三极管放大电路

三极管放大电路（共11篇）

三极管放大电路 篇1

三极管放大电路 1、问题简述：

要求设计一放大电路，电路部分参数及要求如下：

（1）

信号源电压幅值：

0.5V ；（2）

信号源内阻：

50kohm ；（3）

电路总增益：倍；（4）

总功耗：小于 30mW ；（5）

增益不平坦度：~ 200kHz 范围内小于 0.1dB。、问题分析：

通过分析得出放大电路可以采用三极管放大电路。

2.1 对三种放大电路的分析（1）共射级电路要求高负载，同时具有大增益特性；（2）共集电极电路具有负载能力较强的特性，但增益特性不好，小于 1 ；（3）共基极电路增益特性比较好，但与共射级电路一样带负载能力不强。

综上所述，对于次放大电路来说单采用一个三极管是行不通的，因为它要求此放大电路 具有比较好的增益特性以及有较强的带负载能力。

2.2 放大电路的设计思路 在此放大电路中采用两级放大的思路。

先采用共射级电路对信号进行放大，使之达到放大两倍的要求；再采用共集电极电路 提高电路的负载能力。、实验目的（1）进一步理解三极管的放大特性；（2）掌握三极管放大电路的设计；（3）掌握三种三极管放大电路的特性；（4）掌握三极管放大电路波形的调试；（5）提高遇到问题时解决问题的能力。、问题解决 测量调试过程中的电路：

增益调试：

首先测量各点（电源、基极、输出端）的波形：

结果如下:

绿色的线代表电压变化，红色代表电源。

调节电阻 R2、R3、R5 使得电压的最大值大于电源 电压的 2/3。

V A =R2 〃 R3 〃

(1+ 3)R5 / [R2//R3//(1+ 3)R5+R1]，其中由于 R1 较大因此 R2、R3 也相对 较大。

第一级放大输出处的波形调试(采用共射级放大电路)：

结果为：

红色的电压最大值与绿色电压最大值之比即为放大倍数。

则需要适当增大 R2，减小 R3 的阻值。

总输出的调试：

如果放大倍数不合适，则调节 R4 与 R5 的阻值。即当放大倍数不足时，应增大 R4，减小 R5。

如果失真则需要调节 R6，或者适当增大电源的电压值，必要时可以返回 C 极，调节 C 极的 输出。

功率的调试：

由于大功率电路耗电现象非常严重，因此我们在设计电路时，应在满足要求的情况下尽可能 的减小电路的总功耗。减小总功耗的方法有：)尽可能减小输入直流电压； 2)尽可能减小 R2、R3 的阻值； 3)尽可能增大 R6 的阻值。

电路输入输出增益、相位的调试：

由于在放大电路分别采用了共射极和共集电极电路，因此输出信号和输入信号相位相差 180 度。体现在波形上是，当输入交流信号电压达到最大值是，输出信号到达最小值。

由于工作频率为 1kHz，当采用专门的增益、相位仪器测量时需要保证工作频率附近出的增 益、相位特性比较平稳，尤其相位应为± 180 度附近。一般情况下，为了达到这一目的，通 常采用的方法为适当增大 C6(下图为 C1)的电容。

最终调试电路：

电路图:

根据此图可以分析出该电路功耗还是有点大。・s£ Cl —-1卜 *5.■W XfiNL + ¥-4l-!t+n 15^ F4H XKPl 十 IN _

pir 测量结果如下:(1)功耗图：

WaftTneter XWMT X 272239 mWPowtr 134 QI EJT 3?K 和 TW BIT KTH XSC

(2)输入输出波形图:

由此图可以分析出：输入输出的波形图相同，B 通道的电压值是 A 通道的电压值的二倍, 因此电压增益为二倍，即电路达到了放大二倍的效果。

(3)相位图:

TT1 1-18D E3eg 2D kHz Bode PLotter-XBPI c-18D E3eg 2D kHz Bode PLotter-XBPI Ciut In i-

由以上两个图可分析出相位的变化范围：

20Hz~20KHz ,-179.796Deg ~ 180Deg;(4)幅频特性图: Bode Platte r-XPPl

2D H E

Mtode h/bg nitude Phase Refers 亡 | 話耳皀

| Sei...Hk))rizarrii.al ^rtical fubd& i 油卯 fltud 电 P 佔瓢 +1 2DkHi

■

kHz

Ccrrtmls io-

dB-lb dB

Lug Iri |ZD kHi [2D-

Controls Reverse Horizontal I-10

%fart»il F 10 Ourt 一

由以上两个图可以分析出：幅度变化 20Hz~20KHz，6.686dB。

实验感受：

通过本次实验我获得了很大的收获，将我们上学期所学的模电理论知识进行了实践仿 真，让我们真是感受到了三极管的放大作用，以及参数对放大效果的影响，了解各个器件起 的作用，在老师的指导下，让我们将所学的理论知识融会贯通，而且对放大电路的要求也有 了一定的了解，从开始无从下手到最后仿真应用自如，一步一步改进，在理论和实践上双丰 收！

希望在下次实验中有更好的变现！

三极管放大电路 篇2

三极管是电流放大器件, 有三个极, 分别叫做集电极C, 基极B, 发射极E。分成NPN和PNP两种。以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明三极管放大电路的基本原理 (图1) 。

2 研究目的

本次实训为三极管放大电路的研究, 首先利用EWB仿真软件绘制出电路原理图, 通过调整参数进行仿真;再利用星科X K-MSDZ1型电子工艺实训装置进行实训;最后将实训的结果和仿真结果作比较分析并总结。让学生深入了解放大电路的工作过程, 理解放大电路静态工作点的调试及元件参数对放大电路的影响。

3 研究目标

基础知识目标: (1) EWB仿真软件的应用; (2) 三极管放大电路的组成以及每个组成部分的作用; (3) 静态工作点对放大电路的影响; (4) 电压放大倍数的估算和测量。

专业能力目标: (1) 利用EWB软件作放大电路仿真, 调整元件参数, 调试输出波形; (2) 星科XK-MSDZ1型电子工艺实训装置的使用; (3) 掌握信号发生器、晶体管毫伏表 (或数字万用表) 和示波器的正确使用; (4) 放大电路的连接、调试; (5) 实训结果的记录、比较、分析、总结。

职业素养目标: (1) 培养学生的时间观念和规范意识; (2) 树立正确的学习心态; (3) 具备发现问题、解决问题和举一反三的能力; (4) 合理分工、团结协作。

4 任务分析

总任务:三极管放大电路的研究。

将总任务分解为几个子任务, 交由任务小组的不同组员完成。

子任务一:利用EWB软件进行放大电路仿真:学生能熟练掌握EWB软件的绘图方法;掌握分压式偏置电路的组成及元件参数对电路的影响。在完成该子任务的过程中, 需要学生根据已有的知识调整元件参数, 并用EWB带的示波器观察输出波形, 使其不失真。

子任务二:在实验台搭建分压式偏置电路:学生要熟悉星科XK-MSDZ1型电子工艺实训装置的使用;掌握信号发生器、晶体管毫伏表 (或数字万用表) 和示波器的正确使用。在完成该子任务的过程中, 需要学生通过训练, 正确、美观的完成电路的搭建。

