多级放大电路设计与调试实验报告.docx
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多级放大电路设计与调试实验报告
多级放大电路设计与调试实验报告
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多级放大电路设计与调试实验报告
一，实验目的:
1（自行设计，安装，调试一个放大电路，满足规定实验要求
2（对实验电路的设计，调试过程进行分析，用实验验证模拟电路分析所采用的近似
方法的可行性及同实际电路特性相比的差异性。
3（学会在对电路进行检测后，对对应的问题和不足进行对应调节，有针对性对元件
进行调整的方法。
二，实验设备:
直流稳压电源，函数信号发生器，交流毫伏表，万用电表，双踪示波器，BJT三
极管，电容器，电阻，导线若干。
三，实验原理:
由小功率BJT组成的电压放大电路可以对交流小信号起到线性放大作用，但是由
于BJT的技术特性所限，其构成电路只能在一定范围信号电压，一定信号频带宽度，
一定范围环境温度内达到线性放大的目的，超出限度，便可能出现信号失真，噪声增
大，甚至烧毁电路的结果，因此对电路的设计要根据具体工作要求，选取符合要求的
电路组态，元件参数进行设计。
此次实验所规定的所要满足的技术参数如下:
电源电压VCC=12V;
电压增益音视颇简称=40dB;
输入电阻Ri（20k;
最大输出电压VOM（有效值）>1V;
频带宽度30Hz~30KHz;
负载电阻RL=2k;
信号源内阻RS=1k;
使用环境温度:
-10~+60
鉴于电路的上述工作要求，在对电路组态以及元件选取的时候有如下考虑:
1，由于电路电压增益要达到40DB，也就是要电压放大100倍，因此要选用一种高增
益的电路组态，由BJT放大电路三种组态知，其中共发射极放大电路增益大，因此
可选用其做为放大电路的一部分。
2，对电路输入电阻的要求为Ri>20k,而共射极放大电路的输入电阻一般较小，很难满
足此种要求，考虑加入另一级电路以提高输入电阻，而射极输出电路具有高输入阻
抗的特点，因此选用共集电极射极输出电路做为放大电路的输入级。
3，由电路设计要求放大信号的频带宽度为30Hz~30Khz,而放大电路中对交流信号频率
响应起主要作用的是电路中的偶合电容，旁路电容，以及三极管的极间电容，因此
要设法调节这些电容的大小，以满足频带宽度的要求。
4，对电路温度范围的考虑，由于试验要求电路要在,10,60摄氏度的温度范围内能正
常工作，又由于三极管特性会随温度变化产生变化，因此电路中要有对温度进行补
偿的设置，故选用分压式反馈电路减小温度对放大电路的影响。
通过上述考虑，所选电路为二级放大电路，初级射极输出电路高阻抗，次级共射极放大电路高增益，二级之间通过阻容耦合，并使用分压式偏置电路使电路温度特性稳定。
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四，分析调试过程:
（一），电路理论分析以及模拟仿真阶段
根据实验原理的分析，实验所采用的电路为初级射极输出器，次级共射极放大器的二
级放大电路，采用阻容耦合，电路图如下:
（元件参数确定在后面解释）
1，首先对初级电路元件进行确定。
要使初级电路中Q1的静态工作点满足，使其Ic大致在1.5mA左右，则又由所用晶体管β约为160，则由Ic,βIb，
VβVcccc,则有,由集电极电流Ic约为1,5mA，则R，R,I,2ebR，RI2ec
6可得的数量级为级，因此选取Rb1为1M欧，Re1为射极电阻，用PSpice模拟，R，R102e
在Re1=2k的时候，Ic,1.522mA,满足三极管工作要求。
2，第二级电路设计有如下分析:
由于第一级放大电路增益接近1，故第二级电路的增益要达到略大于100才能满足增益40DB，由所采用的三极管β约为160，
增益Av=,100=,β?
（Rc||RL）/Rbe
取Rc,3k，知RL,2k，则R`,3k||2k,1.2k
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Rbe=200+（1+β）Vt/Ie,Vt=26mv
可得Ie约为2.5mA，Rbe约为1.8k欧姆―――――
（1）
由以上几式得，要满足增益为100，Ie约为2.5mA左右，则有基极电流在20uA附近，
根据实验板上元件规格则大致选取Rb2,200k，Rb3,160k，Rc,3k，Re2,1k，连接电路，进行Pspice仿真，得到如下页所示的静态工作点数据:
下图中为在Pspice软件中模拟的静态工作点:
由图像可知，基本满足了静态工作点的问题，下面考虑增益的问题:
对上面电路图进行仿真分析，得到下面的分析图像
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则知按增益计算的当Ie约为2.5mA时增益满足实验设计的要求，但是从图上可以看出，电路的通频带还不能满足实验要求。
下面对电路的频带宽度进行分析:
首先看电路的下限频率的确定问题，由实验要求知电路要在频率为30Hz时为其转折频率，并且由于下限频率主要同二级的旁路电容Ce有直接关系，现在先大致判断Ce的大小。
由第二级电路分析中知Rbe约为1.8k
1k,1.8k,2kRRsRbeRc,3kL
1f,l12πC（Rs，Rbe）1低频转折频率1f,l22πC（Rc，R）b2L
选择旁路电容Ce,500uf，Cb1,20uf，则C1,20?
500/（160?
