模擬電路課程設計報告---三極管多級音頻放大器

1、<p>　　模擬電路課程設計報告</p><p>　　設計題目：三極管多級音頻放大器</p><p>　　院 系： 電子與自動化分院 </p><p>　　班 級： 電子信息工程1104 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章

2、 設計任務</b></p><p>　　1.1項目名稱：設計三極管多級音頻放大電路</p><p><b>　　1.2項目設計說明</b></p><p>　　1.2.1設計任務和要求</p><p><b>　　1.2.2進度安排</b></p><p><

3、;b>　　第二章 需求分析</b></p><p><b>　　2.1問題基本描述</b></p><p><b>　　2.2設計原理</b></p><p>　　第三章 調試并分析結果</p><p><b>　　3.1測試條件</b></p>

4、<p><b>　　3.2測試結果記錄</b></p><p><b>　　3.3測試結果分析</b></p><p><b>　　第四章 結論</b></p><p>　　自選提高題 鉛蓄電池穩(wěn)壓供電裝置</p><p><b>　　1.用途與功能<

5、;/b></p><p><b>　　2.電路原理</b></p><p><b>　　3.調試和分析</b></p><p>　　1.使用可調穩(wěn)壓電源測試輸出電壓與輸入電壓的關系</p><p>　　2.測試虧電指示燈的點亮電壓</p><p><b>　　

6、心得體會</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　　第一章 設計任務</b></p><p>　　1.1項目名稱：設計三極管多級音頻放大電路</p><p>　　本項目的主要內容是設計并實現(xiàn)三極管多級音頻放大功能。該電路將所學習的三極管基本放大電路

7、與功率放大電路有機結合。</p><p><b>　　1.2項目設計說明</b></p><p>　　1.2.1設計任務和要求</p><p>　　使用常見的小功率三極管設計一個三極管多級音頻放大電路，要求信號源內阻20kΩ，電壓增益大于400倍，輸出阻抗小于200Ω，三極管集電極最大電流不超過20mA，電源為單電源15V，輸出信號不小于8Vp

8、-p，非線性失真小于7%。</p><p><b>　　1.2.2進度安排</b></p><p><b>　　第二章 需求分析</b></p><p><b>　　2.1問題基本描述</b></p><p>　　本次實驗的課題是設計多級三極管放大電路，因此在設計時沒有采用運放

9、等集成放大電路。在電路設計中，因為音頻信號的下限大約是20Hz，因此設計時沒有考慮直接耦合這種電路結構，主要原因是這種電路結構的靜態(tài)工作點不好調整。此多級放大電路之間采用電容器進行耦合。由于題目對信號源內阻提出了要求，要求放大電路的輸入電阻比較大，因此本電路采用了一級共集電極放大電路（射極跟隨器）進行信號的第一級放大，利用共集電極放大電路的輸入阻抗比較大的優(yōu)點，匹配高阻抗的信號源。由于本電路對負載電阻也有要求，因此要求電路的輸出阻抗比較

10、小，因此在電路設計上，同樣是采用了一級共集電極放大電路進行末極放大輸出。由于需要具有400倍以上的電壓增益，單獨的一級共發(fā)射極放大電路難以勝任，因此在電路設計時，采用了兩級共發(fā)射極放大電路進行電壓放大。本電路中，為了降低電路的復雜程度和在面包板上搭建臨時電路的難度沒有采用分壓式偏置電路，而是直接采用一個電阻為三極管提供偏置電壓。在整個電路中，由于共集電極放大電路沒有電壓放大作用，因此電壓放大主要依靠中間的兩極共發(fā)射極放大電路，設置輸入級

11、和輸出級只是為了匹配題目中要求的輸入阻抗和輸出阻抗。由于</p><p>　　圖2-1 電路原理圖</p><p>　　下面是根據(jù)電路圖設計的PCB圖紙</p><p>　　圖2-2 PCB設計圖</p><p><b>　　2.2設計原理</b></p><p>　　1.Q1~Q4：為4個901

