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多级放大器设计报告.docx

多级放大器设计报告

 

多级放大器

设计报告

 

专业:

自动化

学号:

00924024

姓名:

王卫东

 

摘要

本放大器以差分放大电路、共E放大电路和功率发电路为核心的放大器,使用差分放大电路以减小外界信号的干扰,使用共E放大电路实现幅值放大,使用功率发电路减小输出电阻,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。

在本设计中使用multisim进行了软件仿真,用实验箱进行硬件仿真。

通过仿真,使得本设计从理论跨向了实际。

前期实验箱上仿真,虽遇到了一些麻烦,但正是这些所谓的麻烦帮我了提高了调试和修改设计的能力。

通过一系列的调试与检测,本放大器基本实现了电压放大的功能,有较小的输出阻抗,在实际的测试中,也达到预期的设计目标。

 

关键字:

放大器,差分放大,OTL功率放大,恒流源,实验箱,multisim

 

目录

一、设计要求及目标…………………………………………4

二、设计仪器及元器件………………………………………4

三、设计方案…………………………………………………4

四、电路原理图………………………………………………8

五、实际设计与测试…………………………………………9

六、放大器性能及主要指标…………………………………10

七、设计总结…………………………………………………11

 

 

一、设计要求及目标

用分立元件设计放大器,将1KHz、5mVVp-p的正弦波信号尽量放大,要求输入阻抗尽量大,输出阻抗尽量小,抗干扰能力强(即共模抑制比尽量大)。

二、设计仪器及元器件

稳压电源、函数信号发生器、数字示波器;

二极管、三极管、电容、电阻、电位器等。

三、设计方案

该放大器采用三级放大:

 

(一)输入级设计与分析

该级放大电路为电压放大电路,作为输入级,既要有较大的输入阻抗Ri,以保证输入的小信号能得到有效的放大,又要有较小的输出阻抗Ro,以保证该级被放大的信号有效的传递到下级;可作为输入级的单管放大电路主要有共C放大电路和差分放大电路。

但作为输入级应该有较好的抗干扰性。

否则,输入级较小的干扰信号经过多级放大可能导致最终的信号失真。

而差分放大电路可以放大差模信号,抑制共模信号,从而有效的减小输入级带来的干扰,提高电路的抗干扰能力。

如图一:

图1

  差分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。

当Ui1=Ui2时,在对称条件下,则双端输出Uo=KUil-KUi2=0。

  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)

图一中的差分发大电路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。

理论计算输入阻抗Ri=2(Rs+rbe)

(二)中间级设计与分析

中间级的主要目的是对电压进行放大,得到较大的电压信号。

共C放大电路适合放大电压但其电压增益小于1;共B放大电路适合放大电流,所以最终采用共E放大电路。

共E放大电路有较好的电流、电压发大作用,其缺点是输入阻抗Ri小,输出阻抗Ro较大,但前级的差分放大电路有较小的输出阻抗,所以在该电路中可用共E。

同时,又采用了恒流源,大大增加了交流电阻,提高了电压增益。

如图二:

图二

T6的静态工作点VBQ=VEE*R8/(R7+R8)

(三)输出级设计与分析

中间级的电压增益已达到极限,但其输出阻抗较大,不适合接负载,所以没有多大的实际意义,故增加了最后一级功率放大,在保证输出信号不失真的条件下减小输出阻抗,提高带负载能力。

对于功率发大一般有共C电路和推挽电路等,选择推挽电路的原因是它的输入阻抗较大,对于中间级有较好的承接能力。

如图3:

图三

 

四、电路原理图

 

注:

原理图中的元件

元件名称

型号及相关参数

T1、T2、T3、T6

9011

T4、T5、T8

9012

T7

9014

R1、R2

2KΩ

R3、R4、R5、R8、R11

1KΩ

R9

5.1KΩ

R6、R7、R12

100KΩ电位器

R10

5KΩ电位器

C1、C2

47uF

D1、D2

IN4148

五、实际设计与测试

1、软件仿真环境与测试-幅值:

2、软件仿真环境与测试-频谱:

3、实际测得本放大器频率特性:

六、放大器性能及主要指标

1.工作电压:

-12V~+12V;

2.无负载功耗:

≤0.18mW;

3.电压增益Av:

2000;

4.输入阻抗Ri:

100KΩ;

5.输出阻抗Ro:

≤1Ω;

6.共模抑制比Kcmr:

2300;

七、设计总结

通过这次发大器的设计让我认识到一套好的设计流程的重要性。

在做设计前,需要查阅大量的相关资料,对于相关的设计做到心中有数,明白不同设计的优与劣,做到最优的设计。

在设计过程中,要对自己设计的电路进行理论分析,判断可行性,尽量多的考虑外界因素对其造成的影响,以方便在不同需求时做出相应的改变;其次就是对电路的仿真,一般分为软件仿真和硬件仿真,当然软件的效果比较差,它都是在理想条件下成立的,即理论上得到的,所以硬件仿真是最重要的。

在完成所有电路的硬件仿真之后,达到预期的效果之后就可以开始制作电路,可以制板或者焊板,根据需要。

设计和制作完成后,写出总结还是很必要的。

我想我在设计和制作过程中一定会遇到不少的麻烦,它正是我们进行设计的一个最主要的缘由。

把它写下了,可以提高我们解决问题的能力。

同时,通过这次发大器的设计让我对三极管的特性有了更深刻的了解,学会了调节三极管静态工作点,明白了静态工作点对三级管的放大特性有着极其重要的影响。

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