子任务三:对实验电路进行调试、测量并作记录:学生要熟悉分压式偏置电路的工作原理;了解静态工作点对电路的影响;会估算和测量电压放大倍数。在完成该子任务的过程中, 需要学生具备观察、分析、解决问题的综合能力。

5 附图

5.1 分压式共发射极单管放大电路原理图 (如图2)

5.2 分压式共发射极单管放大电路EWB环境下仿真图 (如图3)

6 工作评价

(1) 注重过程考核, 关注业务操作、实训报告、汇报交流等环节的评价; (2) 注重学生的工作态度, 合作精神, 职业素养等; (3) 提高学生创新能力的考核权重, 重视学生在任务作业中的想象力、创造力; (4) 评价方式采用学生自评、互评与教师评价相结合, 提高学生的参与性与积极性。

摘要：本文通过"模拟电子技术实验"中一个典型的三极管放大电路, 测量了电路参数。笔者从实验的角度探讨了将三极管发射极与集电极反接时电路的状态, 并从三极管的内部结构入手, 从理论角度分析了实验结果。通过这个实例的实践与分析讨论, 我们可以更加深入理解三极管的工作原理, 掌握三极管在实际电路中的使用方法。

对三极管基本放大电路原理的分析 篇3

如图1所示，三极管共射基本放大电路的工作原理是：电路利用三极管的电流放大作用，把电流放大转换成电压放大，即对交流信号电压起放大与倒相的作用。它是三极管构成模拟电路的一个典型应用，是电子技术基础的重点和难点内容之一。理解并掌握这一原理，是学习和运用晶体管电路及电子技术的入门。

二、电路工作原理分析

当ui=0（静态）时，电容C1被充电到UC1=UBE，电容C2被充电到UC2=UCE。输入信号ui后，设ui=uimSinωt为一正弦量，则输入电压uBE=UBE+ui，基极电流iB=IB+ib。由于三极管的电流放大作用，集电极电流iC=βiB=β（IB+ib）=IC+ic（β为三极管的电流放大系数，β≥1）。因ic流过集电极电阻RC，在RC上要产生电压降，故在三极管的输出端即管子集—射极间将产生放大了的信号电压uCE=UCE+uce。uBE、iB、iC、uCE，它们都是在直流分量的基础上叠加以交流分量，如图2（a）～（d）所示，这就是三极管共射放大电路电压放大的基本工作过程。然而，要考虑该电路放大电压信号的输出，则要分输出端是“空载”还是“负载”两种情况来讨论。

1.输出端不接负载电阻RL，即电路“空载”输出时的工作情况

此时，图1中RL=∞，io=0，uo=0，且iC=iRC，则电路输出即管子集—射极间电压为：

uCE=UCC—iRCRC=UCC—iCRC=UCC—（IC+ic）RC=UCC—ICRC—icRC=UCE—icRC=UCE+uce

它表明uCE由直流分量与交流分量uce=—icRC两部分组成，在这里交流分量。在这种情况下，如图3所示，由于输出端未接入负载电阻RL，输出电压uce既加于三极管的集、射极间，同时也加在集电极电阻RC两端。

RC一方面形成集电极的直流通路，使直流电源电压通过RC加到集电结上；另一方面，它又是负载电阻，把被三极管放大了的集电极电流转化为输出电压u0=uce，使放大器具有电压（功率）放大的功能。从集电极电阻RC所承受的交流输出电压表达式可知uce=—icRC=—βibRC，与输入信号电压ui=ibrbe（rbe为小信号放大情况下三极管的等效输入电阻，通常rbe≤RC）相比，输出电压uce幅度被放大了。

Av=■=■=■=

—β■，∵Av≥1∴UO=Uce≥Ui），

但二者的相位相反，这是因为输入信号ui正半周，uBE↑→IB↑→IC↑→uCE↓，可见，输出与输入相位相反，在输入信号ui负半周亦然。如果在输出端即在电容C2与地间接入负载电阻RL，此时输出电压的直流分量UCE将被电容C2隔断，而交流分量uCE可通过电容C2传送给负载，对这种情况下电路的讨论分析将如下所述。

2.输出端接入负载电阻RL，即电路“带载”输出时的工作情况

如图4所示，由于电路的交流通路多了一条交流负载支路，输出总电流即流过管子集电极的电流iC为两条支路电流的合成，即iC=iRC+iO ，其中直流负载RC支路电流iRC=IC+■RC，由直流分量IC与交流分量■RC两部分所组成，iO为交流负载RL支路电流。于是，有电路输出电压即管子集—射极间电压为：

uCE=UCC—iRCRC=UCC—（IC+■RC）RC=UCE—■RCRC=UCE+uce，

这里uce=—■RCRC。因为iC=IC+■RC+iO=IC+iC，其中iC=■RC+iO为对应于交流等效负载电阻（即RC与RL二者的并联）RL'所通过的电流，则又有uCE=UCE+uce=UCE—iORL=UCE—iCRL'=UCE—（iC—IC）RL'=UCE+ICRL'—iCRL'令UCC'=UCE+ICRL'，称之为接入负载电阻RL情况下电路的等效直流电源电压，则管子集—射极间输出电压表达式可写为uCE=UCC'—iCRL'，此时电路“带载”的电压放大倍数为：

Av'=■=■=■=—β■，∵RL'（=RL∥RC）

即“带载”输出电压放大倍数小于“空载”输出电压放大倍数。根据式uCE=UCC'—iCRL'，可在三极管输出特性曲线上作出其所表示的直线，称之为电路的交流负载线。

如图5所示，图中的直流负载线是指电路静态情况下输出回路的电压电流关系式uCE=UCC—ICRC所对应的直线。交流负载线能直观地分析电路的工作情况，包括求各直流量（静态工作点Q）、放大倍数、分析电路中信号的传输及失真情况等的依据，这种通过作交、直流负载线研究分析电路的方法称之为电路的图解分析法。

三、现行教材欠妥之处与改正建议

笔者发现，一些现行教材在阐述三极管共射放大电路的工作原理，对其“带载”与“空载”两种情况进行分析时却不够缜密，出现了将二者混淆的欠妥之处。之所以出现上述问题，其根本原因就在于忽略了电路在“动态”工作情况下交流负载支路中电流的存在。笔者认为，对三极管共射基本放大电路工作原理的分析，若对于中等职教，考虑到教材一般到本节时尚未引入交流通路概念，加之学习者的学习基础和认识能力有限，为简易起见，一种是以电路的“空载”输出情况作分析，另一种是仍可采用原图、式（即“带载”的电路图、“空载”电路的输出电压的表达式），但必须说明：该式所对应的仅是电路的“空载”情况，即假设负载电阻未接入，然后可补充说明：在电路接入负载电阻的情况下，输出信号电压的交流分量可通过电容分离出来，传送到输出端，使负载上得到输出电压，或在等效负载电阻上得到输出电压；若对于高职高专等教育层次，不妨针对电路“带载”输出情况加以分析。由上述可知，“带载”分析不仅电路物理概念全面清晰，而且导出输出电压表达式（该式与作直流负载线所依据的表达式具有相同的形式）为图解分析作输出回路的交流负载线打下了基础，这对于促进学生发散思维，提高其分析认识电路与解决实际问题的能力都具有重要的意义。

