晶体管两级耦合放大电路设计课程设计.docx

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1、晶体管两级耦合放大电路设计课程设计 20XX级模拟电子技术课程设计说明书 晶体管放大电路 院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 学 号： 指导老师： 职称 副教授 专 业： 班 级： 完成时间： 摘 要 放大器是能把输入信号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成，在通讯、广播、雷达、电视、自动限制等装置中都离不开放大器。放大器已经在这个高度发达的社会中，成了我们生活中不行缺少的一部分。 通常放大电路的输入信号是很微弱的，一般为毫伏或微伏数量级，因此应用中常常须要把几个单级放大电路连接起来，使信号逐级得到放大，方可在输出获得必要的电压幅值。由几个单级放大电

2、路连接起来的电路称为多级放大电路，多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的连接方式叫耦合，假如耦合电路是采纳电阻、电容进行耦合，则叫做“阻容耦合”。课题设计了一个两级放大电路，为了尽可能保证不失真放大并且兼顾放大电路稳定性的要求，两级放大电路采纳阻容耦合方式进行了设计，然后采纳Multisim软件对所设计的两级阻容耦合放大电路进行了仿真，仿真结果符合设计要求，然后利用AD软件制出PCD图，再完成实物制作和调试，调试结果表明，所设计的两级阻容耦合放大电路负载增益为61.33，空载增益为72.58，基本达到设计要求。 关键词 ： 晶体管； 放大电路；阻容耦合；通频带；增益 目 录 1 绪论 1 1

3、.1 阻容耦合电路介绍 1 1.2 设计要求 1 2 设计原理及参数设定 2 2.1电源设计 2 2.1.1电源变压器设计 2 2.1.2整流电路设计 2 2.1.3滤波电路设计 3 2.1.4 稳压电路设计 4 2.2 放大电路设计 5 2.2.1 第一级放大电路设计 5 2.2.2其次级放大电路设计 7 3 电路仿真和分析 9 3.1空载调试 9 3.2 负载调试 10 4 电路制作与调试 11 4.1 电路制作 11 4.2 调试与分析 11 4.2.1 直流稳压电源的调试 11 4.2.2放大电路的调试 11 结束语 13 参考文献 14 致 谢 15 附录A 原理图 16 附录B P

4、CB图 17 附录C 实物图 18 附录D 元器件清单 19 1 绪论 1.1 阻容耦合电路介绍 放大器是能把输入信号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成，在通讯、广播、雷达、电视、自动限制等装置中都离不开放大器。放大器已经在这个高度发达的社会中，成了我们生活中不行缺少的一部分。 通常放大电路的输入信号是很微弱的，一般为毫伏或微伏数量级，因此应用中常常须要把几个单级放大电路连接起来，使信号逐级得到放大，方可在输出获得必要的电压幅值。由几个单级放大电路连接起来的电路称为多级放大电路，多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的连接方式叫耦合，假如耦合电路是采纳电阻、

5、电容进行耦合，则叫做“阻容耦合”。阻容耦合放大电路由于耦合电容的隔直作用，使各级放大电路的静态值可单独调整；多级放大电路的放大倍数是各级放大倍数的乘积。两级阻容耦合放大电路，在尽可能保证不失真放大，同时也保证了放大电路稳定性的要求，在分立元件的放大电路中常常被采纳。1.2 设计要求 1.2.1 基本要求 （1)放大电路有合适的静态工作点； (2)通频带内，空载时信号电压放大倍数大于70； (3)单电源供应，电压为12VDC； (4)输入电阻接近10k； (5)值为80100左右； (6)通频带范围20HZ20KHZ； 1.2.2 扩展要求 (1)接10k后，信号电压放大倍数维持在60以上； (

6、2)供电直流电源改为采纳两节9V电池供电； (3) 最大不失真输出信号； 2 设计原理及参数设定 2.1电源设计 直流稳压电源是一种将220V工频沟通电转换成稳压输出的直流电压装置，它须要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。直流稳压电源框图如图1所示： 图1直流稳压电源框图 2.1.1电源变压器设计 在电容滤波的整流电路中，变压器次级线圈除供应负载电流外，还要向电容充电。由于充电时的电流瞬时值很大，因此通过变压器次级线圈的电流平均值虽然等于I1,但通过变压器次级线圈的有效值I2要比I1大，I2和I1的关系确定于电流脉冲波型的形态，波型愈小，有效值愈大。一般取 （1） 2.1.2整流电路设计

