1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 金才 專業(yè)班級(jí)： 電子0801班 指導(dǎo)教師：劉金根工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目：三極管值選擇器的設(shè)計(jì)初始條件：先修課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、電路分析基礎(chǔ)；具備模擬電子電路的基本設(shè)計(jì)能力及基本調(diào)試能力；能夠正確使用實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行電路的調(diào)試與檢測(cè)；使用multisim進(jìn)行仿真；使用protel99se進(jìn)行PCB制作。要求完成的主要任務(wù)：1.采用晶體管完成三極管值選擇器的設(shè)計(jì)；2.能測(cè)出值為050，50150,150300,300500四個(gè)范圍；3.完成所設(shè)計(jì)電路的PCB制作；4.完成電路實(shí)物制作；4.完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告（應(yīng)包含電路圖，清單、調(diào)試及設(shè)計(jì)總結(jié)）。時(shí)間安排：1201

2、1年6月10日分班集中，布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)、選題；講解課設(shè)具體實(shí)施計(jì)劃與課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式的要求；課設(shè)答疑事項(xiàng)。22011年6月11日 至2011年6月23日完成資料查閱、設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試；完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫。3. 2011年6月24日提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)驗(yàn)收和答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄摘要IAbstractII1緒論12三極管測(cè)量原理分析23系統(tǒng)方案23.1系統(tǒng)整體方案圖23.2比較器3運(yùn)放整體結(jié)構(gòu)圖3差分輸入級(jí)3射極跟隨器4中間放大極4功放輸出級(jí)53.3三極管選擇電路圖54電路仿真與分析64.1運(yùn)算放大器仿真64.2整體測(cè)試仿真85

3、PCB版圖制作96實(shí)物制作及調(diào)試107 個(gè)人體會(huì)11參考文獻(xiàn)12附錄I 元件清單13附錄II總電路圖14摘要本文對(duì)三極管工作原理及構(gòu)成的運(yùn)算放大器進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出可測(cè)量三極管范圍的基本電路。其中，運(yùn)算放大器是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，通過(guò)三極管的搭建，構(gòu)成對(duì)直流具有放大作用的運(yùn)算放大器，然后通過(guò)所設(shè)計(jì)的運(yùn)算放大器，完成三極管值范圍測(cè)量的電路。通過(guò)對(duì)運(yùn)算放大器的性能分析，確定最佳制作方案。通過(guò)multisim的仿真分析，按照設(shè)計(jì)要求，來(lái)確定最佳參數(shù)。另外，按照要求，采用protel99se制作了電路的PCB版圖，從而完成任務(wù)。關(guān)鍵詞：三極管運(yùn)算放大器multisim PCBAbstractIn this

4、paper, the working principle and the composition of transistor amplifiers were analyzed, and the design can be used to measure the transistor beta range of basic circuit. Among them, the latter is the most importance of this design, through the construction of the transistor, constitute the amplific

5、ation of a dc with operational amplifier, and then through the design of operational amplifier, the transistor beta value measurement range of the circuit was completed. Through the performance analysis of the operational amplifier, determined the best production plan. Through the multisim of the si

6、mulation analysis, according to the design requirements, to determine the optimal parameters. In addition, as requested, the protel99se made circuit PCB layout, so as to complete the task.Keywords: transistor amplifiers multisim PCB1緒論第一個(gè)使用真空管設(shè)計(jì)的放大器大約在1930年前后完成，這個(gè)放大器可以執(zhí)行加與減的工作。 運(yùn)算放大器最早被設(shè)計(jì)出來(lái)的目的是將電壓類比

7、成數(shù)字，用來(lái)進(jìn)行加、減、乘、除的運(yùn)算，同時(shí)也成為實(shí)現(xiàn)模擬計(jì)算機(jī)（analog computer）的基本建構(gòu)方塊。然而，理想運(yùn)算放大器的在電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的用途卻遠(yuǎn)超過(guò)加減乘除的計(jì)算。今日的運(yùn)算放大器，無(wú)論是使用晶體管（transistor）或真空管（vacuum tube）、分立式（discrete）元件或集成電路（integrated circuits）元件，運(yùn)算放大器的效能都已經(jīng)逐漸接近理想運(yùn)算放大器的要求。早期的運(yùn)算放大器是使用真空管設(shè)計(jì)，現(xiàn)在則多半是集成電路式的元件。但是如果系統(tǒng)對(duì)于放大器的需求超出集成電路放大器的需求時(shí)，常常會(huì)利用分立式元件來(lái)實(shí)現(xiàn)這些特殊規(guī)格的運(yùn)算放大器。11960年代