差动放大电路实验报告 篇4

1.实验目的（1）

进一步熟悉差动放大器的工作原理；

（2）

掌握测量差动放大器的方法。

2.实验仪器

双踪示波器、信号发生器、数字多用表、交流毫伏表。

3.预习内容

（1）

差动放大器的工作原理性能。

（2）

根据图3.1画出单端输入、双端输出的差动放大器电路图。

4.实验内容

实验电路如图3.1。它是具有恒流源的差动放大电路。在输入端，幅值大小相等，相位相反的信号称为差模信号；幅值大小相等，相位相同的干扰称为共模干扰。差动放大器由两个对称的基本共射放大电路组成，发射极负载是一晶体管恒流源。若电路完全对称，对于差模信号，若Q1的集电极电流增加，则Q2的集电极电流一定减少，增加与减少之和为零，Q3

和Re3等效于短路，Q1,Q2的发射极等效于无负载，差模信号被放大。对于共模信号，若Q1的集电极电流增加，则Q2的集电极电流一定增加，两者增加的量相等，Q1、Q2的发射极等效于分别接了两倍的恒流源等效电阻，强发射极负反馈使共射放大器对共模干扰起强衰减作用，共模信号被衰减。从而使差动放大器有较强的抑制共模干扰的能力。调零电位器Rp用来调节T1,T2管的静态工作点，希望输入信号Vi=0时使双端输出电压Vo=0.差动放大器常被用作前置放大器。前置放大器的信号源往往是高内阻电压源，这就要求前置放大器有高输入电阻，这样才能接受到信号。有的共模干扰也是高内阻电压源，例如在使用50Hz工频电源的地方，50Hz工频干扰源就是高内阻电压源。若放大器的输入电阻很高，放大器在接受信号的同时，也收到了共模干扰。于是人们希望只放大差模信号，不放大共模信号的放大器，这就是差动放大器。运算放大器的输入级大都为差动放大器，输入电阻都很大，例如LF353的输入电阻约为1012Ω量级，0P07的输入电阻约为107Ω量级。

本实验电路在两个输入端分别接了510Ω电阻，使差动放大器的输入电阻下降至略小于这一数值，这是很小的输入电阻。其原因是，本实验电路用分列元件组成，电路中对称元件的数值并不是完全相等；其集电极为电阻负载，而不是恒流源负载；其发射极为恒流源负载，而不是镜像电流源负载，所以本实验电路的共模抑制比并不高。若本实验电路在输入端不接510Ω电阻，其输入电阻将较大，而共模抑制比不够高，实验环境中存在的高内阻共模干扰将进入输入端，那么输出端的共模干扰将较大，以致使验证差动放大器特性的实验难以进行。由于实验中所用信号源都为低输出电阻信号源，所以输入端接上510电阻后几乎不影响实验电炉接受来自信号源的信号，而高内阻共模干扰因实验电路输入电阻大大下降而基本上被拒之输入端外，从而使得输出端的共模干扰很小，实验得以顺利进行。输入端接510Ω电阻并不改变差动放大器的共模抑制比。

由此可见，在可以降低差动放大器输入电阻时，降低差动放大器输入电阻，可提高差动放大器的抗高内阻共模干扰的能力。

实验这弱的到教师的同意，可去掉实验电炉中的两个510欧电阻，再做实验就会发现，实验电路输出端的共模干扰明显增加。

（1）

静态工作点的调整与测量

将两个输入端Vi1、Vi2接地，调整电位器Rp使VC1=VC2，测量并填写下表。由于元件参数的离散，有的实验电路可能只能调到大致相等。静态调整的越对称，该差动放大器的共模抑制比就越高。

测量中应注意两点，一是所有的电压值都是对“地”测量值。二是应使测量的值有三位以上的有效数字。

静态工作点调整

对地电压

VB1

VB2

VB3

VC1

VC2

VC3

VE1

VE2

VE3

测量值（V）

0

0

-7.9012

6.4711

6.4501

-0.7817

-0.63985

-0.64013

-8.5650

由以上数据可得交流放大倍数为：

（2）

测量双端输入差模电压放大倍数

在实验箱上调整DC信号源，使得OUT1大约为0.1V，OUT2大约为-0.1V，然后分别接至Vi1、Vi2，再调整，使得OUT1为0.1V，OUT2为-0.1V，测量，计算并填写下表。

双端输入差模电压放大倍数

测量值（V）

计算值

VC1

VC2

VO

AD1

AD2

AD

3.1555

9.7610

-6.6055

-16.58

-16.55

-33.0

仿真测量值（V）

仿真计算值

2.304

10.367

-8.063

-20.84

-19.58

-40.31

这样做的原因是，实验电路的输入端对地有510欧的电阻，实验箱上的可变直流电压源是用1kΩ的可变电阻对5V、0.5V直流电压分压实现的，即直流电压信号源内阻于实验电路输入电阻大小可比。直流电压信号源接负载使得电压将明显小于未接负载时的电压，所以必须将直流电压信号源于实验电炉连接后，再把输入电压调到所需要的电压值。

这里，双端输入差模电压单端输出的差模放大倍数应用下式计算：

差模放大倍数实验值与仿真值误差为：

差模放大倍数的理论值可由以下公式计算：，其中

（3）

测量双端输入共模抑制比CMRR

将两个输入端接在一起，然后依次与OUT1、OUT2相连，记共模输入为ViC。测量、计算并填写下表。若电路完全对称，则VC1-VC2=Vo=0，实验电路一般并不完全对称，若测量值有四位有效数字，则Vo不应等于0.这里双端输入共模电压单端输出的共模放大倍数应用下式计算：

建议CMRR用dB表示

测量双端输入共模抑制比CMRR

输入（V）

测量值（V）

计算值

VC1

VC2

VO

AC1

AC2

AC

CMRR

+0.1001

6.4743

6.4469

0.0247

0.032

-0.032

0.247

42.52

输入+0.1仿真

6.327

6.327

0

0.02

-0.02

0

无穷

-0.1003

6.4917

6.4328

0.0589

0.206

-0.383

0.589

34.96

输入—0.1仿真

6.329

6.329

0

0.04

-0.04

0

无穷

由于理想状态下（正如仿真所得），所以共模放大倍数理论值为0，因此共模抑制比CMRR理论值为无穷。

事实上，电路不可能完全对称，因此，共模输入时放大器的∆V

不等于0，因而

AC也不等0，只不过共模放大倍数很小而已。共模输入时，两管电流同时增大或减小，Re3上的电压降也随之增大或减小，Re3起着负反馈作用。

由此可见，Re3

对共模信号起抑制作用；Re3

越大，抑制作用越强。晶体管因温度、电源电压等变化所引起的工作点变化，在差动放大器中相当于共模信号，因此，差动放大器大大抑制了温度、电源电压等变化对工作点的影响。

（4）

测量单端输入差模电压放大倍数

将Vi2接地，Vi1分别于OUT1、OUT2相连，然后再接入f=1KHz，有效值为50mV的正弦信号，测量计算并填写下表。若输入正弦信号，在输出端VC1、VC2的相位相反，所以双端输出Vo的模是它们两个模的和，而不是差。

