微弱信號的多級放大電路課程設(shè)計報告

1、 微弱信號的多級放大電路課 程 設(shè) 計 報 告設(shè)計題目： 微弱信號的多級放大電路學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 網(wǎng)絡(luò)工程 姓 名： 趙騫 組 長： 陳子宇 學(xué) 號： 201324070106 指導(dǎo)教師： 楊云 成 績： 2015 年 07月02日目錄 第一章 概述 2第二章 知識擴展 3 2.1 低頻電壓放大器 3 2.2 集成運算放大器 5第三章 實驗原理 7第四章 電路分析 8 4.1 仿真電路圖 8 4.2兩級放大電路靜態(tài)工作點的測量10 4.3兩級電壓放大倍數(shù)的測量11第五章 安裝調(diào)試 14 5.1 安裝調(diào)試過程 145.2 計算結(jié)果與分析 15第六章 致謝17第七章 心得體會 17

2、第一章 概述所謂電子技術(shù),是指“含有電子的、數(shù)據(jù)的、磁性的、光學(xué)的、電磁的、或者類似性能的相關(guān)技術(shù)”。電子技術(shù)可以分為模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)兩大部分。 模擬電子技術(shù)說是整個電子技術(shù)的基礎(chǔ)，在信號放大、功率放大、整流穩(wěn)壓、模擬量反饋、混頻、調(diào)制解調(diào)電路領(lǐng)域具有無法替代的作用。例如高保真(Hi-Fi)的音箱系統(tǒng)、移動通訊領(lǐng)域的高頻發(fā)射機等。與模擬電路相比，數(shù)字電路具有精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、程序軟件控制等一系列優(yōu)點。隨著計算機科學(xué)與技術(shù)突飛猛進地發(fā)展，用數(shù)字電路進行信號處理的優(yōu)勢也更加突出。為了充分發(fā)揮數(shù)字電路在信號處理上的強大功能，我們可以先將模擬信號按比例轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送到數(shù)

3、字電路進行處理，最后再將處理結(jié)果根據(jù)需要轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號輸出。自20世紀(jì)70年代開始，這種用數(shù)字電路處理模擬信號的所謂“數(shù)字化”浪潮已經(jīng)席卷了電子技術(shù)幾乎所有的應(yīng)用領(lǐng)域，如數(shù)字濾波器等。很有幸我們這學(xué)期學(xué)習(xí)了模電數(shù)電這門學(xué)科，并且是我們這個學(xué)期的重點課程，在上課和實驗的過程中，漸漸的我喜歡上了它。每一節(jié)課我都認真學(xué)習(xí)，每次實驗我都認真的去完成。但是做課程設(shè)計還是不太熟練，以前都是照著做，現(xiàn)在所有的都是自己做，真的很有難度。要想做出來一個好的東西，就要去圖書館和網(wǎng)上去找資料。第二章 知識擴展下面我們介紹幾種常見的放大電路。低頻電壓放大器低頻電壓放大器是指工作頻率在 20 赫 20 千赫之間、

4、輸出要求有一定電壓值而不要求很強的電流的放大器。（ 1 ）共發(fā)射極放大電路圖 1 （ a ）是共發(fā)射極放大電路。 C1 是輸入電容， C2 是輸出電容，三極管 VT 就是起放大作用的器件， RB 是基極偏置電阻 ,RC 是集電極負載電阻。 1 、 3 端是輸入， 2 、 3 端是輸出。 3 端是公共點，通常是接地的，也稱“地”端。靜態(tài)時的直流通路見圖 1 （ b ），動態(tài)時交流通路見圖 1 （ c ）。電路的特點是電壓放大倍數(shù)從十幾到一百多，輸出電壓的相位和輸入電壓是相反的，性能不夠穩(wěn)定，可用于一般場合。（ 2 ）分壓式偏置共發(fā)射極放大電路圖 2 比圖 1 多用 3 個元件?；鶚O電壓是由 RB

5、1 和 RB2 分壓取得的，所以稱為分壓偏置。發(fā)射極中增加電阻 RE 和電容 CE ， CE 稱交流旁路電容，對交流是短路的； RE 則有直流負反饋作用。所謂反饋是指把輸出的變化通過某種方式送到輸入端，作為輸入的一部分。如果送回部分和原來的輸入部分是相減的，就是負反饋。圖中基極真正的輸入電壓是 RB2 上電壓和 RE 上電壓的差值，所以是負反饋。由于采取了上面兩個措施，使電路工作穩(wěn)定性能提高，是應(yīng)用最廣的放大電路。（ 3 ）射極輸出器圖 3 （ a ）是一個射極輸出器。它的輸出電壓是從射極輸出的。圖 3 （ b ）是它的交流通路圖，可以看到它是共集電極放大電路。這個圖中，晶體管真正的輸入是 V

