电工电子技术课程设计报告
题目: 多级放大电路的设计
二级学院机械工程学院
年级专业 14 动力本
学号
学生姓名周俊
指导教师张云莉
教师职称讲师
报告时间: .12.28
目录
第一章．基本要求和放电电路的性能指标 (1)
第二章．概述和任务分
析 (5)
第三章．电路原理图和电路参
数 (6)
第四章．主要的计算过
程 (9)
第五章．电路调试运算结
果 (11)
第六章．总
结 (12)
制作调试步骤及结
果 (12)
收获和体
会 (13)
第七章．误差和分
析 (14)
第八章．参考文
献 (15)
第一章．基本要求和放电电路的性能指标
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V CC=+12V, -V EE=-12V, 要求设计差分放大器恒流源的射极电流I EQ3=1~1.5mA, 第二级放大射极电流I EQ4=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。
2. 放电电路的性能指标:
第一种是对应于一个幅值已定、频率已定的信号输入时的性能, 这是放大电路的基本性能。第二种是对于幅值不变而频率改变的信号输出时的性能。第三种是对应于频率不变而幅值改变的信号输入时的性能。
1.1第一种类型的指标:
1.放大倍数
放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标。它定义为输出变化量的幅值与输入变化量的幅值之比, 有时也称为增益。虽然放大电路能实现功率的放大, 然而在很多场合, 人们常常只关心某一单项指标的放大的倍数, 比如电压或者电流的放大倍数。由于输出和输入信号都有电压和电流量, 因此存在以下四中比值:
( 1-1)
1.
( 1-2)
( 1-3)
( 1-4) 式中的、、、都是正弦信号的有效值。需要注意的是, 若输出波形出现明显失真, 则此值就失去意义了, 因此在输出端要有监视失真的措施( 如用示波器观察波形) 。其它指标也是如此。
2.输入电阻
作为一个放大电路, 一定要有信号源来提供输入信号。例如扩大机就是利用话筒将声音转成电信号提供放大电路的。放大电路与信号源相连, 就要从信号源取电流。取电流的大小表明了放大电路对信号源的影响程度, 因此我们定义一个指标, 来衡量放大电路对信号源的影响, 叫做输入阻抗。当信号频率不是很高时, 输入电流与输入电压基本同相, 因此一般见输入电阻来表示。它定义为:
( 1-5) 从图1-1中可见, 就是向放大电路输入端看进去的等效电阻。越大, 表明它从信号源取的电流越小, 放大电路输入端所得到的
电压越接近信号电压。因此作为测量仪表用的放大电路其要大。可是对于晶体管来说, 大则取电流小, 讲减低放大倍数。因此在需要放大倍数大而为固定值的情况 2. 下, 晶体管放大电路的又以小一些为好。
3.输出电阻
放大电路讲信号放大后, 总要送到某装置区发挥作用。这个装置我们一般称为负载。比如扬声器就是扩大机的负载。当我们在原来的扬声器两端再并联一个扬声器时, 它两端的电压讲要下降, 这种现象说明向放大电路的输出端看进去有一个等效内阻, 一般称为输出电阻, 记为, 如图1-1所示。
图1-1求输出电阻的等效电路
一般测定输出电阻的办法是输入端加正弦波实验信号, 测出负载开路时的输出电压, 再测出接入负载时的输出电压。则读者可自行证明
( 1-6) 输出电阻越大, 表明接入负载后, 输出电压的幅值下降越多。因此反映了放大电路带负载能力的大小。
1.2 第二种类型的指标:
4.通频带
当只改变输入信号的频率时, 发现放大电路的放大倍数是随
之变化的, 输出波形的相位也发生变化。这就需要有一定的指标来反映放大电路对于不同频率的信号的适应能力。一般情况下, 放大电路只适用于放大一个特定频率范围的信号, 当信号频率太高或
太低时, 放大倍数都有大幅度的下降, 如图1-2所示。
3.
图1-2 放大电路的频率指标
当信号频率升高而使放大倍数下降为中频时放大倍数( 记作) 的0.7倍时, 这个频率称为上限截止频率, 记作。同样, 使放大倍数下降为的0.7倍时的低频信号频率称为下线截止频率, 记作。我们将和之间形成的频带称为通频带, 记作, 即
( 1-7) 通频带越宽, 表明放大电路对信号频率的适应能力越强。对于收录机、扩大机来说, 通频带宽意味着能够将原乐曲中丰富的高、低音都能完美的播放出来。然而有些情况下则希望频带窄, 如带通
3.16多级放大电路的设计与测试 一．实验目的 1.理解多级放大直接耦合放大电路的工作原理和设计方法。 2.学习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.掌握再放大电路中引入负反馈的方法。 二．实验预习与思考 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,第二放大级射极电流Ieq4=2-3mA；差分放大器的单端输出不失真电压增益至少大于10倍，主放大级的不失真电压增益不小于100倍；双端输入电阻大于10KOhm，输出电阻小于10Ohm，并保证输入级和输出级的直流电流为为零。 三．测试方法 静态工作点、增益、输入、输出阻抗、幅频特性等测试方法请参看前面的教学内容。 四．实验内容 用Multisim仿真设计结果，并调节电路参数以满足性能指标要求。给出仿真结果。 仿真实验电路： 测得放大电路单端输入电阻约为10KOhm，放大倍率3094.53倍。 由于放大倍率较大，如采用Ui=5mV，10kHz交流电，则放大电压Uo=Ui*Au=15.47V，超出了放大电路的最大输出，因此接下来的仿真实验采用交流电压为100uV，500Hz的交流电源。 测试电路： 2.电路放大倍率的测试
