電子電路設(shè)計方法XXXX冬

實驗安排電路基本實驗（基爾霍夫定律和疊加定律）EDA（電子設(shè)計自動化）軟件----OrCAD一階RC電路響應(yīng)和RLC串聯(lián)諧振研究實驗放大電路自主設(shè)計實驗放大電路設(shè)計與仿真放大電路安裝與調(diào)試電路調(diào)試放大電路驗收特點：自主選題，自行設(shè)計電路，自己確定實驗方案、組裝實驗電路，獨立進(jìn)行調(diào)試的探究型實驗。目的：以少量實驗項目為紐帶，通過全程自主操作，學(xué)習(xí)電子電路的設(shè)計方法、組裝技術(shù)與調(diào)試技術(shù)，認(rèn)識電子元器件，掌握電子儀器的使用，學(xué)習(xí)并掌握電子電路的計算機(jī)輔助設(shè)計（EDA軟件使用）。實驗一晶體管共射放大電路設(shè)計研究實驗二差分放大器的設(shè)計與調(diào)試實驗三多級低頻小信號放大器的設(shè)計與調(diào)試實驗四負(fù)反饋放大路設(shè)計與調(diào)試實驗五集成運算放大器基本運算電路研究實驗六集成運算放大器非線性應(yīng)用電路研究實驗選題2人1套設(shè)備，每人從以上項目中選擇一個。電子電路設(shè)計方法電子電路設(shè)計的一般流程1、數(shù)學(xué)方法：根據(jù)理論課知識筆算2、CAA：計算機(jī)輔助分析（OrCAD、Multisim等）3、物理實驗：1、電路分析計算一、共射放大電路分析與設(shè)計直流分析小信號參數(shù)計算交流分析RE1使增益下降，輸入電阻增加，增益穩(wěn)定性提高。2、靜態(tài)工作點點與失真靜態(tài)工作點選選得過高或過過低都易產(chǎn)生生非線性失真真。過高：如Q1，稍大的輸入入信號正半周周將使晶體管管進(jìn)入飽和區(qū)區(qū)，因而ic波形將出現(xiàn)頂頂部壓縮、輸輸出電壓vce波形將在底部部壓縮，這稱稱為飽和失真真。太低：如Q2，稍大的輸入入信號負(fù)半周周將使晶體管管進(jìn)入截止區(qū)區(qū)，因而ic波形將出現(xiàn)底底部壓縮、輸輸出電壓vce波形將在頂部部壓縮，這稱稱為截止失真真。3、電路設(shè)計步步驟（1）確定電路結(jié)結(jié)構(gòu)、偏置方方案（2）確定偏置元元件參數(shù)（3）確定影響交交流參數(shù)的元元件值（4）電容值確定定（1）小信號放大大或前置放大大器設(shè)計時需需要考慮晶體體管噪聲系數(shù)數(shù)。通常，高頻小小信號晶體管管工作電流為為0.5mA~2mA時噪聲最小，一般取1mA以下。4、電路設(shè)計計的一些原則則和經(jīng)驗公式式（2）由靜態(tài)電流流IE式可以看出，，要使靜態(tài)工工作點較穩(wěn)定定，應(yīng)取VBB>>VBE。對硅晶體管管，一般取VBB為3V~5V。（3）要保證VB足夠穩(wěn)定，應(yīng)應(yīng)使IR1>>IB，常取IR1為（5~10）IB。（4）為獲得較大大的輸出信號號擺幅和電壓壓增益，基極極靜態(tài)電壓不不能 太高，，工程設(shè)計中中一般取VB或VBB為（1/3~1/4）VCC。因此，RE1、RC的確定需要根根據(jù)電壓增益益AV的大小及穩(wěn)定定性、輸入電電阻要求、輸輸出信號擺幅幅等進(jìn)行綜合合考慮。（5）由于射極電電阻RE1的負(fù)反饋作用用，增大RE1能提高電路的的輸入電阻、、提高電壓增增益的穩(wěn)定性性，但將使電電壓增益值下降。另一方面，當(dāng)當(dāng)電壓增益給給定時，增大大RE1就需要提高RC，而這將降低低晶體管的集集電極靜態(tài)電電壓VC、影響輸出信信號擺幅。取VB=1/4VCC=3V，得設(shè)計一阻容耦耦合單級放大大電路已知條件：VCC=+12V，RL=3kΩ，Vi=10mV，RS=600Ω性能指標(biāo)要求求：>15V/V，Ri>3kΩ，fL<50Hz5、設(shè)計舉例（1）電路結(jié)構(gòu)及及晶體管選擇擇選用9013，β按100計算。