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1、多级放大电路的设计与测试多级放大电路的设计与测试一、实验目的一、实验目的1.理解多级直接耦合放大电路的工作原理与设计方法2.熟悉并熟悉设计高增益的多级直接耦合放大电路的方法3.掌握多级放大器性能指标的测试方法4.掌握在放大电路中引入负反馈的方法二、实验预习与思考二、实验预习与思考1.多级放大电路的耦合方式有哪些分别有什么特点2.采用直接偶尔方式,每级放大器的工作点会逐渐提高,最终导致电路无法正常工作,如何从电路结构上解决这个问题3.设计任务和要求(1)基本要求用给定的三极管 2SC1815(NPN),2SA1015(PNP)设计多级放大器,已知 VCC=+12V, -VEE=-12V,要求设计
2、差分放大器恒流源的射极电流IEQ3=1,第二级放大射极电流IEQ4=23mA;差分放大器的单端输入单端输出不是真电压增益至少大于10 倍,主放大器的不失真电压增益不小于 100 倍;双端输入电阻大于 10k,输出电阻小于 10,并保证输入级和输出级的直流点位为零。设计并仿真实现。三、实验原理三、实验原理直耦式多级放大电路的主要涉及任务是模仿运算放大器OP07 的等效内部结构,简化部分电路,采用差分输入,共射放大,互补输出等结构形式,设计出一个电压增益足够高的多级放大器,可对小信号进行不失真的放大。1.输入级电路的输入级是采用 NPN 型晶体管的恒流源式差动放大电路。差动放大电路在直流放大中零点
3、漂移很小,它常用作多级直流放大电路的前置级,用以放大微笑的直流信号或交流信号。典型的差动放大电路采用的工作组态是双端输入,双端输出。放大电路两边对称,两晶体管型号、特性一致,各对应电阻阻值相同,电路的共模抑制比很高,利于抗干扰。该电路作为多级放大电路的输入级时,采用vi1单端输入,uo1的单端输出的工作组态。计算静态工作点:差动放大电路的双端是对称的,此处令T1,T2的相关射级、集电极电流参数为IEQ1=IEQ2=IEQ,ICQ1=ICQ2=ICQ。设UB1=UB20V,则Ue-Uon,算出 T3的ICQ3,即为 2 倍的IEQ也等于 2 倍的ICQ。此处射级采用了工作点稳定电路构成的恒流源电
4、路, 此处有个较为简单的确定工作点的方法:因为IC3IE3,所以只要确定了IE3就可以了,而IE3UR4UE3(VEE),R4R4UE3UB3Uon (VCC(VEE)R5UonR5 R6采用ui1i1单端输入,uo1o1单端输出时的增益Au12.主放大级uo1ui1(Rc/ /RLRL(P)1/ /2 2RbrbeR1rbe本级放大器采用一级 PNP 管的共射放大电路。由于本实验电路是采用直接耦合,各级的工作点互相有影响。前级的差分放大电路用的是NPN 型晶体管,输出端uo1处的集电极电压Uc1已经被抬得较高,同时也是第二级放大级的基极直流电压,如果放大级继续采用NPN型共射放大电路,则集电
5、极的工作点会被抬得更高,集电极电阻值不好设计,选小了会使放大倍数不够,选大了,则电路可能饱和,电路不能正常放大。对于这种情况,一般采用互补的管型来设计,也就是说第二级的放大电路用PNP 型晶体管来设计。这样,当工作在放大状态下,NPN 管的集电极电位高于基极点位,而PNP 管的集电极电位低于基极电位,互相搭配后可以方便地配置前后级的工作点,保证主放大器工作于最佳的工作点上,设计出不失真的最大放大倍数。采用 PNP 型晶体管作为中间主放大级并和差分输入级链接的参考电路,其中T4为主放大器,其静态工作点UB4、UE4、UC4由P1、R7、P2决定。差分放大电路和放大电路采用直接耦合,其工作点相互有
6、影响,简单估计方式如下:UE4VCC IE4R7,UB4UE4UonUE40.7(硅管) ,UC4 VEE IC4RP2由于UB4UC1,相互影响,具体在调试中要仔细确定。此电路中放大级输出增益AU 23.输出级电路输出级采用互补对称电路,提高输出动态范围,降低输出电阻。其中 T4就是主放大管,其集电极接的D1、D2是为了克服 T5、T6互补对称的交越失真。本级电路没有放大倍数。四、测试方法用 Multisim 仿真实验结果,并使用合适的电路参数以满足性能指标要求。给出仿真结果。电路图如图 1 所示uo2Rc uo1Rb rbe图 1静态工作点的测量:测试得到静态工作点IEQ3,IEQ4如图
7、2 所示,符合设计要求。图 2 静态工作点测量输入输出端电压测试:测试差分放大器单端输入单端输出波形如图3,输入电压为 VPP=,输出电压为 VPP=得到差分放大器放大倍数大约为倍。放大倍数符合要求。图 3 低电压下波形图主放大级输入输出波形如图4图 4 主放大级输入输出波形图如图所示输入电压为 VPP=,输出电压为 VPP=放大倍数为 117 倍。整个电路输入输出电压测试如图5图 5 多级放大电路输入输出波形图由图像知输入电压为 VPP=,输出电压为 VPP=,放大倍数计算得到为1058 倍五、实验结论与心得:在此电路中利用了差动放大电路,利用 PNP 管放大级实现主放大电路, 利用互补对称输出电路。可以有效地抑制零点漂移,消除交越失真的影响,设计的多级放大电路,得到放大倍数为 1058 倍,符合设计要求。通过这次的仿真,使我对多级放大电路有了深刻地理解,对于差分放大电路有了更深的了解,学习到抑制零点漂移、消除消除交越失真的方法。丰富了自己的知识。