第一篇：多級放大電路的設計報告

電工電子技術課程設計報告

題目： 多級放大電路的設計

二級學院 年級專業 學 號 學生姓名 指導教師 教師職稱

機械工程學院 14 動力本 1401250029 周 俊

張云莉 講 師

報告時間：2015.12.28

目 錄

第一章．基本要求和放電電路的性能指標...........................................................1

第二章．概述和任務分析........................................................................................5

第三章．電路原理圖和電路參數............................................................................6

第四章．主要的計算過程........................................................................................9

第五章．電路調試運算結果..................................................................................11

第六章．總結...........................................................................................................1

2制作調試步驟及結果......................................................................................12

收獲和體會......................................................................................................13

第七章．誤差和分析..............................................................................................14

第八章．參考文獻..................................................................................................15

第一章．基本要求和放電電路的性能指標

1.基本要求：

用給定的三極管2SC1815(NPN)，2SA1015(PNP)設計多級放大器，已知VCC=+12V,-VEE=-12V，要求設計差分放大器恒流源的射極電流IEQ3=1~1.5mA，第二級放大射極電流IEQ4=2~3mA；差分放大器的單端輸入單端輸出不是真電壓增益至少大于10倍，主放大器的不失真電壓增益不小于100倍；雙端輸入電阻大于10kΩ，輸出電阻小于10Ω，并保證輸入級和輸出級的直流點位為零。設計并仿真實現。

2.放電電路的性能指標：

第一種是對應于一個幅值已定、頻率已定的信號輸入時的性能，這是放大電路的基本性能。第二種是對于幅值不變而頻率改變的信號輸出時的性能。第三種是對應于頻率不變而幅值改變的信號輸入時的性能。

1.1第一種類型的指標：

1.放大倍數

放大倍數是衡量放大電路放大能力的指標。它定義為輸出變化量的幅值與輸入變化量的幅值之比，有時也稱為增益。雖然放大電路能實現功率的放大，然而在很多場合，人們常常只關心某一單項指標的放大的倍數，比如電壓或者電流的放大倍數。由于輸出和輸入信號都有電壓和電流量，所以存在以下四中比值：

（1-1）

1.（1-2）

（1-3）

（1-4）

式中的錯誤！未找到引用源。、錯誤！未找到引用源。、錯誤！未找到引用源。、錯誤！未找到引用源。都是正弦信號的有效值。需要注意的是，若輸出波形出現明顯失真，則此值就失去意義了，因此在輸出端要有監視失真的措施（如用示波器觀察波形）。其他指標也是如此。

2.輸入電阻

作為一個放大電路，一定要有信號源來提供輸入信號。例如擴大機就是利用話筒將聲音轉成電信號提供放大電路的。放大電路與信號源相連，就要從信號源取電流。取電流的大小表明了放大電路對信號源的影響程度，所以我們定義一個指標，來衡量放大電路對信號源的影響，叫做輸入阻抗。當信號頻率不是很高時，輸入電流錯誤！未找到引用源。與輸入電壓錯誤！未找到引用源。基本同相，因此通常用輸入電阻來表示。它定義為：

（1-5）

從圖1-1中可見，錯誤！未找到引用源。就是向放大電路輸入端看進去的等效電阻。錯誤！未找到引用源。越大，表明它從信號源取的電流越小，放大電路輸入端所得到的電壓錯誤！未找到引用源。越接近信號電壓錯誤！未找到引用源。因此作為測量儀表用的放大電路其錯誤！未找到引用源。要大。但是對于晶體管

來說，錯誤！未找到引用源。大則取電流小，講減低放大倍數。所以在需要放大倍數大而錯誤！未找到引用源。為固定值的情況 2.下，晶體管放大電路的錯誤！未找到引用源。又以小一些為好。

3.輸出電阻

放大電路講信號放大后，總要送到某裝置區發揮作用。這個裝置我們通常稱為負載。比如揚聲器就是擴大機的負載。當我們在原來的揚聲器兩端再并聯一個揚聲器時，它兩端的電壓講要下降，這種現象說明向放大電路的輸出端看進去有一個等效內阻，通常稱為輸出電阻，記為錯誤！未找到引用源。，如圖1-1所示。

圖1-1求輸出電阻錯誤！未找到引用源。的等效電路

通常測定輸出電阻的辦法是輸入端加正弦波實驗信號，測出負載開路時的輸出電壓錯誤！未找到引用源。，再測出接入負載錯誤！未找到引用源。時的輸出電壓錯誤！未找到引用源。則讀者可自行證明

（1-6）

輸出電阻越大，表明接入負載后，輸出電壓的幅值下降越多。因此錯誤！未找到引用源。反映了放大電路帶負載能力的大小。1.2 第二種類型的指標：

4.通頻帶

當只改變輸入信號的頻率時，發現放大電路的放大倍數是隨之變化的，輸出波形的相位也發生變化。這就需要有一定的指標來反映放大電路對于不同頻率的信號的適應能力。一般情況下，放大電路只適用于放大一個特定頻率范圍的信號，當信號頻率太高或太低時，放大倍數都有大幅度的下降，如圖1-2所示。

3.圖1-2 放大電路的頻率指標

當信號頻率升高而使放大倍數下降為中頻時放大倍數（記作錯誤！未找到引用源。）的0.7倍時，這個頻率稱為上限截止頻率，記作錯誤！未找到引用源。同樣，使放大倍數下降為錯誤！未找到引用源。的0.7倍時的低頻信號頻率稱為下線截止頻率，記作錯誤！未找到引用源。我們將錯誤！未找到引用源。和錯誤！未找到引用源。之間形成的頻帶稱為通頻帶，記作錯誤！未找到引用源。，即

