单极阻容耦合晶体管放大器设计.docx

2014 2015学年 第1学期模拟电子技术课程设计报告题目：单极阻容耦合晶体管放大器设计专 业： 通信工程班 级：13通信工程（1）班姓 名：指导教师：电气工程系2014年12月4日目录任务书3摘要4第一章绪论5第二章设计原理及原理图6第一节工作原理6第二节元件参数计算6第三节静态工作点测试9第三章仿真11第一节静态工作点的测量11第二节性能指标的测试11心得体会14附录15参考文献16答辩记录及评分表17任务书课题名称单极阻容耦合晶体管放大器设计指导教师（职称）吴慧（讲师）执行时间2014- 2015学年第1学期 第14周学生姓名学号承担任务整个方案的构思与执行EWB仿真技术指标测试调整静态工作点共发射极放大器的参数的计算原理图设计设计目的1、学习晶体管放大器的设计方法；2、研究静态工作点对输出波形的影响及静态工作点的调整方法；3、掌握静态工作点、电压放大倍数和输入电阻、输出电阻的 测试方法；4、研究信号源内阻对波形失真的影响。设计要求（1）设计一个分压式电流负反馈偏置的单级共射极小信号放 大器，输入和输出分别用电容与信号源及负载之间耦合，设 置静态工作点，计算电路兀件参数，拟定测试方案和步骤；（2）在面包板或万能板或PCB板上安装好电路，测量并调 整静态工作点。（3）测量设计好的电路的偏置电压和电流；（4）测量所设计电路的实际电压放大倍数；（5）测量所设计电路的实际输入、输出电阻；（6）给所设计的电路加上频率为1Kz大小合适的正弦波， 调节偏置电阻，用示波器预测输出波形在无失真、饱和失真 和截止失真三种情形下，记录相应的偏置电阻大小、ICQ和 波形，并绘制表格；（7）用EWB对电路进行仿真，打印仿真结果；（8）撰写设计报告。文章通过单极耦合晶体管放大器的设计,设置基本放大参数，通过放大系数确定R1,R2,来调整静态工作点， 阐述了晶体管放大器静态工作点的设置与调整方法以及放大器的基本性能指标的测试方法;并用仿真软件进行仿 真，根据放大后的波形对比，研究了静态工作点对输出波型的影响。关键词：晶体管放大器、阻容耦合、静态工作点。绪论第一章由于物理学的重大突破，电子技术在20世纪取得了惊人进步。随着21世纪的到来电子信息技术的发展关于 单级阻容耦合晶体管放大器在电子技术基础中所出的位置越来越来重要，它不仅是电子信息类专业的一个重要部 分，而且在其它类专业工程中也是不可缺少的。通过对模拟电子技术的学习，使我对这门课程有了一定的了解，学到一些知识，如二极管，三极管的应用， 放大电路的分析方法和应用，负反馈放大电路与基本运算电路性能与作用，信号产生电路等。科技的迅速发展， 对电子技术的要求越来越高，所以要求从事电子技术的人员必须具备很强的动手能力。当今世界集成电路产品日益更新，层出不穷。读者在掌握基本电子电路的工作原理、主要特性等基本知识之 后，就可能及最少的集成元器件设计出满足技术要求、性能可靠、成本低廉的电子电路。在实际工作中，电子技 术人员需要分析器件、电路的工作原理；验证器件、电路的功能；对电路进行调试、分析，排除电路故障；测试 器件、电路的性能指标；设计、制作各种实用电路的样机。所有这些都离不开实验。此外，实验还有一个重要任 务，是要培养正确处理数据，分析和综合实验结果、检查和排除故障的能力。同时养成我们勤奋、进取、严肃认 真、理论联系实际的作风和为科学事业奋斗到底的精神。通过这次实打实的课程设计，我们在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料， 请教同学，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在设计 的过程中，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践， 再学习、再实践。