12、3三極管，9013三極管為韓國三星公司開發(fā)的通用型小功率NPN三極管，使用非常廣泛。在本電路中，Q1設置在輸入級，接為共集電極放大電路形式，用來提高電路的輸入阻抗。Q2、Q3作為中間級電壓增益放大，用于放大電壓信號。Q4為輸出級，為共集電極放大電路形式，可以減小電路的輸出阻抗。</p><p>　　2.C1~C5：全部為普通電解電容器，規(guī)格為35V10μF，在電路中作為耦合元件使用，可以防止前一級的電路中的直流信

13、號對后級電路產生影響。</p><p>　　3.R1、R3、R5、R8：這四個電阻構成了三極管的偏置電路，分別為對應的三極管提供偏置電壓。本設計中為了簡化電路，沒有使用分壓式偏置電路，直接使用電阻為三極管提供偏置電壓。</p><p>　　4.R2、R9：共集電極放大電路的發(fā)射極電阻，用于在三極管截止時降低發(fā)射極電壓，為耦合電容器泄放電荷。</p><p>　　5.

14、R4、R6：共發(fā)射極放大電路的集電極電阻。</p><p>　　第三章 調試并分析結果</p><p><b>　　3.1測試條件</b></p><p>　　電源：直流15V，限流0.1A</p><p>　　信號源：正弦波，幅度15mVp-p，頻率1kHz，無附加直流信號</p><p>　　

15、示波器：雙蹤CHOP模式，自動觸發(fā)狀態(tài)；水平0.2ms/div；CH1通道2V/div，CH2通道10mV/div</p><p>　　負載：0.25W金屬膜電阻，阻值1kΩ</p><p><b>　　實驗環(huán)境：面包板</b></p><p><b>　　3.2測試結果記錄</b></p><p>

16、;　　表3-2 實驗測試結果</p><p><b>　　3.3測試結果分析</b></p><p>　　實際測試表明，本電路的電壓增益約為540倍，已經滿足題目的設計要求。（題目中要求為大于400倍）</p><p><b>　　第四章 結論</b></p><p>　　本次課程設計的實驗最終實現(xiàn)

17、了三極管多級音頻放大電路，并且最大程度的滿足了設計任務中給出的要求。但是在進行其它波形的測試時，發(fā)現(xiàn)當輸入信號是方波時，輸出信號存在比較嚴重的失真（已經嚴重變形），而正弦波和三角波則看不出這種失真（波形很標準），目前還沒有找出引起這個現(xiàn)象的原因。另外，根據(jù)設計題目中的隱藏設計條件，電路的輸入信號幅度應該是20mVp-p，而由于本電路的放大倍數(shù)比規(guī)定值更大，實際測試時采用20mVp-p時輸出信號波形出現(xiàn)了比較明顯的削頂失真，這是本電路的一

18、大不足。</p><p>　　自選提高題 鉛蓄電池穩(wěn)壓供電裝置</p><p><b>　　1.用途與功能</b></p><p>　　每當晚上寢室熄燈之后，寢室當中的無線路由器就會因為失去電源而停止工作，為了能夠在熄燈之后能夠繼續(xù)使用Wifi無線網絡，特設計出本供電裝置，通過使用外置的鉛酸蓄電池組為路由器以及手機等USB設備供電。</p

19、><p>　　本裝置使用12V電動助力車專用鉛酸蓄電池組作為電源，含有一個9V輸出直流5.5mm插頭，極性為內正外負，可以為TP-LINK無線路由器供電，最大平均輸出0.5A（短時間內最大1.5A）。本裝置還設有兩個USB接口，可以為USB設備提供電源，每組都有平均0.5A的電流輸出能力。此外，為了防止鉛酸蓄電池組過放電縮短使用壽命，特設計了電池虧電提醒電路，當電池組端電壓低于10.5V時，會自動點亮一個紅色LED指