（2）靜態(tài)工作點點設(shè)置：RE、R1、R2被測信號幅度度較小，考慮慮噪聲系數(shù)、、取IC=1mA。當(dāng)IR1>>IB時，VBB≈VB=3V，由VBB式可得因此,R1、R2取太小會使（（Ri>5kΩ）難以滿足，，取太大會使使工作點穩(wěn)定定要求（IR1>>IB）難以滿足。。因此，R1、R2的具體取值有有兩個考慮思思路。從Ri計算式看，一一般取R2為Ri下限值的3倍即可滿足輸輸入電阻要求求，取R2=15kΩ，則R1=45kΩ按IR1>>IB，取IR1=10IB=0.1mA，則，，因此R2=30kΩ綜合考慮，R2可取標(biāo)稱值20kΩ，R1可取為60kΩ。為使工作點容容易調(diào)整，R1可由36kΩ固定電阻和50kΩ電位器串聯(lián)構(gòu)構(gòu)成。取=20V/V，由AV計算式可得由IC=1mA得（3）電壓增益有有關(guān)元件值的的確定：RC、RE1RC、RE1的具體取值也也有兩個考慮慮思路。從輸出信號擺擺幅考慮。先先取定一使輸輸出信號擺幅幅較大的VC，由此可確定定RC，然后由增益益式確定RE1和RE2。從Ri入手。先取定定一符合要求求的Ri，按Ri計算式可以確確定RE1，然后可確定定RC和RE2。取Ri=5kΩ，由Ri理論式可得RE1=48Ω，RC=2.94kΩ，RE2=2.252kΩ。取VC=2/3VCC=8V，可以獲得4V左右的輸出信信號擺幅。則則RC=4kΩ，RE1=60Ω，RE2=2.24kΩ因此，RC、RE1、RE2的標(biāo)稱值可分分別取為3.9kΩ、56Ω和2.2kΩ。（4）電容的確定定（5）驗算二、多級放大大電路與負(fù)反反饋分析設(shè)計計（一）多級放放大電路常用用耦耦合合方方式式：：阻阻容容耦耦合合、、直直接接耦耦合合、、變變壓壓器器耦耦合合等等。。阻容容耦耦合合：：工工作作點點獨獨立立。。直接接耦耦合合：：運運算算放放大大器器內(nèi)內(nèi)部部電電路路計算算時時須須考考慮慮前前后后級級電電路路的的影影響響。。計算算各各級級電電路路電電壓壓增增益益時時，，后后級級電電路路輸輸入入電電阻阻是是本本級級電電路路負(fù)負(fù)載載。。計算算輸輸出出電電阻阻時時，，前前級級電電路路輸輸出出電電阻阻是是本本級級電電路路的的信信號號源源內(nèi)內(nèi)阻阻。。（二二））負(fù)負(fù)反反饋饋放放大大電電路路■A為基基本本放放大大器器■F為反反饋饋網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)■∑為相相加加點點環(huán)路路增增益益，，負(fù)負(fù)反反饋饋時時AF>0，Af<A反饋饋深深度度，，=A/Af，反反映映帶帶反反饋饋后后增增益益縮縮小小的的程程度度。。深反反饋饋：反反饋饋放放大大器器增增益益完完全全決決定定于于反反饋饋網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。。電壓壓負(fù)負(fù)反反饋饋：：穩(wěn)穩(wěn)定定輸輸出出電電壓壓、、減減小小輸輸出出阻阻抗抗電流流負(fù)負(fù)反反饋饋：：穩(wěn)穩(wěn)定定輸輸出出電電流流、、提提高高輸輸出出阻阻抗抗串聯(lián)聯(lián)負(fù)負(fù)反反饋饋：：反反饋饋信信號號與與輸輸入入信信號號串串聯(lián)聯(lián)，，將將提提高高輸輸入入阻阻抗抗并聯(lián)聯(lián)負(fù)負(fù)反反饋饋：：反反饋饋信信號號與與輸輸入入信信號號并并聯(lián)聯(lián)，，將將減減小小輸輸入入阻阻抗抗。?！