終焊成電路板實(shí)物。由于本人能力有限，在第一級(jí)上花費(fèi)的研究時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，以致于翹了不少課。但是偉大的哲學(xué)先知說(shuō)過(guò)：塞翁失馬，焉知非福。盡管了花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力，但是學(xué)到了不少書(shū)本上沒(méi)講到的知識(shí)，既加深了對(duì)正在學(xué)習(xí)的差分電路的認(rèn)識(shí)，

2、又發(fā)現(xiàn)了理論和實(shí)踐之間的一些差距。于是竊喜之。關(guān)鍵詞：分立元件，差分放大，有源負(fù)載，射極跟隨，multisim軟件，實(shí)驗(yàn)箱硬件目錄第一篇 概述2第二篇 總體設(shè)計(jì)思想及元器件列表2.1 總體設(shè)計(jì)思想42.2 元器件列表42.3 測(cè)試條件4第三篇 設(shè)計(jì)過(guò)程3.1 初步設(shè)計(jì)53.1.1 輸入級(jí)設(shè)計(jì)53.1.2 中間級(jí)設(shè)計(jì)93.1.3 輸出級(jí)設(shè)計(jì)103.2 焊接與調(diào)試13第四篇 實(shí)驗(yàn)總結(jié)14第二篇 總體設(shè)計(jì)思想及元器件列表2.1 總體設(shè)計(jì)思想本放大器主要由兩部分組成：改進(jìn)型的差分放大器，射極輸出。其中改進(jìn)型的差分放大器放大性能卓越，第一級(jí)直接放大2200倍。第二級(jí)射極輸出主要是實(shí)現(xiàn)電壓的跟隨，以及降低

3、輸出阻抗，提高帶負(fù)載的能力。2.2 儀器與元器件列表儀器類：信號(hào)源：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電源：直流穩(wěn)壓電源萬(wàn)用表、示波器元器件類：三極管：9013 6個(gè) 9012 2個(gè)電阻：1K 1個(gè)，2K 2個(gè)，200 1個(gè)，56K 2個(gè)，10K1個(gè)，470K 1個(gè)電位器：1K 1個(gè)，100K 1個(gè)，200K 1個(gè)電容：100F 3個(gè)測(cè)試條件：頻率為1KHZ，幅度為5mV的正弦波第三篇 設(shè)計(jì)過(guò)程 輸入級(jí)的設(shè)計(jì) 由于題目中有共模抑制比的要求，故第一級(jí)必須要用差分放大器。差分放大器是由一對(duì)特性相同的晶體管組成，而且電路元件也都是對(duì)稱的。輸入信號(hào)為Ui1、Ui2；單端輸出信號(hào)分別是Uc1、Uc2；雙端輸出為UC1與UC

4、2之差，即UO=UC1-UC2O。差分電路電路具有下列特點(diǎn)：1、具有抑制零點(diǎn)漂移能力 差動(dòng)電路由于管特性相同和電路元件對(duì)稱，所以當(dāng)溫度升高時(shí)，兩管的集電極電流將得到同樣的增量，即IC1=IC20而雙端輸出為UO=IC1RC-IC2RC=0，所以輸出沒(méi)有零點(diǎn)漂移。2、共模輸入時(shí)，具有抑制放大能力 當(dāng)Ui1=Ui2時(shí)，在對(duì)稱條件下，則雙端輸出Uo=KUil-KUi2=0。3、差模輸入時(shí)，具有放大能力 當(dāng)Ui1=-Ui2差模輸入時(shí)，兩面三刀管集電極輸出分別為Uc1=-KUi1、Uc2=-KUi2；所以，差模放大倍數(shù)Kud:Kud=(Uc1-Uc2)/(Ui1-Ui2)=(-Ui1K-Ui1K)/2U

5、i1=-K=(-)(hfeRc)/(Rs+hie)。由于差動(dòng)電路的雙端輸入電壓、雙端輸出電壓均比單管共射放大電路多了一倍，所以差模放大倍數(shù)Kud與單管共射電路的放大倍數(shù)相同。為提高抑制零漂能力，應(yīng)使共模放大倍數(shù)越小越好，差模放大倍數(shù)越大越好。 4、具有穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的能力射極度電阻Re對(duì)共模信號(hào)及溫漂電平均有很強(qiáng)的負(fù)反饋?zhàn)饔?。例如在溫度升高時(shí)，Ic1、Ic2都同時(shí)增加，并產(chǎn)生下列負(fù)反饋過(guò)程：結(jié)果使IC1、IC2的實(shí)際變化相對(duì)地減小，這里Re起著恒流作用，從而穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，顯然Re越大，恒流作用也越大，抑制零漂的能力也就越強(qiáng)，引入輔助電，以抵消Re的壓隆。使射極度對(duì)地電位能維持正常的數(shù)值。值得