8、晚期，仙童半導(dǎo)體（Fairchild Semiconductor）推出了第一個(gè)被廣泛使用的集成電路運(yùn)算放大器，型號(hào)為A709，設(shè)計(jì)者則是鮑伯韋勒（Bob Widlar）。但是709很快地被隨后而來(lái)的新產(chǎn)品A741取代，741有著更好的性能，更為穩(wěn)定，也更容易使用。741運(yùn)算放大器成了微電子工業(yè)發(fā)展歷史上一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的象征，歷經(jīng)了數(shù)十年的演進(jìn)仍然沒有被取代，很多集成電路的制造商至今仍然在生產(chǎn)741。直到今天A741仍然是各大學(xué)電子工程系中講解運(yùn)放原理的典型教材。2三極管測(cè)量原理分析三極管是三端器件，基極B，集電極C，射極E。其中，IB控制著VBE，VBE又控制著IC，由于載流子的影響，IC將會(huì)比

9、IB大得多，進(jìn)而表現(xiàn)出放大能力。由三極管關(guān)系可得，IC=IB，那么，測(cè)量值，只需要測(cè)量出IB和IC即可。2如圖1所示，為測(cè)量三極管范圍的電路。控制IB為10uF，測(cè)量輸出端口的電壓VC，由電路知識(shí)可知，圖1三極管測(cè)量電路 輸出電壓為VC=E-ICR1，這樣，將VC的范圍固定，那么IC的范圍也就固定，進(jìn)而確定范圍所在。3系統(tǒng)方案3.1系統(tǒng)整體方案圖圖2三極管測(cè)量整體框圖3.2比較器運(yùn)放整體結(jié)構(gòu)圖 運(yùn)算放大器一般采取如圖3所示的結(jié)構(gòu)。輸入端采用差分放大，由于其對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定作用很大，所以一般都采用它作為前置放大。鏡像電流源的作用也是穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，由它提供穩(wěn)定的電流。后面跟著射極跟隨器，這一級(jí)

10、作用是將前后隔離，減少級(jí)間干擾。中間放大級(jí)是將前面的信號(hào)進(jìn)一步放大，從而使整體放大倍數(shù)AV趨于無(wú)窮大（實(shí)際為105左右或者更大），這樣的運(yùn)放性能才比較好。輸出級(jí)采用功放輸出，甲乙類互補(bǔ)功率放大，消除了交越失真，同時(shí)可以提高運(yùn)放的驅(qū)動(dòng)能力。3鏡像電流源射極跟隨器中間放大級(jí)功放輸出級(jí)差分輸入級(jí)圖3運(yùn)放系統(tǒng)整體框圖3.2.2差分輸入級(jí)差分放大電路的作用是放大差模信號(hào)，抑制共模信號(hào)，一般的電源電壓的不穩(wěn)定、內(nèi)部噪聲、外部噪聲等都相當(dāng)于共模輸入，會(huì)對(duì)三極管靜態(tài)工作點(diǎn)產(chǎn)生影響。且三極管的VBE幾乎為0.7V，有-2.5mV/溫度系數(shù)，這樣，對(duì)于直流信號(hào)而言，將會(huì)是很大的影響。當(dāng)VBE發(fā)生變動(dòng)，將會(huì)產(chǎn)生變化

11、量乘以增益系數(shù)的溫度漂移量，這個(gè)影響是很大的。而采用差分放大電路，由于兩個(gè)晶體管很近，所處的環(huán)境溫度相同產(chǎn)生的溫度漂移基本相同，VBE變化量將會(huì)互相抵消，消除溫度的影響。如圖4所示是采用鏡像電流源作為集電極負(fù)載的差分放大電路。進(jìn)一步穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，射極采用帶緩沖級(jí)的鏡像電流源提供工作電流。為了減小功率，取工作電流1mA給差分電路。這樣，鏡像電流源的輸出電流為2mA，由電路知識(shí)可知，所以R18為2.2K左右。圖4差分輸入級(jí)電路3.2.3射極跟隨器圖5為射極跟隨器的基本電路。射極跟隨器的特點(diǎn)是輸入阻抗很高，輸出阻抗的電阻基本為0，這樣，輸出端并聯(lián)多少負(fù)載基本對(duì)電路沒有影響，驅(qū)動(dòng)后級(jí)電路能力提高，而

12、且，這樣前后級(jí)之間的影響便消除了。電路一般用射極跟隨器進(jìn)行前后級(jí)的隔離。圖5射極跟隨器電路3.2.4中間放大極如圖6為中間放大電路。此電路采用的是渥爾曼自舉電路，由共發(fā)射極和共基極電路組成。渥爾曼電路的特點(diǎn)是高頻特性良好。為了使所設(shè)計(jì)的運(yùn)算放大器通用化，考慮到輸入高頻的條件。渥爾曼電路的優(yōu)點(diǎn)出了高頻特性良好外，輸入阻抗也提高了，輸出功率也提高了。自舉電路為渥爾曼的擴(kuò)展電路，渥爾曼化的電路限制了輸入電壓，自舉后，3V穩(wěn)壓二極管將兩管的電壓太高，頻率特性和輸入輸出線性變好，輸入電壓 圖6中間放大電路限制問(wèn)題也解決了。53.2.5功放輸出級(jí)功放輸出采用甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放，帶偏置電壓，二極管作為偏置使