（1-7）

通頻帶越寬，表明放大電路對信號頻率的適應能力越強。對于收錄機、擴大機來說，通頻帶寬意味著可以將原樂曲中豐富的高、低音都能完美的播放出來。然而有些情況下則希望頻帶窄，如帶通濾波電路等。

1.3 第三種類型的指標：

5.最大輸出幅值

最大輸出幅值指的是當輸入信號再增大就會使輸出波形的非線性失真系數超過額定數值（比如10%）時的輸出幅值。我們以錯誤！未找到引用源。（或錯誤！未找到引用源。）表示。一般指有效值，也有以封至峰值表示的，二者差錯誤！未找到引用源。倍。

6． 最大輸出功率與效率

最大輸出幅值是輸出不失真時的單項（電壓和電流）指標。此外還應該有一個綜合性的指標即最大輸出功率。它是輸出信號基本不失真的情況下輸出的最大功率，記作錯誤！未找到引用源。

前面我們說過，輸入信號的功率都是很小的，經過放大電路，得到了較大的功率輸出。這些多出來的能量石由電源提供的，放大電路只不過是實現 4.了有控制的能量轉換。既然是能量的轉換，就存在轉換效率的問題。也就是說，不能只看輸出功率的大小，還應該看能量的利用率如何。效率錯誤！未找到引用源。定義為

（1-8）

式中錯誤！未找到引用源。為直流電源消耗的功率。

7.非線性失真系數 由于晶體管等器件都具有非線性的特性，所以當輸出幅度大了之后，有時需要討論它的失真問題。我們在這里定義的非線性失真系數，是指放大電路在某一頻率的正弦波輸入信號下，輸出波形的諧波成分總量和基波成分之比。用錯誤！未找到引用源。表示基波和各種諧波的幅值，則失真系數D定義為：

（1-9）

以上三類指標是以輸入信號的幅值的頻率來劃分的。一般來說，第一類指標多適用于輸入為低頻小信號時的情況；第二類指標多適用于輸入信號幅值小但頻率變化范圍寬的情況；第三類指標則多適用于低頻但輸出幅值較大的情況。

第二章．概述和任務分析

多級放大電路的概述：

在我們日常生活和科學研究等工作中，常常會遇到放大電路。這些放大電路的形式不通，性能指標也不同，使用的元器件也不相同，但它們都是用來進行信號的放大，其基本工作原理都是一樣的。在這些放大電路中，管放大電路時構成各種復雜電路的基本單元。本文以幾個簡單的放大電路為例，介紹放大電路的組成原理、工作原理、性能指標及計算方法。

由于單級放大電路的放大倍數有限，不能滿足實際的需要，因此實 5.用的放大電路都是由多級組成的。如圖。通常可分為兩大部分，即電壓放大(小

信號放大)和功率放大(大信號放大)，前置級一般跟據信號源是電壓源還是電流源來選定，它與中間級主要的作用是放大信號電壓。中間級一般都用共發射極電路或組合電路組成。末級要求有一定的輸出功率供給負載RL，稱為功率放大器，一般由共集電極電路，或互補推挽電路，有時也用變壓器耦合放大電路。

多級放大電路的放大倍數：

第三章.電路原理圖和電路參數

電路原理圖

電路參數的選擇和計算

1.參數的選擇：

6.電容全部選用10μf，電阻在下列值范圍波動：Rs=5.1 KΩ,Rb12=33 KΩ，R1=0~100 KΩ,Rb11=24,Rc1=5.1 KΩ,Re12=0~1 KΩ,Re11=1.8 KΩ,Rb22=47 K Ω,Re22=0~330 Ω,R2=0~25 KΩ,Re21=1 KΩ,Rb2=20 KΩ,Rc2=3 KΩ,Rb3=0~680 KΩ,Re3=2.2 KΩ,RL=3 KΩ,Vcc=12V,由Auf=(Re11+Re12+Rf)/Rf>20知，Rf<0.146 KΩ

2.計算參數：

一級放大電路的靜態工作點 ：

UB?VCCRb1212K；

UB?18V；

60K?12KRb1?Rb12UB?3V

IB?VCC；IB?0.25??

Rb1?Rb12IC?IE?UB?UBE3V?0.3V；IC?IE?

4.6KRE1IC?IE?0.6??

UCE?VCC?IC?RC1?RE1?；UCE?18V??12K?4.6K?

UCE?1.4V

??IC0.6???2.4 ；

??0.25??IBR電壓放大倍數： 錯誤！未找到引用源。=???L;(RL’=RC1 //RE2)

rbeAu=?2.43K??0.12 60K輸入電阻 Ri: Ri ?Rb1 // 錯誤！未找到引用源。// 錯誤！未找到引用源。

錯誤！未找到引用源。

= 0.43 K

7.輸出電阻 Ro: Ro ≈錯誤！未找到引用源。;Ro≈錯誤！未找到引用源。=12k 二級放大電路的靜態工作點 ：

UB?VCCRb229.4K;UB?18V

26.6K?9.4KRb21?Rb22UB?4.8V

18VVCCIB?;IB?26.4K?9.4K

Rb21?Rb2

2IB?0.5??

IC?IE?UB?UBE4.8V?0.3V;IC?IE?

4KRe2IC?IE?1.2??

UCE?VCC?IC?RC2?RE2?;UCE?18V?IC?6K?4K?

UCE?6V

IC1.2????;???2.4

0.5??IBR電壓放大倍數: Au=???L(RL’=RC1 //RE2)

rbeAu=?2.43K??0.12 60K輸入電阻 Ri: Ri ?Rb1// 錯誤！未找到引用源。// 錯誤！未找到引用源。Ri = 0.28 K 輸出電阻 Ro: Ro ≈ Rc1 Ro ≈ Rc1=6k 三級放大電路的靜態工作點 ：

IB?VCC?UBE;IB?0.026?10?3

Rb??1???Re

IC??IB;IC?1.3??

