單級(jí)阻容耦合晶體管放大器設(shè)計(jì)

-PAGE2PAGE2學(xué)號(hào)：09091310692010-2011學(xué)年第2學(xué)期電路CAD課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：基本共射放大電路（阻容耦合）專業(yè)：通信工程班級(jí)：09通信（二）班姓名：指導(dǎo)教師：成績(jī)：電氣工程系2011年5月25日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生班級(jí)：09通信（二）班學(xué)生姓名：徐偉星學(xué)號(hào)：0909131069設(shè)計(jì)名稱：基本共射放大電路（阻容耦合）起止日期：2011-5-14——2011-5-22指導(dǎo)教師：周珍艮設(shè)計(jì)要求：1、明確設(shè)計(jì)題目，確定方案。對(duì)于考慮的方案，經(jīng)過比較后，確定選擇哪個(gè)方案。2、單元電路的設(shè)計(jì)和元器件的選擇。要列出元器件清單3、畫出完整的電路原理圖和必要的波形圖，并說明主要工作原理。4、計(jì)算出各元器件的主要參數(shù)，并標(biāo)在電路圖中恰當(dāng)?shù)奈恢谩?、畫出印制電路板圖。6、制作PCB版，并對(duì)電路版性能進(jìn)行測(cè)試，并分析是否滿足要求。7、按要求撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。報(bào)告內(nèi)容包括目錄、正文（概述，硬件原理圖介紹，需要的元器件清單）繪制PCB圖、PCB版的制作過程、結(jié)論（PCB版布線及制作要注意的問題，設(shè)計(jì)的電路版性能測(cè)試及總結(jié)，設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及解決方法，心得等）、參考文獻(xiàn)、附錄（可有可無）等。前言阻容耦合共射放大電路是一門發(fā)展迅速、實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的電子線路。為了適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)飛躍發(fā)展的需要，更好的培養(yǎng)21世紀(jì)應(yīng)用型電子技術(shù)人才，需要在加強(qiáng)學(xué)生基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)的同時(shí)，還要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練。提高動(dòng)手能力和課堂理論知識(shí)是相輔相成的。將理論知識(shí)、課題內(nèi)容的作業(yè)、討論與技能訓(xùn)練相結(jié)合，融為一體，課程設(shè)計(jì)以此為目的使能力培養(yǎng)貫穿于整個(gè)教學(xué)過程。本次課程設(shè)計(jì)綜合了模擬電路電子線路CAD中的許多理論知識(shí)，它使我們學(xué)過的相關(guān)理論知識(shí)得到更好的鞏固，并使理論知識(shí)與實(shí)際問題相聯(lián)系。提高自己的動(dòng)手實(shí)踐能力、安裝與檢測(cè)電路的能力。其中主要涉及到的基礎(chǔ)知識(shí)有半導(dǎo)體三極管的應(yīng)用，放大電路的分析方法和應(yīng)用，負(fù)反饋放大電路與基本運(yùn)算電路的性能與作用，基本偏置電路的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用等。在設(shè)計(jì)的過程中還涉及到了應(yīng)用Protel制作原理圖和PCB板的一些基礎(chǔ)知識(shí)。對(duì)于綜合運(yùn)用所學(xué)過的知識(shí)有一定的幫助和鞏固。限于學(xué)生能力有限、時(shí)間創(chuàng)促和初次設(shè)計(jì)制板，設(shè)計(jì)中難免存在錯(cuò)誤、錯(cuò)漏和不妥之處，懇請(qǐng)老師給予指正，在此致謝。編者徐偉星2011年5月17日目錄緒論-------------------------------------5第一章、電路工作原理及基本關(guān)系式1.1設(shè)計(jì)任務(wù)及目的--------------------------------61.2電路工作原理--------------------------------71.3、基本關(guān)系式-----------------------------------71.4性能指標(biāo)要求---------------------------------9第二章、電路設(shè)計(jì)與調(diào)試2.1電路設(shè)計(jì)----------------------------------102.1誤差分析-------------------------------------122.2設(shè)計(jì)分析與研究-------------------------------13第三章、實(shí)驗(yàn)總結(jié)附錄A電路圖和PCB圖附錄B元件清單參考文獻(xiàn)緒論根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，運(yùn)用節(jié)點(diǎn)數(shù)等效電路,對(duì)單級(jí)阻容耦合晶體管共射極放大器的低頻特性進(jìn)行了分析,進(jìn)一步討論了放大器的低頻特性.雙電源供電路均采用7812、7912即可實(shí)現(xiàn)。