低頻電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告----兩級(jí)晶體管放大電路和二階低通濾波器

1、<p><b>　　報(bào)告題目</b></p><p>　　兩級(jí)晶體管放大電路和二階低通濾波器</p><p><b>　　題目的要求和意義</b></p><p>　　兩級(jí)晶體管放大電路要求：設(shè)計(jì)兩級(jí)晶體管放大電路，輸入信號(hào)幅度 ≥20mv, 頻率為1KHz，電源電壓+5V，要求完成下面的技術(shù)指標(biāo)：a. 電壓增益

2、Au ≥50b. 輸入電阻Ri ≥2KΩc. 輸出電阻Ro ≤50Ω，并改變輸入信號(hào)的頻率（10KHz和100Hz），記錄電壓增益的變化，探究改變什么元件參數(shù)達(dá)到上述指標(biāo)。</p><p>　　二階低通濾波器要求：設(shè)計(jì)二階低通濾波器，電源電壓±5V，要求完成下面的技術(shù)指標(biāo)：a. 濾波器的截止頻率fH ≤100HZ； b. 通帶電壓增益Au ≥ 1　；</p><p

3、>　　以及把電源改為單電源+5V供電，并完成上述指標(biāo)。</p><p>　　本課程的意義在于培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)需要選學(xué)參考書，查閱手冊(cè)，圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，通過獨(dú)立思考﹑深入鉆研有關(guān)問題，學(xué)會(huì)自己分析解決問題的方法。利用所學(xué)過的知識(shí)，通過設(shè)計(jì)計(jì)算﹑元件選取﹑電路板制作調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握工程設(shè)計(jì)的技能。掌握常用儀表的正確使用方法，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和整機(jī)指標(biāo)測(cè)試方法，使學(xué)生鞏固和加深對(duì)模擬電路的理論知識(shí)

4、，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。了解與課程有關(guān)的電子電路以及元器件工程技術(shù)規(guī)范，能按課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的技術(shù)要求，編寫設(shè)計(jì)說明，能正確反映設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成果，能正確繪制電路圖。培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和科學(xué)態(tài)度，使學(xué)生逐步建立正確的生產(chǎn)觀點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)。</p><p><b>　　方案的論證和設(shè)計(jì)</b></p><p>　　晶體管放大電路中，有共發(fā)射極放大電路、共集電極放大電路和

5、共基極放大電路。共發(fā)射極放大電路，叫交流信號(hào)由基極輸入，輸出電壓取自集電極；共集電極放大電路，交流信號(hào)也是由基極輸入，輸出電壓取自集電極。而共發(fā)射極放大電路一般作為多級(jí)放大電路的中間級(jí)，提供較大的電壓放大倍數(shù)；而共集電極可以作為多級(jí)放大電路的輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)，主要作為阻抗匹配。</p><p>　　由兩種電路的特性可知共集電極放大電路輸入電阻大，輸出電阻小是理想的輸入輸出級(jí)，但其放大能力較弱，若兩級(jí)共集電極

6、放大電路，放大倍數(shù)不符合要求。所以設(shè)計(jì)下面2個(gè)方案。</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)有兩個(gè)方案：</p><p>　　（1）第一級(jí)用共射極放大電路，第二級(jí)用共集電極放大電路。</p><p>　?。?）兩級(jí)都使用共集電極放大電路。</p><p>　　由兩種電路的特性可知共集電極放大電路輸入電阻大，輸出電阻小是理想的輸入輸出級(jí)，但其放大能力較

7、弱，若兩級(jí)共集電極放大電路，放大倍數(shù)不符合要求。</p><p>　　而共射極放大電路對(duì)輸入信號(hào)的放大能力較強(qiáng)，當(dāng)選取共射極放大電路為第一級(jí)，共集電極放大電路為第二級(jí)。對(duì)于電路整體來說，電路的輸入電阻：</p><p>　　....................①</p><p>　　可知共發(fā)射極放大電路的輸入電阻主要受影響。當(dāng)輸入電阻數(shù)量級(jí)為時(shí)，滿足課題要求。&