倍Au=3094.53总放大倍数： 测试电路：测试截图：差分输入，输出波形：主放大级输入、输出波形：总输入，输出波形：输入电阻测试2.Ri R U' U 10.372kOhm 49.085uV 10kOhm 100uV :测试电路：测试结果Ro=4.032hm 输出电阻： 370 1850 3.7K 18.5 37K 74K 185K 370K Au(dB) 69.790 69.811 69.798 69.328 67.71 65.573 54.922 46.614 分析电路： 测试结果：
实验1 单级放大电路 1．实验目的 1）学习使用电子仪器测量电路参数的方法。 2）学习共射放大电路静态工作点的调整方法。 3）研究共射放大电路动态特性与信号源内阻、负载阻抗、输入信号幅值大小的关系。2．实验仪器 示波器、信号发生器、交流毫伏表、数字万用表。 3．预习内容 1）三极管及共射放大器的工作原理。 2）阅读实验内容。 4．实验内容 实验电路为共射极放大器，常用于放大电压。由于采用了自动稳定静态工作点的分压式偏置电路（引入了射极直流电流串联负反馈），所以温度稳定性较好。 1）联接电路 (1)用万用表判断实验箱上的三极管的极性和好坏。由于三极管已焊在实验电路板上，无法用万用表的h EF档测量。改用万用表测量二极管档测量。对NPN三极管，用正表笔接基极，用负表笔分别接射极和集电极，万用表应显示PN结导通；再用负表笔接基极，用正表笔分别接射极和集电极，万用表应显示PN结截止。这说明该三极管是好的。用万用表判断实验箱上电解电容的极性和好坏。对于10μF电解电容，可选择200kΩ电阻测量档，用万用表的负极接电解电容的负极，用万用表的正极接电解电容的正极，万用表的电阻示数将不断增加，直到超过示数的范围。这说明该电解电容是好的。 ⑵按图1.1联接电路。 ⑶接通实验箱交流电源，用万用表测量直流12V电源电压是否正常。若正常，则将12V 电源接至图1.1的Vcc。 图1.1 共射极放大电路
⑷ 测量电阻R C 的阻值。将V i 端接地。改变R P （有案可查2 2k Ω、100k Ω、680k Ω三个可变电阻可选择），测量集电极电压V C ，求 I C =(V CC －V C )/R C 分别为0.5mA 、1mA 、1.5mA 时三极管的β值。建议使用以下方法。 b B cc 2b B B R V V R V I -=+ p 1b b R R R += B C I I =β （1-1） 请注意，电路断电、电阻从电路中开路后才能用万用表测量电阻值。本实验用测电阻值、电 压值来计算电流值，而不是直接测量电流，是因为本实验电路的电流较小，测量电流的测量误差较测量电压、电阻的误差大。同时还因为测量电流时万用表的内阻趋于零，使用不当很可能损坏万用表。 Vcc=11.992 V 图1.2是示意图。它示意i C 并不严格等于βi B ， 只是近似等于βi B ；或者说β并不是一个常数。通常， β随i B 增大而增大。 对于一个三极管，β随i B 的变化越小越好。用图 解法表示共发射极放大器放大小信号的原理可知，β 随i B 变化而变化是正弦波小信号经共发射极放大器放 大后产生非线性谐波失真的原因。若表1.1中β的数 值较接近，则表1.6中的非线性谐波失真应较小。使 用不同实验箱的同学之间可验证上述分析。由此可见， 在制作小信号放大器时，若要求其非线性谐波失真尽可能小，则应挑选β值随i B 变化而变化尽可能小的三极管。 2) 调整静态 电压放大器的主要任务是使失真尽可能小地放大电压信号。为了使输出电压失真尽可能小，一般地说，静态工作点Q 应选择在输出特性曲线上交流负载线的中点。若工作点选得太高，放大器在加入交流信号后容易引起饱和失真；若选得太低，容易引起截止失真。对于小信号放大器而言，若输出交流信号幅度较小，电压放大器的非线性失真将不是主要问题，因此Q 点不一定要选在交流负载线的中点，而可根据其他要求来选择。例如，希望放大器耗电省、噪声低，或输入阻抗高，Q 点可选得低一些。 将V i 端接地。调整R P ，使V C =6V ，测量计算并填写表1.2，绘制直流负载线，估算静态工作点和放大电路的动态范围；分析发射极直流偏置对放大器动态范围的影响。
负反馈放大电路实验报告记录
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实验二由分立元件构成的负反馈放大电路 一、实验目的 1．了解N沟道结型场效应管的特性和工作原理； 2．熟悉两级放大电路的设计和调试方法； 3．理解负反馈对放大电路性能的影响。 二、实验任务 设计和实现一个由N沟道结型场效应管和NPN型晶体管组成的两级负反馈放大电路。结型场效应管的型号是2N5486，晶体管的型号是9011。 三、实验内容 1. 基本要求：利用两级放大电路构成电压并联负反馈放大电路。 （1）静态和动态参数要求 1）放大电路的静态电流I DQ和I CQ均约为2mA；结型场效应管的管压降U GDQ < - 4V，晶体管的管压降U CEQ = 2～3V； 2）开环时，两级放大电路的输入电阻要大于90kΩ，以反馈电阻作为负载时的电压放大倍数的数值≥ 120； 3）闭环电压放大倍数为10 s o sf - ≈=U U A u 。 （2）参考电路 1）电压并联负反馈放大电路方框图如图1所示，R模拟信号源的内阻；R f为反馈电阻，取值为100 kΩ。 图1 电压并联负反馈放大电路方框图 2）两级放大电路的参考电路如图2所示。图中R g3选择910kΩ，R g1、R g2应大于100kΩ；C1～C3容量为10μF，C e容量为47μF。考虑到引入电压负反馈后反馈网络的负载效应，应在放大电路的输入端和输出端分别并联反馈电阻R f，见图2，理由详见“五附录－2”。 图2 两级放大电路 实验时也可以采用其它电路形式构成两级放大电路。 3.3k?
