单管放大器的设计与仿真及误差分析

课程设计报告题目：单管放大器的设计与仿真学生姓名：学生学号：系别：专业：电子信息工程届别：指导教师：电气信息工程学院制2013年3月淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息工程专业课程设计报告目录引言……………………………………………………………1任务与要求…………………………………………………2系统方案制定………………………………………………3系统方案设计与实现………………………………………4系统仿真和调试……………………………………………5数据分析……………………………………………………6总结…………………………………………………………7参考文献……………………………………………………8附录…………………………………………………………第1 页单管放大器的设计与仿真学生:指导教师：电气信息工程学院电子信息工程专业引言：放大现象存在于各种场合中，例如，利用放大镜放大微小的物体，这是光学中的放大；利用杠杆原理用小力移动重物，这是力学中的放大；利用变压器将低电压变换为高电压，这是电学中的放大。

而作为电子电路中的放大晶体管放大器是放大电路的基础【1】，也是模拟电子技术、电工电子技术等课程的经典实验项目，实验内容涉及方面广泛。

本文已常见的作为集成运放电路的中间级的共射放大电路为讨论对象，一方面，对具体包括模拟电路的一般设计步骤、单管共射放大电路设计方案的拟定、静态工作点的设置与电路元件参数的选取、放大电路性能指标的测量、稳定静态工作点的措施等做阐述。

本文采用的是分压式电流负反馈偏置电路设计成的共发射极放大器，对分压式电流负反馈偏置电路能稳定静态工作点的原理作了说明，并将对晶体管放大器静态工作点的设置与调整方法、放大电路的性能指标与测试方法、放大器的调试技术做阐述。

介绍模拟电子电路的一般设计方法和思路，以及Multsim 和Matlab软件的一些基本操作和仿真功能。

淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息工程专业课程设计报告第 3 页1任务与要求 1.1设计的任务：本文采用的是分压式电流负反馈偏置电路设计成的共发射极放大器，对分压式电流负反馈偏置电路能稳定静态工作点的原理作了说明，并将对晶体管放大器静态工作点的设置与调整方法、放大电路的性能指标与测试方法、放大器的调试技术做阐述。

1.2单管放大器设计的要求：（1）V 12CC +=V ,Ω=k 3L R ,10m A i =V ，Ω=600s R（2）40V >A ，k Ω1i >R ，Ω<k 3o R ,Hz 100L <f ，kHz 100H >f（3）温度特性好；bjt 的参数对放大器性能影响小；具有最大不失真动态范围。

1.3单管放大器设计的理论基础： 1）选定电路形式选定为共射放大电路图1.12)选用三极管因设计要求kHz 100H >f ，H f 的指标要求较高。

一般来说，BJT 的T f 愈大，e b'C 、cb'C 愈小，Hf 愈高。

故选定BJT 为2N222，其mA 600CM =I ,V 20(BR)CEO ≥V ,mW 625CM =P .MHz 300T ≥f ，μA 01.0CEO ≤I ,)FE(βh 为60-300。

对于小信号电压放大电路，工程上通常要求β的数值大于V A 的数值，故取β=60。

3）设置静态工作点并计算元件参数由设计要求)(be i i r R R ≈>Ωk 1,取bb'r =200Ω有≈be r CQ(mA)bb'e b'bb'I mA26β+=+r r r mA r R mA I bb i CQ 95.120010002660m V 26)('=-⨯=-<β,取mA 0.2CQ =I取V 7.3V BQ =，V 7.0V BEQ =有k Ω5.10.27.07.3V V BEQBQ =-=-≈CQe I R ，取E24系列（%5±）标称值，k Ω0.1=e R 由图3.1有k Ω24~12210~57.360)105(12）（）（=⨯⨯=-==CQBQ BQ b I V I V R β取E34系列标称值，Ω=K 302b R212b b b CCBQ R R R V V +≈K Ω607.3)7.312(3021=-⨯=-≈BQBQCC b b V V V R R取E24系列标称值，Ω=K 571b R淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息工程专业课程设计报告第 5 页Ω=⨯+=+=98022660200)m A (m V 26'CQ bb be I r r β由L c LR R R//'=，有K Ω65.06098.040A beV '≈⨯==βr R LK Ω14.165.0365.03L 'L 'L ≈-⨯≈-=R R R R R L c 取E24系列标称值，K Ω2=c R放大电路的通频带主要受电路中存在的各种电容的影响，H f 主要受BJT 结电容及电路中分布电容的限制;L f 主要受耦合电容b1C 、b2C 及旁路电容e C 的影响。

