实验六两级放大电路的设计(2010

《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作模拟电路单元及系统实验华南理工大学吕念玲主编甘伟明刘凤军参编及课件制作机械工业出版社出版《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作实验目的•掌握多级放大电路的工程设计方法、组装调试技术和实验方案的设计方法。•培养学生灵活运用所学知识,分析与解决电路实际问题能力,加强实验全过程的训练。《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作设计任务11．设计题一：用分立元件设计一阻容耦合两级放大电路，在电源电压为12V，Vi≤5mV，信号源内阻为50Ω，RL=5.1kΩ的条件下，满足以下指标要求：（1）Ri10kΩ；（2）Av250；（3）BW=50Hz~50kHz；（4）D5%。取ICQ1=0.7mA,VCEQ1=2V取ICQ2=1.2mA,VCEQ2=4V要求AV250，设计计算时可取AV=300，其中取T1级AV1=？，T2级AV2=？《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作设计任务22．设计题二：用分立元件设计一阻容耦合放大电路，在信号源内阻为50Ω，Vi≤10mV，RL=1kΩ的条件下，满足以下指标要求：（1）Vo≥1V；（2）Ri≥20kΩ；（3）fL30Hz；（4）AV的稳定度提高10倍。《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作设计题一提示设计题一：（1）从设计指标要求看，设计该放大电路应从电压放大倍数、输入电阻和减小失真等方面考虑，至于通频带，由于要求不高，一般较容易达到，设计时可暂不考虑。（2）指标要求该放大电路是对小信号放大且放大倍数不高，同时为了稳定工作点，采用两级分压式偏置的共发射极放大电路即可达到设计要求。（3）为了满足输入电阻和失真度小于5%的要求，各级射极须引入交流串联负反馈。（4）指标中，上限频率为50kHz，要求不高，故可选用一般的小功率管。现选用NPN型9013，取β=150。《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作设计题二提示（1）从设计指标要求看，设计该放大电路应从电压放大倍数及其稳定性、输入电阻等方面考虑，至于通频带，设计时可暂不考虑。（2）设计指标要求放大电路的电压放大倍数的稳定度较高，因此电路应引入适当的电压串联负反馈。（3）设计指标要求输入电阻的要求较高，须采用串联负反馈才可达到设计要求。（4）其余与设计选题A相同。《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作设计指南放大级数的确定指标分配各级静态工作点的设定电路形式的选择半导体器件的选择偏置电路设计与计算指标核算与电路确定详细方法参见本书3.3.1及3.3.2节《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作放大级数的确定多级放大电路的级数主要根据对电路的电压增益（放大倍数）的要求来确定。由指标要求：Av250放大电路的级数。电路形式的选择要考虑的因素主要包括：是小信号放大型还是大信号（功率）放大型；各级放大电路的组态及级间信号的耦合方式等。由指标要求：Vi≤10mV放大电路是小信号放大型；由Ri10kΩ和D5%放大电路的组态；由BW=50Hz~50kHz放大电路级间信号的耦合方式；由Ri10kΩ是否需引入负反馈?何种负反馈?——设计指南《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作指标分配—放大倍数的分配通常，分配给前级放大电路的电压增益低一些，后级放大电路电压增益高一些为宜，并要留有15%～20%的余量。要求AV250，设计计算时可取AV=300，其中取T1级AV1=？，T2级AV2=？半导体器件的选择半导体器件根据电路输出信号幅度、通频带、输入阻抗及电路的某些指标要求来选择。指标中，电路为小信号放大，对电路噪声没有特别要求，上限频率fH=50kHz，要求不高，故可选一般的小功率管。现选取NPN型管9013，测量其取β=150。im1imaxV1252mV,?,VVAom1V1im1=?VAV。im2om1V2,?VVAom2V2im2?VAV。动态范围估算：T1级：T2级：——设计指南《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作各级静态工作点的设定CEQVomCE(sat)VV≥可见，T1级VCEQ1可选小些，T2级VCEQ2可选大些。T1级静态工作点确定：由指标要求：Ri10kΩrbe1ICQ1由IＣQ1IＢQ1选定ICQ1和ＶCQ1的值VCEQ的选择要考虑到电路在正常工作范围应使输出电压幅度Vom足够大，同时在满足放大倍数的前提下，输出电压不应出现饱和失真，为此,VCEQ应满足下列关系：ICQ取值考虑：ICQ设定主要根据ICQ≥ICM+ICEQ，由于小信号电压放大电路ICM较小，另从减少噪声及降低直流功率损耗出发，T1、T2工作电流应选小些，并取前一级电流小于后一级电流。——设计指南《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作T２级静态工作点确定：由ICQ2＞ICQ1和VCEQ2＞VCEQ1选定ICQ２和ＶCQ２的值偏置电路设计与计算偏置电阻Rb1、Rb2值的选择，由电源电压VCCVBQ;由I1=(5～10)IBQ１和VBQRb2和Rb１。射级电阻Re的选择BQBEeCQVVRIRe由——设计指南《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作集电极电阻Rc的选择集电极电阻Rc的选择:一是要满足放大倍数要求，二是不能产生饱和失真。