因为实践才是检验真理的唯一标准。在每次的课程设计中，遇到问题，最好的办法就是问别人，因为每个人 掌握情况不一样，不可能做到处处都懂，发挥群众的力量，复杂的事情就会变得很简单。这一点我深有体会，在很多时候，我 遇到的困难或许别人之前就已遇到，向他们请教远比自己在那冥思苦想来得快。虽然最终实物做出来了，但这并不是我一个人 做出来的。通过这次课程设计，我明白了一个团队精神的重要性，因为从头到尾，都是大家集体出主意，来解决中间出现的各 种问题。从原理图的最终敲定，到放大倍数的仿真这都是大家分工合作的结果，正是因为大家配合得默契，每项工作都完成得 很棒，衔接得很好，才使我们很快的完成了任务。尽管现在只是很简单的设计，离熟练掌握还有一定距离，但学习实践的这段 日子确实令我收益匪浅，不仅因为它发生在特别的时间，更重要的是我又多掌握了一门新的技术，收获总是令人高兴的。第2章设计原理及原理图2.1工作原理晶体管放大器中广泛应用如图2-1所示的电路，称之为阻容耦合共射极放大器。它采用的是分压式电流负反 馈偏置电路。放大器的静态工作点Q主要由RB1、RB2、RE、RC及电源电压+VCC所决定。该电路利用电阻RB1、 RB2的分压固定基极电位VBQ。如果满足条件I1>>IBQ，当温度升高时，I f-V fV II II ILC 1DC 1tdp v 口C* LC*CQEQBE BQ CQ结果抑制了 ICQ的变化，从而获得稳定的静态工作点C15 uF4-eR AAAOAAA/图2.1单极阻容耦合晶体管放大器原理图2.2元件参数计算2.2.1共发射极放大器的直流参数共发射极放大器的直流参数主要有Ibq、Icq及Uceq、Ubeq。如图2-1电路所示，这些直流参数的关系式如下：UEQ = UBQ -UBEQ w UBQ = VccRb2 /（ Rb1+Rb2）、ICQ = P IBQ= UEQ / Re*（2）UCEQ = VCC -ICQRC - UEQ W VCC - ICQRC - Ubq'将已知的VCC、Rb1、Rb2、Rc、Re及P值代入（1），即可算出Ibq、Icq及Uceq三个直流参数。2.2.2共发射极放大器的交流参数共发射极放大器的交流参数主要有电压放大倍数Auo、输入电阻Ri与输出电阻Ro、最大输出电压幅度Uom 等：电压放大倍数Auo：uR'A = o = p Luo u r式中负号表示输出电压与输入电压的相位是相反的:其中RL(2.2)=R n R ,(2.3)rbe称为三极管的动态输入电阻:2.2.3元件的数值计算r 牝 300(Q) +P 26( mV)beI (mA)由已知得:a.求REb.求RB 2r bb =300，p =200R = bq °膈，取 I =1.5mA，U =3V, U EICQBQ代入公式得R T.53KQ取标称值为1.5KQR = BQ =职=BQ，其中 P =200，取 I =81B 2118IBQ8Iq1 bq计算得R =50KQ取标称值为51KQbe=0.7Vc. 求 RR = CC BQ R =150 KQB1B1VB 2实际上用一个80 KQ的电阻与一个100 KQ的电位器串联构成d. 求 rr 牝 300(Q) + P 26(mV)bebeI (mA)计算得r =3.7 KQbee. 求 R因为 A =匕=p 曳，取 Auo =50ibe得 R = 900QL因为 R' = e_i 取 R =3 K Ql RC + Rll得R =1.26 KQ取标称值为1.2KQCf求R = R |R |r =3.28 KQ>1KQg.求 RoRo=Rc=1.2 KQh.