實(shí)驗(yàn)六：兩級(jí)放大電路的設(shè)計(jì)

1、模擬電路單元及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 華南理工大學(xué) 呂念玲 主編 甘偉明 劉鳳軍 參編及課件制作 機(jī)械工業(yè)出版社 出版實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆斩嗉?jí)放大電路的工程設(shè)計(jì)方法、組裝調(diào)試技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)方法。培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí),分析與解決電路實(shí)際問(wèn)題能力,加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)全過(guò)程的訓(xùn)練。設(shè)計(jì)任務(wù)11設(shè)計(jì)題一： 用分立元件設(shè)計(jì)一阻容耦合兩級(jí)放大電路，在電源電壓為12V，Vi5mV，信號(hào)源內(nèi)阻為50，RL=5.1k的條件下，滿(mǎn)足以下指標(biāo)要求：（1）Ri10k；（2）Av250；（3）BW=50Hz50kHz；（4）D5%。設(shè)計(jì)任務(wù)22設(shè)計(jì)題二： 用分立元件設(shè)計(jì)一阻容耦合放大電路，在信號(hào)源內(nèi)阻為50，Vi10mV，RL=1k的條件下

2、，滿(mǎn)足以下指標(biāo)要求：（1）Vo1V；（2）Ri20k；（3）fL250 放大電路的級(jí)數(shù)。電路形式的選擇 要考慮的因素主要包括：是小信號(hào)放大型還是大信號(hào)（功率）放大型；各級(jí)放大電路的組態(tài)及級(jí)間信號(hào)的耦合方式等。由指標(biāo)要求：Vi10mV 放大電路是小信號(hào)放大型；由Ri10k 和D10k 是否需引入負(fù)反饋?何種負(fù)反饋? 設(shè)計(jì)指南指標(biāo)分配 放大倍數(shù)的分配 通常，分配給前級(jí)放大電路的電壓增益低一些，后級(jí)放大電路電壓增益高一些為宜，并要留有15%20%的余量。 要求AV250，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可取AV=300，其中取T1級(jí)AV1=？， T2級(jí)AV2=？ 半導(dǎo)體器件的選擇半導(dǎo)體器件根據(jù)電路輸出信號(hào)幅度、通頻帶、輸

3、入阻抗及電路的某些指標(biāo)要求來(lái)選擇。 指標(biāo)中，電路為小信號(hào)放大，對(duì)電路噪聲沒(méi)有特別要求，上限頻率fH=50kHz，要求不高，故可選一般的小功率管?，F(xiàn)選取NPN型管9013，測(cè)量其取=150。動(dòng)態(tài)范圍估算：T1級(jí)： T2級(jí)：設(shè)計(jì)指南各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)定可見(jiàn)， T1級(jí)VCEQ1可選小些，T2級(jí)VCEQ2可選大些。 T1級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)確定：由指標(biāo)要求：Ri10k rbe1 ICQ1由IQ1 IQ1 選定ICQ1和CQ1的值VCEQ的選擇要考慮到電路在正常工作范圍應(yīng)使輸出電壓幅度Vom足夠大，同時(shí)在滿(mǎn)足放大倍數(shù)的前提下，輸出電壓不應(yīng)出現(xiàn)飽和失真，為此,VCEQ應(yīng)滿(mǎn)足下列關(guān)系：ICQ取值 考慮：ICQ設(shè)定主

4、要根據(jù) ICQICM+ICEQ ，由于小信號(hào)電壓放大電路ICM 較小，另從減少噪聲及降低直流功率損耗出發(fā)， T1、T2工作電流應(yīng)選小些，并取前一級(jí)電流小于后一級(jí)電流。設(shè)計(jì)指南T級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)確定：由ICQ2 ICQ1 和VCEQ2VCEQ1 選定ICQ和CQ的值偏置電路設(shè)計(jì)與計(jì)算偏置電阻Rb1、Rb2值的選擇 ， 由電源電壓VCC VBQ;由I1=(510)IBQ 和VBQRb2 和Rb。射級(jí)電阻Re的選擇 Re 由設(shè)計(jì)指南集電極電阻Rc的選擇 集電極電阻Rc的選擇:一是要滿(mǎn)足放大倍數(shù)要求，二是不能產(chǎn)生飽和失真。 RC 由或由RC 設(shè)計(jì)指南各電容值的選擇 耦合電容C1和C2的作用是隔直流耦合交流