VLbeARrRC由CCCEQEQCCQVVVRI或由RC——设计指南《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作各电容值的选择耦合电容C1和C2的作用是隔直流耦合交流，对交流信号应是近似短路，所以耦合电容的阻抗应远小于与之串联的电阻，旁路电容阻抗应远小于与之并联的等效电阻。E123CLHOfCCCfC由，，，由在本电路中，电容的耐压值应取实际工作电压的2倍以上．——设计指南《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作指标核算与电路确定静态工作点的核算T1级：b2CCBEQ1b1b2CQ1BQ1b1b2e1//(1)RVVRRIIRRR？CQ1CEQ1CCCQ1c1e1(1)=IVVIRR？与上述取值比较，是否符合设计要求。T２级的核算与T1级相同。指标核算是指根据已设计的电路参数逐级进行理论计算，核算各项指标（静态工作点、Av、Ri、Ro、fL、fH等）是否满足设计要求，否则需要重新设计计算。尤其是对静态及动态指标均有影响的电路参数，需要通过指标核算，确认其取值是否合理。——设计指南《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作指标核算核算Ri、Av、BW是否符合下列指标的要求：Ri10kΩ；Av250；BW=50Hz~50kHz否则需要重新设计计算。核算无误后，画出整机电路图，列出元器件清单表。——设计指南《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作面包板的结构凹槽，凹槽上下不连通电位器电源接入插孔电源输出接口电位器输出接口信号输入接口信号输出接口第一块面包板第二块面包板实验箱内电位器、电源接入插孔、信号输入、输出接孔内部互不连通，使用时需用导线连起来。为了避免干扰，安装时用第一块面包板。提醒：——电路的安装每列有5个小孔且互相连通，但每列之间的小孔不连通。两行插孔，每行插孔中的小孔互相连接，但两行绝缘，可作为电源线或地线使用。《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作布线要点1、接线前应先画好布线图，以免发生差错，一般以集成电路或三极管为中心，并根据输入输出分离的原则，以适当的间距来安排其他元件。2、集成块与晶体管的布局，一般按主电路信号流向的顺序在插座板上直线排列，各级元器件围绕各级的集成块或晶极管布置，各元件间的间距应视周围元件多少而定。3、第一级的输入线与末级的输出线、高频线与低频线要远离，以免形成空间交叉耦合。4、合理布置地线。当电路有多级时，应将各级单独接地，再分别接公共地线。——电路的安装《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作布线注意事项1、布线的顺序一般是先布电源线与地线，然后按布线图从输入到输出依次连接好各元器件和接线。在此条件下，尽量做到接线短、接线少、测量方便。2、集成电路的安装：集成电路引脚必须插在面包板中央凹槽两边的孔中。3、为便于检查，尽可能采用不同颜色的导线；尽量在器件周围连线，并不允许导线在集成块上方跨过，或从三极管下方穿过。4、查线无误，才能接通电源。查线时仍以集成电路或三极管的引脚为出发点，逐一检查与之相连的元件和导线。——电路的安装《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作两级放大器电路安装图此图仅供参考！请每个同学自已另外设计。2.2K11K+11K1K5.1K100510100510100K++6V--INGNDOUTGND10uF47uF10uF47uF3300PF《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作实验内容自拟步骤测试下列指标参数：1．完成静态工作点的调整，并列表测量每一级静态工作点Q的参数。2．列表测量第一级的增益AV1、第二级的增益AV2及两级总的增益AV。3．列表测量总电路的Ri、Ro、BW。4．测量放大电路输出波形的失真度D。——调试与测量把测量结果与设计任务中的指标要求对照，看是否满足指标要求。实验前,应先用数字万用表测量三极管的Β值，同时判别三极管的好坏。《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作——故障分析直观检查法—通过观察故障状态的具体现象，直接发现故障位置的检查方法。它是一个综合性、经验性、实践性很强的检查方法，检查故障的原理很简单，实际运用过程则不容易。排查故障的常用方法及步骤：追踪信号踪迹的信号寻迹检查法—利用信号寻迹器，查找信号流程踪迹来确定信号有还是没有，来确定故障位置的检查方法。实验室一般使用示波器作为寻迹器。检查法方法如下；故障现象判断故障级确定故障点修复电路1.直观检查法2.信号寻迹法1.静态检查2.动态检查调试前的直观检查－电路安装完毕,不宜急于通电,先要认真检查以下内容:1.连线是否正确,包括错线、多线、少线。此时要按照电路原理图检查安装好的线路；２．元器件引脚之间有无短路、接触不良，三极管、电容极性有无接错；３．电源供电、信号源连线是否正确；４．电源端对地是否存在短路。然后按下面的方法检查：《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作从第一级输入信号，用示波器由前级到后级，逐级观察输出端信号的变化情况，如发现某一级的输出波形不正确或没有输出时，则故障就发生在该级或下级电路，这时可将级间连线或耦合电路断开，进行单独测试，即可判断故障级。提示：在测量前级放大器时，应把信号源电压调得较大，在测量后级放大器时，应把信号源电压调得较小。1.由前向后逐级检查，寻找故障级。《模拟电路单元及系统实验》实验六:两级放大电路的设计华南理工大学电工电子教学实验中心制作由后向前逐级推进寻找故障级。可在某级输入端加信号，测试其后各级输出端信号是否正常，无故障则往前级推进，若在某级输出信号不正常时，则故障就发生在该级.