8.IC?IE?1.2??

UCE?VCC?ICIe;UCE?18V?1.3?4

UCE?12.8V

輸入電阻 Ri : Ri ?Rb1 //rbe??1???R`L

Ri = 461K //(1.32+ 51 0.25)Ri = 0.07 K

??rbe?Rs`輸出電阻 Ro: Ro =Re //

1?? Ro =14.5 k

第四章.主要的計算過程

直耦式多級放大電路的主要涉及任務是模仿運算放大器OP07的等效內部結構，簡化部分電路，采用差分輸入，共射放大，互補輸出等結構形式，設計出一個電壓增益足夠高的多級放大器，可對小信號進行不失真的放大。

1.輸入級

電路的輸入級是采用NPN型晶體管的恒流源式差動放大電路。差動放大電路在直流放大中零點漂移很小，它常用作多級直流放大電路的前置級，用以放大微笑的直流信號或交流信號。

典型的差動放大電路采用的工作組態是雙端輸入，雙端輸出。放大電路兩邊對稱，兩晶體管型號、特性一致，各對應電阻阻值相同，電路的共模抑制比很高，利于抗干擾。

該電路作為多級放大電路的輸入級時，采用vi1單端輸入，uo1的單端輸出的工作組態。

計算靜態工作點：差動放大電路的雙端是對稱的，此處令T1，T2的相關射級、集電極電流參數為IEQ1=IEQ2=IEQ，ICQ1=ICQ2=ICQ。設UB1=UB2≈0V，則Ue≈ 9.-Uon，算出T3的ICQ3，即為2倍的IEQ也等于2倍的ICQ。

此處射級采用了工作點穩定電路構成的恒流源電路，此處有個較為簡單的確定工作點的方法：

因為IC3≈IE3，所以只要確定了IE3就可以了，而IE3?UR4UE3?(?VEE)，?R4R4UE3?UB3?Uon?(VCC?(?VEE))?

R5?UonR5?R6

采用ui1單端輸入，uo1單端輸出時的增益Au1?2.主放大級

uo1?ui1?(Rc//RLRL?(P//）12??2 Rb?rbeR1?rbe本級放大器采用一級PNP管的共射放大電路。由于本實驗電路是采用直接耦合，各級的工作點互相有影響。前級的差分放大電路用的是NPN型晶體管，輸出端uo1處的集電極電壓Uc1已經被抬得較高，同時也是第二級放大級的基極直流電壓，如果放大級繼續采用NPN型共射放大電路，則集電極的工作點會被抬得更高，集電極電阻值不好設計，選小了會使放大倍數不夠，選大了，則電路可能飽和，電路不能正常放大。對于這種情況，一般采用互補的管型來設計，也就是說第二級的放大電路用PNP型晶體管來設計。這樣，當工作在放大狀態下，NPN管的集電極電位高于基極點位，而PNP管的集電極電位低于基極電位，互相搭配后可以方便地配置前后級的工作點，保證主放大器工作于最佳的工作點上，設計出不失真的最大放大倍數。

采用PNP型晶體管作為中間主放大級并和差分輸入級鏈接的參考電路，其中T4為主放大器，其靜態工作點UB4、UE4、UC4由P1、R7、P2決定。

差分放大電路和放大電路采用直接耦合，其工作點相互有影響，簡單估計方式如下：

UE4?VCC?IE4?R7，UC4??VEE?IC4?RP

2UB4?UE4?Uon?UE4?0.7（硅管），由于UB4?UC1，相互影響，具體在調試中要仔細確定。

此電路中放大級輸出增益AU2?uo2??Rc ??uo1Rb?rbe 10.3.輸出級電路 輸出級采用互補對稱電路，提高輸出動態范圍，降低輸出電阻。

其中T4就是主放大管，其集電極接的D1、D2是為了克服T5、T6互補對稱的交越失真。本級電路沒有放大倍數。

第五章.電路調試運算結果

用Multisim仿真設計結果，并調節電路參數以滿足性能指標要求。給出所有的仿真結果。

電路圖如圖1所示

輸入輸出端電壓測試：

圖 1 輸入電壓為VPP=4mV，輸出電壓為VPP=51.5mV得到差分放大器放大倍數大約為12.89倍。放大倍數符合要求。

輸入電壓為VPP=51.5mV，輸出電壓為VPP=6.75V放大倍數為131.56倍。得到輸入電壓為VPP=4mV，輸出電壓為VPP=4.29V，放大倍數計算得到為1062倍。

11.第六章.總結

制作調試步驟及結果：

1.各級靜態工作點測量及調整與輸入輸出電阻放大倍數測量

①第一級：先按圖3連接第一級線路，用萬用表測得Vbe1＝0.6V,Vce1=5.94V,再接入Us=200mV信號，串聯一個Rs=5.1KΩ的電阻，用雙蹤示波器測得 3，由于輸出電壓與輸入電壓比值太小，調節R1、Re12,測得，使Au=Ui/Uo=23，然后在輸出端接一負載為RL=3KΩ的電阻，測得電阻兩端電壓UL=1.25V，按輸入輸出電阻計算可得Ri=15.3KΩ, Ro=5.4KΩ，此時，再測得電路靜態工作點為Vbe1＝0.61V,Vce1=3.94V，以及Re12=0.38 KΩ,R1=39 KΩ.圖 2

②第二級：先按圖2連接第二級線路，用萬用表測得Vbe2＝0.62V,Vce2=5.78V,再接入Us=200mV信號，串聯一個Rs=5.1KΩ的電阻，用雙蹤示波器測得，由于輸出電壓與輸入電壓比值太小，調節R2、Re22,測得，使Au=Ui/Uo=23，然后在輸出端接一負載為RL=3KΩ的電阻，測得電阻兩端電壓UL=1.25V，按輸入輸出電阻計算可得Ri=15.3KΩ, Ro=5.4KΩ，此時再測得電路靜態工作點為Vbe2＝0.59V,Vce2=3.52V，以及Re22=0.085 KΩ,R2=24 KΩ