8、lt;/p><p><b>　　第二級(jí)為共射極時(shí)：</b></p><p>　　............................②</p><p>　　輸出電阻較大，因此不符合課程要求。</p><p>　　放大電路的輸出電阻：</p><p>　　···

9、3;·························②</p><p>　　輸出電阻也足夠小,符合課程要求。</p><p>　　放大倍數(shù)亦

10、符合要求,當(dāng)選取方案(1)第一級(jí)用共射極放大電路，第二級(jí)用共集電極放大電路,較為合理</p><p>　　二階低通濾波器指低頻信號(hào)能順利通過而高頻信號(hào)不能通過的濾波器。最簡(jiǎn)單的低通濾波器是由RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的無源低通濾波器。只要將低通網(wǎng)絡(luò)后接集成運(yùn)放，就可構(gòu)成有源低通濾波器。濾波器分為無源濾波器與有源濾波器兩種：無源濾波器:由電感L、電容C及電阻R等無源元件組成；有源濾波器:一般由集成運(yùn)放與RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它具有體積小

11、、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，由于集成運(yùn)放的增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗很低，故有源濾波器還兼有放大與緩沖作用。利用有源濾波器可以突出有用頻率的信號(hào)，衰減無用頻率的信號(hào)，抑制干擾和噪聲，以達(dá)到提高信噪比或選頻的目的，因而有源濾波器被廣泛應(yīng)用于通信、測(cè)量及控制技術(shù)中的小信號(hào)處理。</p><p><b>　　方案：</b></p><p>　?、牛河肔M324構(gòu)成二階壓控電

12、壓源低通濾波器。</p><p>　　⑵：用RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成無源低通濾波器。</p><p><b>　　方案論證：</b></p><p>　　圖一中，由RC元件與運(yùn)算放大器組成的濾波器稱為RC有源濾波器，其功能是讓一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過，抑制或急劇衰減此頻率范圍以外的信號(hào)?？捎迷谛畔⑻幚?、數(shù)據(jù)傳輸、抑制干擾等方面，但因受運(yùn)算放大器頻帶限制，這

13、類濾波器主要用于低頻范圍。由于它由兩級(jí)RC濾波環(huán)節(jié)與同相比例運(yùn)算電路組成，其中第一級(jí)電容C接至輸出端，引入適量的正反饋，可以改善幅頻特性。 </p><p>　　明顯的，對(duì)于二階低通濾波器選用方案一：用LM324構(gòu)成二階壓控電壓源低通濾波器能更加快的把高頻段的信號(hào)衰減掉。二階有源濾波器是一種信號(hào)檢測(cè)及傳遞系統(tǒng)中常用的基本電路, 也是高階慮波器的基本組成單元。常用二階有源低通濾波器的電路型式有壓控電壓源型、無限增

14、益多路反饋型和雙二次型。我選用的方案是用LM324運(yùn)算放大器構(gòu)成二階壓控電壓源低通濾波器。下圖是二階有源低通濾波基礎(chǔ)電路。</p><p>　　圖1.1：二階有源低通濾波基礎(chǔ)電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要用的新片是LM324N，如下是詳細(xì)介紹:</p><p><b>　　芯片介紹：</b></p><p>　　產(chǎn)

15、品型號(hào)：LM324N1.概述與特點(diǎn)</p><p>　　LM324是由四個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算放大器組成的電路。它設(shè)計(jì)在較寬的電壓范圍內(nèi)單電源工作，但亦可在雙電源條件下工作。本電路在家用電器上和工業(yè)自動(dòng)化及光、機(jī)、電一體化領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。其特點(diǎn)如下：</p><p>　　●具有寬的單電源或雙電源工作電壓范圍；單電源3V~30V，雙電源±1.5V~±15V </p>

16、;<p>　　●內(nèi)含相位校正回路, 外圍元件少</p><p>　　●消耗電流小:Icc=0.6mA (典型值, RL=∞)</p><p>　　●輸入失調(diào)電壓低:±2mV (典型值)  </p><p>　　●電壓輸出范圍寬：0V ~ Vcc—1.5V  </p><p>　　●共模輸入電壓范圍寬

