课程设计 多级放大电路设计报告

模拟电路课程设计报告

多级放大电路设计

一、设计任务与要求

1．设计、仿真和安装调试一个放大电路。

2．电路的技术指标：

1)电源电压…………V CC = 12V；

2)电压增益…………A v = 40dB；

3)输入电阻…………R i ≥ 20kΩ；

4)最大输出电压……V OM（有效值）≥ 1V；

5)频带宽度…………30 Hz ~ 30 kHz;

6)负载电阻…………R L = 2kΩ；

7)信号源内阻………R S = 1kΩ；

8)使用环境温度：…-10 ?C ~ +60 ?C。

3．利用PSpice 或OrCAD进行模拟仿真。

二、方案设计与论证

1.设计要求总体分析

若采用单级放大电路，在共射电路、共集电路、共基电路、共源电路、共漏电路5种基本放大电路中，不可能使用单个放大电路达到设计要求，因此至少采用二级放大电路。技术指标中有电路工作的环境温度：-10 ?C ~ +60 ?C，

设计的电路要采用分压式偏置以稳定电路工作点；电压增益V A = 40dB = 100，要采用10≥V A 的两种基本放大电路形式，或者一个100≥V A 的放大器和一个电压跟随器等等。考虑到输入电阻k R i 20≥的指标要求，所选的放大器中至少一个的输入电阻Ω≥k R i 20作为第一级电路。在设计的电路中要恰当地并、串联电容以达到隔直、调节频带宽度的大小和上下限频率范围的效果。

2. 方案设计

采用二级放大电路的形式：第一级为共集电路，不采用分压偏置式，利用其作为电压跟随器的性质，V A 略小于1，其输入电阻i R 为几十千~上百千欧姆数量级，可以实现设计要求电路技术指标Ω≥k R i 20，输出电阻O R 很小，一般在几到几十欧姆，负载变动对增益影响不大，带负载能力强。

第二级为射极偏置电路，采用分压偏置式，利用其放大能力强的优点，V A 较大，补偿第一级的电压损耗、提高放大电路的电压增益以达到设计要求；射极偏置电路作为基本工作点稳定电路，能减少温度对电路工作点Q 点的影响，符合设计要求中电路指标的电路工作环境变化的温度。

两级放大电路采用阻容耦合式连接。

三、单元电路设计与参数计算

1. 第一级电路——共集电路的设计

1) 选取三极管S9013 H 331 ，该型号三极管在≈CE V 5 V 时，200≈β； 2) 由共集电路输入电阻

()()[]()Ω≥≈++=k R R R R R R r R L e b b L e be i 20////////1ββ，

其中L R 为第二级电路射极偏置电路的输入电阻，约为1k Ω，由此计算可得Ω≥k R b 2.22，考虑到输入信号要尽可能全部加在三极管的基极和发射极两端、减少输入电流，以及仿真调试与实验调试的器材限制，取b R = 50k Ω，此时Ω=k R i 40；

3) Ω≥k R b 2.22成立的条件是Ω≤k R R L e 1//，同时e R 不能过大，否则第一级电

路的工作点Q 点太低以致造成第一级输出信号截止失真，取1e R = 10k Ω。 第一级放大电路设计图如图3.1：

图3.1 2. 第二级电路——射极偏置电路的设计

1) 选取三极管S9013 H 331 ，该型号三极管在CE V = 5 V 时，200≈β； 2) 参考《模拟电子技术实验》第三章模拟电路基础实验《实验1电压放大分压式偏置电路》所做的实验报告，取Ω=k R b 501，Ω=k R b 102；

3) 对于集电极电阻C R ，由设计要求电路技术指标10040==dB A V ，可得 ()

100//2>-=be L C V r R R A β，

其中200≈β，Ω=k R L 2，Ω=k r be 5.1，由此计算可得Ω≥k R C 2.1，考虑到第一级电路跟随器11≤V A ，以及仿真调试与实验调试的器材限制，取Ω=k R C 3，则此时160=V A ；

4) 将第二级电路的工作点Q 点设定为CEQ V = 6V ，由射极偏置电路的直流分析可得 ()2e c CQ CC CEQ R R I V V +-=，

2

21121e CC b b b e B CQ R V R R R R V I +==，

其中CC V = 12V ，Ω=k R C 3，Ω=k R b 501，Ω=k R b 102，解得Ω=k R e 5.12； 5) 对于频带宽度，设计要求电路技术指标为30Hz~30kHz ，即上、下限频率：

H f = 30kHz ，L f = 30Hz 。

参考《模拟电子技术实验》第三章模拟电路基础实验《实验1电压放大分压式偏置电路》所做的实验报告，取F C C C μ10321===，其中1C 为输入回路耦合电容，3C 为输出回路耦合电容，2C 为第一级电路与第二级电路连接的耦合电容。对于下限频率L f 第二级射极偏置电路的发射极旁路电容e C 是主要因素，e C 决定的下限频率))1//((21

2'βπ++=b be o e L R r R C f ，

其中输出电阻Ω==k R R C o 3，Ω≈k r be 5.12，Ω==k R R R b b b 33.8//21，200≈β，按设计要求电路指标L f = 30Hz ，求得F C e μ106≈，考虑到仿真调试与实验调试的器材限制，取F C e μ110=。

对于上限频率H f = 30kHz ，因为在高频时，第二级射极偏置电路的Miller 效应比第一级共集电路的Miller 效应大，第二级射极偏置电路在高频中跨接在b 、e 两端的πC 对放大电路的频带宽度H f 起主要作用，一般πC 为pF 数量级，因此要在第二级三极管的b 、e 两端并联F μ数量级的电容，增大πC ，提高上限频率，取F C be μ0025.0=。

第二级放大电路设计图如图3.2：