多級放大電路的設(shè)計與測試

1、多級放大電路的設(shè)計與測試一、實驗?zāi)康?. 理解多級直接耦合放大電路的工作原理與設(shè)計方法2. 熟悉并熟悉設(shè)計高增益的多級直接耦合放大電路的方法3. 掌握多級放大器性能指標的測試方法4. 掌握在放大電路中引入負反饋的方法二、實驗預(yù)習(xí)與思考1. 多級放大電路的耦合方式有哪些？分別有什么特點？2. 采用直接偶爾方式，每級放大器的工作點會逐漸提高，最終導(dǎo)致電路無法正常工作， 如何從電路結(jié)構(gòu)上解決這個問題？3. 設(shè)計任務(wù)和要求(1)基本要求用給定的三極管 2SC1815(NPN) ，2SA1015(PNP) 設(shè)計多級放大器，已知 V CC=+12V,-V EE=-12V ，要求設(shè)計差分放大器恒流源的射極電

2、流IEQ3=11.5mA ，第二級放大射極電流IEQ4=23mA ；差分放大器的單端輸入單端輸出不是真電壓增益至少大于10 倍，主放大器的不失真電壓增益不小于 100倍；雙端輸入電阻大于10kQ ,輸出電阻小于10Q ,并保證輸入 級和輸出級的直流點位為零。設(shè)計并仿真實現(xiàn)。三、實驗原理直耦式多級放大電路的主要涉及任務(wù)是模仿運算放大器 OP07 的等效內(nèi)部結(jié)構(gòu)， 簡化部 分電路，采用差分輸入， 共射放大， 互補輸出等結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計出一個電壓增益足夠高的多 級放大器，可對小信號進行不失真的放大。1.輸入級電路的輸入級是采用 NPN 型晶體管的恒流源式差動放大電路。差動放大電路在直流放 大中零點漂移

3、很小， 它常用作多級直流放大電路的前置級， 用以放大微笑的直流信號或交流 信號。典型的差動放大電路采用的工作組態(tài)是雙端輸入， 雙端輸出。 放大電路兩邊對稱， 兩晶 體管型號、特性一致，各對應(yīng)電阻阻值相同，電路的共模抑制比很高，利于抗干擾。該電路作為多級放大電路的輸入級時，采用Vii單端輸入，U°1的單端輸出的工作組態(tài)。計算靜態(tài)工作點：差動放大電路的雙端是對稱的，此處令Ti，T2的相關(guān)射級、集電極電流參數(shù)為 I EQ1=IeQ2 = I EQ , lcQ1=l CQ2=lcQ。設(shè) U B1=U B2 0V，則 U e - Uon，算出 T3 的 1 CQ3, 即為2倍的Ieq也等于2倍

4、的Icq。此處射級采用了工作點穩(wěn)定電路構(gòu)成的恒流源電路，此處有個較為簡單的確定工作點的方法：因為IC3- Ie3，所以只要確定了Ie3就可以了，而E3U R4R42£3-()R4Ue3 =Ub3 -Uon =(Vcc (_Vee)R5uon采用U ii單端輸入,u 01單端輸出時的增益"H 3/RL -上受Ui1仏 * rbeR * rbe2主放大級本級放大器采用一級 PNP管的共射放大電路。由于本實驗電路是采用直接耦合，各級的工作點互相有影響。前級的差分放大電路用的是NPN型晶體管，輸出端 Uoi處的集電極電壓Uci已經(jīng)被抬得較高，同時也是第二級放大級的基極直流電壓，如果

5、放大級繼續(xù)采用 NPN型共射放大電路，則集電極的工作點會被抬得更高，集電極電阻值不好設(shè)計，選小了 會使放大倍數(shù)不夠，選大了，則電路可能飽和，電路不能正常放大。對于這種情況，一般采用互補的管型來設(shè)計，也就是說第二級的放大電路用PNP型晶體管來設(shè)計。這樣，當工作在放大狀態(tài)下，NPN管的集電極電位高于基極點位，而PNP管的集電極電位低于基極電位，互相搭配后可以方便地配置前后級的工作點，保證主放大器工作于最佳的工作點上，設(shè)計出不失真的最大放大倍數(shù)。采用PNP型晶體管作為中間主放大級并和差分輸入級鏈接的參考電路，其中T4為主放大器，其靜態(tài)工作點 Ub4、Ue4、Uc4由Pi、R7、P2決定。差分放大電路

6、和放大電路采用直接耦合，其工作點相互有影響，簡單估計方式如下：U E4 二 Vcc1 I E4R7,U B4 U E4 _ U on U E _ °7（硅管），U c _VEEc 4RP2由于Ub4二Uci，相互影響，具體在調(diào)試中要仔細確定。此電路中放大級輸出增益Aj 2 =些0UoiRb + rbe3輸出級電路輸出級采用互補對稱電路，提高輸出動態(tài)范圍，降低輸出電阻。其中T4就是主放大管，其集電極接的Di、D2是為了克服T5、T6互補對稱的交越失真。 本級電路沒有放大倍數(shù)。四、測試方法用Multisim仿真實驗結(jié)果，并使用合適的電路參數(shù)以滿足性能指標要求。給出仿真結(jié) 果。電路圖如圖1

7、 所示R112VSmVpk：0e100%：50CQ :Key-A1>»>CO：R5-wv5(m一為:氣 :LjR31kQZSA1O15zscisn1N32Q8I > '"25C1615:50DQ1?SC 1815ZSA1015:R1：0：1000:soQkrr-網(wǎng)廠aR11:IflQ%： ：R9：>?0C：¥EE靜態(tài)工作點的測量：測試得到靜態(tài)工作點IEQ3 , Ieq4如圖2所示，符合設(shè)計要求。圖2靜態(tài)工作點測量輸入輸出端電壓測試:測試差分放大器單端輸入單端輸出波形如圖3，輸入電壓為Vpp=4.716m V,輸出電壓為Vpp=48.

8、546mV得到差分放大器放大倍數(shù)大約為10.07倍。放大倍數(shù)符合要求。圖3低電壓下波形圖主放大級輸入輸出波形如圖4TIE 3.67 mo 91H53USiMamr.48.546 mV ”7,351 mV通u4.B2L*E,687 V865,77JmVCSu釧E；丫樹靖：|o英爲11亍1廊引匚融笈水平;j|T 71 B Ext單次I正第I自前ir圖4主放大級輸入輸出波形圖如圖所示輸入電壓為 Vpp=48.546mV，輸出電壓為 Vpp=5.687V放大倍數(shù)為117倍。整個電路輸入輸出電壓測試如圖5圖 5 多級放大電路輸入輸出波形圖由圖像知輸入電壓為 V PP=4.717mV ，輸出電壓為 V PP=4.994V ，放大倍數(shù)計算得到為 1058 倍五、實驗結(jié)論與心得：在此電路中利用了差動放大電路，利用PNP管放大級實現(xiàn)主放大電路，利用 互補對稱輸出電路。 可以有效地抑