③第三級：先按圖2連接第三級線路，用萬用表測得Vbe3＝0.64V,Vce3=5.62V,再接入Us=200mV信號，串聯一個Rs=5.1KΩ的電阻，用雙蹤示波 12.器測得，調節R3,測得，然后在輸出端接一負載為RL=3KΩ的電阻，測得電阻兩端電壓UL=190mV，按輸入輸出電阻計算可得Ri=96.9KΩ, Ro=0，此時，再測得電路靜態工作點為Vbe1＝0.63V,Vce1=5.52V.以及R3=192.7KΩ.2.三級開環放大電路輸入輸出電阻及放大倍數測量

如圖2接線，不引入反饋，將三級放大電路連接在一起，再接入Us=30mV信號，串聯一個Rs=5.1KΩ的電阻，用雙蹤示波器測得Ui=22mV，然后測得Uo=11.1v，接入負載為RL=3KΩ的電阻，測得電阻兩端電壓UL=10.9V,此時得到符合技術指標。

3.三級閉環放大電路輸入輸出電阻、放大倍數及反饋電阻測量

如圖2接線，接入Us=75mV信號，串聯一個Rs=5.1KΩ的電阻，用雙蹤示波器測得Ui=50mV，然后測得Uo=1.55v, 接入負載為RL=3KΩ的電阻，測得電阻兩端電壓UL=1.5V,此時得到Auf=Ui/Uo=31>20, Rif=50.2KΩ>10KΩ, 符合技術指標。此時測得4。

收獲和體會：

在此電路中利用了差動放大電路，利用PNP管放大級實現主放大電路，利用互補對稱輸出電路。可以有效地抑制零點漂移，消除交越失真的影響，設計的多級放大電路，得到放大倍數為1058倍，符合設計要求。

通過這次的仿真，使我對多級放大電路有了深刻地理解，對于差分放大電路有了更深的了解，學習到抑制零點漂移、消除消除交越失真的方法。豐富了自己的知識。

13.第七章.誤差和分析

第一級和第二級分析：測得Au與計算相比均偏小，而測得Ri、Ro與計算相比均偏大，可能電阻調節不當導致，應將電阻適當調小，另外電壓選取也對Au由很大影響。

第三級分析：測得Au與計算相比接近，而測得Ri、Ro與計算相比均偏小，尤其Ri,可能是電阻誤差太大，電壓選取影響也存在。

總開環分析：測得Au與計算相比偏小，而測得Ri與計算相比偏大，Ro偏小。可能是各級調節好后留下的微小誤差的逐級放大導致，因此，有必要在此基礎上再作適當調整，以期接近理論計算，減小誤差。

總閉環分析：測得Auf與計算相比很吻合，而測得Ri與計算相比偏小，Ro偏大。可能是反饋帶來的的不當，加上開環時已存在的問題導致。

但總體上，此實驗所測得數據與技術指標相比還是比較吻合，達到所要求范圍，因此，此實驗可以得到驗收。

14.第八章.參考文獻

[1] 李朝青．單片機原理及接口技術[M].3版.北京：北京航空航天大學出版社，2005．

[2] 胡向東，劉京誠，余成波，等．傳感器與檢測技術[M].北京：高等教育出版社，2009．

[3] 胡向東，徐洋，馮志宇，等．智能檢測技術與系統[M].北京：高等教育出版社，2008．

[4] 余成波，等．傳感器與自動檢測技術[M].2版.北京：高等教育出版社，2009．

[5] 張迎新，等．單片機初級教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008．

[6] 李朝青．單片機學習指導[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005．

15.

第二篇：多級放大電路實驗報告（定稿）

多級放大電路的設計與測試

電子工程學院

一、實驗目的

1.理解多級直接耦合放大電路的工作原理與設計方法 2.熟悉并熟悉設計高增益的多級直接耦合放大電路的方法 3.掌握多級放大器性能指標的測試方法 4.掌握在放大電路中引入負反饋的方法

二、實驗預習與思考

1.多級放大電路的耦合方式有哪些？分別有什么特點？

2.采用直接偶爾方式，每級放大器的工作點會逐漸提高，最終導致電路無法正常工作，如何從電路結構上解決這個問題？

3.設計任務和要求

（1）基本要求

用給定的三極管2SC1815(NPN)，2SA1015(PNP)設計多級放大器，已知VCC=+12V,-VEE=-12V，要求設計差分放大器恒流源的射極電流IEQ3=1~1.5mA，第二級放大射極電流IEQ4=2~3mA；差分放大器的單端輸入單端輸出不是真電壓增益至少大于10倍，主放大器的不失真電壓增益不小于100倍；雙端輸入電阻大于10kΩ，輸出電阻小于10Ω，并保證輸入級和輸出級的直流點位為零。設計并仿真實現。

三、實驗原理

直耦式多級放大電路的主要涉及任務是模仿運算放大器OP07的等效內部結構，簡化部分電路，采用差分輸入，共射放大，互補輸出等結構形式，設計出一個電壓增益足夠高的多級放大器，可對小信號進行不失真的放大。

1.輸入級 電路的輸入級是采用NPN型晶體管的恒流源式差動放大電路。差動放大電路在直流放大中零點漂移很小，它常用作多級直流放大電路的前置級，用以放大微笑的直流信號或交流信號。

