分立元件放大器.docx

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分立元件放大器

分立元件放大器

设计报告

制作者：

杨海

2008.5.7

第一篇概述

此次实验我所设计的分立元件放大器主要由改进的差分放大器和射极跟随器组成。

改进型的差分放大器是由有源负载、基本差分、电流源组成，使得在电路在第一级直接放大2200倍。

接着配合使用电压跟随器进行跟随，使得最终能够产生稳定的、放大的、并且不失真的正弦波形。

本次实验配合使用multisim进行软件仿真，同时使用实验箱进行硬件仿真，最终焊成电路板实物。

由于本人能力有限，在第一级上花费的研究时间过长，以致于翘了不少课。

但是伟大的哲学先知说过：

塞翁失马，焉知非福。

尽管了花费了大量的时间和精力，但是学到了不少书本上没讲到的知识，既加深了对正在学习的差分电路的认识，又发现了理论和实践之间的一些差距。

于是窃喜之。

关键词：

分立元件，差分放大，有源负载，射极跟随，multisim软件，实验箱硬件

第一篇概述………………………………………………2

第二篇总体设计思想及元器件列表

2.1总体设计思想……………………………………4

2.2元器件列表………………………………………4

2.3测试条件…………………………………………4

第三篇设计过程

3.1初步设计…………………………………………5

3.1.1输入级设计…………………………………5

3.1.2中间级设计…………………………………9

3.1.3输出级设计…………………………………10

3.2焊接与调试………………………………………13

第四篇实验总结…………………………………………14

第二篇总体设计思想及元器件列表

2.1总体设计思想

本放大器主要由两部分组成：

改进型的差分放大器，射极输出。

其中改进型的差分放大器放大性能卓越，第一级直接放大2200倍。

第二级射极输出主要是实现电压的跟随，以及降低输出阻抗，提高带负载的能力。

2.2仪器与元器件列表

仪器类：

信号源：

函数信号发生器

电源：

直流稳压电源

万用表、示波器

元器件类：

三极管：

90136个90122个

电阻：

1KΩ1个，2KΩ2个，200Ω1个，56KΩ2个，10KΩ1个，470KΩ1个

电位器：

1KΩ1个，100KΩ1个，200KΩ1个

电容：

100μF3个

测试条件：

频率为1KHZ，幅度为5mV的正弦波

第三篇设计过程

3.1.1输入级的设计

由于题目中有共模抑制比的要求，故第一级必须要用差分放大器。

差分放大器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。

差分电路电路具有下列特点：

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。

既然差分电路有如此多的优点，实验中我尝试了改进一下差分电路。

我所采用的差分电路如下：

该电路上半部分是一个有源负载，下来后是一个基本差分电路，并且我为了提高共模抑制比，将射极电阻Re换成一个电流源。

接有源负载的目的是变单端输出为双端输出，这样可以大大提高增益。

因为我们知道，双端输出的增益是单端输出的两倍。

实验中，放大增益与输出阻抗似乎是不可调和的，虽然差分的增益上去了，但是带来的问题是第一级的输出阻抗比较大。

另外，为了提高输入电阻，我也尝试过采用微电流源电路。

但是由于调试较为麻烦，并且第一级的增益不大，而且调试时较为麻烦，于是当时就舍弃了（现在想来，微电流源电路应该是一个不错的电路，不仅能提高输入电阻，而且输出电阻也不大，第一级并不需要那么大的电压增益）。

