帶推挽射極跟隨器的放大電路的設(shè)計(jì)說(shuō)明

..目錄摘要才IAbstractII1緒論12電路工作原理22.1原理框圖設(shè)計(jì)22.2各部分結(jié)構(gòu)功能23單元電路設(shè)計(jì)33.1輸入級(jí)電路設(shè)計(jì)33.2中間級(jí)電路設(shè)計(jì)43.3輸出級(jí)電路設(shè)計(jì)43.4電流反饋回路設(shè)計(jì)54電路仿真64.1總電路圖構(gòu)成64.2放大電路仿真65電路PCB版設(shè)計(jì)96實(shí)物電路焊接及其調(diào)試117小結(jié)12參考文獻(xiàn)13附錄I原理圖14附錄II元件清單15..摘要晶體管〔transistor是一種固體半導(dǎo)體器件,可以用于檢波、整流、放大、開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制和許多其它功能。晶體管在當(dāng)今社會(huì)的重要性主要是因?yàn)榫w管可以使用高度自動(dòng)化的過(guò)程進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的能力,因而可以不可思議地達(dá)到極低的單位成本。本次課設(shè)的內(nèi)容是設(shè)計(jì)一個(gè)電流反饋型放大器,主要利用其放大功能。該放大器主要分為4個(gè)部分：輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)以及反饋回路。其主要核心思想是利用電流反饋減小增益改變對(duì)電路頻率特性的影響,同時(shí)獲得較好的放大效果。輸出級(jí)采用2級(jí)直接耦合推挽射極跟隨器使得電路的穩(wěn)定性有較大的提高。課設(shè)中設(shè)計(jì)了放大電路并用Multisim進(jìn)行了功能仿真,并用Protel設(shè)計(jì)了電路的PCB板。關(guān)鍵詞：晶體管；放大器；電流反饋；PCB板..AbstractTransistorisasolidsemiconductordevice,andcanbeusedinthedetection,rectifier,amplification,switch,voltage,signalmodulationandmanyotherfunctions.Intoday'ssociety,Theimportanceofthetransistoristhatitcanuseahighlyautomatedprocessofmassproductioncapability,andthereforeitcanbeincrediblyreachedalowunitcosts.Thislecturecontentissettodesignacurrentfeedbackamplifier.Thelecturemainlyusesitstypeamplifierfunctions.Theamplifiersaredividedintofourparts:inputlevel,theintermediategrade,outputlevelandthefeedbackloop.Themaincorethoughtisusingthefeedbackgainchangetoreducetheinfluenceoffrequencycharacteristicsofthecircuit,andachievegoodamplificationeffect.Theoutputleveladopts2leveldirectlycoupledwiththeemphasisontheshoottheextremelysothatthecircuitstabilitycanbeimproved.ThelecturedesignsamplifiercircuitandtakesthefunctionofsimulationofMultisimanddesignsPCBboardofcircuitbyProtel.Keywords:transistor;Amplifier;Currentfeedback.PCBboard..1緒論晶體管〔transistor泛指一切以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的單一元件,包括各種半導(dǎo)體材料制成的二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、可控硅等。晶體管是一種固體半導(dǎo)體器件,可以用于檢波、整流、放大、開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制和許多其它功能。晶體管作為一種可變開(kāi)關(guān),基于輸入的電壓,控制流出的電流,因此晶體管可做為電流的開(kāi)關(guān)。本次課設(shè)的主要器件是晶體三極管。