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1、多级放大电路的设计与测试一、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/Eq3
2、=11.5mA，第二级放大射极电流 IEQ4=23mA；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10kQ，输出电阻小于10 Q，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
3、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V订单端输入，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T, T2的相关射级、集电极 电流参数为仏=仏=仏，ICQ1=ICQ2=ICQ。设UB=UB20V，则4一4，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：U U- (V
4、)因为IC3IF3，所以只要确定了 IE3就可以了，而I二R4二E3EE ，C3 E3E3E3RR44RU 二 U - U 二(V- (- V )5- UE3B 3 onCCEE/56卩(P/采用 ui1 单端输入，uo1单端输出时的增益Aolu1i1bebe2.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uo处的集电极 电压Uc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
5、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、uF4、UC4由P、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：U 二 V -1 R， U 二 U
6、 - U 二 U - 0.7E4CCE47B4E4onE 4（硅管）U =-V +1 RC 4EEC 4P2由于UB4二UC1，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Au 2ouo10RcR + rb be3.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D、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仿真实验结果，并使用合适的电路参数以满足性能指标要求。给出仿真结 果。测试得到静态工作点/Eq3, IEq4如图2所示，符合设计要求。賀1e I ty Qi -a设计1 直
7、流工作点立件昨 机图 曲竺国 光迪光标符号谊用_且 Sfih图 2 静态工作点测量所选国韓：亘汽丁乍戸图示仪观图百花T诈占 亘涼工咋点百充TTh1歸1囿-L.65O96 m2-3.39251 m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=4.716mV,输出电压为-XSCI保存:172交凉帀1眉济交济CEIES虚Vpp=48.546mV得到差分放大器放大倍数大约为10.07倍。放大倍数符合要求。-直盲正常72_10HIB6.259 ms6.376 m日116.239 US通道 -27.3 R1V -4S.546 mV -21.047 mV通道丄2.571 mv
8、4.716 mV2.045 mV时基枉腹： 5J us/DivX轴立移（格）：0MA列直： SO mV/Dlv Y轴位移備匸0帀订|逵加|丽而列触芨融发 边汩: 水平:5 mV.tilv通進日擁:Y咄位移（格）：图 3 低电压下波形图占兀ABExt01V主放大级输入输出波形如图4图 4 主放大级输入输出波形图如图所示输入电压为Vpp=48.546mV,输出电压为Vpp=5.687V放大倍数为117倍。整个电路输入输出电压测试如图5图 5 多级放大电路输入输出波形图由图像知输入电压为Vpp=4.717mV,输出电压为Vpp=4.994V,放大倍数计算得到为1058 倍五、实验结论与心得：在此电路中利用了差动放大电路,利用 PNP 管放大级实现主放大电路,利用 互补对称输出电路。可以有效地抑制零点漂移,消除交越失真的影响,设计的多 级放大电路,得到放大倍数为 1058 倍,符合设计要求。通过这次的仿真,使我对多级放大电路有了深刻地理解,对于差分放大电路 有了更深的了解,学习到抑制零点漂移、消除消除交越失真的方法。丰富了自己 的知识。
多级放大电路的设计与测试