微电流源的电路组成为：

理论计算为：

因为ΔVBE小，所以IC2<

另外，我认为将Re换成一个电流源电路应该是一个不错的选择，实验测得共模抑制比达到了100dB。

可是最终测试中没有这项要求，不免感到一些可惜。

恒流源使共模放大倍数减小，而不影响差模放大倍数，从而增加共模抑制比。

理论计算为：

可见集电极和射极的电流基本不变，静态工作点稳定，有效抑制温漂。

实验中，我发现温度真的会对电路产生非常大的影响。

或许我接了一个恒流源，对电路的稳定更好些吧。

3.1.2中间级的设计

由于我的电路第一级出来已经能达到10V了，在以后的电路中想要有大的电压增益是不可能。

这个问题让我苦闷了一段时间，找不到合适的电路来进一步放大。

后来了解到达林顿管能够对电压起到一定的放大作用，我便尝试了一下，可是发现效果并不理想。

测试电路为：

软件仿真和实验箱搭电路尝试都没有获得很好的效果，似乎与理论不符。

理论上达林顿应该能对电压放大2倍多，可是经过我的尝试，达林顿并没有起到一个放大电压的作用。

但是有的同学尝试成功了，用的是和我一样的电路。

这个问题我现在搞不明白。

既然实践中达林顿不能起到一个放大作用，我在中间级继续放大的想法破灭了。

面对第一级出来的10V电压我开始有点不知所措了。

于是我想到了直接接一个输出级，因为中间级已经起不到放大的作用了，达林顿电路我是一点把握都没有，不敢尝试。

这样就进入了输出级的设计。

3.1.3输出级的设计

方案一：

推挽输出

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。

我所采用的测试电路为：

测试波形为：

由图可见推挽的电压增益近似为1，效果还可以。

方案二：

射极跟随器

我测试的射极跟随器如下：

这是一种自举式的跟随器，它的特点是：

1、自举由于R3的下端电位随上端电位升曾而升高，故称为自兴举，自举作用使R3两端的交流压降为零。

所以对交流来说，R3相当于开路，从而避免了偏置电路降低了输入阻抗的缺陷。

2、输入阻抗高为了尽量地提高晶体管有效的输入阻抗，采用BG1和BG2组成复合管电路，这时β=β1β2，使总的输入阻抗大大提高。

因为输入阻抗Ri=Rbe+（1+β）Reo本电路的输入阻为2兆欧，输出阻抗14Ω。

仿真测试波形较为理想，到实验箱上测试时输入阻抗只有1MΩ多，与理论值不符。

故我的电路最后的输出电压并不是很高，只有7.7V。

最终我选择了射极跟随器。

原因是推挽输出的作用是功率放大器，虽然也能减小输出电阻，但是减小的并不是很多，最为严重的是电压增益减小了许多，比起射极跟随器，我还是偏向于后者。

毕竟射极跟随器是“专业”做输出阻抗的，并且电压跟随性也应该比推挽的好。

3.3焊接与调试

最终我的成形电路为：

焊接调试后的测试结果为：

输出电压为7.7V，输入阻抗为100KΩ，输出阻抗为14Ω。

结果并不是很理想。

唉～

第四篇实验总结

本次实验前前后后我总共做了将近两个星期，由于本人所学的知识有限，最终的测试成绩并不是很理想。

不过我还是满足了，因为至少我努力了，比起那些中途因为承受不了失败痛苦的同学，能坚持下来我觉得就是一种胜利。

在测试过程中我试过许多电路，包括软件仿真和硬件仿真的。

特别是硬件仿真，在实验箱上搭电路的确是一件很痛苦的事情。

一遍遍的搭，一遍遍的咽着失败的苦水。

曾经有几次我的确是很郁闷，有种想摔仪器的冲动。

明明一个电路连接无误，所有的导线所用的元器件都是完好无损的，可是我从早上九点搭到晚上七点就是没波形出来。

其间我没有吃饭，不断检查，检查无误后还是没波形，结果只好全部拆了重搭。

试了不下10次，搞的我近乎崩溃了。

可是后来又不知怎么回事的有波形。

一切来的是那么的诡异，我只得苦笑造化弄人。

其实模电就是这样，偶然性很大，也许某段时间这个管子是好的，而在下一时刻这个管子又不行了，这些都无法检查出来的。

还有一点体会就是我发现软件仿真和硬件仿真以至于最终的成形电路板之间都有差距。

我用实验箱搭出来成功的电路，用软件仿真时就不成功。

用软件仿真成功的电路，焊成电路板时却又出现了问题。

这其间未知的参数很多，可能让你满怀信心的带着仿真结果来到实验室焊电路板，焊好之后却让你无奈的叹息着：

到底是哪里出错了？

为什么又没有波形了！

科学就是这样，在科学的大道上想一帆风顺那是不可能的，必须要经历过许许多多的挫折和磨难。

就拿这次的放大器设计实验来说，我深刻的体会到：

电路是调出来的。

只有不断的调试，不断的观察，最后才有可能显示出正确的结果。

而这过程是相当累的。

以后想做工程的必须得吃的了这些苦头。

与其说这次实验是考察我们的做项目的能力，倒不如说是锻炼我们的意志力。

只有那些意志力强的，才能走到最后！

对于这点，我深刻的坚信着。

以后的路还很长，依然需要鼓足勇气，走下去…