第四轮培训多级运算放大器设计报告.docx
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第四轮培训多级运算放大器设计报告
第四轮培训——多级运算放大器设计报告
制作者：
刘从湖
摘要
本放大器以差分运放、电压跟随器和有源负载为核心的放大器，使用分立元件三极管、电阻实现电压放大，使用电压跟随器减小输出电阻，增大负载能力，配合电容进行信号滤波，进而实现输出稳定、放大、不失真的波形。
本制作使用multisim进行软件仿真，用实验箱进行初次设计，过程中还使用protel99se制板。
充分利用所学知识，温习所学知识，达到学以致用的目的。
通过仿真，摒除了一些虚无缥缈的想法。
前期实验箱上制作，减少了一些麻烦，同时也节约轮了资源并且赢得了时间。
通过一系列的调试，本放大器基本实现了电压放大的功能，在实际的测试中，它也比较好的实现放大作用。
关键字：
放大器，差分运放，有源负载,protel99se，实验箱，multisim
目录
第一章摘要2
第二章放大器整体设计思路和器件选择4
2.1设计思想4
2.2器件4
第三章制作全过程
3.1纸上谈兵5
3.1.1第一极输入极电路的设计5
3.1.2共集电极电压放大器8
3.1.3第三极输出极设计10
3.2软件仿真11
3.3回到现实——箱上测试13
3.4电路板制作14
3.5焊接与调试15
第四章总结15
第二章总体方案概要说明
2.1设计思想
放大器主要由三个部分组成：
差分放大器，恒流源共射极放大器，射极跟随器输出。
其中差分放大器主要用于提高输入阻抗。
恒流源共射极放大器主要用于放大信号，实现电压的放大。
射极跟随器用于降低输出阻抗，增强负载能力。
2.2元器件与工具箱的选择
三极管:
9011——在频率为1000Hz条件下，通过多次测试，第二级用9011代替9013做放大器、虽然放大倍数略小，但更稳定。
9012——制作恒流源时，用9012
9013——制作差分放大器时使用9013
电阻：
330欧、10K欧、5.1K欧、500欧、
电位器：
1K欧、100K欧
电容：
10uf——滤波作用
万用表
示波器
函数发生器
电压表
第三章：
设计全过程
第一阶段：
纸上谈兵
第一极输入极电路的设计
方案一：
用差分放大器。
它是由一对特性相同的晶体管组成，而且电路元件也都是对称的。
输入信号为Ui1、Ui2；单端输出信号分别是Uc1、Uc2；双端输出为UC1与UC2之差，即UO=UC1-UC2O差动电路具有下列特点：
1、具有抑制零点漂移能力
差动电路由于管特性相同和电路元件对称，所以当温度升高时，两管的集电极电流将得到同样的增量，即△IC1=△IC20而双端输出为UO=△IC1RC-△IC2RC=0，所以输出没有零点漂移。
2、共模输入时，具有抑制放大能力
，当Ui1=Ui2时，在对称条件下，则双端输出Uo=KUil-KUi2=0,
3、差模输入时，具有放大能力
当Ui1=-Ui2差模输入时，两面三刀管集电极输出分别为Uc1=-KUi1、Uc2=-KUi2；所以，差模放大倍数Kud:
Kud=（Uc1-Uc2）/（Ui1-Ui2）=（-Ui1K-Ui1K）/2Ui1=-K=（-）（hfeRc）/（Rs+hie）
由于差动电路的双端输入电压、双端输出电压均比单管共射放大电路多了一倍，所以差模放大倍数Kud与单管共射电路的放大倍数相同
为提高抑制零漂能力，应使共模放大倍数越小越好，差模放大倍数越大越好。
4、具有稳定静态工作点的能力
射极度电阻Re对共模信号及温漂电平均有很强的负反馈作用。
例如在温度升高时，Ic1、Ic2都同时增加，并产生下列负反馈过程：
