多级直接耦合放大电路分析

电子电路计算机仿真设计与分析多级直接耦合放大电路分析

学院：电子信息工程学院

专业: 自动化

年级：2008级

学号：00824032

姓名：张秉刚

日期：2010年5月20日

多级放大电路分析

一、实验目的

1、构建多级放大电路，对静态工作点、放大倍数进行调节，使其满足设计要求。

2、测量多级放大电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻和频率特性。。

3、在多级放大电路中引入电压串联负反馈。

4、测量负反馈电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻和频率特性等，并与开环放大电路相应的技术指标进行比较。

二、实验原理：

1、开环状态下的多级放大电路分析

一般情况下，单级放大电路的电压放大倍数一般可放大几十倍。而在实际的电路要求输出电压要远远的大于输入电压，为了达到更高的放大倍数，常常把若干个基本放大电路连接起来，组成所谓的多级放大电路。

A、电压放大倍数

在多级放大电路中，由于各级之间是串联起来的，上一级的输出，就是下一级的输入，所以总的电压放大倍数为各级电压放大倍数的乘积。

B、输入电阻和输出电阻

一般说来，多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电阻，即：Ri=Ri1；而输出电阻就是最后一级的输出电阻，即：Ro=RoN。其中，后级的输入电阻就是前级的负载电阻，前级的输出电阻就是后级的信号源电阻。

C、频率特性

在实际电路中，通常要求放大器能够放大一定频率范围的信号。我们把放大器的放大倍数和工作信号频率有关的特性称为频率特性。

2、闭环状态下的多级放大电路的分析

在开环状态下，由于放大电路存在零点漂移现象，故多级放大电路中引入负反馈，可以使整个电路的电压放大倍数仅仅与两个电阻有关，其中晶体管的更换几乎不会给整个电路性能带来什么影响。即：其电压放大倍数的稳定性获得了大幅度的提高。

负反馈的引入还可以给放大电路带来其它影响，比如可以扩展电路的通频带、降低下限截止频率、提高上限截止频率，可以降低环内器件的噪声，可以改善环内器件引起的非线性，可以方便地改变输入输出电阻等。

三、实验电路图

1、原始开环状态下的多级放大电路电路图：

由于此电路图存在严重的失真现象，故通过直流分析及参数扫描分析可得其在误差允许的范围内，其电路图如下：

2、原始闭环状态下的多级放大电路电路图：

由于此电路图存在严重的失真现象，故通过直流分析及参数扫描分析可得其在误差允许的范围内，其电路图如下

电路中电源V2、V3均为12伏直流电源，V3为交流电源，作为输入电压。电路中各个晶体管均为模型元件，其中Q1、Q2、Q4为2N2222A型NPN晶体管;Q3为PN4250型PNP晶体管。电阻元件均为理想元件，其原始参数大小分别为：R1=R2=2k欧，R3=6k欧，R4=R5=R7=R9=1k欧，R6=8.2k欧，R8=6k欧。

四、实验内容

（一）开环状态下对电路的分析

1、静态工作点的分析

在输出波形不失真的情况下，单击Simulate→Analysis→DC Operating Point...→Output选项，选择需要用来的的仿真变量（在此全选），然后单击“Simulate”按钮，系统自动显示运行结果

由于电路在输入为零的情况下就有比较大的输出电压，因此，电路存在严重的失真情况，通过改变电路电阻的形式来减小输入的失真。通过对R5、R6、R7、R8灵敏度分析，如下图所示：

由此图可知，R5和R8对输出电压的影响较大。其中当R8和R6变大时输出电压的电位也跟着增长，但R6的灵敏度较高，R8的灵敏度较低；同理当R5和R7变大时输出电压的电位随之减小，但R5的灵敏度较高，R7的灵敏度较低。因此，通过对电路R5和R7电阻的调节时使静态时Vo值为零（误差小于±5uv），分析结果如下

2.温度分析

分析温度由-50度到+50度变化时V o值的变化

此图中各曲线为温度每隔20摄氏度输出地变化曲线，且当温度由低到高变化时，输出电压发生了也随温度的升高而增大，而无发生失真现象，其直流工作点也随之增大。

3.输出电压最大不失真与傅里叶分析

通过对输入电压的调节可知当输入电压为0.0132V，时，其电路对应的最大不对应的非线性失真系数小于5%（记录失真情况）；如下图所示：

4．通过对电路瞬态分析来计算放大倍数

当输入电压为Vi=0.0132V，f=1000Hz以及输出波形图知：其中输出电压的峰峰值为V0=4.7758V，

5.交流分析

由图可以看出该电路为一个低通电路，当输入的频率飞f<1MHz时，电路放大倍数很大，之后随着频率的增加，放大倍数逐渐减小。

从相位来看，当输入的频率小于1兆赫兹时，电路相位不发生变化，之后随着频率的增加，相位逐渐减小为一个负的增量。

6.传递函数分析：

对电路的输入进行调整，分别以差模和共模进行输入，并对电路进行传递函数分析：

1）共模信号分析：

2）差模信号分析：

由以上分析可以看出：

差模放大电路的放大倍数为A=254.77；输入电阻为Ri=15.69kΩ；输出电阻为R0=52.11Ω.

共模放大电路的放大倍数为A=1.65；输入电阻为Ri=79kΩ; 输出电阻为R0=54.45Ω

由此可计算共模抑制比CMRR=254.776/1.65=154.41

7.最坏情况分析

当 R1、R2、R3 变化 15％时，VO 的最坏情况分析如下：

从分析结果中可以看出当R1、R2增加到2300欧R3减少到510欧时，输出节点V o有最坏情况电压漂移6.63537V

（二）在闭环状态下对电路的分析

1. 静态工作点的分析

在输出波形不失真的情况下，单击Simulate→Analysis→DC Operating Point...→Output选项，选择需要用来的的仿真变量（在此全选），然后单击

“Simulate”按钮，系统自动显示运行结果，如下图