5、，對(duì)交流信號(hào)應(yīng)是近似短路，所以耦合電容的阻抗應(yīng)遠(yuǎn)小于與之串聯(lián)的電阻，旁路電容阻抗應(yīng)遠(yuǎn)小于與之并聯(lián)的等效電阻。 在本電路中，電容的耐壓值應(yīng)取實(shí)際工作電壓的2倍以上設(shè)計(jì)指南指標(biāo)核算與電路確定靜態(tài)工作點(diǎn)的核算 T1級(jí)：與上述取值比較，是否符合設(shè)計(jì)要求。T級(jí)的核算 與T1級(jí)相同。指標(biāo)核算是指根據(jù)已設(shè)計(jì)的電路參數(shù)逐級(jí)進(jìn)行理論計(jì)算，核算各項(xiàng)指標(biāo)（靜態(tài)工作點(diǎn)、Av、Ri、Ro、f L、f H等）是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，否則需要重新設(shè)計(jì)計(jì)算。尤其是對(duì)靜態(tài)及動(dòng)態(tài)指標(biāo)均有影響的電路參數(shù)，需要通過(guò)指標(biāo)核算，確認(rèn)其取值是否合理。設(shè)計(jì)指南指標(biāo)核算 核算Ri、Av、BW是否符合下列指標(biāo)的要求：Ri10k；Av250；BW=50

6、Hz50kHz否則需要重新設(shè)計(jì)計(jì)算。核算無(wú)誤后，畫(huà)出整機(jī)電路圖，列出元器件清單表。設(shè)計(jì)指南面包板的結(jié)構(gòu)凹槽，凹槽上下不連通電位器電源接入插孔電源輸出接口電位器輸出接口信號(hào)輸入接口信號(hào)輸出接口第一塊面包板第二塊面包板 實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)電位器、電源接入插孔、信號(hào)輸入、輸出接孔內(nèi)部互不連通，使用時(shí)需用導(dǎo)線(xiàn)連起來(lái)。為了避免干擾，安裝時(shí)用第一塊面包板。 提醒：電路的安裝每列有5個(gè)小孔且互相連通，但每列之間的小孔不連通。兩行插孔，每行插孔中的小孔互相連接，但兩行絕緣，可作為電源線(xiàn)或地線(xiàn)使用。布線(xiàn)要點(diǎn)1、 接線(xiàn)前應(yīng)先畫(huà)好布線(xiàn)圖，以免發(fā)生差錯(cuò)，一般以集成電路或三極管為中心，并根據(jù)輸入輸出分離的原則，以適當(dāng)?shù)拈g距來(lái)安排

7、其他元件。2、集成塊與晶體管的布局，一般按主電路信號(hào)流向的順序在插座板上直線(xiàn)排列，各級(jí)元器件圍繞各級(jí)的集成塊或晶極管布置，各元件間的間距應(yīng)視周?chē)嗌俣ā?、第一級(jí)的輸入線(xiàn)與末級(jí)的輸出線(xiàn)、高頻線(xiàn)與低頻線(xiàn)要遠(yuǎn)離，以免形成空間交叉耦合。4、合理布置地線(xiàn)。當(dāng)電路有多級(jí)時(shí) ，應(yīng)將各級(jí)單獨(dú)接地，再分別接公共地線(xiàn)。電路的安裝布線(xiàn)注意事項(xiàng)1、布線(xiàn)的順序一般是先布電源線(xiàn)與地線(xiàn)，然后按布線(xiàn)圖從輸入到輸出依次連接好各元器件和接線(xiàn)。在此條件下，盡量做到接線(xiàn)短、接線(xiàn)少、測(cè)量方便。2、集成電路的安裝：集成電路引腳必須插在面包板中央凹槽兩邊的孔中。3、 為便于檢查，盡可能采用不同顏色的導(dǎo)線(xiàn)；盡量在器件周?chē)B線(xiàn)，并不允

8、許導(dǎo)線(xiàn)在集成塊上方跨過(guò)，或從三極管下方穿過(guò)。4、查線(xiàn)無(wú)誤，才能接通電源。查線(xiàn)時(shí)仍以集成電路或三極管的引腳為出發(fā)點(diǎn)，逐一檢查與之相連的元件和導(dǎo)線(xiàn)。電路的安裝實(shí)驗(yàn)內(nèi)容自擬步驟測(cè)試下列指標(biāo)參數(shù)：1完成靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整，并列表測(cè)量每一級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)Q的參數(shù)。2列表測(cè)量第一級(jí)的增益AV1、第二級(jí)的增益AV2及兩級(jí)總的增益AV。3列表測(cè)量總電路的Ri、Ro、BW。4測(cè)量放大電路輸出波形的失真度D。調(diào)試與測(cè)量 把測(cè)量結(jié)果與設(shè)計(jì)任務(wù)中的指標(biāo)要求對(duì)照，看是否滿(mǎn)足指標(biāo)要求。實(shí)驗(yàn)前,應(yīng)先用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量三極管的值，同時(shí)判別三極管的好壞。故障分析直觀(guān)檢查法 通過(guò)觀(guān)察故障狀態(tài)的具體現(xiàn)象，直接發(fā)現(xiàn)故障位置的檢查方法。它是一

