63三极管放大1000倍实训报告

1通信与电子学院课程名称：电子技术设计实训2题目：增益步进可控晶体管放大器学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：2015年12月19日2增益步进可控晶体管放大器设计报告一、引言我们设计的电路需要的功能：（1）电压增益Av≥60dB，输入电压有效值Ui≤3mV。Av在10～60dB范围内可调，步进值为±6dB。（2）在Av≥60dB时，输出端噪声电压的峰峰值UoNnpp≤100mV。（3）放大器BW-3dB的下限频率fL≤100Hz，上限频率fH≥100KHz，并要求在500Hz～100KHz频带内增益起伏≤3dB。（4）放大器的输入阻抗≥4.7KΩ，输出阻抗≤100Ω。（5）当RL=1KΩ时，最大输出正弦波电压有效值Uo≥3V，输出信号波形无明显失真。（6）要求预留测试信号输入端，负载电阻两端预留输出测试端子。（7）自备直流稳压电源，功率10W，输出电压12V。二、电路设计过程1、放大级数及各级放大倍数的确定：根据电压增益Av≥60dB，所以Au≥1000，放大电路至少需要两级。由于要求输入电阻较大，故第一级放大倍数不可能很大，一般小于第二级，一般第一级电压放大倍数Au1=20-25左右，则第二级电压放大倍数Au2=40-50。2、放大电路形式的确定根据要求，放大器的输入阻抗Ri≥4.7KΩ；简单共射放大电路的输入电阻一般小于2KΩ，因此必需引入电流串联负反馈，提高输入电阻，稳定静态工作点。放大电路的形式如下图所示，为分压式射极偏置放大电路。3（1）根据输出阻抗Ro≤100Ω的要求，放大电路的输出级宜采用共集电极电路。（2）根据带宽和负载，选择合适的晶体三极管。本题要求BW=100Hz-100KHz，RL=1KΩ，因此晶体三极管全部选用9014或1815。（3）要实现Av在10～60dB范围内可调，步进值为±6dB，可采用负反馈形式，改变反馈量则可改变增益，从而实现增益可调。（4）画出整个电路形式根据上述分析，要实现放大电路的参数要求，整个放大电路有三级，电路形式如下3、元件参数计算首先确定各级静态工作电流，一般而言第一级IC1=0.8-1.2mA，第二级IC1=1.5-2.0mA，本题第三级由所接负载确定。第一级：1)计算确定RE1：对于第一级，由于输入信号较小，所以基极电压可以取小一些，一般取UB=(3～5)VBE。本题可取UB1≥2.5V。又UB1=Ube1+UE1，所以UE1≥2.5-0.7≥1.8V。假4设IE1=1.0mA，则RE1=UE1/IE1=1.8V/1.0mA≥1.8KΩ。2）计算确定Re1：假设β=100时，又Rb1、Rb2Ri，所以Ri≈(1＋β)Re14.7K，则Re147Ω，取标称电阻Re1=50Ω3)计算确定21bb、RR上题IC1≈IE1=1.0mA，得IB1=10uA，由I1≈I2=(5-10)IB，取I1≈I2=10IB1=10×10=0.1mA再按KIURBb251.05.2112，即为标称值KRb242KIUVRBCCb951.05.212111，取标称值KRb8214）计算和确定集电极电阻RC由放大电路的静、动态分析可知，RC是决定静态工作点和满足电压增益uA要求的一个关键元件。由于1111ECECCCCUURIV，若取VUCEQ5，VUE8.1则KIUUVRCECEQCCC2.50.18.15121，取标称值5.1KΩ以上计算是假设β=100时的结果，当β不等于100时，要重新计算。5)确定耦合电容和射极旁路电容C1、C2和Ce由于放大电路是用于放大低频信号(f=20HZ～200KHZ)，则耦合电容和射极旁路电容的容量可直接取经验标称值：VFCC16/20~1021，VFCe16/100~50第二级：计算方法同第一级，不再得重复。第三级：为使输出电压达到最大值3V，发射极静态电压为电源电压的一半，即UE3=6V。先确定输出回路的动态范围：负载电流的幅值为LOLRuI，取LR=1KΩ，则mAKVIL313则静态发射极电流mAIILE5.8223取IE3=10mA，则6001063mAVRE，KIUVRBBCCB520.18.612333，取标称值3BR=51KΩ4、电路调试板子的电路参数计算好后，就进入电路调试阶段了。5（1）先在没接负反馈的情况下调试出一级放大，主要数调节左边的第一个滑动变阻器。当一级放大的峰峰值在75~120mV时，进入下一步；（2）调试二级放大，主要调节中间两个滑动变阻器，当放大到3V时，进入下一步；（3）调试第三级放大，主要是换电压射极跟随器的电阻。当输出为3V左右时，进入下一步；（4）调试负反馈，主要调节图中最右端的滑动变阻器，使改变滑动变阻器的阻值，可以改变放大器的放大倍数。调试完毕。5、本设计总体电路6、电路调试结果67三、电路仿真与参数测试（1）电压放大倍数测试在Multisim中画出系统电路如下图4-1所示。