6、注意的是，對(duì)差模信號(hào)，Re不起負(fù)反饋?zhàn)饔?，因此，它不?huì)降低差模信號(hào)的放大倍數(shù)。既然差分電路有如此多的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)中我嘗試了改進(jìn)一下差分電路。我所采用的差分電路如下：該電路上半部分是一個(gè)有源負(fù)載，下來(lái)后是一個(gè)基本差分電路，并且我為了提高共模抑制比，將射極電阻Re換成一個(gè)電流源。接有源負(fù)載的目的是變單端輸出為雙端輸出，這樣可以大大提高增益。因?yàn)槲覀冎?，雙端輸出的增益是單端輸出的兩倍。實(shí)驗(yàn)中，放大增益與輸出阻抗似乎是不可調(diào)和的，雖然差分的增益上去了，但是帶來(lái)的問(wèn)題是第一級(jí)的輸出阻抗比較大。另外，為了提高輸入電阻，我也嘗試過(guò)采用微電流源電路。但是由于調(diào)試較為麻煩，并且第一級(jí)的增益不大，而且調(diào)試時(shí)較為麻

7、煩，于是當(dāng)時(shí)就舍棄了（現(xiàn)在想來(lái)，微電流源電路應(yīng)該是一個(gè)不錯(cuò)的電路，不僅能提高輸入電阻，而且輸出電阻也不大，第一級(jí)并不需要那么大的電壓增益）。微電流源的電路組成為：理論計(jì)算為：因?yàn)閂BE小，所以IC2<<IR ；同時(shí)IC2的穩(wěn)定性也比IR好。另外，我認(rèn)為將Re換成一個(gè)電流源電路應(yīng)該是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，實(shí)驗(yàn)測(cè)得共模抑制比達(dá)到了100dB?？墒亲罱K測(cè)試中沒(méi)有這項(xiàng)要求，不免感到一些可惜。恒流源使共模放大倍數(shù)減小，而不影響差模放大倍數(shù)，從而增加共模抑制比。理論計(jì)算為：可見(jiàn)集電極和射極的電流基本不變，靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定，有效抑制溫漂。實(shí)驗(yàn)中，我發(fā)現(xiàn)溫度真的會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生非常大的影響。或許我接了一個(gè)恒流

8、源，對(duì)電路的穩(wěn)定更好些吧。 中間級(jí)的設(shè)計(jì)由于我的電路第一級(jí)出來(lái)已經(jīng)能達(dá)到10V了，在以后的電路中想要有大的電壓增益是不可能。這個(gè)問(wèn)題讓我苦悶了一段時(shí)間，找不到合適的電路來(lái)進(jìn)一步放大。后來(lái)了解到達(dá)林頓管能夠?qū)﹄妷浩鸬揭欢ǖ姆糯笞饔茫冶銍L試了一下，可是發(fā)現(xiàn)效果并不理想。測(cè)試電路為：軟件仿真和實(shí)驗(yàn)箱搭電路嘗試都沒(méi)有獲得很好的效果，似乎與理論不符。理論上達(dá)林頓應(yīng)該能對(duì)電壓放大2倍多，可是經(jīng)過(guò)我的嘗試，達(dá)林頓并沒(méi)有起到一個(gè)放大電壓的作用。但是有的同學(xué)嘗試成功了，用的是和我一樣的電路。這個(gè)問(wèn)題我現(xiàn)在搞不明白。既然實(shí)踐中達(dá)林頓不能起到一個(gè)放大作用，我在中間級(jí)繼續(xù)放大的想法破滅了。面對(duì)第一級(jí)出來(lái)的10V電壓