实验报告 课程名称：电子电路设计实验 指导老师：李锡华,叶险峰,施红军 成绩：________ 实验名称：晶体管共射放大电路分析 实验类型：设计实验 同组学生姓名: 一、实验目的 1、学习晶体管放大电路的设计方法， 2、掌握放大电路静态工作点的调整和测量方法，了解放大器的非线性失真。 3、掌握放大电路电压增益、输入电阻、输出电阻、通频带等主要性能指标的测量方法。 4、理解射极电阻和旁路电容在负反馈中所起的作用及对放大电路性能的影响。 5、学习晶体管放大电路元件参数选取方法，掌握单级放大器设计的一般原则。 二、实验任务与要求 1.设计一个阻容耦合单级放大电路 已知条件：=+10V cc V ， 5.1L R k =Ω，10,600i S V mV R ==Ω 性能指标要求：30L f Hz <,对频率为1kHz 的正弦信号15/,7.5v i A V V R k >>Ω 2.设计要求 （1）写出详细设计过程并进行验算 （2）用软件进行仿真 3.电路安装、调整与测量 自己编写调试步骤，自己设计数据记录表格 4.写出设计性实验报告 三、实验方案设计与实验参数计算 共射放大电路
(一).电路电阻求解过程（β=100） (没有设置上课要求的160的原因是因为电路其他参数要求和讲义作业要求基本一样,为了显示区别,将β改为100进行设计)： （1）考虑噪声系数,高频小型号晶体管工作电流一般设定在1mA 以下，取I c =1mA （2）为使Q 点稳定,取2 5 BB CC V V =，即4V, （3）0.7 3.3BB E E V R k I -≈=Ω,恰为电阻标称值 （4）2 12 124:3:2 CC BB R V V V R R R R ==+∴= 取R 2为R i 下限值的3倍可满足输入电阻的要求，即R 2=22.5k ， R 1=33.75k ; 1121 10=0.1,60,40cc B B V V IR I mA R K R K IR -== =Ω=Ω由 综上:取标称值R1=51k ,R2=33k （5） 25T T e E C V V r I I =≈=Ω （6）从输入电阻角度考虑: ， 取(获得4V 足够大的正负信号摆幅)得: 从电压增益的角度考虑: >15V/V,取得 : ; 为 (二).电路频率特性 （1） 电容与低频截止频率 取 ;
实验七多级交流放大器的设计 一．实验目的 1．学习多级交流放大器的设计方法。 2．掌握多级交流放大器的安装、调试与测量方法 二．预习要求 1．根据教材中介绍的方法，设计一个满足指标要求的多级交流放大器，计算出多级交流放大器中各元件的参数，画出标有元件值的电路图。 2．预习多级交流放大器的调试与测量方法，制定出实验方案，选择实验用的仪器设备。 三．实验原理 当需要放大低频范围内的交流信号时，可用集成运算放大器组成具有深度负反馈的交流放大器。由于交流放大器的级与级之间可以采用电容耦合方式，所以不用考虑运算放大器的失调参数和漂移的影响。因此，用运算放大器设计的交流放大器具有组装简单、调试方便、工作稳定等优点。 如果需要组成具有较宽频带的交流放大器，应选择宽带集成放大器，并使其处于深度负反馈。若要得到较高增益的宽带交流放大器，可用两个或两个以上的单级交流放大器级联组成。 在设计小信号多级宽带交流放大器时，输入到前级运算放大器的信号幅值较小，为了减小动态误差，应选择宽带运算放大器，并使它处于深度负反馈。由于运放的增益带宽积是一个常数，因此，加大负反馈深度，可以降低电压放大倍数，从而达到扩展频带宽度的目的。由于输入到后级运放的信号幅度较大，因此，后级运放在大信号的条件下工作，这时，影响误差的主要因素是运放的转换速率，运放的转换速率越大，误差越小。 四．设计方法与设计举例 1．设计方法与步骤： 169
170 （1）确定放大器的级数n 根据多级放大器的电压放大倍数A u Σ和所选用的每级放大器的放大倍数A ui ，确定多级 放大器的级数n 。 （2）选择电路形式 （3）选择集成运算放大器 先初步选择一种类型的运放，然后根据所选运放的单位增益带宽BW ，计算出每级放大 器的带宽。 ui Hi A BW f = （1） 并按（2）式算出。 121 ' -=n Hi Hi f f （2） 多级放大器的总带宽H f 必须满足： 'Hi H f f ≤ （3） 若'Hi H f f >，就不能满足技术指标提出的带宽要求，此时可再选择增益带宽积更高的 运放。一直到多级放大器的总带宽H f 满足（3）式为止。 当所选择的运放满足带宽要求后，对末级放大器所选用的运放，其转换速率R S 必须满足： om R U f S ?≥max 2π （4） 否则会使输出波形严重失真。 （4）选择供电方式 在交流放大器中的运放可以采用单电源供电或正负双电源供电方式。单电源供电与正 负双电源供电的区别是：单电源供电的电位参考点为负电源端（此时负电源端接地）。而正负双电源供电的参考电位是总电源的中间值（当正负电源的电压值相等时，参考电位为零）。 （5）计算各电阻值 根据交流放大器的输入电阻和对第一级电压放大倍数的要求，先确定出第一级的输入 电阻和负反馈支路的电阻，然后再根据第二级电压放大倍数的要求，确定出第二级的输入电阻和负反馈支路的电阻。按此顺序，逐渐地把每级的电阻值确定下来。 （6）计算耦合电容 当信号源的内阻和运放的输出电阻被忽略时，信号源与输入级之间、级与级之间的耦 合电容可按下式计算。 i L R f C π2)10~1(= （5） 上式中，i R 是耦合电容C 所在级的输入电阻。类似地输出电容可按下式计算。 L L R f C π2)10~1(= （6） 2．设计举例