在3mV输入信号下，用示波器观察，不能出现失真。Q12SC1815Rc15k¦¸Re11.8k¦¸C110uFC220uFRb1182k¦¸Rb1224k¦¸R450¦¸Rb2168k¦¸Rb2220k¦¸Rc23.3k¦¸Re21.2k¦¸Q22SC1815Ce147uFC520uFCe247uFV13mVrms10kHz0¡ãXSC1ABExtTrig++__+_XMM1R639¦¸VCC12VR71k¦¸Rb150k¦¸Re3510¦¸Q32SC1815C310uFR8200k¦¸XMM2C410uFC620uFXMM3探针8,探针1V:-78.3mVV(峰-峰):201mVV(有效值):70.9mVV(直流):-6.02mVI:-17.9uAI(峰-峰):48.6uAI(有效值):19.3uAI(直流):103nA频率:10.0kHz探针9,探针2V:3.14VV(峰-峰):8.38VV(有效值):3.09VV(直流):-102mVI:177uAI(峰-峰):435uAI(有效值):156uAI(直流):4.85uA频率:10.0kHz探针1,探针3V:3.18VV(峰-峰):8.03VV(有效值):3.01VV(直流):6.79mVI:3.19mAI(峰-峰):8.07mAI(有效值):3.02mAI(直流):-3.58uA频率:10.0kHz图4-1从上图可以看出，Au1=70.9mV/3mV=23.6Au2=3090mV/70.9mV=43.6Au3=3010mV/3090mV=0.974Au=Uo/Ui=3010/3＞1000，满足设计要求。8（2）输入电阻测试输入电阻测试电路如下图4-2所示。Q12SC1815Rc15k¦¸Re11.8k¦¸C110uFC220uFRb1182k¦¸Rb1224k¦¸R450¦¸Rb2168k¦¸Rb2220k¦¸Rc23.3k¦¸Re21.2k¦¸Q22SC1815Ce147uFC520uFCe247uFV13mVrms10kHz0¡ãXSC1ABExtTrig++__+_XMM1R639¦¸VCC12VR71k¦¸Rb150k¦¸Re3510¦¸Q32SC1815C310uFR8200k¦¸XMM2C410uFC620uFXMM3R15kΩ探针2,探针4V:-2.21mVV(峰-峰):4.95mVV(有效值):1.76mVV(直流):-1.33uVI:-301nAI(峰-峰):697nAI(有效值):249nAI(直流):338pA频率:10.0kHz图4-2从上图可以看出:KKRUUUIURsisiiii7.41.7576.1376.1，满足设计要求。（3）输出电阻测试输出电阻测试电路如下图4-3，先开路测试输出电压UO=3.102VQ12SC1815Rc15k¦¸Re11.8k¦¸C110uFC220uFRb1182k¦¸Rb1224k¦¸R450¦¸Rb2168k¦¸Rb2220k¦¸Rc23.3k¦¸Re21.2k¦¸Q22SC1815Ce147uFC520uFCe247uFV13mVrms10kHz0¡ãXSC1ABExtTrig++__+_XMM1R639¦¸VCC12VR71k¦¸Rb150k¦¸Re3510¦¸Q32SC1815C310uFR8200k¦¸XMM2C410uFC620uFXMM3图4-3带负载测试的电路见上图4-1所示，输出电压UL=3.01V；输出电阻10056.30173.2053.0101.301.3102.3KVVKVVVRUUURLLLOO，满9足设计要求。(4)带宽测试从测试结果看下限频率fL(x1)=61.75Hz，上限频率fH(x2)=540.36KHz。符合BW=100Hz-100KHz的设计要求。四、总结与体会作为一名物联网的学生，我觉得在大学的学习中做这样的实训是十分有意义。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对现实中的各种设计？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？这就需要一些实训来创造机会来学习了。为了让自己的设计更加完善，更加考核标准，一次次翻阅模电方面的书籍是十分必要的，同时也是必不可少的。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作铺展了道路。另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作本次课程设计的一大收获。整个设计我基本上还满意，由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。五、参考文献(1)、《三极管放大电路计算的一些技巧》(2)、《基本放大电路设计与仿真调试》