9、我開(kāi)始有點(diǎn)不知所措了。于是我想到了直接接一個(gè)輸出級(jí)，因?yàn)橹虚g級(jí)已經(jīng)起不到放大的作用了，達(dá)林頓電路我是一點(diǎn)把握都沒(méi)有，不敢嘗試。這樣就進(jìn)入了輸出級(jí)的設(shè)計(jì)。 輸出級(jí)的設(shè)計(jì)方案一：推挽輸出主要特點(diǎn)是：高輸入電阻、低輸出電阻、電壓增益近似為1，可用作電壓跟隨器。降低輸出阻抗，提高負(fù)載能力。我所采用的測(cè)試電路為：測(cè)試波形為：由圖可見(jiàn)推挽的電壓增益近似為1，效果還可以。方案二：射極跟隨器我測(cè)試的射極跟隨器如下：這是一種自舉式的跟隨器，它的特點(diǎn)是： 1、自舉由于R3的下端電位隨上端電位升曾而升高，故稱為自興舉，自舉作用使R3兩端的交流壓降為零。所以對(duì)交流來(lái)說(shuō)，R3相當(dāng)于開(kāi)路，從而避免了偏置電路降低了輸入阻抗

10、的缺陷。2、輸入阻抗高為了盡量地提高晶體管有效的輸入阻抗，采用BG1和BG2組成復(fù)合管電路，這時(shí)=12，使總的輸入阻抗大大提高。因?yàn)檩斎胱杩筊i=Rbe+(1+)Reo 本電路的輸入阻為2兆歐，輸出阻抗14。仿真測(cè)試波形較為理想，到實(shí)驗(yàn)箱上測(cè)試時(shí)輸入阻抗只有1M多，與理論值不符。故我的電路最后的輸出電壓并不是很高，只有7.7V。最終我選擇了射極跟隨器。原因是推挽輸出的作用是功率放大器，雖然也能減小輸出電阻，但是減小的并不是很多 ，最為嚴(yán)重的是電壓增益減小了許多，比起射極跟隨器，我還是偏向于后者。畢竟射極跟隨器是“專業(yè)”做輸出阻抗的，并且電壓跟隨性也應(yīng)該比推挽的好。3.3 焊接與調(diào)試最終我的成形

11、電路為：焊接調(diào)試后的測(cè)試結(jié)果為：輸出電壓為7.7V，輸入阻抗為100K，輸出阻抗為14。結(jié)果并不是很理想。唉第四篇 實(shí)驗(yàn)總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)前前后后我總共做了將近兩個(gè)星期，由于本人所學(xué)的知識(shí)有限，最終的測(cè)試成績(jī)并不是很理想。不過(guò)我還是滿足了，因?yàn)橹辽傥遗α耍绕鹉切┲型疽驗(yàn)槌惺懿涣耸⊥纯嗟耐瑢W(xué)，能堅(jiān)持下來(lái)我覺(jué)得就是一種勝利。在測(cè)試過(guò)程中我試過(guò)許多電路，包括軟件仿真和硬件仿真的。特別是硬件仿真，在實(shí)驗(yàn)箱上搭電路的確是一件很痛苦的事情。一遍遍的搭，一遍遍的咽著失敗的苦水。曾經(jīng)有幾次我的確是很郁悶，有種想摔儀器的沖動(dòng)。明明一個(gè)電路連接無(wú)誤，所有的導(dǎo)線所用的元器件都是完好無(wú)損的，可是我從早上九點(diǎn)搭到晚上七

12、點(diǎn)就是沒(méi)波形出來(lái)。其間我沒(méi)有吃飯，不斷檢查，檢查無(wú)誤后還是沒(méi)波形，結(jié)果只好全部拆了重搭。試了不下10次，搞的我近乎崩潰了?？墒呛髞?lái)又不知怎么回事的有波形。一切來(lái)的是那么的詭異，我只得苦笑造化弄人。其實(shí)模電就是這樣，偶然性很大，也許某段時(shí)間這個(gè)管子是好的，而在下一時(shí)刻這個(gè)管子又不行了，這些都無(wú)法檢查出來(lái)的。還有一點(diǎn)體會(huì)就是我發(fā)現(xiàn)軟件仿真和硬件仿真以至于最終的成形電路板之間都有差距。我用實(shí)驗(yàn)箱搭出來(lái)成功的電路，用軟件仿真時(shí)就不成功。用軟件仿真成功的電路，焊成電路板時(shí)卻又出現(xiàn)了問(wèn)題。這其間未知的參數(shù)很多，可能讓你滿懷信心的帶著仿真結(jié)果來(lái)到實(shí)驗(yàn)室焊電路板，焊好之后卻讓你無(wú)奈的嘆息著：到底是哪里出錯(cuò)了？為什么又沒(méi)有波形了！科學(xué)就是這樣，在科學(xué)的大道上想一帆風(fēng)順那是不可能