17、：0V ~ Vcc—1.5V </p><p>　　●封裝形式：DIP14 </p><p>　　圖3LM324N實(shí)物圖 </p><p>　　圖2.1 LM324N管腳圖</p><p>　　具體電路的設(shè)計(jì)和參數(shù)的計(jì)算

18、</p><p>　　我設(shè)計(jì)的兩級(jí)晶體管放大電路的具體電路如圖1.2：、</p><p><b>　　圖1.2</b></p><p>　　第一級(jí)為分壓偏置式共發(fā)射極放大電路，由公式：</p><p>　　·········

19、3;····················④</p><p>　　············&#

20、183;················⑤</p><p><b>　　由④、⑤可得</b></p><p>　　········

21、·····················⑥</p><p>　　由微變等效電路圖可得：</p><p>　　······

22、······················⑦</p><p>　　而第二級(jí)為共集電極放大電路也稱電壓跟隨器，其電壓放大倍數(shù)約等于1，所以總的放大倍數(shù)為</p><p>　

23、　······························⑧</p><p>　　兩級(jí)晶體管放大電路中，其輸出電

24、阻是指第二級(jí)的輸出電阻，即共集電極的輸出電阻，即</p><p>　　·····························

25、;⑨</p><p>　　根據(jù)上面給出的公式，嚴(yán)格按照需要設(shè)計(jì)電路的參數(shù)如下：</p><p>　　，，, , , , , ,</p><p>　　然后根據(jù)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，由公式⑦、⑧可計(jì)算出電壓放大倍數(shù)</p><p><b>　　由②可得輸入電阻</b></p><p><b>　　由

26、⑨可得輸出電阻</b></p><p><b>　　而要求是：</b></p><p>　　電壓增益Au ≥50 </p><p>　　b. 輸入電阻Ri ≥2KΩ </p><p>　　c. 輸出電阻Ro ≤50Ω</p><p>　　四、電路性能測(cè)試與結(jié)果分析<

27、/p><p><b>　　圖1.3</b></p><p>　　如圖1.3，為電路仿真得出輸出波形，取某一時(shí)間段內(nèi)輸入輸出波形峰峰值，相除得出放大倍數(shù)為53.46</p><p>　　如表1.1，為實(shí)驗(yàn)室記錄數(shù)據(jù)。由表可知根據(jù)表格發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入頻率在100Hz到100KHz，其輸出的峰峰值大概不變。根據(jù)可計(jì)算出Au=64.3，符合設(shè)計(jì)要求。而頻率小于

28、10Hz和頻率大于1MHz的輸入信號(hào)，其輸出電壓的峰峰值小于很小，這因?yàn)轭l帶受限制了。最后根據(jù)題目的要求</p><p>　　a. 電壓增益Au ≥50b. 輸入電阻Ri ≥2KΩ</p><p>　　c. 輸出電阻Ro ≤50Ω</p><p>　　都符合設(shè)計(jì)出來的參數(shù)設(shè)置。當(dāng)改變輸入信號(hào)的頻率（10KHz和100Hz），電壓增益基本沒有變化。</p&

29、gt;<p>　　對(duì)于二階有源低通濾波器。要求截止頻率；通帶電壓放大倍數(shù)，品質(zhì)因數(shù)Q=0.707。由 0.707可以求得，所以低通濾波器的通帶電壓增 =1.586選擇C=4.7uF,選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻R=1KΩ，=12KΩ，</p><p>　　由此，我設(shè)計(jì)的兩級(jí)晶體管放大電路的具體電路如圖2.2。</p><p><b>　　圖2.2</b></p&g

30、t;<p>　　然后在電腦上仿真，我運(yùn)用的仿真軟件是Multisim 進(jìn)行仿真，先是輸入信號(hào)為頻率在200Hz時(shí)的正弦波信號(hào)。如圖2.3</p><p><b>　　數(shù)據(jù)記錄表如下：</b></p><p><b>　　表2.1</b></p><p>　　明顯的，輸出信號(hào)幅值明顯變小，而在輸入信號(hào)頻率在40

31、Hz時(shí)的正弦信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)的幅值明顯的變大。</p><p>　　根據(jù)表格發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入頻率小于30Hz，其輸出的峰峰值大概不變即是輸出Vp-p的最大值。</p><p>　　··················

