三極管10倍放大電路設(shè)計(jì).doc

理工大學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)報(bào)告（A類(lèi)/B類(lèi)）項(xiàng)目名稱(chēng)： 三極管放大電路設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)室名稱(chēng)： 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室 學(xué)生姓名： 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目報(bào)告書(shū)實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)三極管放大電路設(shè)計(jì)日期2011年11月21日姓名專(zhuān)業(yè)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 設(shè)計(jì)一個(gè)三極管放大電路，采用單電源供電； 2、 使輸出信號(hào)增益20dB，輸出幅值10Vpp；3、 使3dB帶寬10Hz1MHz；二、 實(shí)驗(yàn)原理2.1根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求構(gòu)建出基本電路圖如圖為共射級(jí)放大電路共射極放大電路既有電流放大作用，又有電壓放大作用，故常用于小信號(hào)的放大。改變電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，可調(diào)節(jié)電路的電壓放大倍數(shù)。而電路工作點(diǎn)的調(diào)整，主要是通過(guò)改變電路參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。(負(fù)載電阻RL的變化不影響電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，只改變電路的電壓放大倍數(shù)。)該電路信號(hào)從基極輸入，從集電極輸出。輸入電阻與相同材料的二極管正向偏置電阻相當(dāng)，輸出電阻較高，適用于多級(jí)放大電路的中間級(jí)。故選擇此種電路設(shè)計(jì)方案。2.2根據(jù)電路圖進(jìn)行基本計(jì)算2.2.1求各部分直流電位基極直流電位： =發(fā)射極直流電位： 又=0.6v，故V發(fā)射極上的直流電流：=/=(V)/集電極的直流電壓=-2.2.2求交流電壓放大倍數(shù)由交流輸入電壓引起的的交流變化為：=/另集電極的交流變化為，則的交流變化部分為：=()另外因?yàn)橛脤⒌闹绷鞒煞纸厝?，故交流輸出信?hào)即為的本身：=()。因此，該電路的交流電壓放大倍數(shù)為：=/=/。所以可以認(rèn)為放大倍數(shù)與無(wú)關(guān)，而是由與之比來(lái)決定的（因?yàn)榛鶚O電流為0，所以與無(wú)關(guān)，然而，嚴(yán)格來(lái)講，是有關(guān)系的）。在該實(shí)驗(yàn)中輸出信號(hào)增益20dB，故/10三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程3.1設(shè)計(jì)電路3.1.1確定三級(jí)管型號(hào)通過(guò)查閱給定的五種三極管技術(shù)文檔，2N5551完全符合相應(yīng)技術(shù)要求，其=0.625W(25),=80250，=80MHZ,=180V,=160V?？梢酝瓿蓪?shí)驗(yàn)任務(wù)，且該三極管方便在multisim仿真（其他幾種三極管在multisim庫(kù)中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的模擬原件），故選擇2N5551。3.1.2確定直流電源電壓為了達(dá)到輸出幅值10Vpp的要求，顯然要使用10V以上的電壓電源，又為了使集電極電流流動(dòng)，由于發(fā)射極電阻上最低加上1-2V電壓（因?yàn)榧s為0.6V，但其有-2.5mV/的溫度特性），所以電源電壓最低為11-12V。為了避免輸出波形失真，最好把集電極電位電壓設(shè)定在與的中點(diǎn)，為使靜態(tài)工作點(diǎn)取值合適，故選擇25V直流電源供電。3.1.3與因?yàn)?10,這里取10，設(shè)壓降為1V，為3mA。=/約為330，故為3.3 k。3.1.4基極偏置電路設(shè)計(jì)由以上步驟經(jīng)計(jì)算可得，=65k,=5k,取電阻標(biāo)準(zhǔn)值，=62k，=4.7k3.1.耦合電容與由于分別與以及負(fù)載形成高通濾波器，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求使3dB帶寬10Hz1MHz，f=1/(2)=10其中=，解得約為3uF，取值與一致。3.6確定電源去耦電容在電源上并聯(lián)一個(gè)小電容和一個(gè)大電容，可以在很寬的頻率范圍內(nèi)降低電源對(duì)GND的阻抗。