求 CB 和 CC由于Rs + r < RC + Rl,> (3 -10)2矿(Rs + r )=5uFbei求 Ce2.2.4理论值计算根据以下公式得：=C = 5uFBCE > (1 - 3)I/)1+6 )=100uFZCQ = 6IBQ= UEQ -U be. / ReUeq = Ubq -Ubeq - UBQ = VccRb2 / ( Rb1+Rb2)UCEQ = VCC -ICQRC - UEQ VCC -【CQRC - UBQU BQ =3.045VI c. =1.563mVCEQ=6.923V=0.7VBEQh V|5uF十| yr-IXIUF图2.2阻容耦合放大器EWB仿真图接线图2.3静态工作点测试12 ',R/1CC k Ohm /5DTS-< 1.2 k Ohm匕2 N2222VILlhk1.5 k Ohm图2.3.1静态工作点测试由图 2.3.1 可读出：ubq =2.981V, Ubeq =661.4mV, U便=7.822V, I段=1.549mA。与理论值比较。 表 2.3.2U BQ (V)U beq (V)U ceq (V)I cq (V)理论估算值3.0450.706.9231.563测量值2.9810.6617.8221.549波形在不失真的情况下如图2.3.3所示第3章仿真3.1静态工作点的测量用万用表的直流电压档测量Ueq,若测出的UEQ不等于3V,说明静态工作电流ICQ不等于1.5mA,由于ICQ = pIBQ= UEQ / Re， 因此可调节电位器RW的大小来改变IBQ的值，使Ueq等于3V,此时由：I x I = QCQ EQ Re可计算出icq的值。从而达到调整静态工作点电流ICQ及电压uceq的目的。当调整好静态工作点后，再测量各直流电压值3.2性能指标的测试示波器用来观测放大器的输入、输出电压波形，晶体管毫伏表用来测量放大器的输入、输出电压。3.2.1测量电压放大倍数Auo发生器的频率f = 1000HZ, Uj =10mV，用毫伏表测量Uo，并记入表4.2.1中。321aUo的测量UiUoAuo = Uo / Uj9.99mV51.4mv51.43.2.2输入电阻和输出电阻的测试信号源图3.2.2输入电阻的测量1）测量输入电阻Rj放大器的输入电阻反映了它消耗输入信号源的功率的大小。若虬>> Rs （信号源内阻），放大器从信号源获取 较大电压；若虬<< Rs，放大器从信号源吸取较大电流；若虬=Rs，放大器从信号源获取最大功率。Ri = rbe / % H Rb2 - rbe用“串联电阻法”测量放大器的输入电阻虬，在信号源的输出端与放大器的输入端之间，串联一个已知电阻R （R值的数量级应接近于虬的值）。在输出波形不失真的情况下，用晶体管毫伏表或示波器分别测量出Us与Ui 的值，则(4.1)式中，Us为信号源的输出电压。图3.2.2 R.的测量UsUiRi=UiR/(Us-Ui)6mV3mV3.12 KQ2）测量输出电阻Ro放大器输出电阻的大小反映了它带负载的能力，Ro愈小，带负载能力愈强。当Ro<< Rl时，放大器可等效成 一个恒压源。放大器输出电阻的测量方法如图4.2.2所示，电阻Rl的值应接近于Ro。在输出波形不失真的情况下，首先测 量未接入Rl之前（即放大器负载开路时）的输出电压Uo值；然后接入Rl再测量放大器负载上的电压UoL值， 则(4.2)表3.2.3 R0的测量UoU olR020 mV14.3mV1.21KQ3.2.3观察由于静态工作点选择不合理而引起的输出波形失真将频率f = 1000Hz，Uj =10mV的信号接入放大器后：1）将Rw的阻值调到最大，观察输出波形是否失真（若失真不明显，可增大ui），描下失真波形和测量此时 的静态工作点电流ICQ。并说明该波形属于什么失真波形？2）将Rw的阻值调到最小，观察输出波形是否失真（若波形为一直线，可增大Rw），描下失真波形和测量此 时静态工作点电流ICQ。