6、 i 和 V o 的差值，所以這是一個交流負反饋很深的電路。由于很深的負反饋，這個電路的特點是：電壓放大倍數(shù)小于 1 而接近 1 ，輸出電壓和輸入電壓同相，輸入阻抗高輸出阻抗低，失真小，頻帶寬，工作穩(wěn)定。它經(jīng)常被用作放大器的輸入級、輸出級或作阻抗匹配之用。（ 4 ）低頻放大器的耦合一個放大器通常有好幾級，級與級之間的聯(lián)系就稱為耦合。放大器的級間耦合方式有三種： RC 耦合，見圖 4 （ a ）。優(yōu)點是簡單、成本低。但性能不是最佳。 變壓器耦合，見圖 4 （ b ）。優(yōu)點是阻抗匹配好、輸出功率和效率高，但變壓器制作比較麻煩。 直接耦合，見圖 4 （ c ）。優(yōu)點是頻帶寬，可作直流放大器使用，但前

7、后級工作有牽制，穩(wěn)定性差，設(shè)計制作較麻煩。集成運算放大器集成運算放大器是一種把多級直流放大器做在一個集成片上，只要在外部接少量元件就能完成各種功能的器件。因為它早期是用在模擬計算機中做加法器、乘法器用的，所以叫做運算放大器。它有十多個引腳，一般都用有 3 個端子的三角形符號表示，如圖 10 。它有兩個輸入端、 1 個輸出端，上面那個輸入端叫做反相輸入端，用“ ”作標(biāo)記；下面的叫同相輸入端，用“”作標(biāo)記。集成運算放大器可以完成加、減、乘、除、微分、積分等多種模擬運算，也可以接成交流或直流放大器應(yīng)用。在作放大器應(yīng)用時有：（ 1 ）帶調(diào)零的同相輸出放大電路圖 11 是帶調(diào)零端的同相輸出運放電路。引腳

8、 1 、 11 、 12 是調(diào)零端，調(diào)整 RP 可使輸出端（ 8 ）在靜態(tài)時輸出電壓為零。 9 、 6 兩腳分別接正、負電源。輸入信號接到同相輸入端（ 5 ），因此輸出信號和輸入信號同相。放大器負反饋經(jīng)反饋電阻 R2 接到反相輸入端（ 4 ）。同相輸入接法的電壓放大倍數(shù)總是大于 1 的。（ 2 ）反相輸出運放電路也可以使輸入信號從反相輸入端接入，如圖 12 。如對電路要求不高，可以不用調(diào)零，這時可以把 3 個調(diào)零端短路。輸入信號從耦合電容 C1 經(jīng) R1 接入反相輸入端，而同相輸入端通過電阻 R3 接地。反相輸入接法的電壓放大倍數(shù)可以大于 1 、等于 1 或小于 1 。（ 3 ）同相輸出高輸入

9、阻抗運放電路圖 13 中沒有接入 R1 ，相當(dāng)于 R1 阻值無窮大，這時電路的電壓放大倍數(shù)等于 1 ，輸入阻抗可達幾百千歐。放大電路讀圖要點和舉例放大電路是電子電路中變化較多和較復(fù)雜的電路。在拿到一張放大電路圖時，首先要把它逐級分解開，然后一級一級分析弄懂它的原理，最后再全面綜合。讀圖時要注意： 在逐級分析時要區(qū)分開主要元器件和輔助元器件。放大器中使用的輔助元器件很多，如偏置電路中的溫度補償元件，穩(wěn)壓穩(wěn)流元器件，防止自激振蕩的防振元件、去耦元件，保護電路中的保護元件等。 在分析中最主要和困難的是反饋的分析，要能找出反饋通路，判斷反饋的極性和類型，特別是多級放大器，往往以后級將負反饋加到前級，因