7、 整流电路的作用是将沟通降压电路输出的电压较低的沟通电转换成单向脉动性直流电，这就是沟通电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是沟通电压，而是一种含有直流电压和沟通电压的混合电压，习惯上称单向脉动性直流电压。二极管单相全波整流电路如图2所示。 图2单相全波整流电路原理图 在U2的正半周内，二极管VD1、VD3导通，VD2、VD4截止；U2的负半周内，VD2、VD4导通，VD1、VD3截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一样的。电路的输出波形如图3所示。 图3整流电路输出波形图 流过每个二极管的直流电流: （2） 有载时的直流输出电压: （3）

8、 故变压器次级线圈电压的有效值： 在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即电路中的每只二极管承受的最大反向电压为2U2(U2是变压器副边电压有效值)。 （4） 可依据ID和U反值选二极管。可选用整流二极管IN4004（标准整流电流为1A，最大反向工作电压为400V）。 2.1.3滤波电路设计 滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波。在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路，直流输出电压: （5） 直流

9、输出电流: （6） I2是变压器副边电流的有效值。RLC(RL为负载阻值)越大，电容器放电越慢，输出电压平均值越大。一般可选放电时间常数RLC大于整流周期(35)倍，对桥式整流来说，整流周期等于沟通电网周期的一半，即： （7） （8） （7）（8）式中，T为沟通电网周期，RL为负载电阻 （9） 电容耐压UC>=1.41410=14.14V 2.1.4 稳压电路设计 前面所探讨的整流滤波电路，都是不能保证输出稳定的直流电压。输出电压不稳定的主要缘由有以下几个方面： （1）由于输入电压不稳定（通常沟通电网允许有10的波动），而导致整流滤波电路输出直流电压不稳定； （2）由于整流滤波电路存在内

10、阻，当负载改变时，引起负载电流发生改变，使输出直流电压发生改变； （3）由于电子元件（特殊是导体器件）的参数与温度有关，当环境温度发生改变时，引起电路元件参数发生改变，导致输出电压发生改变； （4）整流滤波后得到的直流电压中仍旧会有少量纹波成份，不能干脆供应那些对电源质量要求较高的电路。 所以，为了得到输出稳定的直流电压，经整流滤波后的直流电压必需实行肯定的稳压措施才能适合电子设备的须要。本次课程设计的稳压电源由W78系列的三端稳压器W7805，W7809,W7812和W79系列的三端稳压器W7905,W7909,W7912供应稳定的输出电压。78系列输出正电压，79系列输出负电压，05，09

11、，12代表所能稳定输出的电压值。它们有一系列固定的电压输出，应用特别的广泛。每种类型由于内部电流的限制，以及过热爱护和平安工作区的爱护，使它基本上不会损坏。假如能够供应足够的散热片，它们就能够供应大于1.5A的输出电流。虽然是根据固定电压值来设定的，但是当接入适当的外部器件后，就能获得各种不同的电压和电流。2.2 放大电路设计 由于设计要求实际电压增益与输入电阻都比较大（A>60，Ri=10k）,单靠一级放大电路器远远不能满意要求，这就须要将两个或两个以上的基本单元放大电路连结起来组成多级放大电路，使信号逐级放大到所须要的程度且能保证输入电阻也符合设计要求。其中每个基本单元放大电路为多级

12、放大器的一级，级与级之间的联结方式称为耦合方式，两级之间通过耦合电容及下级输入电阻连接称之为阻容耦合。由于电容有隔直作用，使前后级的直流工作点可以单独计算和调整，课题采纳两级阻容耦合放大电路来进行设计，设计原理图如图4所示 图4 两级阻容耦合放大电路原理图 2.2.1 第一级放大电路设计 确定第一级的电路参数.第一级放大电路原理图如图5所示。 图5第一级放大电路原理图 静态工作点的设定：取,取 则 （10） （11） 取 R4=200，Ri1=RB1llrb1+(1+)R4=10K （12） Rb13Rb2 （13） Rb2=90k 其中Rb1=R1+R6 Rb2=R2 Re=R2 取标称值R

13、e=2.4K 要求Av1>15 则 （其中RL1=RC1 llRi2） （14） 可得 RL1>3.4 又 rbe2+(1+)R1125 k 为了限制增益不过于大取 R11=300 Ri210 k Rc1>5.2 K 取标称值Rc1=6 K 2.2.2其次级放大电路设计 确定其次级的电路参数。其次级放大电路原理图如图6所示. 图6其次级放大电路原理图 要求负载电阻RL=10K时，负载增益 （15） =1.3k 8.7RC2>13k RC>1.5 k 为了便于调整,取 R2=R8=30K R1=R7=30k R5=R10=2.2k （16） 空载增益 Av2=>