并说明该波形属于什么失真波形？将所观察到的波形与ICQ的测量值记入表6.2.4中。3.2.4失真波形与ICQ工作点Q的变化截止时ICCCQ=UE Q/ Re =0.5mA饱和时ICQ = UEq/R =1.4mA e输出波形sJJ/.l / 1心得体会学习模电的这个学期是我们比较忙的一段时间，课开的比较多，中间还有许多实验，总感觉时间并不那么够用，所以，尽 管老师布置下来比较早，还是到了后面的几周才开始着手模电的课程设计，完成的有些仓促。开始学习模电的时候，老师就说这门课程不同于大一学习的简单物理电学，要学会分析电路特点，模电学习主要有3大坎：1. 3极管只要多去运用，就会慢慢理解。2. 是运放，大多数人对运放电路的千变万化感到胆怯。其实里面的变化不外呼“反馈”。只要把反馈弄懂了，就好理解了。 想要一气呵成学好模电不是件简单的事。3. 就是所谓的频率响应了。模电学习是个漫长的积累过程，不能心急。一定要自己慢慢理解透，一点一点积累。多看看别人的电路，多去思考为什么，要把最最基本的电路掌握好。模电就像是搭积木，所有复杂的电路都是由基本电路组合、发展、变化而来的。这次课程设计就是考验我们的理论知识学得扎不扎实，能不能将理论与实践很好的结合起来。由于平时自己的基础知识掌 握的并不够好，一开始对要做的电路没有一个深刻的认识，但通过上网找资料，翻阅书籍，以及和同组的成员一起讨论，终于 把设计的电路图画好，并把原理弄懂了。用EWB仿真的时候，按照图的连接运行，放大倍数却一直很低，只有几倍的样子，反复检查了电路，却没有发现错误，- 次一次，数据还是不对。但大家都很有耐心，反复计算核对后，发现时电容选得太小了，整整差了数十倍，换好后，测试时比 较理想的。尽管现在只是很简单的设计，离熟练掌握还有一定距离，但学习实践的这段日子确实令我收益匪浅，不仅因为它发 生在特别的时间，更重要的是我又多掌握了一门新的技术，收获总是令人快乐的。附录：元件清单表1元件清单元器件单位数量元件规格、型号电位器个11 个 100KQ三极管个18050 一个P值定为200电阻个51 个 1.2 kQ、3. kQ、1.5kQ、51 kQ、80 kQ电容个32个5吁；1个100此万能板块1其它导线若干，焊锡丝若干，松香表2调试设备参考文献1 谢自美，电子线路设计，武汉，华中科技大学出版社，C 20062 童诗白、华成英，模拟电子技术基础，北京，高等教育出版社C 20063 曹才开，张丹，罗雪莲等，电路与电子技术试验，长沙，中南大学出版社，C 2010答辩记录及评分表课题名称答辩教师（职称）)答辩时间2014- 2015学年第1学期 第14周答辩:为什么不预先设定固定原件参数如Rc, Re代入电路图？ 答：预先代入原件参数会使预想的放大倍数发生较大改变， 而先确定放大倍数，定下电流Ic，再确定兀器件参数，放大 系数比较稳定。:为什么一定要先稳定静态工作点？答:静态工作点不但决定了电路是否产生失真，而且还影响着 电压放大倍数、输入电阻等动态参数。:如果输出电压波形底部失真，那要采取什么措施？答：若输出电压底部失真，说明静态工作点过高，产生了饱 和失真，可适当降低Q点，可以通过增大R1，减小R2来降 低Q点。:为什么采用共射电路而不是共集或共基？答：因为共射电路既能放大电压又能放大电流，在三种电路 中，输出电阻较大，频带较窄，适合低频放大电路。记录:电路中Rw是起什么作用的？答：我们通过Rw来确定合适的静态工作点，在实验后期， 通过调整Rw来观察电路失真后的两种图像。:请问这个放大器在日常生活中有什么意义？答：它可以将微软的电信号放大成足够强的电信号，比如在 日常生活中，电话机的话筒将微弱的声音转换为较小的电信 号，经过放大器放大成足够强的电信号，来驱动扬声器，这 样我们就可以清楚的听到声音。评分表学生姓名学号评分