晶体管课设--金才.doc

《晶体管课设--金才.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《晶体管课设--金才.doc（12页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流晶体管课设-金才.精品文档.课程设计任务书学生姓名： 金才 专业班级： 电子0801班 指导教师： 刘金根 工作单位： 信息工程学院 题 目：三极管值选择器的设计初始条件：先修课程模拟电子技术基础、电路分析基础；具备模拟电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测；使用multisim进行仿真；使用protel99se进行PCB制作。要求完成的主要任务： 1.采用晶体管完成三极管值选择器的设计；2.能测出值为050，50150,150300,300500四个范围；3.完成所设计电路的PCB制作；4.完成电路实

2、物制作；4.完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。时间安排：12011年6月10日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。22011年6月11日 至2011年6月23日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。3. 2011年6月24日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目 录摘要IAbstractII1绪论12三极管测量原理分析23系统方案23.1系统整体方案图23.2比较器33.2.1运放整体结构图33.2.2差分输入级33.2.3射极跟

3、随器43.2.4中间放大极43.2.5功放输出级53.3三极管选择电路图54电路仿真与分析64.1运算放大器仿真64.2整体测试仿真85 PCB版图制作96实物制作及调试107 个人体会11参考文献12附录I 元件清单13附录II总电路图14摘要本文对三极管工作原理及构成的运算放大器进行分析，设计出可测量三极管范围的基本电路。其中，运算放大器是本次设计的重点，通过三极管的搭建，构成对直流具有放大作用的运算放大器，然后通过所设计的运算放大器，完成三极管值范围测量的电路。通过对运算放大器的性能分析，确定最佳制作方案。通过multisim的仿真分析，按照设计要求，来确定最佳参数。另外，按照要求，采用

4、protel99se制作了电路的PCB版图，从而完成任务。 关键词：三极管 运算放大器 multisim PCBAbstractIn this paper, the working principle and the composition of transistor amplifiers were analyzed, and the design can be used to measure the transistor beta range of basic circuit. Among them, the latter is the most importance of this des

5、ign, through the construction of the transistor, constitute the amplification of a dc with operational amplifier, and then through the design of operational amplifier, the transistor beta value measurement range of the circuit was completed. Through the performance analysis of the operational amplif

6、ier, determined the best production plan. Through the multisim of the simulation analysis, according to the design requirements, to determine the optimal parameters. In addition, as requested, the protel99se made circuit PCB layout, so as to complete the task.Keywords: transistor amplifiers multisim

7、 PCB1绪论第一个使用真空管设计的放大器大约在1930年前后完成，这个放大器可以执行加与减的工作。 运算放大器最早被设计出来的目的是将电压类比成数字，用来进行加、减、乘、除的运算，同时也成为实现模拟计算机（analog computer）的基本建构方块。然而，理想运算放大器的在电路系统设计上的用途却远超过加减乘除的计算。今日的运算放大器，无论是使用晶体管（transistor）或真空管（vacuum tube）、分立式（discrete）元件或集成电路（integrated circuits）元件，运算放大器的效能都已经逐渐接近理想运算放大器的要求。早期的运算放大器是使用真空管设计，现在则多

8、半是集成电路式的元件。但是如果系统对于放大器的需求超出集成电路放大器的需求时，常常会利用分立式元件来实现这些特殊规格的运算放大器。1 1960年代晚期，仙童半导体（Fairchild Semiconductor）推出了第一个被广泛使用的集成电路运算放大器，型号为A709，设计者则是鲍伯韦勒（Bob Widlar）。但是709很快地被随后而来的新产品A741取代，741有着更好的性能，更为稳定，也更容易使用。741运算放大器成了微电子工业发展历史上一个独一无二的象征，历经了数十年的演进仍然没有被取代，很多集成电路的制造商至今仍然在生产741。直到今天A741仍然是各大学电子工程系中讲解运放原理的

9、典型教材。2三极管测量原理分析三极管是三端器件，基极B，集电极C，射极E。其中，IB控制着VBE，VBE又控制着IC，由于载流子的影响，IC将会比IB大得多，进而表现出放大能力。由三极管关系可得，IC=IB，那么，测量值，只需要测量出IB和IC即可。2如图1所示，为测量三极管范围的电路。控制IB为10uF，测量输出端口的电压VC，由电路知识可知，图1三极管测量电路 输出电压为VC=E- ICR1，这样，将VC的范围固定，那么 IC的范围也就固定，进而确定范围所在。3系统方案3.1系统整体方案图图2三极管测量整体框图3.2比较器3.2.1运放整体结构图 运算放大器一般采取如图3所示的结构。输入端

10、采用差分放大，由于其对静态工作点的稳定作用很大，所以一般都采用它作为前置放大。镜像电流源的作用也是稳定静态工作点，由它提供稳定的电流。后面跟着射极跟随器，这一级作用是将前后隔离，减少级间干扰。中间放大级是将前面的信号进一步放大，从而使整体放大倍数AV趋于无穷大（实际为105左右或者更大），这样的运放性能才比较好。输出级采用功放输出，甲乙类互补功率放大，消除了交越失真，同时可以提高运放的驱动能力。3镜像电流源射极跟随器中间放大级功放输出级差分输入级图3运放系统整体框图3.2.2差分输入级差分放大电路的作用是放大差模信号，抑制共模信号，一般的电源电压的不稳定、内部噪声、外部噪声等都相当于共模输入，