鲐?fù)反反饋饋放放大大器器四四種種組組態(tài)態(tài)：：電壓壓-串聯(lián)聯(lián)負(fù)負(fù)反反饋饋、、電電流流-串聯(lián)聯(lián)負(fù)負(fù)反反饋饋、、電電壓壓-并聯(lián)聯(lián)負(fù)負(fù)反反饋饋、、電電流流-并聯(lián)聯(lián)負(fù)負(fù)反反饋饋。。電壓壓-串聯(lián)聯(lián)負(fù)負(fù)反反饋饋電流流-串聯(lián)聯(lián)負(fù)負(fù)反反饋饋電壓壓-并聯(lián)聯(lián)負(fù)負(fù)反反饋饋電流流-并聯(lián)聯(lián)負(fù)負(fù)反反饋饋（三三））電電路路設(shè)設(shè)計計1、反反饋饋組組態(tài)態(tài)確確定定2、負(fù)負(fù)反反饋饋網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)設(shè)設(shè)計計3、基基本本放放大大器器設(shè)設(shè)計計根據(jù)據(jù)信信號號源源內(nèi)內(nèi)阻阻、、負(fù)負(fù)載載電電阻阻，，確確定定Ri、Ro應(yīng)該該大大還還是是小小。。根據(jù)據(jù)閉閉環(huán)環(huán)增增益益、、反反饋饋深深度度等等要要求求，，初初步步確確定定反反饋饋系系數(shù)數(shù)、、開開環(huán)環(huán)增增益益的的值值。。首先先根根據(jù)據(jù)反反饋饋組組態(tài)態(tài)、、反反饋饋極極性性等等要要求求，，確確定定有有幾幾個個單單級級放放大大器器構(gòu)構(gòu)成成、、每每一一級級采采用用什什么么組組態(tài)態(tài)（（CE、CC、CB）。。（四四））設(shè)設(shè)計計舉舉例例1、基基本本放放大大器器電電路路設(shè)設(shè)計計電路結(jié)構(gòu)如如圖。已知知VCC=VEE=10V，RL=5.1kΩ，β取160。要求：IC在0.6mA附近可調(diào)（（RW1：0~100kΩ），IC1=1mA。對1kHz微弱正弦信信號Av≥103V/V，Ri>5kΩ，Ro<100Ω。提示：先設(shè)設(shè)計后級電電路再設(shè)計計前級電路路，因為后后級電路的的輸入電阻阻是前級電電路的負(fù)載載。（1）各級電路路增益分配配（2）后兩級電電路設(shè)計RC’：1/3電源電壓RE’：1/3電源電壓輸出級靜態(tài)態(tài)電流稍大大：2~3mARC、RE1的確定：既既要考慮滿滿足AV1、Ri要求，又要要使T工作于放大大區(qū)，并具具有一定的的輸出擺幅幅（3）第一級電電路設(shè)計Rb1的選擇：當(dāng)Rw1位于30~50%時使IC=0.6mA2、反饋網(wǎng)絡(luò)絡(luò)設(shè)計在以上基本本放大電路路基礎(chǔ)上，，引入恰當(dāng)當(dāng)負(fù)反饋，，使構(gòu)成的的閉環(huán)放大大器滿足以以下要求：：Avf=50±2V/V，Ri>10kΩ，Ro<20Ω1.0101001.0k10k100k1.0M10M1.1111101.1k11k110k1.1M11M1.2121201.2k12k120k1.2M12M1.3131301.3k13k130k1.3M13M1.5151501.5k15k150k1.5M15M1.6161601.6k16k160k1.6M16M1.8181801.8k18k180k1.8M18M2.0202002.0k20k200k2.0M20M2.2222202.2k22k220k2.2M22M2.4242402.4k24k240k2.4M2.7272702.7k27k270k2.7M3.0303003.0k30k300k3.0M3.3333303.3k33k330k3.3M3.6363603.6k36k360k3.6M3.9393903.9k39k390k3.9M4.3434304.3k43k430k4.3M4.7474704.7k47k470k4.7M5.6565605.6