13、用，實(shí)際采用的是三極管進(jìn)行偏置，偏置電壓可設(shè)定。加入偏置后，消除交越失真。輸出的互補(bǔ)對(duì)管加入了保護(hù)電路，允許最大輸出電流為0.7/20即35mA。功放輸出級(jí)電路如圖7所示。圖7功放輸出級(jí)電路3.3三極管選擇電路圖如圖8所示為多路三極管選擇電路，可同時(shí)選擇NPN三極管和PNP三極管。可選擇三極管范圍為050，50150,150300,300500。圖8多路三極管選擇電路4電路仿真與分析4.1運(yùn)算放大器仿真運(yùn)算放大器整體設(shè)計(jì)電路如圖9所示。將以上設(shè)計(jì)的各級(jí)級(jí)聯(lián)，并配以相關(guān)器件使其正常工作，仿真采用此電路。輸入加入1uV，用multisim中的虛擬示波器觀察輸出電壓跟輸入電壓波形，計(jì)算出放大倍數(shù)。6

14、圖9運(yùn)算放大器仿真電路如圖10為差分輸入級(jí)電路仿真情況，可以看到，輸出電壓大約為輸入電壓的500倍左右。可見，差分放大電路的放大倍數(shù)相當(dāng)之高，更加體現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)之大。如圖11為整體輸出電路仿真情況，放大倍數(shù)將近100000倍，如此大的放大倍數(shù)，合乎運(yùn)算放大器的特點(diǎn)，仿真成功。圖10差分輸入級(jí)仿真圖11輸出級(jí)仿真4.2整體測(cè)試仿真圖12整體測(cè)試電路由圖12可知，當(dāng)輸入電壓在4V和4.5V之間時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光，當(dāng)不在之間，不發(fā)光，滿足邏輯。5PCB版圖制作圖13基本印刷版制作圖圖14鍍銅印刷版制作圖6實(shí)物制作及調(diào)試經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的精心制作，完成了硬件電路的制作，熟悉使用三極管等元件，并且在硬件制作過(guò)程中

15、，注意到理論設(shè)計(jì)的不足，而加以完善，如電源部分加上顯示，兩級(jí)放大電路分開以便測(cè)試，中間加上開關(guān)來(lái)控制通斷。另外，為了便于靜態(tài)工作點(diǎn)的最佳調(diào)試，電阻采用可變式方便調(diào)試。調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)放大倍數(shù)達(dá)不到理論設(shè)計(jì)，要求最大達(dá)到100000，實(shí)際達(dá)到10000，繼續(xù)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)，輸出電壓加大，但漸漸出現(xiàn)失真。分析知道，差分放大級(jí)的對(duì)稱性不好，影響后級(jí)的偏置電壓，造成后級(jí)偏離最佳靜態(tài)工作點(diǎn)，放大倍數(shù)必然達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。另外，電阻的誤差，三極管的誤差，以后后級(jí)的“溫漂效應(yīng)”，都會(huì)對(duì)整體放大有影響，出現(xiàn)失真。7個(gè)人體會(huì)通過(guò)此次三極管值選擇器的設(shè)計(jì)，我收獲頗豐。首先，通過(guò)調(diào)試三極管，復(fù)習(xí)了以前模電所學(xué)的知識(shí)，

16、在設(shè)計(jì)中的出現(xiàn)了各種各樣的錯(cuò)誤，在不斷修正中掌握了以前模糊知識(shí)。另外，為了使放大倍數(shù)足夠大，不斷調(diào)試，懂得實(shí)際調(diào)試來(lái)彌補(bǔ)理論的不足。感謝學(xué)校給我們這次機(jī)會(huì)，鍛煉了我們的動(dòng)手能力。通過(guò)這次課設(shè)讓我明白了理論和實(shí)際操作之間差距，而且也讓我很明確得意識(shí)到自己在模電上有很多的知識(shí)漏洞，以后應(yīng)該多鉆研一下。參考文獻(xiàn)1康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版）北京：高等教育出版社，2006.12吳友宇模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)北京：清華大學(xué)出版社，2009.53 鈴木雅臣晶體管電路設(shè)計(jì)(上)北京：科學(xué)出版社，2004.94明宏電工實(shí)習(xí)指導(dǎo)書武漢：武漢理工大學(xué)，2007.125朱彩蓮Multisim電子電路仿真教程西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.96邱關(guān)源電路（第五版）北京：高等教育出版社，2006.12附錄I