单端输入差模电压放大倍数

输入

测量值（V）

单端输入放大倍数AD

VC1

VC2

VO

直流+0.1V

4.8068

8.1128

-3.306

-33.06

直流-0.1V

8.1683

4.7584

3.4099

-34.10

正弦信号

0.768

0.774

1.542

30.84

仿真如下：

输入

测量值（V）

单端输入放大倍数AD

VC1

VC2

VO

直流+0.1V

4.225

8.434

-4.209

-42.09

直流-0.1V

8.436

4.224

4.212

-42.12

正弦信号

1.06

1.06

2.12

42.4

实验值与仿真值的误差为：

单端输入的差模放大倍数理论上应该与双端输入的相近，因此其理论值也是-105.4

5.思考题

（1）

实验箱上的双端输入差动放大器的共模抑制比不算高，若要进一步提高共模抑制比，可采取哪些办法？

1）

提高差动放大器的输入阻抗或提高闭环增益。

2）

可以用一个晶体管恒

流源取代

Re3。因为工作于线形放大区的晶体管的Ic

基本上不随

Vce

变化（恒流特性），所以交流

电阻=△Vce

/△Ic

很大，大大提高了共模抑制比。

（2）

图3.1中的电阻Rb1、Rb2在电路中起到什么作用，若去除上述两个电阻，按实验（3）步骤和方法再测CMRR，两次测量的结果是否会有较大差别？为什么？

在两个输入端分别接了510Ω电阻，使差动放大器的输入电阻下降至略小于510Ω，这是很小的输入电阻。其原因是，本实验电路用分列元件组成，电路中对称元件的数值并不完全相等；其集电极为电阻负载，而不是恒流源负载；其发射极为恒流源负载，而不是镜像电流源负载，所以本实验电路的共模抑制比并不高。若本实验电路在输入端不接510Ω电阻，其输入电阻将较大，而共模抑制比不够高，实验环境中存在的高内阻共模干扰将进入输入端，那么输出端的共模干扰将较大，以致使验证差动放大器特性的实验难以进行。由于实验中所用信号源都为低输出电阻信号源，所以输入端接上510Ω电阻后几乎不影响实验电路接收来自信号源的信号，而高内阻共模干扰因实验电路输入电阻大大下降而基本上被拒之输入端外，从而使得输出端的共模干扰很小，实验得以顺利进行。输入端接510Ω电阻并不该变差动放大器的共模抑制比。

去掉实验电路中的两个510Ω电阻，再做实验就会发现，实验电路输出端的共模干扰明显增加。

（3）

归纳差动放大器的特点与性能，并于共射放大器比较。

三极管放大电路 篇5

本科毕业论文(设计)

基于

multisim的谐振放大电路

学生姓名：郝红日 所属院部：物理与电子信息

专 业：电子信息 指导教师：曹树伟

****年**月**日

基于multisim的谐振放大电路

郝红日

赤峰学院物理学院 赤峰 024000 摘要

论文主要介绍了EDA 软件Multisim的功能和特点,并利用其先进的高频仿功能对丙类谐振功率放大器进行了仿真研究,给出了其各种外部特性仿真分析结果,实现了其功能验证.该实例充分表明,Multisim可为高频电子电路的分析、设计和优化提供一个快捷、高效的新途径仿真结果直观、精确，很好地验证了理论。该软件有强大的仿真和分析功能，在实现高频电路分析和设计方面不仅高效、可靠，而且具有逼近真实电路的效果。

关键词 Multisim；仿真分析；谐振放大电路

一引言

Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

二谐振放大电路原理

谐振电路原理图中的LC并联谐振回路用电阻Rc代替，就是典型的共发射极电路。它的电压放大倍数是Au=βRc/rbe(这里是其绝对值，没有考虑相位问题)。由于Rc对所有的频率分量都呈现出相同的阻值(阻抗)，故这个电路没有频率选择作用(即在很宽的频率范围内，其放大倍数是一样的)。若Rc用LC并联谐振回路代替，由于谐振阻抗的频率特性，使得在谐振频率点及左右极小的频率范围内呈现出很高的阻抗，使电路的电压放大倍数很高，而离开谐振点的其他频率范围都呈现出极低的阻抗(理想状态下可以看做为零)，使电压放大倍数接近于零，于是这个放大器就有了对某一频率有选择性的放大特性，称为谐振放大器。

三相关计算 1中心平率

回路的谐振频率表达式

f012lc

L为调谐回路电感线圈的电感量 2通频带

C

为调谐回路的总电容

由于谐振回路的选作用，当工作频率偏离谐振频率时放大器的电压放大倍数下降，习惯，频上称电压放大倍数av下降到谐振电压放大倍数Avo的 0.707 倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带带宽BW，表达式为

BW2f0.7f0q

lq为谐振回l的有载品质因数

路

由于回路失调后电压放大倍数下降所以得

bwfhfl2f0.7

3阻抗

zrjx

四Multisim的特点

直观的图形界面：整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。

(2)丰富的元器件库：Multisim大大扩充了EWB的元器件库，包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字IC、DAC、ADC及其他各种部件，且用户可通过元件编辑器自行创建或修改所需元件模型，还可通过liT获得元件模型的扩充和更新服务。(3)丰富的测试仪器：除EWB具备的数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪外，Multisim 新增了瓦特表、失真分析仪、频谱分析仪和网络分析仪。尤其与EWB不同的是：所有仪器均可多台同时调用。4)完备的分析手段：除了EWB提供的直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点一零点分析、传输函数分析、灵敏度分析、最坏情况分析和蒙特卡罗分析外，Multisim 新增了直流扫描分析、批处理分析、用户定义分析、噪声图形分析和射频分析等，基本上能满足一般电子电路的分析设计要求。网络分析仪和频谱分析仪。(5)强大的仿真能力：既可对模拟电路或数字电路分别进行仿真，也可进行数模混合仿真，尤其是新增了射频(RF)电路的仿真功能。仿真失败时会显示出错信息、提示可能出错的原因，仿真结果可随时储存和打印。本次设计电路就是利用multisim软件进行绘图并仿真。

五仿真电路

1仿真电路图如下

2变压器参数设置n=3.25

EWB V ersion 4-Transformer Model

* n= 3.25 Le= 1e-012 Lm= 4.22e-007 Rp= 1e-006 Rs= 1e-006 Rp 1 6 1e-006ohm Rs1 10 3 1e-006ohm Rs2 11 5 5e-007ohm Le 6 7 1e-012H Lm 7 2 6.5e-006H E1 9 8 7 2 0.1539 E2 8 4 7 2 0.1539 V1 9 10 DC 0V V2 8 11 DC 0V

F1 7 2 V1 0.307692 F2 7 2 V2 0.307692 3测试谐振电压增益Auo、谐振频率fo、通频带等技术指标 测试幅度频特性曲线

根据图幅频特性曲线，读出谐振电压增益Auo= 162.4，谐振频率fo= 55.6MHz

4测试通频带

根据图幅频特性曲线，读出fH= 63.3013MHz，fL= 48.8198 MHz，BW0.7= 14.4815 MHz CH1-输入波形，CH2-输出波形

直流分析，读出三极管vb=4.668v ve=4.015，vc=12，三极管工作在放大区。

六 结语； 1，高频谐振放大器是用于无失真的放大某一频率范围的信号。其频带宽度可分为窄带放宽带放大器，而最常用的为窄带放大器，它是以各种选频电路作负载，兼高频电子线路课程设计具阻变换和选频滤波功能。高频谐振放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。谐振放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。以理论分析为依据，本设计以实际制作为基础，用LC振荡电路为辅助，来消除高频放大自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配