一、三种常见共射放大电路静态分析见下表所示 上表是常见共射电路的静态工作点。对于实际电路不一定完全跟表中电路相同。求解时遵循以下几点可以求出。 1.思路：①画出该电路的直流通路图。 ②从电源经过基极绕到地列出电压方程(有些电路需经过电工知识进行简化，像分压式可用戴维南定理对R b1、R b2部分等效)求出I BQ 。 ③根据电流放大作用求出I CQ 。 ④从电源经过集电极到发射极到地列电压方程求出U CEQ 。 2．静态工作点的稳定 (1)固定偏置电路 没有稳定静态工作点作用，只能用在要求不高的电路中。 (2)分压式偏置电路 ①静态工作点稳定过程 ②工作点稳定对电路元件参数要求 A ．要稳定效果好：V BQ 要一定，就要求I 1≈I 2 I BQ 。这样才能保证V BQ ≈ R b2 R b1＋R b2 V G 。一般情况下 ??? ??I 1≈I 2＝（5～10）I BQ 硅管 I 1≈I 2＝（10～20）I BQ 锗管 B ．稳定静态工作点效果：V EQ ＝I EQ R E 的上升使U BEQ 下降。当R e 越大，U BEQ 下降越快，调整灵敏度
越高，这样就有V EQ U BEQ ，一般有?????V BQ ＝（3～5）U BEQ 或（3～5）V 硅管 V BQ ＝（5～10）U BEQ 或（1～3）V 锗管。 (3)集—基反馈式 静态工作点稳定过程：V CQ ＝V G －(I CQ ＋I BQ )R c 二、三种常见共射放大电路动态分析见下表所示
几点说明： 1.r be 是三极管的输入电阻，属动态电阻，即交流阻抗，但其大小跟晶体管的静态电流大小有关，一般的估算公式为r be ＝r ′bb ＋(1＋β)26mV I E mA ＝r ′bb ＋26mV I BQ mA 单位为欧姆(Ω)。 (2)r′bb 为三极管基极的等效 电阻，小功率一般约为300Ω，近似计算时，按给出值代入，不给出值时取300Ω代替。 2．输入电阻r i 和输出电阻r o 的物理意义。 r i 表征放大器输入端，相对于信号源而言是信号源的等效负载电阻。r i 越大，则向信号源索取的电流越小，信号源负担越轻。r o 表征放大器的输出端，相对于负载而言是负载的信号源，r o 即为信号源内阻，显然r o 越小，带负载的能力越强。 三、射极输出器 1、静态工作点 I BQ R b ＋I BQ (1＋β)R e ＋U BEQ ＝V G ， I CQ ＝βI BQ ， U CEQ ＝V G －I EQ R e ≈V G －I CQ R e 2、动态分析 ①电压放大倍数：A u ＝(1＋β)R L ′/[r be ＋(1＋β)R L ′]，其中R L ′＝R e ∥R L ②输入电阻：r i ＝[r be ＋(1＋β)R L ′]∥R b ③输出电阻：r o ＝∥R e ，其中R s ′＝R b ∥R s 3、射极输出器的特性： 射极输出器是共集电极电路，又称射极跟随器(uo ≈ui ，且同相) 电压放大倍数略小于1，电压跟随特性好，输入阻抗高，输出阻抗低，具有一定的电流放大能力和功率放大能力。 射极输出器的反馈类型为电压串联负反馈，且反馈系数为1，属深度负反馈，Auf ≈1/F ＝1。 4、射极输出器的应用 在多级放大电路中，射极输出器可作为输入级，以减轻信号源的负担；也可用作输出级，提高带负载的能力；还可作为放大器的中间隔离级，减小后级对前级电路的影响；另外，还可以用作阻抗变换器。
实验一高频（单级、两级）小信号（单、双）调谐放大器 一、实验目的 1、掌握高频小信号调谐放大器的工作原理； 2、掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算方法。 二、实验内容 1、测量各放大器的电压增益； 三、实验仪器 BT-3扫频仪（选做）一台、20MHz示波器一台、数字式万用表一块、调试工具一套 四、实验基本原理 1、单级单调谐放大器 图1－1 单级单调谐放大器实验原理图 实验原理图如图1－1所示，本实验的输入信号（10.7MHz）由正弦波振荡器模块的石英晶体振荡器或高频信号源提供。信号从TP5处输入，从TP10处输出。调节电位器W3可改变三极管Q2的静态工作点，调节可调电容CC2和中周T2可改变谐振回路的幅频特性。 2、单级双调谐放大器 图1－2 单级双调谐放大器实验原理图 实验原理图如图1－2所示，单级双调谐放大器和单级单调谐放大器共用了一部分元器件。两个谐振回路通过电容C20（1nF）或C21（10 nF）耦合，若选择C20为耦合电容，则TP7接TP11；若选择C21为耦合电容，则TP7接TP12。 3、双级单调谐放大器 图1－3 双级单调谐放大器实验原理图 实验原理图如图1－3所示，若TP5处输入信号的峰峰值为几百毫伏，经过第一级放大器后可达几伏，此信号幅度远远超过了第二级放大器的动态范围，从而使第二级放大器无法发挥放大的作用。同时由于输入信号不可避免地存在谐波成分，经过第一级谐振放大器后，由于谐振回路频率特性的非理想性，放大器也会对残留的谐波成分进行放大。所以在第一级与第二级放大器之间又加了一个陶瓷滤波器（FL3），一方面滤除放大的谐波成分，另一方面使第二级放大器输入信号的幅度满足要求。 实验时若采用外置专用函数信号发生器，调节第一级放大器输入信号的幅度，使第一级放大器输出信号的幅度满足第二级放大器的输入要求，则第一级与第二级放大器之间可不用再经过FL3。 4、双级双调谐放大器 图1－4 双级双调谐放大器实验原理图 实验原理图如图1－4所示，第一级放大器两谐振回路的耦合电容（C20、C21）可选，第二级放大器两谐振回路的耦合电容不可选（固定为C26，1nF），两级放大器之间是否接FL3及相应原因与两级单调谐放大器相同。