结果使IC1、IC2的实际变化相对地减小，这里Re起着恒流作用，从而稳定静态工作点，显然Re越大，恒流作用也越大，抑制零漂的能力也就越强，引入辅助电，以抵消Re的压隆。
使射极度对地电位能维持正常的数值。
值得注意的是，对差模信号，Re不起负反馈作用，因此，它不会降低差模信号的放大倍数。
方案二：
共集电极电压放大器
1、电路的组成
共集电极电压放大器电路的组成如图5-30所示。
2、静态分析
计算静态工作点用的直流通路如图5-31所示。
根据节点电位可得
3、动态分析
进行动态分析用的微变等效电路如图5-32所示。
计算动态参数的方法如下：
式中的
为
由Au的表达式可见，该电路的电压放大倍数约等于1，说明该电路没有电压放大的作用，输出电压随着输入电压的变化而变化。
计算输入电阻
输出电阻为
可得共集电极电路的特点是：
电压放大倍数约等于1，输入电阻大，输出电阻小。
因共集电极电路的输入电阻大，所以共集电极电路对信号源的影响较小，用很小功率的信号源就可以带动它，根据这一特点，共集电极电路可作为输入电路。
因共集电极电路的输出电阻小，输出电阻小的电压源带负载的能力强，根据这一特点，共集电极电路可作为输出电路。
比较两方案，它们都很适合作输入极,再根据制作要求,要求共模抑制比大，所以采用了方案一。
第二极放大极电路的设计
共发射极放大电路具有以下特性：
1、输入信号与输出信号反相；
2、电压增益高；
3、电流增益高；
4、功率增益最高（与共集电极、共基极比较）；
5、适用于电压放大与功率放大电路。
利用恒流源代替放大电路中的负载，就构成有源负载放大电路。
这种放大电路不仅单级电路电压放大倍数高，还可以改善放大电路的其他性能。
图Z0604是有源负载共射放大电路的基本形式。
图中T是共射放大级，PNP型管T1、T2及电阻组成恒流源电路。
此时，放大电路的负载为有源器件T2。
由于
为恒流源输出电阻ro与负载电阻RL的并联值，只要RL足够大，这种电路的电压放大倍数可高达几千倍。
而且放大倍数与负载两端直流压降（或Ic）无关。
基于此特点，我选择了有源共射极放大电路作中间级。
第三极输出极设计
方案一：
共集电极电路作电压跟随器，信号从基极输入，射极输出，基极电压与集电极电压相位相同，即输入电压与输出电压同相。
这一电路的主要特点是：
高输入电阻、低输出电阻、电压增益近似为1，可用作电压跟随器。
降低输出阻抗，提高负载能力。
方案二：
推挽式输出
主要特点是：
高输入电阻、低输出电阻、电压增益近似为1，可用作电压跟随器。
降低输出阻抗，提高负载能力。
但因推挽式输出很难调制，本人采用的是共集电极电路作输出级。
第二阶段：
软件仿真（multisim）
这两图是尝试用共射极放大器作主要放大作用。
分别调整输入幅度，图形不失真，值得考虑。
此三图尝试差分放大器的应用，波形很好，值得使用。
此图尝试使用有源负载的共射极电路的使用，波形也很好，增添信心！
第三阶段：
回到现实——箱上测试（图片）
上面这些图片是对不同级，不同输入幅度波形的调试。
开始是有些失真，但经过逐步调试，实现了下面稳定输出。
，
第四阶段：
电路板制作protel
由于初次刻板，出现一些失误，这种未采用自己刻的电路板。
此处不再多述，但经过此次，也长了点经验。
此之谓：
有所失必有所得。
第五阶段：
焊接与调试
第四章总结
本放大器以差分运放、电压跟随器和有源负载为核心的放大器，使用分立元件三极管、电阻实现电压放大，使用电压跟随器减小输出电阻，增大负载能力，配合电容进行信号滤波，进而实现输出稳定、放大、不失真的波形。
因本人能力有限，经焊接调试后，最终结果不是很理想。
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