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1、模拟电路课程设计报告多级放大电路设计一、设计任务与要求一、设计任务与要求1 设计、仿真和安装调试一个放大电路。2 电路的技术指标：1)电源电压VCC = 12V；2)电压增益Av = 40dB；3)输入电阻Ri 20k；4)最大输出电压VOM （有效值） 1V；5)频带宽度30 Hz 30 kHz;6)负载电阻RL = 2k；7)信号源内阻RS = 1k；8)使用环境温度：-10 C +60 C。3 利用 PSpice 或 OrCAD 进行模拟仿真。二、方案设计与论证二、方案设计与论证1. 设计要求总体分析设计要求总体分析若采用单级放大电路，在共射电路、共集电路、共基电路、共源电路、共漏电路
2、5 种基本放大电路中，不可能使用单个放大电路达到设计要求，因此至少采用二级放大电路。技术指标中有电路工作的环境温度：-10 C +60 C，设计的电路要采用分压式偏置以稳定电路工作点；电压增益= 40dB = VA100，要采用的两种基本放大电路形式，或者一个的放大器和10VA100VA一个电压跟随器等等。考虑到输入电阻的指标要求，所选的放大器中kRi20至少一个的输入电阻作为第一级电路。在设计的电路中要恰当地并、kRi20串联电容以达到隔直、调节频带宽度的大小和上下限频率范围的效果。2. 方案设计方案设计采用二级放大电路的形式：第一级为共集电路，不采用分压偏置式，利用其作为电压跟随器的性质，
3、略小于 1，其输入电阻为几十千上百千VAiR欧姆数量级，可以实现设计要求电路技术指标，输出电阻很小，kRi20OR一般在几到几十欧姆，负载变动对增益影响不大，带负载能力强。第二级为射极偏置电路，采用分压偏置式，利用其放大能力强的优点，较大，补偿第一级的电压损耗、提高放大电路的电压增益以达到设计要求；VA射极偏置电路作为基本工作点稳定电路，能减少温度对电路工作点 Q 点的影响，符合设计要求中电路指标的电路工作环境变化的温度。两级放大电路采用阻容耦合式连接。三、单元电路设计与参数计算三、单元电路设计与参数计算1. 第一级电路第一级电路共集电路的设计共集电路的设计1)选取三极管 S9013 H 33
4、1 ，该型号三极管在5 V 时，；CEV2002)由共集电路输入电阻，kRRRRRRrRLebbLebei20/1其中为第二级电路射极偏置电路的输入电阻，约为 1k，由此计算可得LR，考虑到输入信号要尽可能全部加在三极管的基极和发射极两kRb2 .22端、减少输入电流，以及仿真调试与实验调试的器材限制，取= 50k，bR此时；kRi403)成立的条件是，同时不能过大，否则第一级kRb2 .22 kRRLe1/eR电路的工作点 Q 点太低以致造成第一级输出信号截止失真，取= 1eR10k。第一级放大电路设计图如图 3.1：图 3.12. 第二级电路第二级电路射极偏置电路的设计射极偏置电路的设计1
5、) 选取三极管 S9013 H 331 ，该型号三极管在= 5 V 时，；CEV2002)参考模拟电子技术实验第三章模拟电路基础实验实验 1 电压放大分压式偏置电路所做的实验报告，取，；kRb501kRb1023)对于集电极电阻，由设计要求电路技术指标，可得CR10040dBAV，100/2beLC VrRRA其中，由此计算可得，考虑到200 kRL2krbe5 . 1kRC2 . 1第一级电路跟随器，以及仿真调试与实验调试的器材限制，取11VA，则此时； kRC3160VA4)将第二级电路的工作点 Q 点设定为= 6V，由射极偏置电路的直流分析CEQV可得 ，2ecCQCCCEQRRIVV，
6、221121eCC bbbeB CQRVRRR RVI其中= 12V，解得；CCV kRC3kRb501kRb102kRe5 . 125)对于频带宽度，设计要求电路技术指标为 30Hz30kHz，即上、下限频率：= 30kHz，= 30Hz。HfLf参考模拟电子技术实验第三章模拟电路基础实验实验 1 电压放大分压式偏置电路所做的实验报告，取，其中为输FCCC103211C入回路耦合电容，为输出回路耦合电容，为第一级电路与第二级电路3C2C连接的耦合电容。对于下限频率第二级射极偏置电路的发射极旁路电容Lf是主要因素，决定的下限频率，eCeC )1/(212bbe oeLRrRCf其中输出电阻，k
7、RRCo3krbe5 . 12kRRRbbb33. 8/21，按设计要求电路指标= 30Hz ，求得，考虑到仿真200LfFCe106调试与实验调试的器材限制，取。FCe110对于上限频率= 30kHz ，因为在高频时，第二级射极偏置电路的HfMiller 效应比第一级共集电路的 Miller 效应大，第二级射极偏置电路在高频中跨接在 b、e 两端的对放大电路的频带宽度起主要作用，一般为CHfC数量级，因此要在第二级三极管的 b、e 两端并联数量级的电容，增pFF大，提高上限频率，取。CFCbe0025. 0第二级放大电路设计图如图 3.2：图 3.2四、总设计图及元器件清单四、总设计图及元器
8、件清单1. 二级放大电路总设计图（图二级放大电路总设计图（图 4.1）图 4.12. 元件清单元件清单元件序号型号主要参数数量备注T1S9013 H 331(5 200CEVV)1T2S9013 H 331(5 200CEVV)1五、五、PSpice 仿真调试仿真调试1. 设计电路仿真调试设计电路仿真调试1)仿真调试二级放大电路设计图：仿真调试二级放大电路设计图：2)静态工作点分析静态工作点分析图 5.1.1 设计图放大电路静态工作点由以上两图可得知：第一级共集电路：mAICQ091. 11，VVCEQ01. 11，VVEQ99.10；第二级射极偏置电路：AICQ7085. 82，VVCEQ0