2.5 多级负反馈放大器的研究 一. 实验目的 （1）掌握用仿软件研究多级负反馈放大电路。 （2）学习集成运算放大器的应用，掌握多级集成运放电路的工作特点。 （3）研究负反馈对放大器性能的影响，掌握负反馈放大器性能指标的测试方法。1）测试开环和闭环的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、反馈网络的电压反馈系数和通频带。 2）比较电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、反馈网络的电压反馈系数和通频带。 3）观察负反馈对非线性失真的改善。 二．实验原理 1.实验基本原理及电路 （1）基本概念。在电子电路中，将输出量（输出电压或输出电流）的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输出回路，用来影响其输出量（放大电路的输入电压或输入电流）的措施成为反馈。 若反馈的结果使净输入量减小，则称之为负反馈；反之，称之为正反馈。若反馈存在于直流通路，则称为直流反馈；若反馈存在于交流通路，则称为交流反馈。 交流负反馈有四种组态：电压串联负反馈，电压并联负反馈，电流串联负反馈，电流并联负反馈。若反馈量取自输出电压，则称之为电压反馈；以电流形式相叠加，称为并联反馈。 在分析反馈放大电路市，“有无反馈”决定于输出回路和输入回路是否存在反馈支路。“直流反馈或交流反馈”决定于反馈支路存在于直流通路还是交流通路：“正负反馈”的判断可采用瞬时极性法，反馈的结果使净输入量减小的为负反馈，使净输入量增大的为正反馈；“电压反馈或电流反馈”的判断可以看反馈支路与输出支路是否有直接接点，如果反馈支路与输出支路有直接接点则为电压反馈，否则为电流反馈；“串联反馈或并联反馈”的判断可以看反馈支路与输入支路是否有直接直接接点，如果反馈支路与输入支路有直接接点则为并联反馈，
1前言1 2二级运算放大器电路 1 2.1电路结构 1 2.2设计指标 2 3 Cadence仿真软件 3 3.1 schematic原理图绘制 3 3.2 生成测试电路 3 3.3 电路的仿真与分析 4 3.1.1直流仿真 4 3.1.2交流仿真 4 3.4 版图绘制 5 3.4.1差分对版图设计 6 3.4.2电流源版图设计 7 3.4.3负载MOS管版图设计 7 3.5 DRC & LVS版图验证 8 3.5.1 DRC验证 8 3.5.2 LVS验证 8 4结论 9 5参考文献 9
本文利用cadence软件简述了二级运算放大器的电路仿真和版图设计。以传统的二级运算放大器为例，在ADE电路仿真中实现0.16umCMOS工艺，输入直流电源为5v，直流电流源范围27~50uA,根据电路知识，设置各个MOS管合适的宽长比，调节弥勒电容的大小，进入stectre仿真使运放增益达到40db，截止带宽达到80MHz和相位裕度至少为60。。版图设计要求DRC验证0错误，LVS验证使电路图与提取的版图相匹配，观看输出报告，要求验证比对结果一一对应。 关键词：cadence仿真，设计指标，版图验证。 Abstract In this paper, the circuit simulation and layout design of two stage operational amplifier are briefly described by using cadence software. In the traditional two stage operational amplifier as an example, the realization of 0.16umCMOS technology in ADE circuit simulation, the input DC power supply 5V DC current source 27~50uA, according to the circuit knowledge, set up each MOS tube suitable ratio of width and length, the size of the capacitor into the regulation of Maitreya, the simulation of stectre amplifier gain reaches 40dB, the cut-off bandwidth reaches 80MHz and the phase margin of at least 60.. The layout design requires DRC to verify 0 errors, and LVS validation makes the circuit map matching the extracted layout, viewing the output report, and requiring verification to verify the comparison results one by one. Key words: cadence simulation, design index, layout verification.