放大系統(tǒng)的步驟：輸入信號(hào)-輸入級(jí)-驅(qū)動(dòng)級(jí)-輸出級(jí)-負(fù)載-反饋網(wǎng)絡(luò)-輸入級(jí)。阻容耦合放大器的主要要求是在負(fù)載得到不失真的電壓信號(hào)時(shí)，討論的主要指標(biāo)是電壓放大倍數(shù)、輸入和輸出電阻以及靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定等。由于電容對(duì)直流量的電抗為無窮大，因而阻容耦合放大電路各級(jí)之間的直流通路不相通，各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立.而只要輸入信號(hào)頻率較高，耦合電容容量較大，前級(jí)的輸出信號(hào)可幾乎沒有衰減地傳遞到后級(jí)的輸入端。因此，在分立元件電路中阻容耦合方式得到非常廣泛的應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)：耦合電容的隔直通交作用，使兩級(jí)Q相互獨(dú)立，給設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來了方便。缺點(diǎn)：低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號(hào)，在集成電路中制造大容量的電容很困難，因此阻容耦合方式不便于集成化。此次課程設(shè)計(jì)是理論與實(shí)際的緊密結(jié)合，廣大學(xué)生由了解進(jìn)而掌握學(xué)習(xí)晶體管放大器的設(shè)計(jì)方法；研究靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形的影響及靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整方法；掌握靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)和輸入電阻、輸出電阻的測(cè)試方法以及研究信號(hào)源內(nèi)阻對(duì)波形失真的影響，具有很強(qiáng)的理論實(shí)踐意義。第一章、電路工作原理及基本關(guān)系式1.1設(shè)計(jì)任務(wù)及目的任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)分壓式電流負(fù)反饋偏置的單級(jí)共射級(jí)的小信號(hào)放大器，輸入和輸出分別用電容和信號(hào)及負(fù)載隔直流，設(shè)計(jì)靜態(tài)工作點(diǎn)，計(jì)算電路元件參數(shù)，擬定測(cè)試方案和步驟；在面包板或萬能板上安裝好電路，測(cè)量并調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。測(cè)量設(shè)計(jì)好的電路的偏置電壓和電流；測(cè)量所設(shè)計(jì)電路的實(shí)際電壓放大倍數(shù)；測(cè)量所設(shè)計(jì)電路的實(shí)際輸入、輸出電阻；給所設(shè)計(jì)的電路加上頻率為20KHZ，大小合適的正弦波，調(diào)節(jié)偏置電阻，用示波器預(yù)測(cè)輸出波形在無失真、飽合失真和截止失真三種情形下，記錄相應(yīng)的偏置電阻大小、ICQ和波形，并繪制表格；用EWB對(duì)電路進(jìn)行仿真，打印仿真結(jié)果；寫出設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)計(jì)目的：1、學(xué)習(xí)晶體管放大器的設(shè)計(jì)方法；研究靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形影響及靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整方法；掌握靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)的輸入電阻、輸出電阻的測(cè)試方法；研究信號(hào)源內(nèi)阻對(duì)波形失真的影響。1.2電路工作原理：晶體管放大器中廣泛應(yīng)用圖所示電路，稱之為阻容耦合共射極放大器。它采用的是分壓式電流負(fù)反饋偏置電路，放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)Q主要由及電源電壓+所決定，該電路利用電阻的分壓固定基極電位.如果滿足條件,當(dāng)溫度升高時(shí),結(jié)果抑制了的變化，從而獲得穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。單級(jí)阻容耦合晶體管放大器設(shè)計(jì)1.3基本關(guān)系式：只有當(dāng)時(shí)，才能保證恒定。這是工作點(diǎn)恒定的必要條件，一般取負(fù)反饋愈強(qiáng)，電路的穩(wěn)定性愈好。所以要求即一般取電路的靜態(tài)工作點(diǎn)由下列關(guān)系式確定：=對(duì)于小信號(hào)放大器，一般取=0.5mA～2mA,=(0.2～0.5)==電壓放大倍數(shù)：式中，=∥；為晶體管輸入電阻，即輸入電阻：∥∥放大器的輸入電阻反映了放大器本身消耗輸入信號(hào)源功率的大小。若（信號(hào)源內(nèi)阻），則放大器從信號(hào)源獲取較大電壓；若，則放大器從信號(hào)源吸取較大電流；若，則放大器從信號(hào)源獲取最大功率。