10、此更要細致分析。 一般低頻放大器常用 RC 耦合方式；高頻放大器則常常是和 LC 調(diào)諧電路有關(guān)的，或是用單調(diào)諧或是用雙調(diào)諧電路，而且電路里使用的電容器容量一般也比較小。 注意晶體管和電源的極性，放大器中常常使用雙電源，這是放大電路器。第三章 實驗原理單級放大電路的電壓放大倍數(shù)一般可達幾十倍，然而，在實際中為了放大非常微弱的信號，這樣大的放大倍數(shù)往往是不夠的。為了達到更高的放大倍數(shù)，常常把若干個基本放大電路連接起來，組成所謂的多級放大電路。組成：1.差動放大電路是用兩組相同的元器件，組成兩個對稱的電路，將這兩個電路輸出的差送至負載，從而使兩個電路的零點漂移互相抵消。2.直接耦合是級與級連接方式中

11、最簡單的，就是將后級的輸入與前級輸出直接連接在一起，一個放大電路的輸出端與另一個放大電路的輸入端直接連接的耦合方式稱為直接耦合。由于是直接連在一起，因此每級的靜態(tài)工作點受其他放大級的影響與牽制，若前級靜態(tài)工作點Q發(fā)生變化則會影響到后面各級的Q點，因此對電路的靜態(tài)分析也比較復(fù)雜。另外直接耦合放大電路既能對交流信號進行放大，也能對緩慢變化的信號甚至于直流信號也能放大。反饋的定義：將放大器輸出量（電壓或電流）的一部分或全部通過一定方式的網(wǎng)絡(luò)（稱反饋網(wǎng)絡(luò)）回饋送到輸入回路，與輸入信號串聯(lián)或并聯(lián)，從而影響電路性能的一種電路技術(shù)。1、電壓放大倍數(shù) 在多級放大電路中，由于各級之間是串聯(lián)起來的，上一級的輸出，

12、就是下一級的輸入，所以總的電壓放大倍數(shù)為各級電壓放大倍數(shù)的乘積。2、輸入電阻和輸出電阻 一般說來，多級放大電路的輸入電阻就是輸入級的輸入電阻，而輸出電阻就是輸出級的輸出電阻。3、頻率特性 在實際電路中，通常要求放大器能夠放大一定頻率范圍的信號。我們把放大器的放大倍數(shù)和工作信號頻率有關(guān)的特性稱為頻率特性。第四章 電路分析通常放大電路的輸入信號都是很弱的，一般為毫伏或微伏數(shù)量級，輸入功率常在1mV以下。為了推動負載工作，因此要求把幾個單級放大電路連接起來，使信號逐級得到放大，方可在輸出獲得必要的電壓幅值或足夠的功率。由幾個單級放大電路連接起來的電路稱為多級放大電路。在多級放大電路中，每兩個單級放大

13、電路之間的連接方式叫耦合；如耦合電路是采用電阻、電容進行耦合，則叫做“阻容耦合”。阻容耦合交流放大電路是低頻放大電路中應(yīng)用得最多、最為常見的電路。本實驗采用的是兩級阻容耦合放大電路，如圖所示。在晶體管V1的輸出特性曲線中直流負載線與橫軸的交點UCEQ1=VCC，與縱軸的交點（UCE=0時）集電極電流為靜態(tài)工作點Q1位于直流負載線的中部附近，由靜態(tài)時的集電極電流ICQ1和集-射電壓UCEQ1確定。當(dāng)流過上下偏流電阻的電流足夠大時，晶體管V1的基級偏壓為晶體管V1的靜態(tài)發(fā)射極電流為靜態(tài)集電極電流近似等于發(fā)射極電流，即晶體管V1的靜態(tài)集電極電壓為兩級阻容耦合放大電路的總電壓放大倍數(shù)為其中，第一級放大

14、電路的電壓放大倍數(shù)為晶體管V1的等效負載電阻為可作為第一級放大電路的外接負載，第二級放大電路的輸入電阻為晶體管V1和V2的輸入電阻分別為第二級放大電路的電壓放大倍數(shù)為其中，等效交流負載電阻1、兩級放大電路靜態(tài)工作點的測量。（1）創(chuàng)建如圖3-2所示兩級阻容耦合放大電路。斷開函數(shù)信號發(fā)生器與電路的連接，將電路輸入端接地。單擊仿真開關(guān)，進行仿真分析。用數(shù)字萬用表或動態(tài)測試探針分別測量節(jié)點電壓VB1、VC1、VE1、VB2、VC2及VE，并記錄測量結(jié)果于表中。圖3-2 兩級阻容耦合放大電路靜態(tài)工作點測量原理圖（2）根據(jù)阻值R1、R2和電源電壓VCC，計算節(jié)點電壓UB1。（3）設(shè)UBE為0.7V，由基極

