三极管放大电路设计与分析文档格式.docx
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一、实验目的
1、设计一个三极管放大电路,采用单电源供电;
2、使输出信号增益≥20dB,输出幅值≥10Vpp;
3、使3dB带宽10Hz~1MHz;
二、实验原理
2.1根据实验要求构建出基本电路图
如图为共射级放大电路
共射极放大电路既有电流放大作用,又有电压放大作用,故常用于小信号的放大。
改变电路的静态工作点,可调节电路的电压放大倍数。
而电路工作点的调整,主要是通过改变电路参数来实现。
(负载电阻RL的变化不影响电路的静态工作点,只改变电路的电压放大倍数。
)该电路信号从基极输入,从集电极输出。
输入电阻与相同材料的二极管正向偏置电阻相当,输出电阻较高,适用于多级放大电路的中间级。
故选择此种电路设计方案。
2.2根据电路图进行基本计算
2.2.1求各部分直流电位
基极直流电位:
=
发射极直流电位:
又=0.6v,故V
发射极上的直流电流:
=/=(V)/
集电极的直流电压=-
2.2.2求交流电压放大倍数
由交流输入电压引起的的交流变化为:
=/
另集电极的交流变化为,则的交流变化部分为:
==()
另外因为用将的直流成分截去,故交流输出信号即为的本身:
==()。
因此,该电路的交流电压放大倍数为:
=/=/。
所以可以认为放大倍数与无关,而是由与之比来决定的(因为基极电流为0,所以与无关,然而,严格来讲,是有关系的)。
在该实验中输出信号增益≥20dB,故/≥10
三、实验过程
3.1设计电路
3.1.1确定三级管型号
通过查阅给定的五种三极管技术文档,2N5551完全符合相应技术要求,其=0.625W(25),=80‐250,=80MHZ,=180V,=160V。
可以完成实验任务,且该三极管方便在multisim仿真(其他几种三极管在multisim库中没有对应的模拟原件),故选择2N5551。
3.1.2确定直流电源电压
为了达到输出幅值≥10Vpp的要求,显然要使用10V以上的电压电源,又为了使集电极电流流动,由于发射极电阻上最低加上1-2V电压(因为约为0.6V,但其有-2.5mV/的温度特性),所以电源电压最低为11-12V。
为了避免输出波形失真,最好把集电极电位电压设定在与的中点,为使静态工作点取值合适,故选择25V直流电源供电。
3.1.3与
因为/≥10,这里取10,设压降为1V,为3mA。
=/约为330,故为3.3k。
3.1.4基极偏置电路设计
由以上步骤经计算可得,=65k,=5k,取电阻标准值,=62k,=4.7k
3.1.耦合电容与
由于分别与以及负载形成高通滤波器,根据实验要求使3dB带宽10Hz~1MHz,f=1/
(2)=10其中=∥,解得约为3uF,取值与一致。
3.6确定电源去耦电容
在电源上并联一个小电容和一个大电容,可以在很宽的频率范围内降低电源对GND的阻抗。
一般选用1uF的瓷片电容,与10uF的电解电容。
3.2multisim仿真
按照设计在multisim中连接好电路图,如图所示
用示波器仿真如下图,此时频率为10kHZ
波特图示仪仿真结果如下
中频区
半功率点,10HZ满足实验要求
高频特性不符合实验要求,过高
于是修改电路图,并仿真,在上并联一个小电容,使其在高频时放大倍数下降,仿真结果如下
大致符合实验要求,故采用此电路图进行焊接
3.3焊接电路并进行实际测试
测试结果显示,放大电路无失真现象,在10HZ时频率特性较好,但在1MHZ时放大倍数急剧下降,实际半功率点在150KHZ左右,将旁并联的小电容拆除后高频特性仍旧只在200KHZ左右,严重不符标准,故此电路作废,重新设计电路。
3.4重新设计的电路图及其仿真结果
3.5在面包板上进行实际电路的测试与调试
在设计第一个电路时发现,multisim仿真与实际电路在高频特性上有很大差距,故先使用面包板上测试,测试结果显示,该电路半功率点,低频达到9.4HZ,高频达到1.4MHZ。
经计算,在旁并联161PF电容可使高频特性降低到约1.2MHZ。
实际测试结果与计算结果相符。
3.6最终方案的电路焊接
在这次焊接中优化了布线方案,减少了布线长度,以尽量减少阻抗,在靠近电路的地方布上去耦电容,以优化高频特性。
四、实验结果(详细列出实验数据、结论分析)
4.1静态工作点电流,电压;
VB=1.37V,VC=9.18V,VE=0.72V,VCEQ=8.48V。
4.2电路频率范围
fmin=9.4Hz;
fmax=1.21MHz;
。
4.3放大倍数
经测量当f=10Hz时AV=7.68;
经测量当f=1KHz时AV=10.6,当f=1MHz时AV=8.16,
4.4电路输出振幅
经测量当f=10Hz时A=7.68V经测量当f=1KHz时A=10.6V;
;
当f=1MHz时A=8.16V。
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