2，EDA就是“Electronic Design Automation”的缩写技术已经在电子设计领域得到广泛应用。发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。一台电子产品的设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、PCB版图、单片机程序、机内结构、FPGA的构建及仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计，再到PCB钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部在计算机上完成。EDA技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设计方案进行人工难以完成的模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。参考文献

三极管放大电路 篇6

班级：

机电-156

姓名：

李学东

验

报

告

单管共射放大电路

实验目的

（1）掌握单管放大电路的静态工作点和电压放大倍数的测量方法。

（2）了解电路中元件的参数改变对静态工作点及电压放大倍数的影响。

（3）掌握放大电路的输入和输出电阻的测量方法。

实验电路及仪器设备

（1）实验电路——共射极放大电路如下图 所示。

图（1）电路图

图（2）电路图

（2）实验仪器设备

① 示波器

② 低频模拟电路实验箱 ③ 低频信号发生器

④ 数字式万用表 实验内容及步骤

（1）连接共射极放大电路。

（2）测量静态工作点。

① 仔细检查已连接好的电路,确

认无误后接通直流电源。

② 调节RP1使RP1＋RB11＝30k

③ 测量各静态电压值，并将结果记录。

(3)测量电压放大倍数

① 将低频信号发生器和万用表接入放大器的输入端Ui，放大电路输出端接入 示波器，信号发生器和示波器接入直流电源，调整信号发生器的频率为1KHZ，输入信号峰－峰值为20mv左右的正弦波，从示波器上观察放大电路的输出电压UO的波形，测出UO的值，求出放大电路电压放大倍数AU

② 保持输入信号大小不变，改变RL，观察负载电阻的改变对电压放大倍数的

影响，并将测量结果记录。

（4）观察工作点变化对输出波形的影响

① 实验电路为共射极放大电路

② 调整信号发生器的输出电压幅值（增大放大器的输入信号Ui），观察放大

电路的输出信号的波形，使放大电路处于最大不失真状态时（同时调节

RP1与输入信号使输出信号达到最大又不失真），记录此时的RP1＋RB11值，测量此时的静态工作点，保持输入信号不变。改变RP1使RP1＋RB11分别为25KΩ和100KΩ，将所测量的结果记入表3中。（测量静态工作点时需撤去输入信号）

设计总结与体会

1、设计的过程中用理论去推算，但与实际还是有一定的误差，但不影响实验结论。

2、设计过程中会发现，一但 发生变化那么放大倍数将会改变。

3、设计过程中会发现，整个过程中静态工作点没有发生改变，三极管工作在线性区；当一但三极管没有共工作在线性区或者说三极管的静态工作点发生了改变，整个设计将要失败，所以在设计的过程中必须保持静态工作点不变使三极管工作在线性区。

4、为了使设计的放大电路不受温度的影响，即为了稳定静态工作点。设计中加了，这样使得设计更加完美。

三极管放大电路 篇7

三极管是一般电路设计中常见的有源放大器件, 因为它有三个电极, 所以通常被称作三极管。这三个电极分别叫做集电极一般用字母C来表示;基极, 一般用字母B来表示;和发射极, 一般用字母E来表示。并且, 根据三极管内部构成, 三极管一般分成分成PNP型和NPN型两种。这两种类型的主要区别是电流方向和电压正负不同。

PNP型三极管是用基极电流IB来对集电极电流IC进行控制, E极的电压最高, 而C极的电压最低。

NPN型三极管是用基极电流IB来对发射极电流IE进行控制, 所以正常工作时的电压大小正好与PNP型三极管相反, C极的电压最高, 而E极的电压最低。

由于三极管中PN结的存在, 三极管除了一般电路设计中的电流放大作用外, 还可以通过控制三极管的基极电压, 来当做开关使用。本文就是基于三极管的开关特性所做的研究。

二、基本原理

我们以NPN型三极管为例来进行说明一下三极管的工作原理, 具体的电路符号以及基础的电路拓扑图如图2-1所示。

如图2-1所示, 通常情况下, 工程定义, 把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib;把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流, 从方向上来说, 都是从三极管的基极B上流出, 因此, 如图2-1所示, NPN型三极管在发射极E一侧使用了一个流出的箭头来表示电流方向。在这里我们就不对三极管的放大作用做详细的说明, 只针对它的开关作用做详细介绍。

三极管做开关时, 工作在截至和饱和两个状态。一般是通过控制三极管的基极电压Ub来控制三极管的导通与断开。具体的工作状态见表1。

如图2-2所示, 对于PNP型三极管来说, 只要达到条件使Ueb>Uon (这里的Uon为三极管导通电压) , 三极管就会处于导通状态, 相反如果Ueb<Uon, 则三极管就会处于关断状态。在一般的电路设计中, 集电极都会通过串联电阻接地, 所以想要达到三极管的导通要求, 就必须同时控制Ue和Ub, 并且使Ueb要大于Uon才行。通常情况下, 在进行电路设计时, 将发射极电压Ue设计为某个固定值, 这样只要控制基极电压Ub的大小, 就能控制三极管的关断与导通。

而对于NPN型三极管来说, 虽然电流方向进行了改变, 但是基本原理还是一样的, 通过控制集电极电压Ub的大小来控制三极管的关断与导通。

在实际的电路设计中, 不管对于上述哪种二极管, 它们的基极与发射极之间的正向偏压一般情况下为0.6V, 所以想要三极管处于关断状态, 三极管基极与发射极之间的电压差必须低于0.6V, 三极管基极的电流为0A, 这样三极管集电极的电流也就为0A, 使三极管达到关断;反之要想是三极管处于导通状态, 三极管基极与发射极之间的电压差必须高于0.6V。在一般的电路设计中, 为了保证三极管始终工作在关断状态, 会将基极与发射极之间的压差设计在低于0.5V。当然, 如果基极的输入电压约接近0V, 就越能保证三极管会处于关断状态。

三、电路设计

此次研究的目标为:用TTL电平 (0V与+5V切换的脉冲电平) 控制负电压输出电路。已知条件为-5V的输入电压与TTL电平的控制电压, 要求输出电压在TTL电平的控制下, 实现-0.5V与-3V的电压转换, 在TTL电平为+5V时, 输出电压为-3V;在TTL电平为0V时, 输出电压为-0.5V。

根据以上三极管的特性, 设计出的电路拓扑如图3-1所示:

当控制电平为+5V时, 为使NPN型三极管T1 (以下均简称T1) 导通, 假定分压电阻R1的阻值为50KΩ, 根据之前所述三极管基极与发射极之间的压差需高于0.6V, 所以基极电压需≥-4.4V。经过计算, 电阻R2的阻值为4.7KΩ, 此时T1三极管基极电压为-4.2V, 发射极电压为-5V, 三极管正向导通, A1点与A2点的电压几乎相等, 且约等于T1的发射极电压, 此时PNP型三极管T2 (以下均简称T2) 基极的电压就约等于-5V, 三极管T2处于导通状态。这时OUT端的输出电压就等于电阻R4与R5并联, 再与R6的分压。假定R6为1K, 经过计算, 得出电阻R4与R5的阻值分别为9KΩ和0.75KΩ, OUT端的输出电压为-3V。