9、73. 82，VVCQ388. 9；3)动态分析：动态分析：信号源为=1.02mV，= 1kHz 的正弦信号SVf输入波形：Ti m e0s0. 5m s1. 0m s1. 5m s2. 0m s2. 5m s3. 0m s3. 5m s4. 0m s4. 5m s5. 0m s V(C 1: 1)-1. 0m V-0. 5m V0V0. 5m V1. 0m V图 5.1.2 设计图放大电路输入波形输出波形：Ti m e0s0. 5m s1. 0m s1. 5m s2. 0m s2. 5m s3. 0m s3. 5m s4. 0m s4. 5m s5. 0m s V(C 3: 2)-40m V
10、-20m V0V20m V40m V图 5.1.3 设计图放大电路输出波形由以上两图可得知：设计图放大电路输入iV = 1mV，输出oV= 40mV，增益=40，输入电阻；VAkRVVVRS iSi i50最大不失真输出波形：Ti m e0s0. 5m s1. 0m s1. 5m s2. 0m s2. 5m s3. 0m s3. 5m s4. 0m s4. 5m s5. 0m s V(C 3: 2)-500m V0V500m V图 5.1.4 设计图放大电路最大不失真输出波形最大不失真输出电压VVOM3 . 04)频率响应：频率响应：Frequency100m H z1. 0H z10H z1
11、00H z1. 0KH z10KH z100KH z1. 0M H z10M H z100M H z V(C 3: 2)0V10m V20m V30m V40m V(2. 6078M , 26. 871m )(51. 135, 26. 871m )图 5.1.5 设计图放大电路频率响应由频率响应图可得知：设计图放大电路的下限频率= 52.106Hz，上限频率= 2.6078MHzLfHf频带宽度为 52 Hz 2.26078 MHz5)仿真调试中的问题提出仿真调试中的问题提出综合以上仿真调试结果：第一级共集电路静态工作点：，mAICQ091. 11VVCEQ01. 11VVEQ99.10第二级
12、射极偏置电路静态工作点：，VVCEQ073. 82，AICQ7085. 82；VVCQ388. 9信号源为= 1.02mV，=1 kHz 正弦信号时设计图放大电路输入iV = SVf1mV，输出= 40mV，增益=40，输入电阻；oVVAkRi50最大输出电压VVOM3 . 0；频带宽度为 52Hz2.2.6078MHz。首先，两级电路的工作点点太低，容易造成输出信号截止失真，而第二级电路AICQ7085. 82太低；其次，电压增益=40 30 Hz 31 kHz计算计算：电压增益=70，输入电阻；VAkRVVVRS iSi i25. 1结论结论：设计的二级放大电路的电压增益100、输入电阻、
13、最大VAkRi20不失真输出电压1V，频带宽度下限频率过高、上限频率过低，OMV均与仿真值不符，且不满足设计要求电路指标。5)调整调整：第二级放大电路调整为，调整为kRb712kRb812 kRC3，以提高第二级放大电路工作点，提高增益；kRC5 . 2调整为，以降低下限频率；FCe740FCe940Lf调整为，以提高上限频率。FCbe17. 0FCbe12. 0Hf七、性能测试与结论七、性能测试与结论1. 实验调试调整后的二级放大电路图实验调试调整后的二级放大电路图图 7.1 实验调试调整后的二级放大电路图2. 性能测试性能测试1)按实验调试调整后的二级放大电路设计图（图 7.1）所示的参数
14、，根据电路试验箱的安装特点，考虑输入、输出端和测试点接线的方便，安装电路；2)静态性能测试将输入端短路，测量第一、二级电路的静态工作点、或者；CQICEQVEQVCQVCEQVBQICQI第一级0.950 mV= 9.125 VEQV0.0060 mA1.102 mA第二级1.240 mV= 5.296 CQVV0.0136 mA2.702 mA结论：第一、二级电路的工作点合适，三极管 T1、T2 工作在放大区。3)动态性能测试在输入端接入（待定） ，=1kHz 的正弦信号，用示波器观察输入、输1SVf出波形，调节函数信号发生器旋钮，使= 1mV，输出波形如无失真，iVoV记录此时、oV；SV
15、SViVoV1.02mV1mV110mV调节函数信号发生器旋钮，逐渐增大输入信号，测量最大不失真输出2SV波形的幅度；OMV2.25V调节函数信号发生器旋钮，使输入频率由 10Hz100kHz 变化，测量实验3调试调整电路的频带宽度；(Hz)f30.73550.664100506.641 k2 k5.0664 k10 k20.075 k31.575 k(V)oV0.350.440.480.50.50.50.490.480.430.35计算：计算：电压增益io VVVA =110，输入电阻。kRVVVRS iSi i504)性能测试结果：性能测试结果：实验调试调整后的二级放大电路性能指标电压增益io VVVA =110；输入电阻；kRi50最大不失真输出电压= 2.25V；OMV频带宽度：30.735 Hz 31.575 kHz。3. 性能测试结论：性能测试结论：实验调试调整后的二级放大电路（图 7.1）性能技术指标符合设计要求电路技术指标。八、结论与心得八、结论与心得1. 总体设计结论总体设计结论1)设计的二级放大电路采用了共集电路作为第一级电路，射极偏置电路作为第二级放大电路，利用了共集电路的输入电阻大、输出电阻很小，射极偏置电路的工作点