一般選用1uF的瓷片電容，與10uF的電解電容。3.2multisim仿真按照設(shè)計(jì)在multisim中連接好電路圖，如圖所示用示波器仿真如下圖，此時(shí)頻率為10kHZ波特圖示儀仿真結(jié)果如下中頻區(qū)半功率點(diǎn)，10HZ滿足實(shí)驗(yàn)要求高頻特性不符合實(shí)驗(yàn)要求，過(guò)高于是修改電路圖，并仿真，在上并聯(lián)一個(gè)小電容，使其在高頻時(shí)放大倍數(shù)下降，仿真結(jié)果如下波特圖示儀仿真結(jié)果如下大致符合實(shí)驗(yàn)要求，故采用此電路圖進(jìn)行焊接3.3焊接電路并進(jìn)行實(shí)際測(cè)試測(cè)試結(jié)果顯示，放大電路無(wú)失真現(xiàn)象，在10HZ時(shí)頻率特性較好，但在1MHZ時(shí)放大倍數(shù)急劇下降，實(shí)際半功率點(diǎn)在150KHZ左右，將旁并聯(lián)的小電容拆除后高頻特性仍舊只在200KHZ左右，嚴(yán)重不符標(biāo)準(zhǔn)，故此電路作廢，重新設(shè)計(jì)電路。3.4重新設(shè)計(jì)的電路圖及其仿真結(jié)果 3.5在面包板上進(jìn)行實(shí)際電路的測(cè)試與調(diào)試在設(shè)計(jì)第一個(gè)電路時(shí)發(fā)現(xiàn)，multisim仿真與實(shí)際電路在高頻特性上有很大差距，故先使用面包板上測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示，該電路半功率點(diǎn)，低頻達(dá)到9.4HZ，高頻達(dá)到1.4MHZ。經(jīng)計(jì)算，在旁并聯(lián)161PF電容可使高頻特性降低到約1.2MHZ。實(shí)際測(cè)試結(jié)果與計(jì)算結(jié)果相符。3.6最終方案的電路焊接在這次焊接中優(yōu)化了布線方案，減少了布線長(zhǎng)度，以盡量減少阻抗，在靠近電路的地方布上去耦電容，以優(yōu)化高頻特性。3.7測(cè)試與調(diào)試對(duì)焊接后的電路板進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示，放大倍數(shù)，波形，低頻特性均符合實(shí)驗(yàn)要求，誤差在5%以內(nèi)。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（詳細(xì)列出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、結(jié)論分析） 4.1靜態(tài)工作點(diǎn)電流，電壓；VB=1.37V,VC=9.18V，VE=0.72V, VCEQ=8.48V。 4.2電路頻率范圍fmin=9.4Hz;fmax=1.21MHz;。4.3放大倍數(shù)經(jīng)測(cè)量當(dāng)f=10Hz時(shí)AV=7.68;經(jīng)測(cè)量當(dāng)f=1KHz時(shí)AV=10.6，當(dāng)f=1MHz時(shí)AV=8.16,4.4電路輸出振幅經(jīng)測(cè)量當(dāng)f=10Hz時(shí)A=7.68V經(jīng)測(cè)量當(dāng)f=1KHz時(shí)A=10.6V;當(dāng)f=1MHz時(shí)A=8.16V,4.5結(jié)論分析忽略晶體管，電阻，電容的誤差與計(jì)算基本符合試驗(yàn)要求，故上述計(jì)算方法五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)（實(shí)驗(yàn)中遇到的已解決和未解決的問(wèn)題）5.1實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題5.1.1高頻特性高于1M以上2-3倍經(jīng)計(jì)算與電腦仿真在RC處并聯(lián)一濾波電容可以降低高頻特性截止頻率。5.1.2最小低頻小于10Hz改變輸入輸出電容的大小即可增高輸出頻率5.1.3放大倍數(shù)略小于10倍適當(dāng)增大RC的阻值可以提高倍數(shù)5.2實(shí)驗(yàn)中遇到未解的問(wèn)題決仿真結(jié)果與實(shí)際電路在頻率特性有很大差別5.3經(jīng)驗(yàn)總結(jié)在設(shè)計(jì)過(guò)程中從查資料到設(shè)計(jì)再到焊接再到調(diào)試最后在寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，整個(gè)過(guò)程中認(rèn)識(shí)到電腦仿真和書(shū)面計(jì)算與實(shí)際電路有一定差別，所以理論很重要，動(dòng)手實(shí)踐同樣很重要。在對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)定時(shí)，要注意使Vce=(1/21/3)Vcc,以確保輸出波形不失真。事先一定要用萬(wàn)用表測(cè)量管子的hFE ，以便可以準(zhǔn)確的