32、···········⑩</p><p>　　當(dāng)?shù)扔诠舰鈺r(shí)，此時(shí)的輸入頻率就是其截止頻率。</p><p>　　根據(jù)上面的演算測(cè)得截止頻率符合題目要求的截止頻率，而根據(jù)有，在誤差范圍內(nèi)基本符合要求。</p><p>　　對(duì)于單電源依然按照頻率從小到大進(jìn)行調(diào)

33、整頻率，然后測(cè)量其輸出電壓峰峰值，最后測(cè)量出來的截止頻率，于雙電源時(shí)的截止頻率相差不多。</p><p>　　五、調(diào)試過程遇到的問題與解決的方法</p><p><b>　?。?）輸出失真</b></p><p>　　輸出失真與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)，經(jīng)研究表明：在分壓式偏置放大電路中，靜態(tài)工作點(diǎn)與Rb1與Rb2的比值有關(guān)，適當(dāng)調(diào)整可改善電路。<

34、/p><p><b>　　(2)放大倍數(shù)不足</b></p><p>　　放大倍數(shù)不足是很常見的情況，共集電極電路放大倍數(shù)≤1，不做調(diào)整，共發(fā)射極電路作為主要調(diào)整對(duì)象。經(jīng)研究表明：放大倍數(shù)與Rc，Re1有關(guān)，適當(dāng)上調(diào)Rc，減少Re1會(huì)增加放大倍數(shù)。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><

35、;p>　　課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。</p><p>　　在課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測(cè)調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。</p>&

36、lt;p>　　通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)模擬電子技術(shù)方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過親自動(dòng)手制作，使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。最后感謝xx老師辛勤指導(dǎo)，才能把實(shí)驗(yàn)順利完成。</p><p>　　參考文獻(xiàn)（四號(hào)宋字，粗體）</p><p&

37、gt;　　【1】 李瀚蓀.簡(jiǎn)明電路分析基礎(chǔ).2009,2</p><p>　　【3】 廖惜春.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).2008,1：35~86；168~169</p><p><b>　　說 明</b></p><p>　　一、報(bào)告應(yīng)包括下列主要內(nèi)容：</p><p>　　概述所作題目的要求和意義、本人所做的工作及系

38、統(tǒng)的主要功能；</p><p>　　方案的論證和設(shè)計(jì)（有兩個(gè)以上的方案進(jìn)行分析比較）(重點(diǎn)內(nèi)容)</p><p>　　具體電路的設(shè)計(jì)和參數(shù)的計(jì)算；(重點(diǎn)內(nèi)容)</p><p>　　電路性能測(cè)試與結(jié)果分析(重點(diǎn)內(nèi)容)</p><p>　　調(diào)試過程遇到的問題與解決的方法。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)體會(huì)

39、</b></p><p><b>　　主要參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　二、對(duì)報(bào)告的要求：</b></p><p>　　報(bào)告的字?jǐn)?shù)應(yīng)在3000字左右；</p><p>　　頁面設(shè)置：上下左右頁邊距分別為2.5cm、2.0cm、2.5cm、2.0cm</p>

40、<p>　　正文字體：宋體，小四號(hào)字，行間距18磅</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)要求如下：</b></p><p>　　論文參考文獻(xiàn)類型標(biāo)識(shí)：M-專著（書）； C-論文集； J-期刊文章； D-學(xué)位論文； R-報(bào)告； S-標(biāo)準(zhǔn)； P-專利； 并放在“論文標(biāo)題”與“刊名（書名）”之間。文獻(xiàn)的標(biāo)題，作者（僅需給出3位），年、卷、期、起始頁碼

41、均需給全。參考文獻(xiàn)不少于3篇，并在文中備注清楚．</p><p><b>　　例如：</b></p><p>　　[1] 蔡菲娜,劉勤賢,朱根興等. 數(shù)據(jù)融合方法在單傳感器系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].數(shù)據(jù)采集與處理.2005，3(1)：88~90 </p><p>　　[2] 鄭少仁，王海濤，趙志峰等. Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京:人民郵電出版