PNP 型单级共射放大电路 一、 实验目的 1、 设计一个PNP 型共射放大器，使其放大倍数为80，工作电流为80mA 。 二、 实验仪器 1、 示波器 2、信号发生器 3、数字万用表 4、交流毫伏表 5、直流稳压源 三、 实验原理 1、PNP 型单级共射放大器电路图如下： 2、 静态工作点的理论计算： 静态工作点可由以下几个关系式确定： 4 34 B C C R U V R R = + 5 B BE C E U U I I R -≈= 由以上式子可知，当管子确定后，改变CC V 、3R 、4R 中任意参数值，都会导致静态工作点的变化。当电路参数确定后，静态工作点主要通过P R 调整。工作点偏高，输出信号波形易产生饱和失真；工作点偏低，输出波形易产生
截止失真。但当输入信号过大时，管子将工作在非线性区，输出波形会产生双向失真。当输出波形不很大时，静态工作点的设置应偏低，以减小电路的 静态损耗。 3、电压放大倍数的测量与计算 电压放大倍数是指放大电路输出端的信号电压（变化电压）与输入端的信号电压之比， 即：o u i u A u = 电路中有12 (//) u be R R A r β =-、 26 '(1) be bb EQ mV r r I β =++ 其中，' bb r一般取300Ω。 当放大电路静态工作点设置合理后，在其输入端加适当的正弦信号，同时用示波器观察放大电路的输出波形，在输出波形不失真的条件下，用交流毫伏表或示波器分别测量放大电路的输入、输出电压，再按定义式计算即可。 四、实验内容及结果 1、按图连接电源，确认电路无误后接通电源。 2、在放大器的输入端加入频率f=1KHz，幅值约为10mV的正弦信号，用示波器观察，同时，用示波器的另一端监视放大器的输出电压Uo的波形。调整Rp的阻值，使静态工作点处于合适位置，此时，输出波形最大而不失真。 3、测量电路工作电流Ic并与理论计算值比较
电子科技大学 电子技术实验报告 学生姓名：班级学号：201203******* 考核成绩： 实验地点：科研楼C427 指导老师：试验时间：2013.12.5 实验名称：两级放大电路的设计、测试与调试
一． 实验目的 1． 进一步掌握放大电路各种性能指标的测试方法。 2． 掌握两级放大电路的设计原理、各性能指标的测试原理。 二． 实验预习思考 1·放大器性能指标的定义及测试方法； 2多级放大器性能指标特点。 三． 实验原理 由一只晶体管组成的基本组态放大器往往达不到所要求的放大倍数，或者其他指标达不到要求。这时，可以将基本组态放大器作为一级单元电路，将其一级一级地连接起来构成多级放大器，以实现所需的技术指标。 信号传输方式成为耦合方式。耦合方式主要有电容耦合、变压器耦合和直接耦合。 1. 多级放大器指标的计算 一个三级放大器的通用模型如下图所示： 由模型图可以得到多级放大器的计算特点： 1i i R R =，多级放大器的输入电阻等于第一级放大器的输入电阻； 末o o R R =，多级放大器的输出电阻等于末级放大器的输出电阻； 前后L i R R =，后级放大器的输入电阻是前级放大器的负载； 后前s o R R =，后前s oo v v =，前级放大器的输出电路是后级放大器的信号源； 321··v v v V A A A A =，总的电压增益等于各级电压增益相乘。
2. 实验电路 实验电路如下图所示，可得该实验电路是一个电容耦合的两级放大器。 3. 测试方法 静态工作点的测试： 测出射级电阻两端的直流电压，以及射级电流； 电压增益的测试： 测出输入电压与输出电压，由公式i v v v A /0=计算得到； 输入电阻的测量： 已知取样电阻R ，测出电压' s u 与 i u ，利用公式 R u u u R u u u R i s i i s i i -=-= ''，即可求得； 输出电阻的测量： 已知取样电阻L R ,采用“两次电压法”测量，由公式 L o o L o o o R u u I u u R )1'('-=-= ，即可 求得； 幅频特性测量： 采用点频法，改变输入信号的频率，测量相应的输出电压值，求放大倍数，即可绘制出幅频特性曲线。 四． 实验内容 1， 测试静态工作点
电子技术实验报告 实验名称：单级放大电路 系别： 班号: 实验者姓名: 学号: 实验日期： 实验报告完成日期: ?
目录 一、实验目的 (3) 二、实验仪器 (3) 三、实验原理 (3) （一）单级低频放大器的模型和性能 (3) （二）放大器参数及其测量方法 (5) 四、实验内容 (7) 1、搭接实验电路 (7) 2、静态工作点的测量和调试 (8) 3、基本放大器的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测量 (9) 4、放大器上限、下限频率的测量 (10) 5、电流串联负反馈放大器参数测量 (11) 五、思考题 (11) 六、实验总结 (11)
一、实验目的 １.学会在面包板上搭接电路的方法; 2．学习放大电路的调试方法； 3.掌握放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输出电阻和通频带测量方法; 4．研究负反馈对放大器性能的影响;了解射级输出器的基本性能； ５.了解静态工作点对输出波形的影响和负载对放大电路倍数的影响。 二、实验仪器 1.示波器1台 ２.函数信号发生器1台 3. 直流稳压电源1台 ４.数字万用表１台 5.多功能电路实验箱１台 6.交流毫伏表１台 三、实验原理 （一) 单级低频放大器的模型和性能 １. 单级低频放大器的模型 单级低频放大器能将频率从几十Ｈz~几百ｋHz的低频信号进行不失真地放大，是放大器中最基本的放大器，单级低频放大器根据性能不同科分为基本放
大器和负反馈放大器。 从放大器的输出端取出信号电压（或电流)经过反馈网络得到反馈信号电压（或电流）送回放大器的输入端称为反馈。若反馈信号的极性与原输入信号的极性相反，则为负反馈。 根据输出端的取样信号(电压或电流)与送回输入端的连接方式(串联或并联)的不同，一般可分为四种反馈类型——电压串联反馈、电流串联反馈、电压并联反馈和电流并联反馈。负反馈是改变房卡器及其他电子系统特性的一种重要手段。负反馈使放大器的净输入信号减小，因此放大器的增益下降；同时改善了放大器的其他性能：提高了增益稳定性,展宽了通频带,减小了非线性失真，以及改变了放大器的输入阻抗和输出阻抗。负反馈对输入阻抗和输出阻抗的影响跟反馈类型有关。由于串联负反馈实在基本放大器的输入回路中串接了一个反馈电压,因而提高了输入阻抗,而并联负反馈是在输入回路上并联了一个反馈电流，从而降低了输入阻抗。凡是电压负反馈都有保持输出电压稳定的趋势,与此恒压相关的是输出阻抗减小;凡是电流负反馈都有保持输出电流稳定的趋势,与此恒流相关的是输出阻抗增大。 2.单级电流串联负反馈放大器与基本放大器的性能比较 电路图2是分压式偏置的共射级基本放大电路,它未引入交流负反馈。 电路图3是在图2的基础上，去掉射极旁路电容C e，这样就引入了电流串联负反馈。