典型的差動放大電路采用的工作組態是雙端輸入，雙端輸出。放大電路兩邊對稱，兩晶體管型號、特性一致，各對應電阻阻值相同，電路的共模抑制比很高，利于抗干擾。

該電路作為多級放大電路的輸入級時，采用vi1單端輸入，uo1的單端輸出的工作組態。計算靜態工作點：差動放大電路的雙端是對稱的，此處令T1，T2的相關射級、集電極電流參數為IEQ1=IEQ2=IEQ，ICQ1=ICQ2=ICQ。設UB1=UB2≈0V，則Ue≈-Uon，算出T3的ICQ3，即為2倍的IEQ也等于2倍的ICQ。

此處射級采用了工作點穩定電路構成的恒流源電路，此處有個較為簡單的確定工作點的方法： 因為IC3≈IE3，所以只要確定了IE3就可以了，而IE3?UR4UE3?(?VEE)，?R4R4UE3?UB3?Uon?(VCC?(?VEE))?R5?Uon

R5?R6uo1?ui1采用ui1單端輸入，uo1單端輸出時的增益Au1?2.主放大級

?(Rc//RLRL?(P//）12??2

Rb?rbeR1?rbe本級放大器采用一級PNP管的共射放大電路。由于本實驗電路是采用直接耦合，各級的工作點互相有影響。前級的差分放大電路用的是NPN型晶體管，輸出端uo1處的集電極電壓Uc1已經被抬得較高，同時也是第二級放大級的基極直流電壓，如果放大級繼續采用NPN型共射放大電路，則集電極的工作點會被抬得更高，集電極電阻值不好設計，選小了會使放大倍數不夠，選大了，則電路可能飽和，電路不能正常放大。對于這種情況，一般采用互補的管型來設計，也就是說第二級的放大電路用PNP型晶體管來設計。這樣，當工作在放大狀態下，NPN管的集電極電位高于基極點位，而PNP管的集電極電位低于基極電位，互相搭配后可以方便地配置前后級的工作點，保證主放大器工作于最佳的工作點上，設計出不失真的最大放大倍數。

采用PNP型晶體管作為中間主放大級并和差分輸入級鏈接的參考電路，其中T4為主放大器，其靜態工作點UB4、UE4、UC4由P1、R7、P2決定。

差分放大電路和放大電路采用直接耦合，其工作點相互有影響，簡單估計方式如下：，UC4??VEE?IC4?RP2 UE4?VCC?IE4?R7，UB4?UE4?Uon?UE4?0.7（硅管）由于UB4?UC1，相互影響，具體在調試中要仔細確定。此電路中放大級輸出增益AU2?3.輸出級電路

輸出級采用互補對稱電路，提高輸出動態范圍，降低輸出電阻。

其中T4就是主放大管，其集電極接的D1、D2是為了克服T5、T6互補對稱的交越失真。本級電路沒有放大倍數。

四、測試方法

用Multisim仿真設計結果，并調節電路參數以滿足性能指標要求。給出所有的仿真結果。

電路圖如圖1所示

uo2??Rc ??uo1Rb?rbe

仿真電路圖

圖1 靜態工作點的測量：

測試得到靜態工作點IEQ3，IEQ4如圖2所示，符合設計要求。

圖2 靜態工作點測量

輸入輸出端電壓測試：

測試差分放大器單端輸入單端輸出波形如圖3，輸入電壓為VPP=4mV，輸出電壓為VPP=51.5mV得到差分放大器放大倍數大約為12.89倍。放大倍數符合要求。

圖3 低電壓下波形圖 主放大級輸入輸出波形如圖4

圖4 主放大級輸入輸出波形圖

如圖所示輸入電壓為VPP=51.5mV，輸出電壓為VPP=6.75V放大倍數為131.56倍。整個電路輸入輸出電壓測試如圖5

圖5 多級放大電路輸入輸出波形圖

得到輸入電壓為VPP=4mV，輸出電壓為VPP=4.29V，放大倍數計算得到為1062倍 實驗結論：

本電路利用差動放大電路有效地抑制了零點漂移，利用PNP管放大級實現主放大電路，利用互補對稱輸出電路消除交越失真的影響，設計并且測試了多級放大電路，得到放大倍數為1000多倍，電路穩定工作。

第三篇：心電放大電路設計報告

心電放大器設計 設計題目

設計一單導聯心電放大器，心電信號的幅度范圍為0.5～5mV，要求放大器與后續計算機系統中的10位A/D轉換器相連接，A/D轉換器的輸入電壓范圍為0～5V。

1.1 主要技術指標

1)2)3)4)5)6)7)輸入阻抗：≥5MΩ 偏置電流：<2nA 輸入噪聲：<10uV 共模抑制比：≥100dB 耐極化電壓：±300mV 漏電流：<10uA 頻帶：0.05～250Hz 1.2 具體要求

1)設計放大器電路；

2)計算電路中個元器件的參數值；

3)對選擇的關鍵元器件說明其選擇理由。引言

在當今社會中,心臟病等心血管已經成為了世界范圍內常見的疾病,號稱“頭號殺手”。由于心臟病有突發性以及長久性，對心臟病人也需要長期的治療和監護。

心臟是循環系統中重要的器官。由于心臟不斷地進行有節奏的收縮和舒張活動，血液才能在閉鎖的循環系統中不停地流動。心臟在機械性收縮之前，首先產生電激動。心肌激動所產生的微小電流可經過身體組織傳導到體表，使體表不同部位產生不同的電位。如果在體表放置兩個電極，分別用導線聯接到心電圖機(即精密的電流計)的兩端，它會按照心臟激動的時間順序，將體表兩點間的電位差記錄下來，形成一條連續的曲線，這就是心電圖。

