1、課程設計報告題目：單管放大器的設計與仿真學生姓名： 學生學號： 系 別： 專 業： 電子信息工程屆 別： 指導教師：電氣信息工程學院制2013年3月目錄引言1任務與要求2系統方案制定3系統方案設計與實現4系統仿真和調試5數據分析6總結7參考文獻8附錄單管放大器的設計與仿真學生:指導教師：電氣信息工程學院電子信息工程專業引言：放大現象存在于各種場合中，例如，利用放大鏡放大微小的物體，這是光學中的放大；利用杠桿原理用小力移動重物，這是力學中的放大；利用變壓器將低電壓變換為高電壓，這是電學中的放大。而作為電子電路中的放大 晶體管放大器是放大電路的基礎【1】，也是模擬電子技術、電工電子技術等課程的經典

2、實驗項目，實驗內容涉及方面廣泛。本文已常見的作為集成運放電路的中間級的共射放大電路為討論對象，一方面，對具體包括模擬電路的一般設計步驟、單管共射放大電路設計方案的擬定、靜態工作點的設置與電路元件參數的選取、放大電路性能指標的測量、穩定靜態工作點的措施等做闡述。本文采用的是分壓式電流負反饋偏置電路設計成的共發射極放大器，對分壓式電流負反饋偏置電路能穩定靜態工作點的原理作了說明，并將對晶體管放大器靜態工作點的設置與調整方法、放大電路的性能指標與測試方法、放大器的調試技術做闡述。介紹模擬電子電路的一般設計方法和思路，以及Multsim和Matlab軟件的一些基本操作和仿真功能。1任務與要求1.1設計

3、的任務：本文采用的是分壓式電流負反饋偏置電路設計成的共發射極放大器，對分壓式電流負反饋偏置電路能穩定靜態工作點的原理作了說明，并將對晶體管放大器靜態工作點的設置與調整方法、放大電路的性能指標與測試方法、放大器的調試技術做闡述。1.2單管放大器設計的要求：（1）,，（2），,，（3）溫度特性好；bjt的參數對放大器性能影響小；具有最大不失真動態范圍。1.3單管放大器設計的理論基礎：1）選定電路形式選定為共射放大電路圖1.12)選用三極管 因設計要求，的指標要求較高。一般來說，BJT的愈大，、愈小，愈高。故選定BJT為2N222，其 ,.，,為60-300。對于小信號電壓放大電路，工程上通常要求的

4、數值大于的數值，故取=60。3）設置靜態工作點并計算元件參數由設計要求>,取=200有,取取，有，取E24系列（）標稱值，由圖3.1有取E34系列標稱值， 取E24系列標稱值，由，有取E24系列標稱值，放大電路的通頻帶主要受電路中存在的各種電容的影響，主要受BJT結電容及電路中分布電容的限制;主要受耦合電容、及旁路電容的影響。 要嚴格計算、及同時作用對的影響，計算較為復雜。通過分析可知，、愈大，愈低，因此，在工程設計中，為了簡化計算，通常采用以或或單獨作用時的轉折頻率作為基本頻率，再降低若干倍作為下限頻率的方法，電容、單獨作用時對應的等效回路分別如圖4.3（a）、（b）、（c）所示。如果

5、設計要求中，為已知量，則可按下列表達式估算： （a） （b）（c）一般常取，可在式中選用回路電阻較小的一式計算。由于，故取，有取，有取2系統方案制定提出設計指標擬定電路方案電路安裝和調試設定器件參數結果測量指標滿足要求電路設計結束修改電路方案修改電路參數是否要修改電路方案3單管放大器的系統方案設計：3.1 Multsim軟件介紹NI Multisim10軟件是一個專門用于電子電路仿真與設計的EDA工具軟件。作為 Windows 下運行的個人桌面電子設計工具，NI Multisim10 是一個完整的集成化設計環境。multisim10作為著名的電路設計與仿真軟件，不需要真實電路環境介入，具有仿真

6、速度快，精確度高，準確，形象等優點【2】。本文利用multisim10軟件進行實驗仿真，具體對共射放大電路進行了靜態工作點仿真分析、動態分析、瞬態特性分析、靈敏度分析、參數掃面分析，可以動態直觀地觀察不同參數對放大電路性能指標的影響，對理解實驗原理，熟悉實驗過程具有很大的幫助，了解了multisim10仿真軟件的一些基本仿真功能和應用，提高了運用multisim10實際動手進行電路仿真操作的能力。NI Multisim10計算機仿真與虛擬儀器技術可以很好地解決理論教學與實際動手實驗相脫節的這一問題。可以很方便地把剛剛學到的理論知識用計算機仿真真實的再現出來，并且可以用虛擬儀器技術創造出真正屬于

