模拟电路课程设计报告 付强.docx
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模拟电路课程设计报告付强
大连理工大学城市学院
模拟电路课程设计报告
设计题目：
三极管多级音频放大器
院系：
电子与自动化分院
班级：
电子信息工程1104
姓名：
付强
同组人：
张三、李四
指导教师：
王五
完成日期：
2012年10月29日
目录
第一章设计任务
1.1项目名称：
设计三极管多级音频放大电路
1.2项目设计说明
1.2.1设计任务和要求
1.2.2进度安排
第二章需求分析
2.1问题基本描述
2.2设计原理
第三章调试并分析结果
3.1测试条件
3.2测试结果记录
3.3测试结果分析
第四章结论
自选提高题铅蓄电池稳压供电装置
1.用途与功能
2.电路原理
3.调试和分析
1.使用可调稳压电源测试输出电压与输入电压的关系
2.测试亏电指示灯的点亮电压
心得体会
参考文献
第一章设计任务
1.1项目名称：
设计三极管多级音频放大电路
本项目的主要内容是设计并实现三极管多级音频放大功能。
该电路将所学习的三极管基本放大电路与功率放大电路有机结合。
1.2项目设计说明
1.2.1设计任务和要求
使用常见的小功率三极管设计一个三极管多级音频放大电路，要求信号源内阻20kΩ，电压增益大于400倍，输出阻抗小于200Ω，三极管集电极最大电流不超过20mA，电源为单电源15V，输出信号不小于8Vp-p，非线性失真小于7%。
1.2.2进度安排
周次
实验内容
1
确定电路主体结构，设计出电路图的初稿
2
搭建电路，仿真调试，逐步修改最初设计的电路图并完善电路功能
3
4
5
最终调试、考核
6
7
完成扩展提高课题
8
答辩
第二章需求分析
2.1问题基本描述
本次实验的课题是设计多级三极管放大电路，因此在设计时没有采用运放等集成放大电路。
在电路设计中，因为音频信号的下限大约是20Hz，因此设计时没有考虑直接耦合这种电路结构，主要原因是这种电路结构的静态工作点不好调整。
此多级放大电路之间采用电容器进行耦合。
由于题目对信号源内阻提出了要求，要求放大电路的输入电阻比较大，因此本电路采用了一级共集电极放大电路（射极跟随器）进行信号的第一级放大，利用共集电极放大电路的输入阻抗比较大的优点，匹配高阻抗的信号源。
由于本电路对负载电阻也有要求，因此要求电路的输出阻抗比较小，因此在电路设计上，同样是采用了一级共集电极放大电路进行末极放大输出。
由于需要具有400倍以上的电压增益，单独的一级共发射极放大电路难以胜任，因此在电路设计时，采用了两级共发射极放大电路进行电压放大。
本电路中，为了降低电路的复杂程度和在面包板上搭建临时电路的难度没有采用分压式偏置电路，而是直接采用一个电阻为三极管提供偏置电压。
在整个电路中，由于共集电极放大电路没有电压放大作用，因此电压放大主要依靠中间的两极共发射极放大电路，设置输入级和输出级只是为了匹配题目中要求的输入阻抗和输出阻抗。
由于题目对三极管的集电极电流有限制，并且也为了降低三极管温升，本电路中各级放大电路的静态工作点设定都比较低，已经达到了能够满足题目中要求最小值。
本次课程设计实验虽然没有强制要求设计PCB板，但是为了更加贴近实际应用，在实验结果得出之后，还是利用Proteus软件的ARES功能设计了PCB图纸，详见图2-4.
图2-1电路原理图
下面是根据电路图设计的PCB图纸
图2-2PCB设计图
2.2设计原理
1.Q1~Q4：
为4个9013三极管，9013三极管为韩国三星公司开发的通用型小功率NPN三极管，使用非常广泛。
在本电路中，Q1设置在输入级，接为共集电极放大电路形式，用来提高电路的输入阻抗。
Q2、Q3作为中间级电压增益放大，用于放大电压信号。
Q4为输出级，为共集电极放大电路形式，可以减小电路的输出阻抗。
2.C1~C5：
全部为普通电解电容器，规格为35V10μF，在电路中作为耦合元件使用，可以防止前一级的电路中的直流信号对后级电路产生影响。
3.R1、R3、R5、R8：
这四个电阻构成了三极管的偏置电路，分别为对应的三极管提供偏置电压。
本设计中为了简化电路，没有使用分压式偏置电路，直接使用电阻为三极管提供偏置电压。
4.R2、R9：
共集电极放大电路的发射极电阻，用于在三极管截止时降低发射极电压，为耦合电容器泄放电荷。
5.R4、R6：
共发射极放大电路的集电极电阻。
第三章调试并分析结果
3.1测试条件
电源：
直流15V，限流0.1A
信号源：
正弦波，幅度15mVp-p，频率1kHz，无附加直流信号
示波器：
双踪CHOP模式，自动触发状态；水平0.2ms/div；CH1通道2V/div，CH2通道10mV/div
负载：
0.25W金属膜电阻，阻值1kΩ
实验环境：
面包板
3.2测试结果记录
输入信号（mVp-p）
5
10
15
20
25
输出信号（Vp-p）
8
削顶失真
削顶失真
表3-2实验测试结果
3.3测试结果分析
实际测试表明，本电路的电压增益约为540倍，已经满足题目的设计要求。
（题目中要求为大于400倍）
第四章结论
