分立元件放大器

1、分立元件放大器設(shè)計報告制作者：楊海2008.5.7第一篇 概述此次實驗我所設(shè)計的分立元件放大器主要由改進的差分放大器和射極跟隨器組成。改進型的差分放大器是由有源負載、基本差分、電流源組成，使得在電路在第一級直接放大2200倍。接著配合使用電壓跟隨器進行跟隨，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。本次實驗配合使用multisim進行軟件仿真，同時使用實驗箱進行硬件仿真，最終焊成電路板實物。由于本人能力有限，在第一級上花費的研究時間過長，以致于翹了不少課。但是偉大的哲學先知說過：塞翁失馬，焉知非福。盡管了花費了大量的時間和精力，但是學到了不少書本上沒講到的知識，既加深了對正在學習的

2、差分電路的認識，又發(fā)現(xiàn)了理論和實踐之間的一些差距。于是竊喜之。關(guān)鍵詞：分立元件，差分放大，有源負載，射極跟隨，multisim軟件，實驗箱硬件目錄第一篇 概述2第二篇 總體設(shè)計思想及元器件列表2.1 總體設(shè)計思想42.2 元器件列表42.3 測試條件4第三篇 設(shè)計過程3.1 初步設(shè)計53.1.1 輸入級設(shè)計53.1.2 中間級設(shè)計93.1.3 輸出級設(shè)計103.2 焊接與調(diào)試13第四篇 實驗總結(jié)14第二篇 總體設(shè)計思想及元器件列表2.1 總體設(shè)計思想本放大器主要由兩部分組成：改進型的差分放大器，射極輸出。其中改進型的差分放大器放大性能卓越，第一級直接放大2200倍。第二級射極輸出主要是實現(xiàn)電壓

3、的跟隨，以及降低輸出阻抗，提高帶負載的能力。2.2 儀器與元器件列表儀器類：信號源：函數(shù)信號發(fā)生器電源：直流穩(wěn)壓電源萬用表、示波器元器件類：三極管：9013 6個 9012 2個電阻：1K 1個，2K 2個，200 1個，56K 2個，10K1個，470K 1個電位器：1K 1個，100K 1個，200K 1個電容：100F 3個測試條件：頻率為1KHZ，幅度為5mV的正弦波第三篇 設(shè)計過程3.1.1 輸入級的設(shè)計 由于題目中有共模抑制比的要求，故第一級必須要用差分放大器。差分放大器是由一對特性相同的晶體管組成，而且電路元件也都是對稱的。輸入信號為Ui1、Ui2；單端輸出信號分別是Uc1、Uc

4、2；雙端輸出為UC1與UC2之差，即UO=UC1-UC2O。差分電路電路具有下列特點：1、具有抑制零點漂移能力 差動電路由于管特性相同和電路元件對稱，所以當溫度升高時，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，所以輸出沒有零點漂移。2、共模輸入時，具有抑制放大能力 當Ui1=Ui2時，在對稱條件下，則雙端輸出Uo=KUil-KUi2=0。3、差模輸入時，具有放大能力 當Ui1=-Ui2差模輸入時，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)=(-

5、Ui1K-Ui1K)/2Ui1=-K=(-)(hfeRc)/(Rs+hie)。由于差動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)工作點的能力射極度電阻Re對共模信號及溫漂電平均有很強的負反饋作用。例如在溫度升高時，Ic1、Ic2都同時增加，并產(chǎn)生下列負反饋過程：結(jié)果使IC1、IC2的實際變化相對地減小，這里Re起著恒流作用，從而穩(wěn)定靜態(tài)工作點，顯然Re越大，恒流作用也越大，抑制零漂的能力也就越強，引入輔助電，以抵消Re的壓隆。使射極度對地

6、電位能維持正常的數(shù)值。值得注意的是，對差模信號，Re不起負反饋作用，因此，它不會降低差模信號的放大倍數(shù)。既然差分電路有如此多的優(yōu)點，實驗中我嘗試了改進一下差分電路。我所采用的差分電路如下：該電路上半部分是一個有源負載，下來后是一個基本差分電路，并且我為了提高共模抑制比，將射極電阻Re換成一個電流源。接有源負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。因為我們知道，雙端輸出的增益是單端輸出的兩倍。實驗中，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，但是帶來的問題是第一級的輸出阻抗比較大。另外，為了提高輸入電阻，我也嘗試過采用微電流源電路。但是由于調(diào)試較為麻煩，并且第一級的