东南大学电工电子实验中心 实验报告 课程名称：模拟电子电路基础 第三次实验 实验名称：三极管放大电路设计 院（系）：专业： 姓名：学号： 实验室: 105 实验组别： 同组人员：实验时间：2015年05月04日评定成绩：审阅教师：
实验三三极管放大电路设计 一、实验目的 1.掌握单级放大电路的设计、工程估算、安装和调试； 2.了解三极管、场效应管各项基本器件参数、工作点、偏置电路、输入阻抗、输出阻抗、 增益、幅频特性等的基本概念以及测量方法； 3.了解负反馈对放大电路特性的影响。 4.掌握多级放大电路的设计、工程估算、安装和调试； 5.掌握基本的模拟电路的故障检查和排除方法，深化示波器、稳压电源、交流毫伏表、 函数发生器的使用技能训练。 二、预习思考： 1.器件资料： 上网查询本实验所用的三极管9013的数据手册，画出三极管封装示意图，标出每个管脚的名称，将相关参数值填入下表： 注：额——表示Absolute maximum ratings，最大额定值。 2.偏置电路： 图3-3中偏置电路的名称是什么？简单解释是如何自动调节晶体管的电流I C以实现稳定直流工作点的作用的，如果R1、R2取得过大能否再起到稳定直流工作点的作用，为什么？ 答： ①图3-1偏置电路名称：分压式偏置电路。 ②自动调节晶体管电流Ic以实现稳定直流工作点的作用的原理： 当温度升高，会引起静态电流ICQ(≈IEQ)的增加，此时发射极直流电位UEQ=IEQ*RE 也会增加，而由于基极电位UBQ基本固定不变，因此外加在BJT发射结上的电压UBEQ=UBQ-UEQ将减小，迫使IEQ减小，进而抑制了ICQ的增加，使ICQ基本维持不变，达到自动稳定静态工作点的目的。同理，当温度降低时，ICQ减小，UEQ同时减小，而UBEQ则上升促使IEQ增大，抑制了ICQ 的减小，进而保证了Q点的稳定。 ③若R1、R2取得过大，则不能再起到稳定工作点的作用。这是因为在此情况下， 流入基极的电流不可再忽略，UB不稳定导致直流工作点不稳定。
实验二 单级放大电路 一、实验目的 1． 掌握放大器静态工作点的调试方法，学会分析静态工作点对放大器性能的影响。 2． 掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。 3． 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。 二、实验仪器及器材 双踪示波器、低频函数信号发生器、低频交流毫伏表、数字万用表、模拟电路实验箱 三、实验原理 图2-1 共射极单管放大器 图2-1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用R B2和R B1 组成的分压电路，并在发射极中接有电阻R E ，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号U i 后，在放大器的输出端便可得到一个与U i 相位相反，幅值被放大了的输出信号U 0，从而实现了电压放大。 在图2-1电路中，当流过偏置电阻R B1和R B2的电流远大于晶体管T 的基极电流I B 时（一般5~10倍），则它的静态工作点可用下式估算，U CC 为供电电源，此为+12V 。 CC B B B B U R R R U 2 11 +≈ （2-1） C E BE B E I R U U I ≈-= （2-2） )(E C C CC CE R R I U U +-= （2-3） 电压放大倍数 be L C V r R R A β -= （2-4）
输入电阻 be B B i r R R R 21= （2-5） 输出电阻 C R R ≈0 （2-6） 放大器静态工作点的测量与调试 1） 静态工作点的测量 测量放大器的静态工作点，应在输入信号U i =0的情况下进行，即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的数字万用表，分别测量晶体管的集电极电流I C 以及各电极对地的电位U B 、U C 和U E 。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压，然后算出I C 的方法，例如，只要测出U E ，即可用E E E C R U I I = ≈算出I C （也可根据C C CC C R U U I -=， 由U C 确定I C ），同时也能算出E C CE E B BE U U U U U U -=-=,。 2） 静态工作点的调试 放大器静态工作点的调试是指对三极管集电极电流I C （或U CE ）调整与测试。 静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大的影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时u O 的负半周将被削底，如图2-2（a ）所示，如工作点偏低则易产生截止失真，即u O 的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图2-2（b ）所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的u i ，检查输出电压u O 的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。 (a)饱和失真 (b)截止失真 图2-2 静态工作点对U0波形失真的影响 改变电路参数U CC ，R C ，R B （R B1，R B2）都会引起静态工作点的变化，如图2-3所示，但通常多采用调节偏电阻R B2的方法来改变静态工作点，如减小R B2，则可使静态工作点提高等。 最后还要说明的是，上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切的说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如须满足较大信号的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。
【最新整理，下载后即可编辑】 单级共射放大电路实验报告 1.熟悉常用电子仪器的使用方法。 2.掌握放大器静态工作点的调试方法及对放大 器电路性能的影响。 3.掌握放大器动态性能参数的测试方法。 4.进一步掌握单级放大电路的工作原理。 二、实验仪器 1.示波器 2.信号发生器 3.数字万用表 4.交流毫伏表 5.直流稳压源 三、预习要求 1.复习基本共发射极放大电路的工作原理，并进 一步熟悉示波器的正确使用方法。 2.根据实验电路图和元器件参数，估算电路的静 态工作点及电路的电压放大倍数。 3.估算电路的最大不失真输出电压幅值。 4.根据实验内容设计实验数据记录表格。 四、实验原理及测量方法 实验测试电路如下图所示：