11、会对三极管静态工作点产生影响。且三极管的VBE几乎为0.7V，有-2.5mV/温度系数，这样，对于直流信号而言，将会是很大的影响。当VBE发生变动，将会产生变化量乘以增益系数的温度漂移量，这个影响是很大的。而采用差分放大电路，由于两个晶体管很近，所处的环境温度相同产生的温度漂移基本相同，VBE变化量将会互相抵消，消除温度的影响。如图4所示是采用镜像电流源作为集电极负载的差分放大电路。进一步稳定静态工作点，射极采用带缓冲级的镜像电流源提供工作电流。为了减小功率，取工作电流1mA给差分电路。这样，镜像电流源的输出电流为2mA，由电路知识可知，所以R18为2.2K左右。图4差分输入级电路3.2.3射

12、极跟随器 图5为射极跟随器的基本电路。射极跟随器的特点是输入阻抗很高，输出阻抗的电阻基本为0，这样，输出端并联多少负载基本对电路没有影响，驱动后级电路能力提高，而且，这样前后级之间的影响便消除了。电路一般用射极跟随器进行前后级的隔离。图5射极跟随器电路3.2.4中间放大极如图6为中间放大电路。此电路采用的是渥尔曼自举电路，由共发射极和共基极电路组成。渥尔曼电路的特点是高频特性良好。为了使所设计的运算放大器通用化，考虑到输入高频的条件。渥尔曼电路的优点出了高频特性良好外，输入阻抗也提高了，输出功率也提高了。自举电路为渥尔曼的扩展电路，渥尔曼化的电路限制了输入电压，自举后，3V稳压二极管将两管的电

13、压太高，频率特性和输入输出线性变好，输入电压 图6中间放大电路 限制问题也解决了。53.2.5功放输出级功放输出采用甲乙类互补对称功放，带偏置电压，二极管作为偏置使用，实际采用的是三极管进行偏置，偏置电压可设定。加入偏置后，消除交越失真。输出的互补对管加入了保护电路，允许最大输出电流为0.7/20即35mA。功放输出级电路如图7所示。图7功放输出级电路3.3三极管选择电路图如图8所示为多路三极管选择电路，可同时选择NPN三极管和PNP三极管。可选择三极管范围为050，50150,150300,300500。图8多路三极管选择电路4电路仿真与分析4.1运算放大器仿真运算放大器整体设计电路如图9所

14、示。将以上设计的各级级联，并配以相关器件使其正常工作，仿真采用此电路。输入加入1uV，用multisim中的虚拟示波器观察输出电压跟输入电压波形，计算出放大倍数。6图9运算放大器仿真电路如图10为差分输入级电路仿真情况，可以看到，输出电压大约为输入电压的500倍左右。可见，差分放大电路的放大倍数相当之高，更加体现其优点之大。如图11为整体输出电路仿真情况，放大倍数将近100000倍，如此大的放大倍数，合乎运算放大器的特点，仿真成功。图10差分输入级仿真图11输出级仿真4.2整体测试仿真图12整体测试电路由图12可知，当输入电压在4V和4.5V之间时，发光二极管发光，当不在之间，不发光，满足逻辑

15、。5 PCB版图制作图13基本印刷版制作图图14镀铜印刷版制作图6实物制作及调试经过长时间的精心制作，完成了硬件电路的制作，熟悉使用三极管等元件，并且在硬件制作过程中，注意到理论设计的不足，而加以完善，如电源部分加上显示，两级放大电路分开以便测试，中间加上开关来控制通断。另外，为了便于静态工作点的最佳调试，电阻采用可变式方便调试。调试过程中，发现放大倍数达不到理论设计，要求最大达到100000，实际达到10000，继续调节静态工作点，输出电压加大，但渐渐出现失真。分析知道，差分放大级的对称性不好，影响后级的偏置电压，造成后级偏离最佳静态工作点，放大倍数必然达不到设计要求。另外，电阻的误差，三极

16、管的误差，以后后级的“温漂效应”，都会对整体放大有影响，出现失真。7个人体会通过此次三极管值选择器的设计，我收获颇丰。首先，通过调试三极管，复习了以前模电所学的知识，在设计中的出现了各种各样的错误，在不断修正中掌握了以前模糊知识。另外，为了使放大倍数足够大，不断调试，懂得实际调试来弥补理论的不足。感谢学校给我们这次机会，锻炼了我们的动手能力。通过这次课设让我明白了理论和实际操作之间差距，而且也让我很明确得意识到自己在模电上有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下。参考文献1 康华光电子技术基础模拟部分（第五版）北京：高等教育出版社，2006.12 吴友宇模拟电子技术基础北京：清华大学出版社，200

17、9.53 铃木雅臣晶体管电路设计(上)北京：科学出版社，2004.94 明宏电工实习指导书武汉：武汉理工大学，2007.125 朱彩莲Multisim电子电路仿真教程西安：西安电子科技大学出版社，2007.96 邱关源电路（第五版）北京：高等教育出版社，2006.12附录I 元件清单元件数量三极管901415个三极管901211个三极管2N39045个三极管2N39065个三极管85502个电位器5K, 10K,100，4个电容0.1uF1个电容10uF1个发光二极管1个开关1个单排针若干3V稳压管2个电阻100，2K，1K若干附录II总电路图图15总电路图本科生课程设计成绩评定表姓 名金才性 别 男专业、班级电子科学与技术0801课程设计题目： 三极管值选择器的设计课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日