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多级放大电路实验报告
多级放大电路的设计及测试
姓名:阿不都热合曼 学号:2013050201018
胡西塔尔 2013050201019
刘刚 2013050201022
李睿通 2012059070007
一、实验目的
1.理解多级直接耦合放大电路的工作原理与设计方法
2.熟悉并熟悉设计高增益的多级直接耦合放大电路的方法
3.掌握多级放大器性能指标的测试方法
4.掌握在放大电路中引入负反馈的方法
二、实验预习与思考
1.多级放大电路的耦合方式有哪些?分别有什么特点?
2.采用直接偶尔方式,每级放大器的工作点会逐渐提高,最终导致电路无法正常工作,如何从电路结构上解决这个问题
3.设计任务和要求
(1)基本要求
用给定的三极管2SC1815(NPN),2SA1015(PNP)设计多级放大器,已知VCC=+12V, -VEE=-12V,要求设计差分放大器恒流源的射极电流IEQ3=1~1.5mA,第二级放大射极电流IEQ4=2~3mA;差分放大器的单端输入单端输出不是真电压增益至少大于10倍,主放大器的不失真电压增益不小于100倍;双端输入电阻大于10kΩ,输出电阻小于10Ω,并保证输入级和输出级的直流点位为零。设计并仿真实现。
三、实验原理
直耦式多级放大电路的主要涉及任务是模仿运算放大器OP07的等效内部结构,简化部分电路,采用差分输入,共射放大,互补输出等结构形式,设计出一个电压增益足够高的多级放大器,可对小信号进行不失真的放大。
1.输入级
电路的输入级是采用NPN型晶体管的恒流源式差动放大电路。差动放大电路在直流放大中零点漂移很小,它常用作多级直流放大电路的前置级,用以放大微笑的直流信号或交流信号。
典型的差动放大电路采用的工作组态是双端输入,双端输出。放大电路两边对称,两晶体管型号、特性一致,各对应电阻阻值相同,电路的共模抑制比很高,利于抗干扰。
该电路作为多级放大电路的输入级时,采用vi1单端输入,uo1的单端输出的工作组态。
计算静态工作点:差动放大电路的双端是对称的,此处令T1,T2的相关射级、集电极电流参数为IEQ1=IEQ2=IEQ,ICQ1=ICQ2=ICQ。设UB1=UB2≈0V,则Ue≈-Uon,算出T3的ICQ3,即为2倍的IEQ也等于2倍的ICQ。
此处射级采用了工作点稳定电路构成的恒流源电路,此处有个较为简单的确定工作点的方法:
因为IC3≈IE3,所以只要确定了IE3就可以了,而,
采用ui1单端输入,uo1单端输出时的增益
2.主放大级
本级放大器采用一级PNP管的共射放大电路。由于本实验电路是采用直接耦合,各级的工作点互相有影响。前级的差分放大电路用的是NPN型晶体管,输出端uo1处的集电极电压Uc1已经被抬得较高,同时也是第二级放大级的基极直流电压,如果放大级继续采用NPN型共射放大电路,则集电极的工作点会被抬得更高,集电极电阻值不好设计,选小了会使放大倍数不够,选大了,则电路可能饱和,电路不能正常放大。对于这种情况,一般采用互补的管型来设计,也就是说第二级的放大电路用PNP型晶体管来设计。这样,当工作在放大状态下,NPN管的集电极电位高于基极点位,而PNP管的集电极电位低于基极电位,互相搭配后可以方便地配置前后级的工作点,保证主放大器工作于最佳的工作点上,设计出不失真的最大放大倍数。
采用PNP型晶体管作为中间主放大级并和差分输入级链接的参考电路,其中T4为主放大器,其静态工作点UB4、UE4、UC4由P1、R7、P2决定。
差分放大电路和放大电路采用直接耦合,其工作点相互有影响,简单估计方式如下:
, (硅管),
由于,相互影响,具体在调试中要仔细确定。
此电路中放大级输出增益
3.输出级电路
输出级采用互补对称电路,提高输出动态范围,降低输出电阻。
其中T4就是主放大管,其集电极接的D1、D2是为了克服T5、T6互补对称的交越失真。本级电路没有放大倍数。
四、测试方法
用Multisim仿真设计结果,并调节电路参数以满足性能指标要求。给出所有的仿真结果。
电路图如图所示
仿真电路图
静态工作点的测量:
测试得到静态工作点IEQ3,IEQ4如图2所示,符合设计要求。
静态工作点测量
输入输出端电压测试:
测试差分放大器单端输入单端输出波形如图3,输入电压为VPP=4mV,输出电压为VPP=51.5mV得到差分放大器放大倍数大约为12.89倍。放大倍数符合要求。
低电压下波形图
主放大级输入输出波形如图
主放大级输入输出波形图
如图所示输入电压为VPP=51.5mV,输出电压为VPP=6.
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