9、個(gè)綜合性、經(jīng)驗(yàn)性、實(shí)踐性很強(qiáng)的檢查方法，檢查故障的原理很簡(jiǎn)單，實(shí)際運(yùn)用過(guò)程則不容易。排查故障的常用方法及步驟：追蹤信號(hào)蹤跡的信號(hào)尋跡檢查法 利用信號(hào)尋跡器，查找信號(hào)流程蹤跡來(lái)確定信號(hào)有還是沒(méi)有，來(lái)確定故障位置的檢查方法。實(shí)驗(yàn)室一般使用示波器作為尋跡器。檢查法方法如下；故障現(xiàn)象判斷故障級(jí) 確定故障點(diǎn) 修復(fù)電路 1.直觀(guān)檢查法2.信號(hào)尋跡法1.靜態(tài)檢查2.動(dòng)態(tài)檢查調(diào)試前的直觀(guān)檢查電路安裝完畢,不宜急于通電,先要認(rèn)真檢查以下內(nèi)容:1.連線(xiàn)是否正確,包括錯(cuò)線(xiàn)、多線(xiàn)、少線(xiàn)。此時(shí)要按照電路原理圖檢查安裝好的線(xiàn)路；元器件引腳之間有無(wú)短路、接觸不良，三極管、電容極性有無(wú)接錯(cuò)； 電源供電、信號(hào)源連線(xiàn)是否正確；電

10、源端對(duì)地是否存在短路。然后按下面的方法檢查： 從第一級(jí)輸入信號(hào)，用示波器由前級(jí)到后級(jí)，逐級(jí)觀(guān)察輸出端信號(hào)的變化情況，如發(fā)現(xiàn)某一級(jí)的輸出波形不正確或沒(méi)有輸出時(shí)，則故障就發(fā)生在該級(jí)或下級(jí)電路，這時(shí)可將級(jí)間連線(xiàn)或耦合電路斷開(kāi)，進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試，即可判斷故障級(jí)。 提示：在測(cè)量前級(jí)放大器時(shí)，應(yīng)把信號(hào)源電壓調(diào)得較大，在測(cè)量后級(jí)放大器時(shí)，應(yīng)把信號(hào)源電壓調(diào)得較小。1.由前向后逐級(jí)檢查，尋找故障級(jí)。 由后向前逐級(jí)推進(jìn)尋找故障級(jí)?？稍谀臣?jí)輸入端加信號(hào)，測(cè)試其后各級(jí)輸出端信號(hào)是否正常，無(wú)故障則往前級(jí)推進(jìn)，若在某級(jí)輸出信號(hào)不正常時(shí)，則故障就發(fā)生在該級(jí).2.由后向前逐級(jí)檢查，尋找故障級(jí)。多級(jí)放大電路常見(jiàn)故障及排除方法 （1）現(xiàn)象原因排除方法靜態(tài)工作點(diǎn)不正?；虿荒苷{(diào)整1.電源未接好。用萬(wàn)用表測(cè)量電路的電源電壓是否正常。2.元器件位置及連線(xiàn)錯(cuò)誤。檢查元器件位置及線(xiàn)路。3.三極管管腳連接錯(cuò)誤。將三極管管腳連接正確。靜態(tài)工作點(diǎn)正常，無(wú)任何輸出1.測(cè)量電路連接線(xiàn)未連接好。檢查信號(hào)發(fā)生器連接線(xiàn)、示波器探頭是否與電路連接好;連接線(xiàn)是否開(kāi)路。2.耦合電容未連接好或損壞。連接好耦合電容仍無(wú)輸出，更換耦合電容。多級(jí)放大電路常見(jiàn)故障及排除方法 （2）排除方法原因現(xiàn)象避免輸入輸出信號(hào)交叉。4.接線(xiàn)走向不合理。避免接線(xiàn)平行。3.接線(xiàn)平行。盡量縮短接線(xiàn)。2.接線(xiàn)太長(zhǎng)。1.檢查各連線(xiàn)地線(xiàn)是否開(kāi)路;2.電路中采用一點(diǎn)接地。1.