圖1 標準的心電圖

心電圖是檢查心臟情況的一個重要方法，其應用范圍包括以下幾個方面：

(1)分析與鑒別各種心律失常。(2)查明冠狀動脈循環障礙。

(3)指示左右房竄肥大的情況，協助判別心瓣膜病、高血壓病、肺源性及先天性心臟病的診斷。

(4)了解洋地黃中毒、電解質紊亂等情況。

(5)心電監護已廣泛應用于手術、麻醉、用藥觀察、航天、體育等的心電監測以及危重病人的搶救。系統設計

3.1 設計思路

心電信號十分微弱，常見的心電頻率一般在0—100Hz之間，能量主要集中在17Hz附近，幅度小于5mV，心電電極阻抗較大，一般在幾十千歐以上。在檢測生物電信號的同時存在強大的干擾，主要有電極極化電壓引起基線漂移，電源工頻干擾(50Hz)，肌電干擾(幾百Hz以上)，臨床上還存在高頻電刀的干擾。電源工頻干擾主要是以共模形式存在，幅值可達幾V甚至幾十V，所以心電放大器必須具有很高的共模抑制比。電極極化電壓引起基線漂移是由于測量電極與生物體之間構成化學半電池而產生的直流電壓，最大可達300mV，因此心電放大器的前級增益不能過大，而且要有去極化電壓的RC常數電路。由于信號源內阻可達幾十KΩ、乃至幾百KΩ，所以，心電放大器的輸入阻抗必須在幾MΩ以上，而且 CMRR也要在60dB以上（目前的心電圖機共模抑制比一般均在89dB）。同時要在無源、有源低通濾波器中有效地濾除與心電信號無關的高頻信號，通過系統調試，最后得到放大、無噪聲干擾的心電信號。

3.2結構框圖

本電路設計主要是由五部分構成。

1、前置放大電路。其中前置放大器是硬件電路的關鍵所在，設計的好壞直接影響信號的質量，從而影響到儀器的特性；

2、共模抑制電路。在設計中使用了右腿驅動電路、屏蔽驅動電路，它們可以消除信號中的共模電壓，提高共模抑制比，使信號輸出的質量得到提高；

3、低通濾波電路及時間常數電路。常見的心電頻率一般在0.05--100Hz之間，能量主要集中在17Hz附近，幅度微小，大概為5mV，臨床監護有用頻率為0.5～30幾HZ，因此設計保留40HZ以下的信號。時間常數電路實現一階無源高通，截止頻率為0.05HZ，時間常數為3.6s。

4、工頻50Hz的陷波電路。本設計采用了雙T帶阻濾波電路，它能夠對某一頻段的信號進行濾除，用它能有效選擇而對電源工頻產生的50Hz的噪聲進行濾除；

5、主放大電路：心電信號需要放大上千倍才能觀測到，前置放大增益只有100~250左右，在這一級還需要放大4~10倍左右。

總體電路框圖如圖

右輸入信號前置放大電路左輸入信號低通濾波電路50HZ陷波后級放大電路右腿驅動電路

3.3電路設計

3.3.1 前置放大電路

由于人體心電信號的特點，加上背景噪聲較強，采集信號時電極與皮膚間的阻抗大且變化范圍也較大，這就對前級(第一級)放大電路提出了較高的要求，即要求前級放大電路應滿足以下要求：

高輸入阻抗；高共模抑制比；低噪聲、低漂移、非線性度小；合適的頻帶和動態范圍。

為此，選用Analog公司的儀用放大器AD620作為前級放大(預放)。AD620的核心是三運放電路(相當于集成了三個OP07運放)，其內部結構如圖1所示。

圖1 AD620 放大器內部結構圖

該放大器有較高的共模抑制比(CMRR)，溫度穩定性好，放大頻帶寬，噪聲系數小且具有調節方便的特點，是生物醫學信號放大的理想選擇。根據小信號放大器的設計原則，前級的增益不能設置太高，因為前級增益過高將不利于后續電路對噪聲的處理。

參數選擇：

由于AD620的增益與之間關系如下：G=1+(R1+R2)/R3，選取R21=R22=27K, R23=6.2K, C21=39pF, C22=200pF,C23=39Pf, 前置放大倍數：G1=1+(R1+R2)/R3=9.7。

3.3.2 右腿驅動電路

體表驅動電路是專門為克服50Hz共模干擾，提高CMRR而設計的，原理是采用人體為相加點的共模電壓并聯反饋，其方法是取出前置放大中的共模電壓，經過驅動電路倒相放大后再加回體表上，一般的做法是將此反饋共模信號接到人體的右腿上，所以稱為右腿驅動，通常，病人在做正常的心電檢測時，空間電場在人體產生的干擾電壓以及共模干擾時非常嚴重。而使用右腿驅動電路就能很好的解決上述問題，下圖就是右腿驅動的電路圖。其反饋共模電壓可以消除人體共模電壓產生的干擾，還可以抑制工頻干擾。

參數選擇：如上圖上標示，C41=0.01Uf,R41=10K,C42=1M.3.3.3 低通濾波放大電路

由RC元件與運算放大器組成的濾波器稱為RC有源濾波器，其功能是讓一定的頻率范圍內的信號通過，抑制或急劇衰減此頻率范圍以外的信號。具有理想幅頻特性的濾波器是很難實現的（如圖10虛線）。只能用實際的濾波器的幅頻特性去逼近理想的特性。常用的方法是巴特沃斯（Butterworth）逼近和切比雪夫（Chebysher）逼近，為保證心電信號原形，采用較平坦的巴特沃思有源濾波。如圖所示，濾波器的階數N越高，幅頻特性衰減的速度越快，就越接近于理想幅頻特性。

圖10 巴特沃斯幅頻特性

圖11 實用二階低通巴特沃思濾波器

參數選擇：要濾除250Hz的頻率，經過Mulisim仿真選擇阻值，如圖上圖中各元件的標注，R41=R42=R=6.8k,C41=C42=0.1uf, 根據二階低通巴特沃思濾波器公式：截止頻率為fH=1/(2πRC)=258Hz，基本上符合設計要求。

