多级放大器设计报告.docx

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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。