7、自己的儀表。NI Multisim10軟件絕對是電子學教學的首選軟件工具3.2用Multsim軟件畫電路圖的步驟1. 打開Multsim10運用程序。2. 點擊File下的New,選擇Schematic Capture新建一個界面。3. 在新建界面的右方選擇Oscilloscope,用鼠標左鍵單擊，將其移至繪制電路圖區合適的位置，再次單擊鼠標左鍵確定。4. 將鼠標指針移至晶體管器件庫圖標上，該圖標就會變成上凸，并在圖標右下方出現該圖標的英文名稱。在Component區，借助右側的滑標，找到2N222，并單擊將其選中。放置繪圖區的合適位置。5. 在關閉晶體管器件庫之后，按照類似的方法，從基本器件

8、庫選取所有需要的電阻類元件及電容類元件等等其他所需元件，放置繪圖區的合適位置并按照設計理論設置相關參數，再將其基本器件庫關閉。6. 用連線正確的將所有器件連接起來，連接中注意節點的位置。7. 鏈接好之后，對其進行仿真，進一步驗證電路圖繪制的正確性。8. 后面的電路圖畫法將依據以上畫法進行。3.3由以上步驟畫出如下設計要求的電路圖圖3.3.1 實驗電路3.5按照3.2的要求依次在Multsim的平臺上畫出圖由圖所示測量電路測得信號源的峰值為14.107mV，實驗放大電路的輸入端信號峰值為8.367mV,如圖所示，則實驗電路的輸入電阻為：3.3.2（測量輸入電阻電路及測量參數）由圖所示，斷開負載電

9、阻后，測得輸出電壓峰值,則實驗電路的輸出電阻為：，略大于設計指標。3.3.4（測量斷開負載電阻L電路及測量參數）3.4電路工作原理3.1電路工作原理4單管放大器的系統仿真和調試4.1用Multsim實現仿真和調試的步驟（1）在3.2中已經完成的3.3.1電路圖的界面單擊左上角的開關按鈕，打開開關，點擊鼠標左鍵雙擊電路圖中的示波器，在彈出的圖5.4OscilloscopeXSC1的圖形界面上，分別調節Scale至500us/Div,10mV/Div,500mV/Div。這樣就會出現如圖5.4所示的仿真圖。（2）按照相同的方法在已完成的圖3.3.2和圖3.3.3的界面上依次仿真出圖5.5和圖5.6

10、。并依次調節Scale至500us/Div,20mV/Div,5mV/Div和500us/Div,2mV/Div,2V/Div。4.2仿真圖如下所示圖5.4（測量） 5.5測量（VOP） 5.6（測量輸出電阻電路及測量參數）4.3系統測試與調試（1） 靜態工作點的測試與調整 根據設計，組裝后的放大電路，通電前應先用萬用表的“”擋檢測電源間有無短路現象、電路連接是否正確，然后才可接通電源，檢測靜態工作點。為調試方便，可先用5.1固定電阻與由1100電位器構成的可變電阻串聯后替代，待調試完成后，根據實測阻值，再用相應的固定電阻取代。測量靜態工作點，應使,即將放大電路的交流輸入端（耦合電容的左端）對

11、地短路，然后用萬用的直表流電壓擋分別測量的B、E、C極對地電壓、。測量的目的，一是查看靜態工作點是否合適，是否能保證在范圍內，都工作在放大狀態；二是通過檢測，確認電路設計、安裝、元器件質量好壞等情況。如果出現，說明工作在截止狀態；如果出現,說明已經飽和。這時，應調整的大小，即調整可變電阻（電位器）阻值的大小，同時用萬用表監測、的變化。當工作點偏高（靠近飽和區）時，應增加的阻值，以減小；當工作點偏低（靠近截止區）時，應減小的阻值，以增大。如果測得為正幾伏，說明已工作在放大狀態。此時可依據、的數值換算出,也可通過測量已知電阻和兩端的電壓降，換算出對應的或。一般在檢測電路的在線電流時，多用此法，而不

12、采用斷開電路串口電流表的測量方法。雖然測得為正幾伏的電壓，但并不能說明放大電路的靜態工作點已設置在合適的位置，還要進行動態測試，以保證在輸入信號（或）的全周期內，都工作在放大狀態。按設計要求，在放大電路的輸入端接入,的正弦波信號，并用雙蹤示波器分別監測放大電路輸入電壓的波形和輸出端（負載電阻兩端）的輸出電壓波形，觀測正弦波波形是否產生了失真。如果的波形頂部產生了削波，說明放大電路的靜態工作點偏低，電路產生了截止失真，應調大基本偏流；如果的波形底部被削波，說明放大電路的靜態工作點偏高，電路產生了飽和失真，應調小基極偏流。如果逐漸增大輸入信號的幅值，輸出波形的頂部和底部差不多同時開始產生削波，則說