3.3.4 0.05Hz高通濾波器電路

此次設計用的是反相的二階巴特沃茲高通濾波器，其中放大倍數設置為1，截止頻率為0.05Hz。如圖5所示，各個電阻以及電容的參數值在電路中已標明。

圖5 巴特沃茲二階反相高通濾波電路

3.3.4 50Hz陷波電路

工頻干擾時心電信號的主要干擾，雖然前置放大電路對共模干擾具有一定的抑制作用，但是有部分工頻干擾是以差模方式進入電路的，且頻率處于心電信號的頻帶之內，加上電極和輸入回路不穩定的因素，前級電路輸出的心電信號仍存在較強的工頻干擾，所以必須專門濾波。

采用如下圖所示的有源雙T帶阻濾波器，該電路的Q值隨著反饋系數β(0<β<1)的增高而增高，Q值與β關系如下Q=1/(1-β),調節下圖中的R64和R64可以改變Q值。

圖13 50HZ雙T陷波電路

參數選擇：實驗中選用陷波效果很好的經驗參數。即R61=R62=R=33 KΩ，R64=2KΩ，R4=148KΩ,R63=1/2 R=15KΩ。C61=C62=C=0.1uF，C63取0.2uF。

根據公式：中心截止頻率 f0=1/(2∏RC)= 50Hz 上圖中，濾波電路增益G2=R65/(R65+R64)=0.9。阻帶寬度：BW= f0/Q= 其中：Q=1/2(2-Auv)

3.3.5 次級放大電路

第二級放大電路主要以提高增益為目的，選用普通的OPA2335放大芯片即可。電路圖如下：

參數選擇：R31=9.1k，R32=1M,C31=680pF 能起到一定的低通濾波作用 第二級放大倍數：G3=R32/R31=110

整個電路放大倍數G=G1*G2*G3=9.7*0.9*100=873倍

C31 電路性能的實驗驗證

按照上圖搭建電路圖，通過ORCAD6.1仿真，結果基本上能符合設計的要求。仿真

5.1前置放大電路仿真 仿真電路圖：

仿真結果：

從仿真結果看出，實際前置放大倍數為K1=46.8mA/4.7mA=9.9，與預期放大結果相同。

5.2低通濾波電路

仿真電路：

仿真結果：

1、輸入f=60hz時，輸出波形圖如下：

輸出和輸入基本上一致，信號沒有被衰減。

2、輸入f=250hz時，輸出波形圖如下：

輸出結果衰減為：323uV/4.9Mv=6.5% 250Hz頻率的輸入雜波濾除了93.5%。

3、輸入f=1KHz時，輸出波形圖如下：

結果：1kHz頻率的輸入雜波基本上被濾除

5.3 50Hz陷波電路

仿真電路：

仿真結果：

有圖可知，當輸入信號為50Hz的工頻干擾信號時，雜波基本上被濾除。

5.4次級放大電路 仿真電路連接圖：

仿真結果：

從圖中可以發現，放大倍數G2=2.65V/27.6mV=96，與預期的設計相符合。結束語

采用以AD620及OP2335為核心的信號放大器來實現心電信號的放大，電路功耗小，靈敏度高，最低只需3 V的電源，可由外接電池提供，容易實現基于移動式設備(如筆記本電腦)為核心的心電信號采集及處理，是一種實用的心電信號前端采集放大電路(信號的進一步優化可在采集后由軟件進行調理)。

通過本次設計，讓我對心電生理信號的采集電路有了比較充分的了解。對以后的研究設計有較大的幫助。

第四篇：多級低頻電壓放大器設計報告

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模擬電子技術課程設計 ※

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多級低頻電壓放大器設計

姓 名 學 號 院、系、部 班 號 完成時間

摘 要

本設計采用二級高通運算放大器的設計思路，分別設計了二級運算放大電路、可變放大倍數的二級運算放大電路等多種方案，并應用放大器對電壓放大的特點，要求電壓在滿足放大倍數的前提下，對大于10KHz高頻的信號進行選取，并運用多級反相放大器對電壓進行放大。并且多級電壓放大倍數等于組成它的各級電路電壓放大倍數之積。其輸入電阻是第一級的輸入電阻，輸出電阻是末級的輸出電阻。在求解某一級的電壓 放大倍數時應將后級輸入電阻作為負載。我們經常聽廣播，當我們選臺時其實是對不同的頻率的信號進行選擇，對信號的選擇這時我們就要用到多級低頻電壓放大器的實現。根據所選信號的頻率范圍可分為低通、高通、帶通、帶阻。這其中帶通是允許每一段頻帶范圍內的信號通過，而將此頻帶以外的信號阻斷，而消除高頻段和低頻段的干擾和噪聲，經常用與抗干擾設備的組成中。

由于多級放大倍數等于各級放大倍數之積算出所需要的電路，并通過對設計的電路圖經過Multisim仿真運行后，得到了放大倍數大于600倍，頻率大于10KHz的符合要求的高頻輸出波，因此可以確定此次電路設計可以滿足要求。

關鍵詞：多級

放大

濾波

目 錄

第1章 設計任務與要求····················· 錯誤！未定義書簽。第2章 方案與論證 ······························· 1 第3章 設計電路圖 ······················ 錯誤！未定義書簽。第4章 調試分析 ································ 3 第5章 結論與心得 ······························· 4 參考文獻 ································ 5

第1章 設計任務與要求

課程設計名稱：多級低頻電壓放大器 題目要求：

1.要求電壓放大倍數：| Au|≥600 2.輸出電壓峰峰值: Up-p ≥10V(RL=1KΩ)3.輸入輸出阻抗: Ri≥100KΩ, Ro≤50Ω 4.通頻帶: ≥10KHz 電路可以采用分立器件，也可以選用運算放大器。運放供電電源既可以采用單電源也可以選用雙電源。設計目的：