晶體三極管按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式,但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管,〔其中,N表示在高純度硅中加入磷,是指取代一些硅原子,在電壓刺激下產(chǎn)生自由電子導(dǎo)電,而p是加入硼取代硅,產(chǎn)生大量空穴利于導(dǎo)電。兩者除了電源極性不同外,其工作原理都是相同的。三極管工作狀態(tài)有三種,放大、飽和、截止,其中又以放大狀態(tài)最為復(fù)雜,主要用于小信號(hào)的放大領(lǐng)域,常用的三極管放大電路形式有：共發(fā)射極放大電路,共集電極放大電路,共基極放大電路三種,其中共集電路用于電流放大〔功率放大,共基電路用于高頻放大,共射電路用于低頻放大。本文主要分為以下幾個(gè)部分:通過(guò)要求從前級(jí)電路往后級(jí)電路依次設(shè)計(jì),包括元件參數(shù),器件選擇,電路仿真,PCB印刷版的制作以及最終的實(shí)物制作和調(diào)試。電路的主要思想是采用電流負(fù)反饋達(dá)到信號(hào)放大的目的。以電流反饋型放大器替代以往的電壓反饋型放大器后,增益倍數(shù)將不影響電路的頻率特性。相比于電壓反饋放大器有較好的效果。2電路工作原理2.1原理框圖設(shè)計(jì)電流反饋回路輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)帶推挽射極跟隨器的電流反饋放大電路主要分為輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)三個(gè)部分。其中輸入級(jí)采用2級(jí)直接耦合推挽設(shè)計(jì)跟隨器電路；中間級(jí)是起電流檢出和電流到電壓轉(zhuǎn)換作用的跨阻抗放大器；輸出級(jí)采用的是設(shè)計(jì)跟隨器,能狗減小輸出電阻。實(shí)際原理框圖如圖2.1所示：電流反饋回路輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)圖2.1電路原理框圖2.2各部分結(jié)構(gòu)功能1．輸入級(jí)：輸入級(jí)采用的是2級(jí)直接耦合的推挽射極跟隨器電路。采用該電路的反轉(zhuǎn)輸入端輸入阻抗非常低,因而能夠在接近理想的狀態(tài)下進(jìn)行電流反饋。2中間級(jí)：中間級(jí)的功能是電流檢出和將該電流變換為電壓。主要構(gòu)成元件是2發(fā)射極接地電路,它們能放大由集電極上電阻產(chǎn)生的壓降。3.輸出級(jí)：采用設(shè)計(jì)跟隨器作為輸出級(jí),可以提高中間級(jí)的輸入阻抗,降低輸出級(jí)輸出電阻,而且能夠取得大的輸出電流。4.電流反饋回路：從輸出級(jí)接至輸入級(jí)的電流反饋回路能狗減小增益系數(shù)改變對(duì)電路頻率特性的影響。并且實(shí)際電路的閉環(huán)增益由反饋電路的電阻值決定。3單元電路設(shè)計(jì)3.1輸入級(jí)電路設(shè)計(jì)輸入級(jí)的實(shí)際電路是由2級(jí)直接耦合推挽射極跟隨器組成的。電路如圖3.1所示。圖3.12級(jí)直接耦合推挽射極跟隨器在輸出電路中,流過(guò)和的發(fā)射極電流僅由發(fā)射極電阻〔圖3.1中的7.5決定。和的基極偏置電壓都為零,因而發(fā)射極上的電壓為：15V-=14.4V該電壓除以發(fā)射極電流即可求得發(fā)射極阻值?？稍O(shè)置發(fā)射極電流為2mA,則發(fā)射極電阻為：R=14.4V/2mA=7.2取標(biāo)稱(chēng)阻值7.5即可。同時(shí)在輸出級(jí)結(jié)構(gòu)電路中,和,和分別采用互補(bǔ)對(duì),且因?yàn)榕c的發(fā)射極相互連接,使得和以及和的發(fā)射級(jí)電流相同,都是2mA。保證了電路2級(jí)直接耦合的特性。在輸入端與和的基極間串聯(lián)100的電阻可以防止輸入端的設(shè)計(jì)跟隨器產(chǎn)生振蕩。3.2中間級(jí)電路設(shè)計(jì)中間級(jí)的實(shí)際電路是2個(gè)發(fā)射極接地構(gòu)成的放大電路,其電路圖如圖3.2所示。圖3.2中間級(jí)電路中間級(jí)電路的作用是檢出經(jīng)輸入級(jí)的電流并將該電流轉(zhuǎn)換為電壓,實(shí)際上是跨阻抗放大器。電流經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)跟隨器的集電極電阻R5與R8,此時(shí)產(chǎn)生的電壓降*R8將會(huì)被的發(fā)射極接地電路放大。該電路中的和與前級(jí)的R5和R8一起共同構(gòu)成了跨阻抗放大器。3.3輸出級(jí)電路設(shè)計(jì)輸出級(jí)電路實(shí)際電路是由兩個(gè)設(shè)計(jì)跟隨器構(gòu)成。其電路圖如圖3.3所示。圖3.3輸出級(jí)電路輸出級(jí)電路存在的意義在于增大輸出電流,減小輸出電阻。如果直接將跨阻抗電路作為總電路的輸出,就會(huì)導(dǎo)致集電極電阻=負(fù)載,使得輸出電流減小。因而要提高次級(jí)電路的輸入阻抗,降低輸出電路的阻抗,需要在跨阻抗電路后接上射極跟隨器。