20、示燈提示電池已經耗盡。</p><p><b>　　2.電路原理</b></p><p>　　為了簡化電路設計，提高制作的成功率，本電路使用一體化集成穩(wěn)壓芯片78xx作為核心器件輸出穩(wěn)定的電壓。對于9V輸出，因為最大輸出為0.5A，芯片的最大耗散功率為0.5A×（12-9）V=1.5W，故采用TO-220封裝的7809配合小型鋁制散熱器進行散熱，經滿負荷測試

21、溫升基本正常（略有燙手的感覺）。而為USB提供電源的7805耗散功率為0.5A×（12-5）V=3.5W，發(fā)熱功率較高，因此使用了比較大型的鋁制散熱片，并涂抹了導熱硅脂加強散熱。在電池虧電檢測電路部分，采用了穩(wěn)壓二極管檢測電壓，并通過兩極共發(fā)射極放大電路進行信號放大、反向驅動LED。</p><p>　　由于電路整體并不是十分復雜，在使用Proteus軟件進行PCB排版之后，在萬能電路板上焊接搭建了成品

22、電路，并沒有制作PCB印刷電路板。</p><p>　　具體電路原理圖如下：</p><p>　　圖5-1 電路原理圖</p><p>　　圖中C4為主濾波電容，R6、D1、R3組成電壓取樣電路，由Q1放大檢測到的信號，之后由Q2進行信號反相，驅動LED2指示燈。圖中IC1、IC2、IC3為78**穩(wěn)壓芯片，為9V、5V提供穩(wěn)定的輸出電壓。圖中R1、R2、R5和輸出

23、端的LED燈作為假負載使用，防止電源空載時輸出電壓異常升高。</p><p><b>　　3.調試和分析</b></p><p>　　1.使用可調穩(wěn)壓電源測試輸出電壓與輸入電壓的關系</p><p>　　表5-1 測試輸出電壓的穩(wěn)定性</p><p>　　2.測試虧電指示燈的點亮電壓</p><p&g

24、t;　　表5-2 虧電指示功能的實驗結果</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　通過這次模擬電路課程設計，我感受到了模擬電路這門課程的重要性和實用性，意識到了生活中其實很多常見的電路都是有多個模擬電路技術來解決的，就算是單片機這種相對比較高端的元器件，其基礎也是模擬電路。</p><p>　　“牽一發(fā)而動全身”，這是

25、我在本次模擬電路課程設計最大的體會。一個電阻的微妙變化，就可以導致輸出結果的千差萬別，通過小幅度的調整電阻的取值，就可以控制最終的失真、放大倍數(shù)等參數(shù)，這是我在進行試驗之前所沒有預料到的問題，也給最終的調試工作帶來了很大的困難。</p><p>　　在本次試驗中，我也意識到了電路仿真軟件的優(yōu)點與缺點。雖然說我很久以前就學會了Proteus軟件的操作方法，但是將軟件仿真和電路實際制作結合在一起，還是第一次。電路仿真

26、軟件有很多優(yōu)點，比如可以在不需要搭建實際電路的情況下驗證電路是否可行，以及測量出一些電路參數(shù)，及快速又節(jié)約成本。但是，電路仿真軟件的運行結果并不能代表這個電路實際運行的結果，也就是說，軟件的仿真是不能代替實際上的電路實驗的，原因有很多，比如仿真軟件中的元器件模型與實物器件存在誤差，或者是軟件bug等原因，都會讓軟件的仿真結果實際試驗的結果產生誤差。在本次實驗中，我采用Proteus 7.8漢化版制作了電路模型，并得出了一些電阻的大概取值

27、范圍，在實際制作時節(jié)約了不少調試的時間，提高了實驗的效率。</p><p><b>　　相關圖片：</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 張輝，王魯云。模擬電路分析與設計。大連：大連理工大學出版社，2010</p><p>　　[2] 王魯云，張輝。模擬電