（1）熟悉電子儀器的正確使用；

（2）學會通過multisim軟件中電路的安裝與調試；（3）查詢相關資料，培養學生獨立分析解決問題能力；

（4）運用模電課本中相關課程所學到的理論知識去獨立完成課題設計；

第2章 方案與論證

1.運算放大器是最早應用于模擬信號的運算電路。其作用主要是用于電路的放大，本次課程設計多級低頻電壓放大器，主要采用運算放大器來實現。2.高通濾波器。采用的是高通濾波器對頻率的限制，通帶寬度高于10kHz，f0=10kHz，根據公式可得f0=1/6.28RC為固定值，然后定C，求R。

3.運算放大主要采用反相比例運算電路的二級放大，第一級放大倍數為7倍，第二級放大倍數為100倍。放大倍數Au= Au1*Au2, Au=-Rf /R1，R2= R1 // Rf；通過計算算出所需要的電路。4.計算的主要元件參數：

R1=1Ω，R2=100kΩ，R3 =87.5 kΩ，R4 =0.99 kΩ，R5 =700 kΩ，R6 =1 kΩ，R7 =100 kΩ，C1 =15.9uF輸入輸出電阻大小滿足設計要求。

5.電路設計：a、設計信號發生器為10mV，100kHz的正弦交流電，通過濾波器，得到正常放大，觀看波形，計算放大的倍數；b、設計信號發生器為10mV,4kHz的正弦交流電，通過濾波器，觀看波形，計算放大倍數。

圖2.1 基本原理框圖

第3章 設計電路圖

圖3.1 設計電路圖

如圖所示：最左端是一個信號發生器，與其連接的是一個由電容C1與R1組成的高通濾波器，然后U1與U2是兩個反相比例運算電路，U2的輸出與濾波器相接，通過觀察示波器的波形與放大倍數，得到結果。

第4章 調試分析

a.設計信號發生器為10mV，100kHz的正弦交流電，通過濾波器，得到正常放大，觀看波形，計算放大倍數。

圖4.1 正常放大波形

當頻率處于100kHz,大于等于10kHz，電壓得到正常放大，放大倍數Au=6.968V/10mV=696.8大于600，滿足設計的要求。

b.設計信號發生器為10mV,4kHz的正弦交流電，通過濾波器，觀看波形，計算放大倍數;

圖4.2 信號發生器

圖4.3不能正常放大的波形

由于濾波作用當頻率處于4kHz時，Au=2.145V/10mV=214.5小于600，得不到正常放大。

綜合分析：當頻率處于高于10kHz時，放大倍數大于600，得到正常放大，當頻率處于低于10kHz時，放大倍數小于600，得不到正常放大，設計的多級低頻電壓放大器符合設計要求。

第5章 結論與心得

本次設計熟悉了運算放大器的功能及特點，更進一步了解了二極管等元件的性能特點等，也更加熟悉了各個元件之間的搭配應用。

對于輸出電壓峰值調節，可以通過一個可調節的VCC來取代，從而實現對峰值的調節。本次設計的最終結果與預期結果相差在允許范圍內。只是因為各個元件的具體值比較難以得到，使得計算出的各個元件的數值有一定的誤差，但總體來說誤差也在允許范圍內。

在本學期開設《模電》這門學位課的基礎上，這次小學期我們做了模電仿真電路實驗。這門學科屬于電子電路范疇，與我們的專業有密切聯系，主要是理論方面的問題。將所學知識實踐、探索，才能對模電知識有更深的認識。

在這幾天學習中，雖然到處查資料，問同學，但是我從中學到了許多東西，不僅鞏固了以前所學的書本上的知識，而且還學到了許多書上沒有的東西，同時也提高了我的動手操作能力，鍛煉實踐能力。

拿到題目后，我都不知道是干啥用的，不知該如何下手，然后在模擬仿真過程中也遇到了許多問題，不知該如何運用該軟件，后來我上網查資料，加上同學的幫助，最后終于使理論值與仿真結果相符合。

回顧這次課程設計，從理論到實踐，在這幾天里，我從中學到了許多東西，通過這次實踐，讓我進一步明白獨立自主能力的重要性，所以說實踐是很重要的，以后的生活學習都要學會實踐。

參考文獻

[1] 康華光.電子技術基礎[M].北京高等教育出版社.2008.[2] 楊素行.模擬電子技術基礎簡明教程[M].清華大學電子學教研組.2006.[3] 余孟嘗.數字電子技術基礎簡明教程[M].清華大學電子學教研組.2011.

第五篇：電路設計自薦書

我是四川職業技術學院、即將畢業于2009年6月的學生。所學的專業是；應用電子技術。我仰慕貴單位重知識，重視 人才 之名，希望能成為貴單位的一員，為單位的事業發展盡我全力。

本人在校學習刻苦，成績優秀，通過在校學習，掌握了良好的專業知識，和理論基礎，系統的學習了各項知識技能。

我有一定的工作經驗，在校外，我經常參加學校的三下鄉活動，上門免費維修家電，在校內，組織電子協會成員進行電子設計比賽，活動也是搞得有聲有色。

我的性格開朗、熱情誠實、能夠吃苦耐勞、有責任感、有團結精神，人際關系好。

我的酷好是；電路設計，我能獨立完成從：電路原理圖設計 pCB布線電路設計 制作電路版的全過程 安裝電路版 調試電路等全過程。我在校期間，我還設計了一些電子成品如：150W三分頻功放、無線話筒、人體紅外感應燈等。效果很好。

我初涉世事，某些方面還不成熟，但我正視自己的不足，我將在今后實踐中虛心學習，不斷專研，積累工作經驗，提高工作能力，完善充實自己，我期望能有一片揚我所長的天地，我將奉獻我的智慧和汗水。