根据上述的电路设计中电阻R1和R2的阻值, 当控制电平为0V时, T1的基极电压为-4.5V, 基极与发射极之间的压差低于0.6V, T1处于关断状态, A2点的电压约等于A1点的电压, 约等于0V, 所以三极管T2同样处于关断状态。此时, OUT端的输出电压就等于电阻R4与R6的分压, 既Vout=-5V*[R6/ (R6+R4) ], 由此可得OUT端的输出电压约为-0.5V。

四、结论

三极管放大电路 篇8

关键词 电子电路设计；语音放大电路；Multisim仿真

中图分类号：TP391.9 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）16-0037-02

1 设计任务与技术指标

设计任务 设计并制作一个由集成运算放大器组成的语音放大电路，其作用是不失真地放大输入的音频信号。为此，语音放大电路应由输入电路、前置放大器、有源带通滤波器、功率放大器和扬声器几部分构成。

技术指标

1）前置放大器：输入信号Uid≤10 mV，输入阻抗Ri≥100 kΩ，共模抑制比KCMR≥60 dB。

2）有源带通滤波器：带通频率范围300 Hz～3 kHz。

3）功率放大器：最大不失真输出功率Pom≥5 W，负载阻抗RL=4 Ω。

2 工作原理

由于话筒的输出信号比较小，为此需用前置放大器对话音进行放大。声音是通过空气传播的一种连续的波，说话的信号频率通常在300 Hz～3 kHz之间，这种频率范围的信号称为语音信号。声音在空气中传播会产生谐波失真，为了提高输出信号的高保真性能，需要设计频率范围在300 Hz～

3 kHz之间的带通滤波器，用于滤除语音信号频带以外的噪声。功率放大器用于对语音信号进行功率放大驱动扬声器输出，要求输出功率尽可能大，转换效率尽可能高，非线性失真尽可能小[1]。

3 设计方案

根据技术指标要求，可由输入信号、最大不失真输出功率、负载阻抗，求出系统总电压放大倍数Au=894。由于实际电路中存在损耗，故取Au=900。根据各单元电路的功能，各级电压放大倍数分配为：前置放大器11倍，有源带通滤波器2.5倍，功率放大器33倍。

前置放大器 前置放大器为测量用小信号放大电路。由于传声器输出信号的最大幅度仅有若干毫伏，而共模噪声可能高到几伏，在设计中要考虑放大器输入漂移、噪声以及放大器本身的共模抑制比对设计精度的影响，前置放大器应该是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信号放大电路。本设计采用具有很高输入阻抗、能与高阻话筒配接的同相比例运算电路作为前置放大器，电路如图1所示，其电压放大倍数Au为：

所以取R1=10 kΩ，R2=100 kΩ，R3=R4=200 kΩ。

有源带通滤波器 由有源器件和RC网络组成的滤波器称为有源滤波器。按照滤波器工作频带的不同，可分为低通、高通、带通和带阻四种滤波器。根据语音信号的特点，语音滤波器应该是一个二阶有源带通滤波器，其频率范围应在300 Hz～3 kHz之间。

1）二阶有源低通滤波器。二阶有源低通滤波器如图2所示。

电压放大倍数为：

设品质因数Q=0.707，得通带放大倍数Aup=1.58，故取R3=47 kΩ，R4=27 kΩ。由于f0=3 kHz，若取C1=C2=6.8 nF，

则有R1=R2=8.2 kΩ。

2）二阶有源高通滤波器。高通滤波器与低通滤波器具有对偶性，若把图2中的C1、C2和R1、R2位置互换，就可得到二阶有源高通滤波器。电压放大倍数为：

设品质因数Q=0.707，得Aup=1.58，故取R3=47 kΩ，R4=

27 kΩ。由于f0=300 Hz，若取C1=C2=68 nF，则有R1=R2=

8.2 kΩ。

3）宽带带通滤波器。当低通滤波器的截止频率大于高通滤波器的截止频率时，将二阶低通滤波器和二阶高通滤波器串联，就可得到通带较宽的二阶带通滤波器。该方法构成的带通滤波器多用作测量信噪比的音频带通滤波器，其带宽由两个滤波器的截止频率决定，且通带截止频率易于调整[2]。

功率放大器 功率放大器的作用是给语音放大电路的负载（扬声器）提供所需的输出功率。LM386是一种低电压音频集成功放，具有电源电压范围宽、静态功耗低、电压增益可调、外接元件少和低失真度等优点。

LM386的典型应用电路如图3所示。LM386的电源电压范围为4～15 V，静态电源电流为4 mA，输入阻抗为50 kΩ。

电路由单电源供电，输出端经输出电容C5接负载，以构成OTL电路。RP1和C6阻容网络用来设定电压增益，即调节电位器RP1，可使电压增益在20～200之间变化；C2为去耦电容，用来滤掉电源的高频交流成分；C3为旁路电容，起滤除噪声的作用；R1和C4校正网络用来进行相位补偿，防止电路高频自激；C5为耦合电容，起隔直流通交流作用。

4 电路实现

利用Multisim软件画出各单元电路的仿真电路图，先对各单元电路进行分级调试，再将各单元电路级联进行整机调试；然后进行电路焊接与装配，对实际电路进行性能指标测试；最后进行实际系统音质效果试听，即将话筒或收音机的耳机输出口接语音放大电路的输入端，用扬声器代替负载电阻，应能听到音质清晰的声音。

参考文献

[1]于卫.模拟电子技术综合实训教程[M].武汉：华中科技大学出版社，2013.

三极管放大电路 篇9

【关键词】翻转课堂 教学设计 教学策略

【基金项目】无锡市陶研会2015年度立项课题“翻转课堂在电子专业课程中的应用研究”（项目编号：2015-12-16）。

【中图分类号】TM774 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）06-0069-01

本文基于翻转课堂学习理念以《电子技术》课程中的一个章节《功率放大电路的设计与制作》为例进行教学设计。

一、教学内容分析

电子技术课程是电子专业系列课程的一门专业基础课，具有自身的专业性和很强的实践性。

1.所授内容在整门课程中的地位和作用：本单元教学内容是本课程的一个重要知识点，是对放大电路知识进一步的延伸和拓展。

2.所授内容中重点和难点的分析：重点是功放的特点及主要技术指标，OCL电路特点及工作原理，甲乙类OTL功放电路结构与原理。难点是OCL电路工作原理及甲乙类OTL功放的电路调试。

二、教学目标设计

1.知识和技能目标：了解功率放大器和电压放大器的区别，掌握功率放大器的特点，理解OCL功率放大电路的组成、工作原理及效率的估算，掌握甲乙类OTL功放静态工作点的调节方法和中点电位的调节方法。