7、增益不大，而且調(diào)試時較為麻煩，于是當時就舍棄了（現(xiàn)在想來，微電流源電路應(yīng)該是一個不錯的電路，不僅能提高輸入電阻，而且輸出電阻也不大，第一級并不需要那么大的電壓增益）。微電流源的電路組成為：理論計算為：因為VBE小，所以IC2<<IR ；同時IC2的穩(wěn)定性也比IR好。另外，我認為將Re換成一個電流源電路應(yīng)該是一個不錯的選擇，實驗測得共模抑制比達到了100dB。可是最終測試中沒有這項要求，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。理論計算為：可見集電極和射極的電流基本不變，靜態(tài)工作點穩(wěn)定，有效抑制溫漂。實驗中，我發(fā)現(xiàn)溫度真的會對電路產(chǎn)生非常大

8、的影響。或許我接了一個恒流源，對電路的穩(wěn)定更好些吧。3.1.2 中間級的設(shè)計由于我的電路第一級出來已經(jīng)能達到10V了，在以后的電路中想要有大的電壓增益是不可能。這個問題讓我苦悶了一段時間，找不到合適的電路來進一步放大。后來了解到達林頓管能夠?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。測試電路為：軟件仿真和實驗箱搭電路嘗試都沒有獲得很好的效果，似乎與理論不符。理論上達林頓應(yīng)該能對電壓放大2倍多，可是經(jīng)過我的嘗試，達林頓并沒有起到一個放大電壓的作用。但是有的同學嘗試成功了，用的是和我一樣的電路。這個問題我現(xiàn)在搞不明白。既然實踐中達林頓不能起到一個放大作用，我在中間級繼續(xù)放大的想

9、法破滅了。面對第一級出來的10V電壓我開始有點不知所措了。于是我想到了直接接一個輸出級，因為中間級已經(jīng)起不到放大的作用了，達林頓電路我是一點把握都沒有，不敢嘗試。這樣就進入了輸出級的設(shè)計。3.1.3 輸出級的設(shè)計方案一：推挽輸出主要特點是：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，提高負載能力。我所采用的測試電路為：測試波形為：由圖可見推挽的電壓增益近似為1，效果還可以。方案二：射極跟隨器我測試的射極跟隨器如下：這是一種自舉式的跟隨器，它的特點是： 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。所以對交流來說，R

10、3相當于開路，從而避免了偏置電路降低了輸入阻抗的缺陷。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組成復合管電路，這時=12，使總的輸入阻抗大大提高。因為輸入阻抗Ri=Rbe+(1+)Reo 本電路的輸入阻為2兆歐，輸出阻抗14。仿真測試波形較為理想，到實驗箱上測試時輸入阻抗只有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

11、應(yīng)該比推挽的好。3.3 焊接與調(diào)試最終我的成形電路為：焊接調(diào)試后的測試結(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 實驗總結(jié)本次實驗前前后后我總共做了將近兩個星期，由于本人所學的知識有限，最終的測試成績并不是很理想。不過我還是滿足了，因為至少我努力了，比起那些中途因為承受不了失敗痛苦的同學，能堅持下來我覺得就是一種勝利。在測試過程中我試過許多電路，包括軟件仿真和硬件仿真的。特別是硬件仿真，在實驗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。明明一個電路連接無誤，所有的導線所用的元

12、器件都是完好無損的，可是我從早上九點搭到晚上七點就是沒波形出來。其間我沒有吃飯，不斷檢查，檢查無誤后還是沒波形，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?？墒呛髞碛植恢趺椿厥碌挠胁ㄐ?。一切來的是那么的詭異，我只得苦笑造化弄人。其實模電就是這樣，偶然性很大，也許某段時間這個管子是好的，而在下一時刻這個管子又不行了，這些都無法檢查出來的。還有一點體會就是我發(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。我用實驗箱搭出來成功的電路，用軟件仿真時就不成功。用軟件仿真成功的電路，焊成電路板時卻又出現(xiàn)了問題。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)果來到實驗室焊電路板，焊好之后卻讓你無奈的嘆息著：到底是哪里出錯了？為什么又沒有波形了！科學就是這樣，在科學的大道上想一帆風順那是不可