1.电路参数变化对静态工作点的影响： 放大器的基本任务是不失真地放大信号，实现输入变化量对输出变化量的控制作用，要使放大器正常工作，除要保证放大电路正常工作的电压外，还要有合适的静态工作点。放大器的静态工作点是指放大器输入端短路时，流过电路直流电流IBQ、ICQ及管子C、E极之间的直流电压UCEQ和B、E 极的直流电压UBEQ。图5-2-1中的射极电阻BE1、RE2是用来稳定放大器的静态工作点。其工作原理如下。 ○1用RB和RB2的分压作用固定基极电压UB。 由图5-2-1可各，当RB、RB2选择适当，满足I2远大于IB时，则有
UB=RB2·VCC/（RB+RB2）式中，RB、RB2和VCC都是固定不随温度变化的，所以基极电位基本上是一定值。 ○2通过IE的负反馈作用，限制IC的改变，使工作点保持稳定。具体稳定过程如下： T↑→IC↑→IE↑→UE↑→UBE ↓→IB↓→IC↓ 2.静态工作点的理论计算： 图5-2-1电路的静态工作点可由以下几个关系式确定 UB=RB2·VCC/（RB+RB2） IC≈IE=（UB-UBE）/RE UCE=VCC-IC（RC+RE） 由以上式子可知，，当管子确定后，改变V CC、RB、RB2、RC、（或RE）中任一参数值，都会导致静态工作点的变化。当电路参数确定后，静态工作点主要通过RP调整。工作点偏高，输出信号易产生饱和失真；工作点偏低，输出波形易产生截止失真。但当输入信号过大时，管子将工作在非线性区，输出波形会产生双向失真。当输出波形不很大时，静态工作点的设置应偏低，以减小电路的表态损耗。3.静态工作点的测量与调整： 调整放大电路的静态工作点有两种方法(1)将放大电路的输入端电路（即Ui=0），让其工作在直流状态，用直流电压表测量三极管C、E间的电压，调整电位器RP使UCE稍小于电源电压的1/2（本实
电工电子技术课程设计报告 题目：多级放大电路的设计 二级学院机械工程学院 年级专业 14 动力本 学号 1401250029 学生姓名周俊 指导教师张云莉 教师职称讲师 报告时间：2015.12.28
目录 第一章．基本要求和放电电路的性能指标 (1) 第二章．概述和任务分析 (5) 第三章．电路原理图和电路参数 (6) 第四章．主要的计算过程 (9) 第五章．电路调试运算结果 (11) 第六章．总结 (12) 制作调试步骤及结果 (12) 收获和体会 (13) 第七章．误差和分析 (14) 第八章．参考文献 (15)
第一章．基本要求和放电电路的性能指标 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V CC =+12V, -V EE =-12V ，要求设计差分放大器恒流源的射极电流I EQ3=1~1.5mA ，第二 级放大射极电流I EQ4=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10k Ω，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。 2. 放电电路的性能指标： 第一种是对应于一个幅值已定、频率已定的信号输入时的性能，这是放大电路的基本性能。第二种是对于幅值不变而频率改变的信号输出时的性能。第三种是对应于频率不变而幅值改变的信号输入时的性能。 1.1第一种类型的指标： 1.放大倍数 放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标。它定义为输出变化量的幅值与输入变化量的幅值之比，有时也称为增益。虽然放大电路能实现功率的放大，然而在很多场合，人们常常只关心某一单项指标的放大的倍数，比如电压或者电流的放大倍数。由于输出和输入信号都有电压和电流量，所以存在以下四中比值： （1-1） 1.
武汉大学计算机学院教学实验报告 课程名称电路与电子技术成绩教师签名 实验名称单级放大电路（多人合作实验）实验序号06 实验日期2011-12-12 姓名学号专业年级-班 小题分： 一、实验目的及实验内容 （本次实验所涉及并要求掌握的知识；实验内容；必要的原理分析） 实验目的: 1.掌握放大器静态工作点的调试方法及其对放大器性能的影响。 2.学习测量放大器的静态工作点Q，Av，ri,ro的方法啊，了解共射极电路特性。 3.学习放大器的动态性能。 实验内容： 测量放大器的动态和静态工作状态结果填入相应表格当中,记录相应的β值，A值和等效的输入电阻ri与输出电阻r0。 二、实验环境及实验步骤 小题分： （本次实验所使用的器件、仪器设备等的情况；具体的实验步骤） 实验环境： 1.示波器 2.信号发生器 3.数字万用电表 4.TRE-A3模拟电路实验箱 实验步骤： 1.?值测量 （1）按图2.1所示连接电路，将Rp的阻值调到最大值。 （2）连线完毕仔细检查，确定无误后再接通电源。改变Rp，记录Ic分别为0.8mA，1mA， 1.2mA时三极管V的?值。
Ib（mA）0.05 0.06 0.066 Ic(mA) 0.8 1 1.2 ? 16 16.67 18.18 ?=Ic/Ib代入各式即可 2.Q点测量 信号源频率f=500Hz时，逐渐加大ui幅度，观察uo不失真时的最大输入ui值和最大输出uo值，并测量Ib，Ic，和VCE填入表2.2 表2.2 实测法估算法误差 IB （uA）IC （mA） Vce （V） IB’ （uA） IC’ （mA） V’ce （V） IB-I’B IC-I’C Vce-V’ 47.2 1.4 4.86 47.2 1.56 3 0 0.16 1.86 估算法：Ib=V1/（R1+R2）=12/(51k+200K)=47.2uA Ic= ?Ib=1.56mA Vce=V1-R3*Ic=3V 3.Av值测量 （1）将信号发生器调到频率f=500Hz，幅值为5mA，接到放大器输入端ui，观察ui和uo 端的波形，用示波器进行测量，并将测得的ui，uo和实测计算的Av值及理论估算的Av’值填入表2.3 表2.3 实测法估算法误差 Ui（mV）Uo(V) Av=uo/ui Av’Av’-Av 5 -1.3 -260 -31 .7 -55.7 估算法：Vbe=V1-Ib(R1+R2) Vce=V1-Ic*R3 Av’=Vce/Vbe=-315.7 （2）保持Vi=5mV不变，放大器接入负载RL，在改变Rc的数值情况下测量，并将计算结果填表2.4 表2.4 给定参数实 实测计 估算 Rc RL Vi(mV) V o(V) Av Av 2k 5k 5 0.83 165 177.89 2k 2k2 5 0.60 119 129.7 5k1 5k1 5 1.30 260 315.76 5k1 2k2 5 0.90 180 190.3