2.过程和方法：初步学会采用互联网学习、自主学习、合作学习的方法来学习，通过合作学会使用仿真软件对电路进行仿真，通过电路制作能识别与检测元器件，正确安装电路。

3.情感态度和价值观：体验自主学习、合作学习的乐趣，体会电子专业知识与生活的紧密联系，培养安全操作的意识，养成规范的操作习惯。

三、学生情况分析

学生在学习本教学内容的难易程度上为中等偏难，其主要原因是由于学生的入学成绩较低，逻辑思维能力较差，与此同时，电子技术课它的涉及面非常广，基本概念、基本原理、分析方法比较多，因此学生在学习中，总是觉得很吃力，致使学生学习热情不高，教学质量不理想。学生虽已接触了一些电子专业的基础知识，但基础相当薄弱，且学生的学习习惯也不够理想，没有较好的学习基础，对学生的学习有着比较大的影响。

四、教学策略、教学过程和教学资源设计

1.教学环境设计：电子实验室、多媒体、万用表、焊接工具、功放电路套件、导线等。

2.教学策略设计：在教学中以课前准备明确要求——观看视频自主学习——合作交流收集资料——课内相关知识学习——任务实践师生互动——释疑解惑点评分析——课后练习巩固新知为主线，综合的运用多种教学方式来充分调动学生学习的主动性和积极性，体现其主体地位，通过互联网学习，使学生学习更具开放性和主动性。由于学生学习能力较弱，且对于图解分析法掌握得很差，所以对于学生较难理解的内容，我做了处理：一笔带过。而是重点强调电路的结构和工作原理，并通过仿真软件讲解交越失真。

3.教学过程设计：首先，教师向学生发送上课要求，包括上课课题、时间、地点、需要准备的知识、学习工具等。同时学生进行分组，每4人为1小组，并选取一人作为组长，学生通过视频自主学习，解决教师提出的问题。搜索关于功率放大器的实际应用例子，并把相关资料以小组为单位上传给教师。

其次，创设情境质疑引新。先通过投影仪投影展示预习结果，并进行新课预习评价，表扬优秀的学习小组。接着以两段实验视频（视频一：MP3输出的音频信号直接给扬声器；视频二：MP3输出的音频信号先输入到功率放大器的输入端，再把功率放大器的输出信号给扬声器）来引入新课。

再次，讲授新课提出问题解决问题。以提问、练习贯穿全程，结合讲授法和启发式教学法，让学生通过自主学习、合作学习、探究学习的方法在回答问题的过程中掌握新知识。例如：教师演示功率放大和电压放大两个实验，让学生比较它们的输出功率。根据甲类功放的功能及性能指标提问：如何提高其性能指标？学生通过电路仿真验证甲乙类功放能消除交越失真等。

第四，使用焊接工具制作OTL甲乙类互补对称功率放大电路。采用任务驱动和项目式教学的方法，学生按小组以团队方式进行制作，教师在旁指导，通过制作，提高了学生的动手操作能力，并通过实践分析、验证相关知识，化解了难点，也提高了学生的学习积极性。

最后，布置作业，让学生通过课后作业进一步巩固所学知识。

五、教学反思

本节课探究答疑贯穿始终，自主探究与合作学习相配合，观察与动手操作兼容并重，充分体现了学生的主体地位。采用翻转课堂教学模式，学生在课前的视频学习中，就可以自主学习，遇到困难，可以跟同学进行合作交流，既培养了学生的自学能力，又激发了团队合作精神。这样，在课堂上就会节约出大量的时间进行师生互动、生生互动，共同探索学习中的疑点和难点，提高教学效率。在教学过程中开展了互学、互练、互查、互评活动，使学生在检查对方的过程中学会检查自己，在评价对方的过程中学会评价自己。另外，通过多媒体课件的演示和动手制作功放电路把抽象的知识形象化，突破了重难点，学生们亲身体验并测量了信号，能更好地理解功放的特点。但是如果多媒体在这节课中师生交互性方面的功能再强一点会更好。还有在教学中也出现个别学生不愿参与教学活动，对活动缺乏兴趣的情况，还需要进一步做好思想教育工作。

总之，翻转课堂教学模式是一种在计算机技术广泛普及的社会形势下而产生的与时俱进的教学模式。翻转课堂是一种手段，增加了学生和教师之间的互动和个性化的学习时间；是让学生对自己学习负责的环境；是为了让教师成为学生身边的“教练”而不是在讲台上的“圣人”；是混合了直接讲解与建构主义的学习；是学生虽课堂缺席但不被甩在后面的学习；是课堂的内容得以永久存档，可用于复习或补课的学习；是所有的学生都积极学习的课堂；更是让所有学生都能得到个性化教育的学习。[2]当然这种教学模式对学生的自主学习习惯提出了更高的要求，但它作为传统教学的有效补充，翻转课堂教学模式更有利于培养学生的合作精神和自主学习能力，使学生终身受益。

参考文献：

[1]张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志，2012，（4）：46-51.

三极管放大电路 篇10

这里要介绍的RX_IF_VVA电路，其完成的功能是对RX_IF信号的幅度进行调整，实质是由PIN二极管构成的可变衰减器。为便于分析，以输入阻抗及输出阻抗同为Zo的π形衰减器为基本电路形式进行详述。

π形衰减器的基本电路形式如图1 (a)所示，其参数可按照图1 (b)中的公式进行计算。由于输入阻抗及输出阻抗相等，且电路结构对称，所以R1=R2。

要改变π形衰减器的衰减值，需要通过同步改变R1、R2、R3来实现。如果用可变电阻器替代R1、R2、R3，即可实现可变衰减器的电路功能。

2 PIN二极管实现可变电阻

PIN二极管可以实现可变电阻器的功能。以下面要用到的PIN二极管为例，在其正向偏置时，正向偏置电流与射频阻抗的关系如图2 (a)所示，等效电路如图2 (b)所示。

如果分别用PIN二极管替代R1、R2，并用两个PIN二极管反向串接替代R3，则其构成的π形衰减器如图3 (a)所示;为了使PIN二极管处于正偏状态，其偏置电路如图3 (b)所示。在图3电路中，使用了两个PIN二极管替代R3，这有益于指标的改善。

首先，由于最大隔离度取决于两个级联PIN二极管的容抗，相对于单PIN二极管而言最大隔离度增加;或者说，对于给定的衰减值其截止频率上限成倍提高。第二点，两个PIN二极管的串联电阻的物理位置相差180度，可以取消奇次谐波失真。第三点，衰减器的结构对称，偏置电路简单。仅需一个可变电压即可控制其衰减量。仅有的缺点是，相对于单PIN二极管而言，额外的增加了<0.5dB的插入损耗。

3 实际中的RX＿IF＿VVA电路

PIN二极管可变衰减器用于RX_IF_VVA电路的应用实例如图4所示。

在图4电路中，A点是VVA电路的控制电压输入端，D点是随A点变化的可变偏置，E点是固定偏压。RX_IFin信号经过F、G之间的可变衰减器送出RX_IFout信号，从而完成了RX_IF_VVA的电路功能。维修RX_IF_VVA电路的缺陷时，只需注意图中各点的电压即可。

摘要：PIN二极管的一种应用是用作射频电路的压控衰减器, 其工作类似于一个电子可变电阻器。射频接收机的天线接受到的信号功率不是很稳定, 需要增加可变衰减电路, 从而使到达解调电路的信号的稳定。这一部分可以用PIN二极管实现。具体实施时, 可以是用一个受电压控制的PIN二极管在信号通路上对地旁路, 也可以通过几个PIN二极管的组合电路实现更精准的衰减控制。

关键词：PIN二极管,可变衰减器,VVA

参考文献

[1]白菊荣.PIN二极管π型电调衰减器的设计.广西民族学院学报:自然科学版, 2005.