本次课程设计的实验最终实现了三极管多级音频放大电路，并且最大程度的满足了设计任务中给出的要求。
但是在进行其它波形的测试时，发现当输入信号是方波时，输出信号存在比较严重的失真（已经严重变形），而正弦波和三角波则看不出这种失真（波形很标准），目前还没有找出引起这个现象的原因。
另外，根据设计题目中的隐藏设计条件，电路的输入信号幅度应该是20mVp-p，而由于本电路的放大倍数比规定值更大，实际测试时采用20mVp-p时输出信号波形出现了比较明显的削顶失真，这是本电路的一大不足。
自选提高题铅蓄电池稳压供电装置
1.用途与功能
每当晚上寝室熄灯之后，寝室当中的无线路由器就会因为失去电源而停止工作，为了能够在熄灯之后能够继续使用Wifi无线网络，特设计出本供电装置，通过使用外置的铅酸蓄电池组为路由器以及手机等USB设备供电。
本装置使用12V电动助力车专用铅酸蓄电池组作为电源，含有一个9V输出直流5.5mm插头，极性为内正外负，可以为TP-LINK无线路由器供电，最大平均输出0.5A（短时间内最大1.5A）。
本装置还设有两个USB接口，可以为USB设备提供电源，每组都有平均0.5A的电流输出能力。
此外，为了防止铅酸蓄电池组过放电缩短使用寿命，特设计了电池亏电提醒电路，当电池组端电压低于10.5V时，会自动点亮一个红色LED指示灯提示电池已经耗尽。
2.电路原理
为了简化电路设计，提高制作的成功率，本电路使用一体化集成稳压芯片78xx作为核心器件输出稳定的电压。
对于9V输出，因为最大输出为0.5A，芯片的最大耗散功率为0.5A×（12-9）V=1.5W，故采用TO-220封装的7809配合小型铝制散热器进行散热，经满负荷测试温升基本正常（略有烫手的感觉）。
而为USB提供电源的7805耗散功率为0.5A×（12-5）V=3.5W，发热功率较高，因此使用了比较大型的铝制散热片，并涂抹了导热硅脂加强散热。
在电池亏电检测电路部分，采用了稳压二极管检测电压，并通过两极共发射极放大电路进行信号放大、反向驱动LED。
由于电路整体并不是十分复杂，在使用Proteus软件进行PCB排版之后，在万能电路板上焊接搭建了成品电路，并没有制作PCB印刷电路板。
具体电路原理图如下：
图5-1电路原理图
图中C4为主滤波电容，R6、D1、R3组成电压取样电路，由Q1放大检测到的信号，之后由Q2进行信号反相，驱动LED2指示灯。
图中IC1、IC2、IC3为78**稳压芯片，为9V、5V提供稳定的输出电压。
图中R1、R2、R5和输出端的LED灯作为假负载使用，防止电源空载时输出电压异常升高。
3.调试和分析
1.使用可调稳压电源测试输出电压与输入电压的关系
输入电压
（V）
7
9
11
13
15
19
21
24
DC9V
6.46
8.35
9.00
9.01
9.01
9.01
9.01
9.01
USB1
5.01
5.02
5.02
5.02
5.02
5.02
5.02
5.02
USB2
5.02
5.02
5.02
5.02
5.02
5.02
5.02
5.02
表5-1测试输出电压的稳定性
2.测试亏电指示灯的点亮电压
输入电压
（V）
10.0
10.2
10.4
10.5
10.6
10.8
LED表现
完全点亮
完全点亮
较明亮
微微发光
完全熄灭
完全熄灭
表5-2亏电指示功能的实验结果
心得体会
通过这次模拟电路课程设计，我感受到了模拟电路这门课程的重要性和实用性，意识到了生活中其实很多常见的电路都是有多个模拟电路技术来解决的，就算是单片机这种相对比较高端的元器件，其基础也是模拟电路。
“牵一发而动全身”，这是我在本次模拟电路课程设计最大的体会。
一个电阻的微妙变化，就可以导致输出结果的千差万别，通过小幅度的调整电阻的取值，就可以控制最终的失真、放大倍数等参数，这是我在进行试验之前所没有预料到的问题，也给最终的调试工作带来了很大的困难。
在本次试验中，我也意识到了电路仿真软件的优点与缺点。
虽然说我很久以前就学会了Proteus软件的操作方法，但是将软件仿真和电路实际制作结合在一起，还是第一次。
电路仿真软件有很多优点，比如可以在不需要搭建实际电路的情况下验证电路是否可行，以及测量出一些电路参数，及快速又节约成本。
但是，电路仿真软件的运行结果并不能代表这个电路实际运行的结果，也就是说，软件的仿真是不能代替实际上的电路实验的，原因有很多，比如仿真软件中的元器件模型与实物器件存在误差，或者是软件bug等原因，都会让软件的仿真结果实际试验的结果产生误差。
在本次实验中，我采用Proteus7.8汉化版制作了电路模型，并得出了一些电阻的大概取值范围，在实际制作时节约了不少调试的时间，提高了实验的效率。
相关图片：
参考文献
[1]张辉，王鲁云。
模拟电路分析与设计。
大连：
大连理工大学出版社，2010
[2]王鲁云，张辉。
模拟电路实验教程。
大连：
大连理工大学出版社，2010
[3]袁良范，马幼鸣。
简明电路分析。
北京：
北京理工大学出版社，2011
[4]iamapighhh。
7805。
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