13、明靜態工作點設置得比較合適，這當然是忽略了放大電路靜態功耗指標的要求。此時，移去信號源，直接調試，即在忽略飽和壓降的情況下，使。重新使的情況下，測量=3.6V、=2.8V、=10.2V、則可知=7.3V和=1.8mA，并移去斷開連線，測量并記錄=60K，即為所求。（2）放大電路動態性能指標的檢測A. 電壓放大倍數的測量測量電壓放大倍數，實際上是測量放大電路的輸入電壓與輸出電壓的值。在輸入信號的中頻段，輸出波形不失真情況下，測得（有效值）或（峰值）或=18.8mV（峰峰值）與（有效值）或（峰值或=-895.4mV（峰峰值），則=47.6 如果是大致估算，用示波器即可完成測量；如果是精確測量，則使

14、用電子交流毫伏表，示波器只是用來監測輸出波形的失真情況，如果輸出波形產生了失真，的檢測是沒有意義的。B. 輸入電阻的測量工程上常采用如圖（B）所示的串接電阻法來測量放大電路的輸入電阻。在信號頻率的中頻段，給定一正弦波信號，在輸出波形不失真的條件下，用電子交流毫伏表或示波器，分別測得與的數值，則=1.82為減小測量誤差，一般采取串接的輔助測量電阻為與相近似的阻值,取1。 圖（B）如圖（C）所示，在輸出波形不失真的情況下，測得斷開時輸出電壓的值和接入后輸出電壓的值，則=K=956為減小測量誤差，一般取為與相近的阻值，輸入信號為一穩定的中頻信號。圖（C）C.頻率特性的測量放大電路的頻率特性可用波特圖

15、示儀測得。放大電路的幅頻特性也可以通過測量不同頻率信號作用時的電壓放大倍數來獲得。工程上通常采用“逐點法”來測量放大電路的幅頻特性。在維持輸入信號幅值不變、輸出波形不失真的情況下，每改變一次輸入信號的頻率，即用電子毫伏表或示波器測得一個輸出電壓值，計算對應的電壓放大倍數，然后將測量數據、（dB）列表，整理并標于坐標紙上，將逐點測量的結果連接成線，即為所求的幅頻特性曲線。如果只需測量放大電路的同頻帶，則只需先測出放大電路中頻段（如=1kHz）的輸出電壓，然后分別升高、降低輸入信號的頻率，直至輸出電壓降到0.707為止（過程中，應維持輸入信號的幅值不變），此時所對應的輸入信號的頻率即為和,則=-實

16、際測得=730mV，當電壓降至0.707=516mV時，測得=3.18MHz和=65Hz，則 BW=-3.18MHzC. 動態性能指標調整 對于一個低頻放大電路，當然希望電路的穩定性要好，非線性失真要小，電壓放大倍數要大、輸入阻抗要大、輸出阻抗要低、要低、要高。但這些要求往往很難同時滿足。例如，對于圖1所示的小信號共射放大電路而言，要提高其電壓放大倍數依式，=，可知有三徑：。改變及會影響放大電路的靜態工作點設計。這樣看來，只有提高BJT的，才是提高電路電壓放大倍數的有效措施。5數據分析 表 一（）（理論值）（）（實測值）相對誤差結論：由以上分析可以看出，靜態工作點的的數據V的實驗值與理論值的誤

17、差比較小，實驗結果較為理想，說明理論計算所運用的等效模型是正確的。6設計總結從課程設計本身來說，它是培養學生綜合運用所學知識、發現、提出、分析和解決實際問題、實踐能力的重要環節，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。模擬電路的設計確實需要一定的積累經驗，一些參數取值是通過先設定的經驗值，然后再估算其他參數值，再使用仿真軟件對電路仿測試其參數值是否合適，若有偏差還得進行修正，以滿足電路的需要，而且有些參數值是可以有一定的浮動，各個參數值之間又相互影響電路的性能，對本設計中調整的阻值，可以提高放大倍數但同時bjt所受溫度影響也增加，適當減少放大倍數卻可以減少bjt受溫度的影響，兩者之間的舍取根

18、據實際情況而定。總之通過本次課程設計，不但鞏固了以前所學過的模擬電子技術的知識，而且學到了很多在書本上所沒學到過的，學會了multisim10仿真軟件的基本操作，會用其設計一些簡單的仿真電路，也發現了自己的很多不足之處，知識的漏洞很多，實踐經驗的缺乏。這些都需要在以后的學習中努力去提高。7參考文獻1華成英、童詩白.模擬電子技術基礎M.高等教育出版社.2006年 2聶典、丁偉.multisim10計算機仿真在電子電路設計中的應用M.電子工業出版社.20093華成英、童詩白.模擬電子技術基礎M.高等教育出版社.2006年 4華成英、童詩白.模擬電子技術基礎M.高等教育出版社.2006年 5Pavlovic V.D. Djordjevic S.D. A novel structure of the fully differential cmos amplifier with symmetric active loadJ International Journal of Electronics 2009.04 331-3496Ozcan S Kuntman H A new method aimed at reducing harmonic distortion in active-loader BJT amplifiers Microelectronics Jour