15、偏壓UB1估算V1管的射極偏壓UE1、射極電流IE1和集電極電流IC1。根據(jù)IE1，VCC和RC1估算集電極偏壓UC1。（4）確定V1管的靜態(tài)工作點Q1，即IBQ1，ICQ1和UCEQ1。 2、兩級電壓放大倍數(shù)的測量。（1）創(chuàng)建如圖3-3所示兩級阻容耦合放大電路。將函數(shù)信號發(fā)生器接入電路。單擊仿真開關(guān)，進行仿真分析。由雙蹤示波器顯示的波形，記錄輸入電壓峰值Ui1p和輸出電壓峰值Uo1p，同時記錄輸入輸出波形的相位差。（2）創(chuàng)建如圖3-4所示兩級阻容耦合放大電路。將函數(shù)信號發(fā)生器接入電路。單擊仿真開關(guān)，進行仿真分析。由雙蹤示波器顯示的波形，記錄輸入電壓峰值Ui2p和輸出電壓峰值Uo2p，同時記錄

16、輸入輸出波形的相位差。圖3-3 第一級電壓放大倍數(shù)測量原理圖圖3-4 第二級電壓放大倍數(shù)測量原理圖（3）創(chuàng)建如圖3-5所示兩級阻容耦合放大電路。將函數(shù)信號發(fā)生器接入電路。單擊仿真開關(guān)，進行仿真分析。由雙蹤示波器顯示的波形，記錄輸入電壓峰值Uip和輸出電壓峰值Uop，同時記錄輸入輸出波形的相位差。（4）根據(jù)電壓的讀數(shù)，計算第一級放大電路的電壓放大倍數(shù)Au1、第二級放大電路的電壓放大倍數(shù)Au2和總電路的電壓放大倍數(shù)Au。圖3-5 總電路電壓放大倍數(shù)測量原理圖（5）用第一級放大電路的電壓放大倍數(shù)Au1和第二級放大電路的電壓放大倍數(shù)Au2計算總電路電壓放大倍數(shù)Au。（6）設(shè)為200，用RC1，RE1，

17、rbe1，rbe2，R3，R4和RE2計算第一級放大電路的電壓放大倍數(shù)Au1。（7）用RC2，RL，rbe2和RE2計算第二級放大電路的電壓放大倍數(shù)Au2。3、兩級阻容耦合放大電路頻率特性的測量測量原理如前所述。為簡便起見，本實驗要求用三點法，只測三個特殊頻率點，即、。輸入信號的頻率和幅度由自己選擇，用毫伏表測出中頻時的輸出電壓。然后分別降低或增大信號源的頻率（注意在改變頻率時應(yīng)保持不變），使輸出幅度下降到，記下此時對應(yīng)的信號頻率（分別為上限截止頻率和下限截止頻率）多級放大器的放大倍數(shù) 但要注意多級放大器級聯(lián)時，后級放大器是前級放大器的負載，計算時要將后級的輸入電阻當(dāng)成前級的負載電阻。 多級放

18、大器的輸入電阻就是第一級放大器的輸入電阻，而輸出電阻就是最后一級的輸出電阻。即： 第五章 安裝調(diào)試一級放大電路的靜態(tài)工作點 ：； ；V； 電壓放大倍數(shù)： =;(RL=RC1 /RE2 )Au=輸入電阻 Ri: / / = 0.43 K輸出電阻 Ro: Ro ; Ro=12k二級放大電路的靜態(tài)工作點 ：;V;電壓放大倍數(shù): Au= (RL=RC1 /RE2 )Au=輸入電阻 Ri: / Rb12 / rbe Ri = 0.28 K輸出電阻 Ro: Ro Rc1 Ro Rc1=6k第六章 致謝這次課程設(shè)計，我們小組在選題及設(shè)計過程中都得到楊云老師的悉心指導(dǎo)。報告編寫行文過程中，小組成員共同分析思路，開拓視角，解決困難和問題。楊老師嚴(yán)謹求實的治學(xué)態(tài)度，踏實堅韌的工作精神，將使我終生受益。在此，謹向楊老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。感謝一周的辛苦，每天都來機房為同學(xué)們答疑解惑。同時也感謝老師給我們這次課設(shè)實習(xí)的機會，讓我們在實踐中找到樂趣，拓展知識，交流合作，完成課設(shè)。 第七章 心得體會這次課程設(shè)計我鍛煉了動手能力，增加了我對多級放大電路的理解