[2]李柳青, 廖显伯, 游志朴.非晶硅Pin二极管的1MeV电子幅照效应.电子学报, 2001.

弱信号放大电路的设计 篇11

在研究自然现象和规律的实践中,经常会遇到检测被强背景噪声淹没的微弱信号问题,如地震波的分析、卫星信号的接收、植物电信号、医疗中脑电波的分析等。这些问题都归结为微弱信号的检测。

微弱信号检测与处理是随着工程应用而不断发展的一门学科,采用一系列信号处理的方法,检测被噪声背景淹没的微弱信号[1]。由于在微弱信号检测与处理系统中,我们获取的信号是极其微弱的,因而我们不能直接选用普通的放大器,否则放大器的本底噪声就可能淹没了我们的实际信号,所以在这一过程中,如何在抑制噪声的前提下增大微弱信号的幅度是我们获取有用信号的关键。本文主要以直流与低频信号为研究对象设计一弱信号放大器,并进行仿真分析。

1 集成运算放大器的选择

随着集成工艺与电子技术的发展,集成运算放大器的性能越来越好。TLC2652是德州仪器公司使用先进的LinCMOS工艺生产的高精度斩波稳零运算放大器。斩波稳零的技术使TLC2652具有优异的直流特性,将失调电压及其漂移、共模电压、低频噪声、电源电压变化等对运算放大器的影响降低到了最小值,因此TLC2652非常适合用于微信号的放大[2]。

1.1 TLC2652的内部结构[2]

如图1所示,TLC2652主要由5个功能模块构成:

(1) 主放大器(Main):与一般的运算放大器不同,它有三个输入端。除引出芯片外部的同相和反相输入端外,其在芯片内部还有一个用于校零的同相输入端。

(2) 校零放大器(Null):它也有三个输入端,但与主放大器相反,在芯片内部的输入端是反相输入端。

(3) 时钟和开关电路:内部时钟产生时钟信号,控制各开关按一定的时序闭合与断开。在14和20引脚的芯片中时钟信号还可从外部引入。

(4) 补偿网络(Compensation-Basing Circuit):它使电路在较宽的频带内有平坦的响应。在TLC2652中,电路的高频响应主要由主放大器决定。

(5) 箝位电路(Clamp Circuit):它实际上是一个当输出与电源电压相差接近1 V时动作的开关,把CLAMP与运放的反相输入端短接,则其引入的深度负反馈可使电路在过载时的增益大大下降以防止饱和。它可以加速电路在过载后的恢复。

1.2 TLC2652的主要性能指标[2]

(1) 极低的输入失调电压:

最大值1 μv

(2) 极低的输入失调电压漂移:

典型值0.003 μV/°C

(3) 低输入失调电流:

最大值500 pA(TA=-55 ℃～125 ℃)

(4) 开环电压增益:

最小值135 dB

(5) 共模抑制比:

最小值120 dB

2 弱信号放大电路

TLC2652的典型电路如图3所示,构成差分放大电路。

如果R1=R2,R3=R4,则

u0=(ui1-ui2)(R2/R1).

这一电路提供了仪表放大器的功能,即放大差分信号的同时抑制共模信号,但是同相输入端与反相输入端阻抗相当低而且不相等。由图3容易得到同相输入端的阻抗为(R2+R4),反相输入端的阻抗为R1。另外,这一电路要求电阻对R1/R2和R3/R4的比值匹配得非常精密,否则,每个输入端的增益会有所差异,这将直接影响电路的CMR。现根据仪表放大器的工作原理设计一个高精度高稳定性的放大器。

2.1 仪表放大器的工作原理

标准三运放仪表放大器的电路如图4所示[3]。该电路可以提供两输入端匹配的高阻抗,使得输入源阻抗对电路的CMR影响最小。其中A1和A2运算放大器用于缓冲输入电压,A3构成差分放大电路。

如图4所示电路,如果R5=R6,R1=R2且R3=R4,则

u0=(ui2-ui1)(1+2R5/RG)(R3/R1).

如果A1和A2使用的是相同的运算放大器,则它们的共模输出电压和漂移电压相等,加到A3差放后,将被相互抵消,因而整个电路具有很强的共模抑制能力,很小的输入失调电压和较高的差模电压增益。

2.2 电路原理图

根据仪表放大器的原理,设计出利用TLC2652构成的弱信号放大电路如图5所示。

如图5所示电路,利用两片TLC2652来实现输入缓冲, TLC2652有极其微小的输入失调电压,且共模输出电压相等,利用低噪声、低输入偏置电流OP1177作为差分放大电路。电容C1、C2、C3、C4接到TLC2652的CxA和CxB引脚作为记忆电容存储失调电压,以实现校零。电容C5、C6、C7、C8、C9作为电源滤波电容,用于滤除高频干扰。根据仪表放大器的工作原理知该电路的增益G=(1+2X300/2)(100/10)=3010。

3 仿真分析

依据该弱信号放大电路,在Multisim10.0软件中搭建电路进行了仿真分析[4]。设输入信号的频率为60 Hz,ui1和ui2幅度均为10μVp,利用Transient Analysis,可以得到电路的输出波形如图6所示。拖动标尺,可以计算出此时的电路增益G约为3 000,即69.5 dB。

运行Analysis下的ACAnalysis,得到如图7所示的频率特性曲线。从该图中我们可以看到该放大电路在中低频率情况下幅频特性和相频特性都比较平稳。通过拖动标尺,可以得到该电路的带宽约为300 Hz。

利用Multisim软件仿真测量还可以得到该电路的输入电阻很大,约为几十MΩ;输出电阻很小,小于1 Ω;共模抑制比可以达到60 dB以上;电路失真率小于0.05%;在300 Hz的带宽内频率稳定度小于0.02%。

4 结束语

本文针对低频信号利用TLC2652设计了一个弱信号放大电路,并且利用Multisim软件进行了仿真分析,分析结果表明各项指标都达到了设计要求,在实践中有一定的应用价值。但是做成实物电路还必然会引入部分噪声,例如PCB板的布线、材料的选择都需要注意。

摘要：依据仪表放大器的工作原理,利用德州仪器公司的TLC2652设计了一低频弱信号放大电路。通过Multisim软件仿真分析,该电路具有极高的输入电阻,极低的输出电阻,共模抑制能力很强,能放大频率在0～300 Hz内的微伏级信号,且该电路的工作稳定,失真度小。

关键词：弱信号放大,TLC2652,仪表放大器

参考文献

[1]高晋占.微弱信号检测[M].北京:清华大学出版社,2004:1-3.

[2]TLC2652,TLC2652A,TLC2652Y Advanced LinCMOS-TM Precision Chopper-stabilized Operational Amplifiers,2001,Texas Instruments:1-2[OL].http://www.wenkubaidu.com,2011.8.

[3]康华光.电子技术基础(模拟部分)[M].北京:高等教育出版社,1999:331-333.

[4]张新喜.Multisim10电路仿真及应用[M].北京:机械工业出版社,2010:200-210.

[5]成月良,方寿海.流动注射仪分析仪前置放大电路的设计[J].计算机工程与设计,2009,30(9):2015-2017.