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课题：基本放大电路设计与仿真

课题：基本放大电路设计与仿真. 一 . 单管共发射极放大器设计. 1. 电路形式和要求 分压式共发射极电路如图所示。. 分压式共发射极电路. 为维持 U B 基本恒定和发射极电阻（ Re1+Re2 ） 的直流负反馈作用，应满足： I 1 =(5~10)I B ( 硅管） I 1 =(10~20)I B （锗管） U B =(3~5)V ( 硅管） U B =(1~3)V （锗管）. 注意： 1. 电阻 Rb1 、 Rb2 、 Rc 和 Re2 的选择要兼顾对电压放大倍数 Au 、输入电阻 Ri 以及输出电阻 Ro 的设计指标要求；

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课题：基本放大电路设计与仿真

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Presentation Transcript

  1. 课题：基本放大电路设计与仿真

  2. 一.单管共发射极放大器设计 1.电路形式和要求 分压式共发射极电路如图所示。

  3. 分压式共发射极电路

  4. 为维持UB基本恒定和发射极电阻（Re1+Re2） 的直流负反馈作用，应满足： I1 =(5~10)IB (硅管） I1=(10~20)IB（锗管） UB=(3~5)V (硅管） UB=(1~3)V （锗管）

  5. 注意： 1.电阻Rb1、Rb2、Rc和Re2的选择要兼顾对电压放大倍数Au、输入电阻Ri以及输出电阻Ro的设计指标要求； 2.耦合电容C1、C2和旁路电容Ce的取值要满足对下限频率的要求； 3.三极管的选择要满足电路对其Pcm、U(BR)ceo、Icm的要求以及对特征频率的要求。

  6. 2.设计方法 如图所示是利用EWB进行电路元件参数设计的分压式发射极放大电路连接图，它满足电压放大倍数Au≥30，输入电阻Ri≥5k欧的设计要求

  7. EWB仿真电路

  8. 实现过程为 （1）按上图所示画出电路，接入仪器、仪表；依照对电流和电压的要求大致给出元件参数，然后根据电压表、电流表的指示对静态工作点进行调试，使之满足前述对 I1、IB和UB的要求。

  9. (2)再根据示波器对输入、输出电压幅度的指示，求出电路的放大倍数Au，如Au小于要求值，则调节Rel的大小，使之达到指标。下图是用鼠标点击上图中示波器图标后弹出示波器面板。

  10. 示波器显示输入输出信号

  11. （3）按Ri=RsUi/Us-Ui计算输入电阻。如果输入电阻小于要求指标，则需要重新调节Rb1、Rb2和Rel。当然，提高 的最有效办法是增大Re1，但必定减小Au，所以上述的步骤需要反复进行，才能兼顾各项指标要求。

  12. （4）如果对放大器有频带要求，则降低下限截至频率 需适当增大耦合电容 及旁路电容Ce来实现，上限截至频率fH主要由三极管的极间电容值确定。

  13. 波特图仪是一种相当于扫频仪的虚拟仪器，利用它估计放大电路的fL、fH远比用示波器测量方法快捷。只需按图（a）所示的方法，将读数指针拖到通频带，从相应的窗口中读出增益的分贝值，然后将读数指针拖到低频段比通带增益低3dB处，其对应的频率即为下限截至频率fL，如图（b）所示。用同样的方法，在高频段可求得上限截至频率fH，如图（c）所示。波特图仪是一种相当于扫频仪的虚拟仪器，利用它估计放大电路的fL、fH远比用示波器测量方法快捷。只需按图（a）所示的方法，将读数指针拖到通频带，从相应的窗口中读出增益的分贝值，然后将读数指针拖到低频段比通带增益低3dB处，其对应的频率即为下限截至频率fL，如图（b）所示。用同样的方法，在高频段可求得上限截至频率fH，如图（c）所示。

  14. 图a 图b

  15. 图c

  16. 二.运算放大器构成的放大电路 运算放大器（运放）构成的放大电路的设计远比分立元件简单，因为无论是反相、同相还是差分放大器，放大倍数主要由外接电阻值确定。但是，在选择运放和元件参数时，必须考虑以下问题，否则调试时会出现电压达不到预期结果的现象。

  17. 1.放大器增益和频带宽度的乘积应小于运放的增益带宽积 1.放大器增益和频带宽度的乘积应小于运放的增益带宽积 运放的增益带宽积为常数，即： Au0BW=AufBWf=BWG。 Au0BW为开环增益带宽积，AufBWf为闭环增益带宽积，BWG是当增益为1时的带宽，即单位增益带宽积。

  18. 2.大信号工作条件下，要保证运放的转换速率满足2.大信号工作条件下，要保证运放的转换速率满足 SR>2πfmax×Uomax 其中,fmax为输入信号的最高工作频率, Uomax为最大输出电压幅值。如不满足上述要求，则会出现相位失真和输出幅度不足问题。

  19. 实例 设计一个反相放大器，要求Auf= -20，Rif>10千欧，BWf>20KHz，最大输入电压幅值为0.1V，电源电压为±12V。

  20. 设计过程 （1）选择集成运算放大器 因为对放大器没有特殊要求，可以选择通用型集成运放CF741（uA741），其开环差模增益为100dB，单位增益带宽积为1MHz，转换速率为0.5V/us。 有uA741的增益带宽积可以计算出放大器的带宽=1MHz/Auf=50KHz>20KHz

  21. 最大输出电压幅值为 Uomax=0.1V×20=2V 2πfmax×Uomax=2π×20KHz×2V=0.25V/us<0.5V/us 可见所选择的运放满足频率和转换速率的要求。

  22. （2）选择反馈电阻Rf和电阻R1 反馈电阻Rf一般在几千欧到1兆欧的范围内选取，因为电阻过小可能使运放负载过重，电阻过大将造成稳定性差和噪声大。根据对输入电阻的要求，Rif>10千欧，故可取Rif=R1=15千欧，于是Rf=20R1=300千欧。

  23. （3）选择平衡电阻Rp 可以用一只20千欧的电位器，在输入端接地情况下，调节阻值，使输出电压为零，从而实现平衡。Rp也可以用15千欧电阻和300千欧并联实现。

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