20+500）=3uf
11f,,20Hzf,,2Hz则l1l2π（23uf1k，1.8k）2π30uf（3k，2k）
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则由<<,故取下限频率20Hz，在实验时，可适当减少Ce值使得满足下限频率为ffl1l2
30Hz的要求
下面对电路的高频转折频率进行分析，确定电路中电容的大致大小:
由估算Rb’e,Rbe,200,1.6k
gm,Ie/Vt,2.5mA/26mv=100ms
Cm,（1,Av）?
Cb’c,100Cb’c
C,Cb’e，Cm,100Cb’c，Cb’e
gm,300MHz，Cb’e,根据参数表查得fT2,fT
由需要在b，c极间加入相比较大电容，则Cb’e的大小对C的影响很小
R=（Rs，Rbb’）||Rb’e,（1k，200Ω）||1.6k,700Ω
上限频率f=1/2πRC,30k
由以上得Cb’c为nf数量级，故可在b，c极间并入电容以使得上限转折频率满
足30kHz要求
再对输入电阻进行分析，输入电阻Ri,Rb1||（Rbe+（1+β）RL’）
由第二级电路输入电阻Ri’,Rb||Rbe=RL’
Rbe由分析知为1.8k,又知Rb阻值很大，
则Ri’,1.8k,
又β,160，Rb1为1M，
可知Ri,Rb1||（Rbe+（1+β）RL’）数量级在100k，满足输入电阻大于20k的要求。
通过以上分析，确定电路图如下所示:
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下面对此电路进行频率响应分析，温度响应分析，最大不失真幅值分析，应用Pspice分析所得图像如下面一组图像所示:
（1），静态工作点:
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（2），电路的交流信号增益:
（3），电路的最大不失真幅值:
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（4），对温度每隔10摄氏度扫描所得温度响应图像如下:
由以上四组图像可知，
所用电路利用Pspice仿真满足了电路设计的要求，其增益满足在通频带内为40db，转折频率为低频30Hz,高频上限转折频率为30kHz
最大不失真幅值峰峰值达到了3.7V,也满足了最大不失真输出值有效值为1V的要求，同时电路对温度的响应从图像可以看出随温度变化，其输出波形没有明显的变化，可见在,10到60的温度范围内，电路能正常的起放大作用，满足了电路设计中对工作温度的要求。
第一阶段对电路组态和元件参数选取，以及利用pspice仿真的过程已经结束，下一步进入实际电路的安装调试阶段。
输入电阻,
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（二）实际电路安装调试阶段
由于实验电板上最大电容为两个220uf的电解电容，所以无法满足Ce,500uf的仿真要求，实际电路采用Ce,440uf，实际组装采用的电路图如下:
实际实验所测得参数如下:
第一级电压跟随电路Vce,8.5V,Vbe,0.7V，满足静态工作点的要求，
第二级电路Vce,6.0V,Vc=8.5V,Vb=2.1V,满足静态工作点的要求。
在加上交流小信号之后，测定所得数据如下:
在f,10kHz时（电压读数全部采用峰峰值）
Vin,20mv，Vout,2V
Vin,40mv，Vout,4V。
在测定最大不失真值时，调节到数值如下:
Vin,43mv，Vout,4.21V
在f,30kHz时
Vin,17.5mv,Vout=1.48V,增益为84.6倍，当频率调至40kHz时，增益才满足要求，故Cbc,1.5nf不满足要求，由Cbc越大，上限转折频率越小，故增大其值至2nf，则30kHz时输出电压为1.3v，增益为74倍，基本满足实验要求，故实际调节Cbc至2nf，满足上限转折频率要求。
调节频率至30hz，输出幅值变为在f,10kHz时的四分之三多，定性知道满足下限转折频率的要求。
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在测定电路输入电阻，测得加入Rs,10k，
Vi,23mv，Vs,27mv
则Ri=23/（27-23）=57.5k
满足实验输入电阻大于20k的要求
（三），模拟同实际的比较
首先静态工作点有一定差异，模拟过程中的满足增益100倍时第二级静态工作点Vce,3.8V，满足最大幅值有效值1v不失真要求，最大输出峰峰值3.7V，实际组装测量电路Vce,6V，最大不失真峰峰值4.21V，
还有模拟同实际的频带宽度不同，实际的所加的Cbc极间电容要比模拟的大才满足频带宽度的限制。
推断其可能有如下原因:
1,主要原因是三极管的实际特性同pspice元件库中的参数有差异，不同三极管的特性也有明显不同和好坏之分，因此在模拟同实际得参数实验中会存在明显差异
2,电路中电阻值同标称值有一定的差异，导致实际静态工作点同模拟的静态工作点有差异，使得最大输出幅值也有差异。
3，实际三极管极间电容同模拟元件库中有差异，因此再在极间并上电容Cbc时实际总的电容值不同，导致实际同模拟频带宽度不同。
（四），实验心得体会
1,在电路的设计和调试过程中，所需要的知识完全覆盖了所有学过的三极管放大电路的知识，以及三极管频率响应的知识，通过此次实验的设计和调试，可以充分的复习，总结学过的三极管放大电路知识。
2,在电路调试过程中，需要对元件的参数随时进行调整，以满足实验设计的要求，因此通过调试过程的锻炼，可以有助于在实际动手设计电路中元件的选择，提高实际应用能力。
3,实验中很大部分使用Pspice仿真软件进行模拟测试，有助于对电子设计自动化的早期实践和应用，在后面学习中有助于对电路的分析，使分析高效。
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