用“串聯(lián)電阻法”測(cè)量放大器的輸入電阻，即在信號(hào)源輸出與放大器輸入端之間，串聯(lián)一個(gè)已知電阻R（一般以選擇R的值接近的值為宜），如圖所示。在輸出波形不失真的情況下，用晶體管毫伏表或示波器，分別測(cè)量出與的值，則=式中。為信號(hào)源的輸出電壓值。輸出電阻：∥式中，為晶體管的輸出電阻。要嚴(yán)格計(jì)算電容、及同時(shí)存在時(shí)對(duì)放大器低頻特性的影響，較為復(fù)雜。在工程設(shè)計(jì)中，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常以每個(gè)電容單獨(dú)存在時(shí)的轉(zhuǎn)折頻率為基本頻率，再降低若干倍作為下限頻率。如果放大器的下限頻率已知，則可按下列表達(dá)式估算：通常取=。已知條件：+Vcc=12V，=2k，晶體管3DG100，（有效值），。1.4、性能指標(biāo)要求主要技術(shù)指標(biāo)：電路工作穩(wěn)定性好。實(shí)驗(yàn)儀器：COS5020示波器1臺(tái)，EE1641B信號(hào)源一臺(tái)，DF1731SD直流電源一臺(tái)，萬用表一只。4．電路工作原理圖所示電路為一典型的工作點(diǎn)穩(wěn)定阻容耦合放大器。RP、、、組成電流負(fù)反饋偏置電路，為晶體管直流負(fù)載，與構(gòu)成交流負(fù)載、用來隔直和交流耦合。晶體管放大器第二章、電路設(shè)計(jì)與調(diào)試2.1電路設(shè)計(jì)根據(jù)3DG100的輸出特性曲線，，測(cè)得β=60。要求＞2K∴取=0.8A則=／β=13μAI1=（5-10）=104μA若取則=要求：根據(jù)電壓放大倍數(shù)求得：，6.9μF取8μF5.08μF取6μF電路的裝調(diào)按照設(shè)計(jì)參數(shù)安裝電路，接通電路，調(diào)整電路，用萬用表測(cè)得靜態(tài)工作點(diǎn)：4.7V2.2V6.6V0.69V0.8mA主要技術(shù)指標(biāo)與測(cè)量（1）測(cè)量電壓增益在放大器輸入端加上f=400HZ,正弦波，在輸出波形不失真時(shí)，測(cè)得和的波形如圖所示輸入輸出波形由圖可知：/=7.72V/234mV=33測(cè)量通頻帶BW測(cè)量方法參見書，將測(cè)量結(jié)果畫在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，并連接成曲線。當(dāng)放大器增益下降到中頻的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的和，故得通頻帶BW為100-900KHZ。測(cè)量輸入電阻測(cè)量電路見第三章第一節(jié)，輸入一固定信號(hào)電壓，分別測(cè)得兩端的輸出電壓Vｏ=8V，=7.72V，則=（8/7.72-1）2=2.4K2.2誤差分析（1）電壓增益理論計(jì)算值取33，相對(duì)誤差=（30-30）/30×100%=0%（2）輸入電阻理論值≈=2.25Ｋ，實(shí)測(cè)值=2.05K相對(duì)誤差（3）輸出電阻理論值實(shí)測(cè)得=2.73K相對(duì)誤差誤差產(chǎn)生的原因：（1）各計(jì)算公式為近似公式；（2）元件的實(shí)際值與標(biāo)稱值不盡相同；（3）在頻率不太高時(shí)，的容抗不能忽視；（4）測(cè)量?jī)x器儀表的讀數(shù)誤差。2.3設(shè)計(jì)分析與研究影響放大器電壓增益的因素從求得的公式可知：㈠晶體管的β↑＿↑，而，故不可太大。㈡，則會(huì)使↓。影響放大器通頻帶的因素從求的公式可知：㈠↑—↓，但增大后，電容的體積和價(jià)格也增大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮。㈡在晶體管發(fā)射極增加反饋電阻（約幾十歐姆），可使↓，。波形失真的研究當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)過低時(shí)，會(huì)產(chǎn)生截止失真；過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生飽和失真。改進(jìn)辦法：調(diào)整偏置電阻。截止失真時(shí)減小，提高，飽和失真時(shí)增大，以減小。第三章、實(shí)驗(yàn)總結(jié)㈠通過本次實(shí)驗(yàn)掌握了單級(jí)阻容耦合放大器的工程設(shè)計(jì)估算法和如何調(diào)整放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，掌握了放大器的主要性能指標(biāo)及其測(cè)量方法。尤其是對(duì)如何提高放大器的電壓增益和擴(kuò)展通頻帶的體會(huì)較深。㈡進(jìn)一步熟悉了示波器、信號(hào)發(fā)生器和萬用表的使用方法，以及如何來檢查晶體管的好壞。㈢在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保持冷靜，測(cè)試有條理，遇到問題要聯(lián)系書本知識(shí)積極思考，同時(shí)一定要做好實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)記錄，這樣才能夠在實(shí)驗(yàn)后有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和總結(jié)，寫出合格的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。附錄A電路圖和PCB圖：電路圖PCB圖附錄B元件清單：電容3只（8Uf兩只,300uF一只）電阻