14、;5 （17） 综合（15）（17）取 RC2=1.6K 静态工作点的设定：调整静态工作点Q2使电路不失真 取R7+R9=30+10=40 k = VBQ2=12=5.1V IEQ2=1.76mA VCEQ2=12-1.76(1.6+2.5)=4.8V 确定C1-C3：由于有两级电容耦合，依据多级放大器下限截止频率的计算公式 （18） 假设每级下限频率相同，则各级的下限频率应为 又因为 fL=20HZ 所以 C13(110)1/(2fLR L) 1.212uF 选取C13= 3 电路仿真和分析 3.1空载调试 当时，电压增益仿真结果如图7所示 图7增益仿真图（） 数据分析：A通道为输入，B通道

15、为输出,。由图7可求出电路的空载增益为 满意设计要求 3.2 负载调试 当时，电压增益仿真结果如图8所示 图8增益仿真图（） 数据分析：A通道为输入，B通道为输出，。由图8可求负载增益为 满意设计要求 4 电路制作与调试 4.1 电路制作 通过对课题的细致探讨，确定了电路的原理图，并仿真胜利，然后利用AD软件制出PCD图，最终完成了实物制作。 4.2 调试与分析 4.2.1 直流稳压电源的调试 课程设计的稳压电源由78系列的三端稳压器7805，7809,7812和79系列的三端稳压器7905,7909,7912供应稳定的输出电压。经过实际的测量，输出电压分别为12.01V,9.02V,4.99

16、V和-12.08V,-8.99V,-5.12V理论值和实际的测量值比较接近。4.2.2放大电路的调试 (1)负载调试 图9负载调试波形图(RL=10K） 由图9可读出输出电压为2.76V，而设定的输入电压为45mV，从而可求负载增益AV 满意设计要求。 （2）空载调试 图10空载调试波形图 由图10可读出输出电压为3.20V，而设定的输入电压为45mV,从而可求出空载增益AV 满意设计要求。 结束语 这次课程设计最终结束了，给我留下了深刻的印象，尤其是对未知的探究，对学问的渴求，一步一步地订正自己的思路。在连接电路中遇到了不少问题，包括原理的理解，试验电路的设计。通过这次课程设计，不断地查找资

17、料，加深理解了专业学问，实现了理论与实践的结合，对放大倍数.负反馈，通频带有了更深一步的相识。同时也让我明白了一个人的力气是渺小的，只有在小组的合作下，才能更好的完成设计，达到设计要求。我明白了基本理论学问与实践设计的差别，好多理论上可行的东西就是调试不出来，这时候就得自己找寻错误，是不是电路连接有错，还是试验设备的问题。通过小组的合作，最终胜利完成了此次课程设计，让我明白了课堂上学的学问远远是不够的，理论与实践结合才能发挥最大的效果，同时一个人的力气是渺小的，团队合作的力气远远大于一个人闭门造车。 参考文献 1杨元挺.电子技术技能训练 M.北京:高等教化出版社，2006. 128131 2戴

18、伏生.基础电子电路设计与实践 M.北京:国防工业出版社，2006. 4752 3姚福.电子电路设计与实践 M.济南:山东科学技术出版社，2007.7783 4梁宗.电子技术基础课程设计 M.武汉:华中理工高校出版社，2008.4852 5张友汉.电子技术试验与实训 M.北京:高等教化出版社，2008. 8391 6康华光.模拟电子技术基础 M.北京:高等教化出版社，2008. 101177 485513 致 谢 本小组在设计参数以及仿真时遇到了两个问题，第一个是仿真时同时出现了上限失真和下限失真，在此很感谢我们的指导老师张松华老师供应的帮助，老师一语道破的指导令本小组敬佩，诚然，老师的帮助是不

19、行或缺的；其次个问题是多级放大电路的通频带设计的问题，在此特别感谢老师，老师不辞辛苦在百忙中抽空帮我们分析了电路，本小组受益匪浅。另外须要感谢给本小组供应建议。 附录A 原理图 直流稳压电源电路原理图 晶体管放大电路原理图 附录B PCB图 直流稳压电源的PCB图 晶体管两级阻容放大电路PCB图 附录C 实物图 直流稳压电源实物图 实物图 附录D 元器件清单 表1 元器件清单 编号 器件 型号 数量 标号 1 三极管 2N2222A 2 Q1 Q2 2 电容 10uF 3 C1C3 3 电容 100 uF 2 C4C5 4 电阻 200 1 R4 5 电阻 300 1 R11 6 电阻 1.6k 1 R10 7 电阻 2.2k 2 R5 R12 8 电阻 6k 1 R3 9 电阻 10k 1 R13 10 电阻 28.8k 2 R2 R8 11 电阻 30k 3 RS R1 R7 12 直流电源 12V 1 V1 13 沟通电源 100mV 1 Ui 14 电位器 200K 2 R6 R9 湖nan工学院