3.4電流反饋回路設(shè)計(jì)電流反饋回路是由輸出級(jí)反饋至輸入級(jí)的電路。電路圖如圖3.4所示。圖3.4電流反饋回路反饋型的OP放大器主要包括電壓反饋放大器和電流反饋型放大器。電壓反饋型的缺點(diǎn)是頻率特性隨著設(shè)定的增益而變化。在一般的電壓反饋OP放大電路中,若增益增加20dB,那么頻率特性就會(huì)下降20dB即減小到1/10。本次課設(shè)電路中采用的是電流反饋型,在電路中使用了一個(gè)設(shè)定增益的電阻R12,是反饋電流和來(lái)自輸入級(jí)的輸出電流流向地。因?yàn)镽12和R9的關(guān)系,與電流反饋量對(duì)應(yīng)的輸入級(jí)輸出電流流入中間級(jí)即跨阻抗放大器?？缱杩狗糯笃鲿?huì)將電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷骸睮V,將該輸出電流轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲭妷?。反饋回路中的R2值如果太小,會(huì)加重輸出級(jí)射極跟隨器的負(fù)擔(dān)。如果太大,將會(huì)減小電流。又由于是跨阻抗放大器的輸入電流,會(huì)導(dǎo)致無(wú)法提高跨阻抗放大器的放大倍數(shù)。R1的合適取值可以從1到10,這里取值為1。電流反饋回路的主要作用在用決定電路的閉環(huán)增益倍數(shù),可以通過(guò)下式求得：其中R2關(guān)系到電路的頻率特性,所以要將它的值固定?？梢酝ㄟ^(guò)改變R1的值來(lái)改變電路的增益。4電路仿真4.1總電路圖構(gòu)成由上部分的但愿電路設(shè)計(jì)可以構(gòu)成帶推挽射極跟隨器的放大電路的總電路圖,用Mutisim繪制的總電路圖如圖4.1所示。圖4.1放大電路總電路圖電路共由4部分構(gòu)成：輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)以及電流反饋回路?？傠娐穲D中加入了4個(gè)電容分別加在正負(fù)電源上,作用是濾除電源中可能帶有的噪音信號(hào)。電路中R11的左端點(diǎn)是信號(hào)輸入端,圖中的9號(hào)線可作為信號(hào)輸出端。有電路圖不難得出總電路的閉環(huán)增益為=2倍。4.2放大電路仿真本次用來(lái)仿真的軟件為Muitisim仿真軟件,Multisim軟件有幾款其它任何仿真軟件所沒(méi)有的虛擬儀器,如"4蹤示波器"、"實(shí)時(shí)測(cè)量探極"可以在線動(dòng)態(tài)測(cè)量電路各節(jié)點(diǎn)的電壓、世界頂尖跨國(guó)公司安捷倫公司測(cè)量?jī)x器："安捷倫函數(shù)信號(hào)發(fā)生器"、"安捷倫6位半數(shù)字萬(wàn)用表"、"安捷倫示波器",這三臺(tái)儀器的面板、旋鈕操作和實(shí)際安捷倫儀器完全一樣。將虛擬信號(hào)發(fā)生器和虛擬示波器接到總電路上,如圖4.2所示。圖4.2仿真電路連接圖如上圖所示,信號(hào)源輸出端分別連接在R11左端和接地。示波器A通道接電路輸出信號(hào),B通道接信號(hào)源輸出信號(hào)以便進(jìn)行比對(duì)。連接好電路圖后點(diǎn)擊即可進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果如圖4.3所示。圖4.3仿真波形結(jié)果由波形仿真結(jié)果圖可見(jiàn),仿真波形基本一致。在數(shù)據(jù)欄中可以看到電路輸出信號(hào)A通道的波形幅值為2.007,輸入信號(hào)B通道的波形幅值為1.016,增益倍數(shù)近似為2倍,且頻率基本一致,達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。5電路PCB版設(shè)計(jì)在本次課設(shè)中,需要繪制設(shè)計(jì)電路的PCB板,需要的軟件是Protel。Protel是Protel公司在80年代末推出的EDA軟件,在電子行業(yè)的CAD軟件中,它當(dāng)之無(wú)愧地排在眾多EDA軟件的前面,是電子設(shè)計(jì)者的首選軟件,Protel99SE共分5個(gè)模塊,分別是原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)〔包含信號(hào)完整分析、自動(dòng)布線器、原理圖混合信號(hào)仿真、PLD設(shè)計(jì)。本次課設(shè)中主要用到原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)和自動(dòng)布線器等功能。第一步是在Protel中繪制所需的電路原理圖,繪制結(jié)果如圖5.1所示。圖5.1Protel中繪制的總電路圖其中需要注意的問(wèn)題是元件的封裝,只有正確封裝元件才能得到正確的網(wǎng)絡(luò)表,關(guān)系到PCB板的生成。