要严格计算b1C 、b2C 及e C 同时作用对L f 的影响，计算较为复杂。

通过分析可知，b1C 、b2C 、e C 愈大，L f 愈低，因此，在工程设计中，为了简化计算，通常采用以b1C 或b2C 或e C 单独作用时的转折频率作为基本频率，再降低若干倍作为下限频率的方法，电容b1C 、b2C 、e C 单独作用时对应的等效回路分别如图4.3（a ）、（b ）、（c ）所示。

如果设计要求中，L f 为已知量，则可按下列表达式估算：)(21)103(be s L b1r R f C +-≥π （a ）)(21)103(L c L b2R R f C +-≥π （b ）)1//(21)31(be s eL e βπ++-≥r R R f C （c ）一般常取b2b1C C =，可在式中选用回路电阻较小的一式计算。

由于)()(L c be s R R r R +<+，故取b2b1C C =，有F)6.8~6.2()1240600(10021)10~3()(21)10~3(be S L b2b1μππ≈-⨯⨯⨯=+≥=r R f C C取F/25V 10b2b1μ==C C ，有F)159~53()6011240600//1600(10021)3~1()1//(21)3~1(bes e L e μπβπ≈++⨯⨯⨯≈++≥r R R f C取F/25V 100e μ=C2系统方案制定3单管放大器的系统方案设计：淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息工程专业课程设计报告3.1 Multsim软件介绍NI Multisim10软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件。

作为Windows 下运行的个人桌面电子设计工具，NI Multisim10 是一个完整的集成化设计环境。

multisim10作为著名的电路设计与仿真软件，不需要真实电路环境介入，具有仿真速度快，精确度高，准确，形象等优点【2】。

本文利用multisim10软件进行实验仿真，具体对共射放大电路进行了静态工作点仿真分析、动态分析、瞬态特性分析、灵敏度分析、参数扫面分析，可以动态直观地观察不同参数对放大电路性能指标的影响，对理解实验原理，熟悉实验过程具有很大的帮助，了解了multisim10仿真软件的一些基本仿真功能和应用，提高了运用multisim10实际动手进行电路仿真操作的能力。

NI Multisim10计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。

可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。

NI Multisim10软件绝对是电子学教学的首选软件工具3.2用Multsim软件画电路图的步骤1.打开Multsim10运用程序。

2.点击File下的New,选择Schematic Capture新建一个界面。

3.在新建界面的右方选择Oscilloscope,用鼠标左键单击，将其移至绘制电路图区合适的位置，再次单击鼠标左键确定。

4.将鼠标指针移至晶体管器件库图标上，该图标就会变成上凸，并在图标右下方出现该图标的英文名称。

在Component区，借助右侧的滑标，找到2N222，并单击将其选中。

放置绘图区的合适位置。

5.在关闭晶体管器件库之后，按照类似的方法，从基本器件库选取所有需要的电阻类元件及电容类元件等等其他所需元件，放置绘图区的合适位置并按照设计理论设置相关参数，再将其基本器件库关闭。

6.用连线正确的将所有器件连接起来，连接中注意节点的位置。

7.链接好之后，对其进行仿真，进一步验证电路图绘制的正确性。

8.后面的电路图画法将依据以上画法进行。

3.3由以上步骤画出如下设计要求的电路图第7 页图3.3.1 实验电路3.5按照3.2的要求依次在Multsim 的平台上画出图5.3.2，图5.3.4由图5.3.2所示测量电路测得信号源的峰值为14.107mV ，实验放大电路的输入端信号峰值为8.367mV,如图所示，则实验电路的输入电阻为：Ω≈-⨯=-=k 46.1367.8107.141367.8S ipsp ip i R V V V R淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息工程专业课程设计报告第 9 页3.3.2（测量输入电阻电路及测量参数）由图5.3.4所示，断开负载电阻L R 后，测得输出电压峰值OLP V ,则实验 电路的输出电阻为：≈-=L OP OLP O )1(R V V R Ω≈⨯-k 4.123)1562.9064651(，略大于设 计指标。

3.3.4（测量断开负载电阻ＲL电路及测量参数）3.4电路工作原理3.1电路工作原理淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息工程专业课程设计报告 第 11 页4单管放大器的系统仿真和调试4.1用Multsim 实现仿真和调试的步骤（1）在3.2中已经完成的3.3.1电路图的界面单击左上角的开关按钮，打开开关，点击鼠标左键双击电路图中的示波器，在弹出的图5.4Oscilloscope —XSC1的图形界面上，分别调节Scale 至500us/Div,10mV/Div,500mV/Div 。

这样就会出现如图5.4所示的仿真图。

（2）按照相同的方法在已完成的图3.3.2和图3.3.3的界面上依次仿真出图5.5和图 5.6。

并依次调节Scale 至500us/Div,20mV/Div,5mV/Div 和500us/Div,2mV/Div,2V/Div 。