封裝方法是在元件屬性中Footprint一欄填上相關(guān)的參數(shù)。本次課設(shè)中用到的元件封裝形式主要有以下幾種：電阻：AXIAL0.3電容：RB.2/.4三極管：TO-92A二極管：DIODE0.4原理圖繪制完后的下一個(gè)步驟就是電氣規(guī)則檢查和生成網(wǎng)絡(luò)表。電氣規(guī)則檢查就是對(duì)元件的連接規(guī)則進(jìn)行檢查,排除沒(méi)有連接,短路等情況。而網(wǎng)絡(luò)表是制作PCB板時(shí),元件連線的依據(jù)。其中電器規(guī)則檢查如圖5.2所示,該提示表示電器規(guī)則檢查通過(guò)。圖5.2電路電氣規(guī)則檢查情況生成網(wǎng)絡(luò)表后的下一步就是制作PCB板,在制作版面上繪制出相應(yīng)的區(qū)域大小后選擇加載網(wǎng)絡(luò)表,軟件會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)表相關(guān)信息進(jìn)行檢測(cè)。這一步中常見(jiàn)的問(wèn)題是出現(xiàn)這種提示：Nodewasnotfound.該現(xiàn)象的主要原因是網(wǎng)絡(luò)表的自動(dòng)生成的引腳號(hào)1和2無(wú)法被軟件識(shí)別。修改方法是將網(wǎng)絡(luò)表中引腳無(wú)法識(shí)別的元件引腳號(hào)"1"改成"A","2"改成"K"。修改后可成功通過(guò)網(wǎng)絡(luò)表檢查。下一步是在PCB板上布線,將各個(gè)元件移動(dòng)到合適的位置,在菜單中選擇自動(dòng)布線,軟件能夠自動(dòng)生成布線方案。自動(dòng)布線生成的PCB板如圖5.3所示。圖5.3PCB板圖6實(shí)物電路焊接及其調(diào)試通過(guò)仿真可以看出,電路在仿真條件下基本符合設(shè)計(jì)要求,這表明所設(shè)計(jì)的硬件電路和程序在理論上符合設(shè)計(jì)要求。因此可以進(jìn)行實(shí)物搭建與調(diào)試,在實(shí)際電路中檢驗(yàn)電路的工作狀態(tài)是否與設(shè)計(jì)要求相符。電子電路調(diào)試技術(shù)包括調(diào)整和測(cè)試兩個(gè)部分。調(diào)整主要是對(duì)電路參數(shù)的調(diào)整,如對(duì)電阻、電容和電感等。以及機(jī)械部分進(jìn)行調(diào)整,使電路達(dá)到預(yù)定的功能和性能要求；測(cè)試主要是對(duì)電路的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和功能進(jìn)行測(cè)量和實(shí)驗(yàn),并與設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)進(jìn)行比較,以確定電路是否合格。電路測(cè)試是電路調(diào)整的依據(jù),又是檢驗(yàn)結(jié)論的判斷依據(jù)。在購(gòu)回所需元件與通用印制板后,我焊接出了自己的實(shí)物電路。在第一次去實(shí)驗(yàn)室測(cè)試時(shí),三極管Tr8發(fā)生了爆炸。經(jīng)過(guò)對(duì)電路的仔細(xì)檢查,發(fā)現(xiàn)焊接電路時(shí)有兩根跳線被遺忘了,因而導(dǎo)致了電路的損壞。在重新調(diào)整了電路以及完成焊接后,我第二次去實(shí)驗(yàn)室測(cè)試,得到了比較滿(mǎn)意的結(jié)果。實(shí)際放大效果很理想,證實(shí)了設(shè)計(jì)理論的正確性。7小結(jié)對(duì)于晶體管構(gòu)成的放大器,在大二學(xué)模電時(shí)候我就有接觸晶體管放大電路,并且在接下來(lái)的課設(shè)中也對(duì)晶體管電路做了一定的深入。然而此次的晶體管課設(shè)卻對(duì)晶體管數(shù)目有要求,使得我們不得不去查找更多的資料來(lái)擴(kuò)展自己的知識(shí)。同時(shí)多晶體管數(shù)目的要求也逼得我們不得不把多種電路聯(lián)合起來(lái)以求尋找突破口。同時(shí)在此次課設(shè)過(guò)程中,我再次復(fù)習(xí)了以往學(xué)過(guò)的Protel繪制PCB的過(guò)程。許多知識(shí)雖然當(dāng)時(shí)很明白,但過(guò)一段時(shí)間難免會(huì)望卻很多。這次課設(shè)無(wú)疑給了我們復(fù)習(xí)的機(jī)會(huì),同時(shí)大三的我也了解到很多企業(yè)對(duì)我們這個(gè)專(zhuān)業(yè)對(duì)軟件的應(yīng)用能力有一定的要求。此次課設(shè)中我發(fā)現(xiàn)仿真軟件ORCD相對(duì)來(lái)說(shuō)比較專(zhuān)業(yè),折騰很久我還是不懂如何仿真。最后選擇了自己較為熟悉的Mutisim進(jìn)行仿真。經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)