多级放大电路的设计与测试

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多级放大电路的设计与测试

一、实验目的

1.理解多级直接耦合放大电路的工作原理与设计方法

2.熟悉并熟悉设计高增益的多级直接耦合放大电路的方法

3.掌握多级放大器性能指标的测试方法

4.掌握在放大电路中引入负反馈的方法

二、实验预习与思考

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1.多级放大电路的耦合方式有哪些分别有什么特点

2.采用直接偶尔方式，每级放大器的工作点会逐渐提高，最终导致电路无法正常工作，如何从电路结构上解决这个问题

3.设计任务和要求

（1）基本要求

用给定的三极管2SC1815(NPN)，2SA1015(PNP)设计多级放大器，已知V CC=+12V, -V EE=-12V，要求设计差分放大器恒流源的射极电流I EQ3=1~，第二级放大射极电流I EQ4=2~3mA；差分放大器的单端输入单端输出不是真电压增益至少大于10倍，主放大器的不失真电压增益不小于100倍；双端输入电阻大于10kΩ，输出电阻小于10Ω，并保证输入级和输出级的直流点位为零。设计并仿真实现。

三、实验原理

直耦式多级放大电路的主要涉及任务是模仿运算放大器OP07的等效内部结构，简化部分电路，采用差分输入，共射放大，互补输出等结构形式，设计出一个电压增益足够高的多级放大器，可对小信号进行不失真的放大。

1.输入级

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电路的输入级是采用NPN型晶体管的恒流源式差动放大电路。差动放大电路在直流放大中零点漂移很小，它常用作多级直流放大电路的前置级，用以放大微笑的直流信号或交

流信号。

典型的差动放大电路采用的工作组态是双端输入，双端输出。放大电路两边对称，两晶体管型号、特性一致，各对应电阻阻值相同，电路的共模抑制比很高，利于抗干扰。

该电路作为多级放大电路的输入级时，采用v i1单端输入，u o1的单端输出的工作组态。

计算静态工作点：差动放大电路的双端是对称的，此处令T 1，T 2的相关射级、集电极电流参数为I EQ1=I EQ2=I EQ ，I CQ1=I CQ2=I CQ 。设U B1=U B2≈0V ，则U e ≈-U on ，算出T 3的I CQ3，即为2倍的I EQ 也等于2倍的I CQ 。

此处射级采用了工作点稳定电路构成的恒流源电路，此处有个较为简单的确定工作点的方法：

因为I C3≈I E3，所以只要确定了I E3就可以了，而34344

()E EE R E U V U I R R --==， 53356

((V ))E B on CC EE on R U U U V U R R =-=--⋅-+ 采用u i1单端输入，u o1单端输出时的增益11111(//(//22L L c o u i b be be R R R P u A u R r R r ββ=

==-++） '

2.主放大级

本级放大器采用一级PNP 管的共射放大电路。由于本实验电路是采用直接耦合，各级的工作点互相有影响。前级的差分放大电路用的是NPN 型晶体管，输出端u o1处的集电极电压U c1已经被抬得较高，同时也是第二级放大级的基极直流电压，如果放大级继续采用NPN 型共射放大电路，则集电极的工作点会被抬得更高，集电极电阻值不好设计，选小了会使放大倍数不够，选大了，则电路可能饱和，电路不能正常放大。对于这种情况，一般采用互补的管型来设计，也就是说第二级的放大电路用PNP 型晶体管来设计。这样，当工作在放大状态下，NPN 管的集电极电位高于基极点位，而PNP 管的集电极电位低于基极电位，互相搭配后可以方便地配置前后级的工作点，保证主放大器工作于最佳的工作点上，设计出不失真的最大放大倍数。

采用PNP 型晶体管作为中间主放大级并和差分输入级链接的参考电路，其中T 4为主放大器，其静态工作点U B4、U E4、U C4由P 1、R 7、P 2决定。

差分放大电路和放大电路采用直接耦合，其工作点相互有影响，简单估计方式如下： 447E CC E U V I R =-⋅， 4440.7B E on E U U U U =-=-（硅管），

442C EE C P U V I R =-+⋅

由于41B C U U =，相互影响，具体在调试中要仔细确定。 此电路中放大级输出增益221o c U o b be u R A u R r β⋅=

=-+ 3.输出级电路

。

输出级采用互补对称电路，提高输出动态范围，降低输出电阻。

其中T 4就是主放大管，其集电极接的D 1、D 2是为了克服T 5、T 6互补对称的交越失真。本级电路没有放大倍数。

四、测试方法

用Multisim 仿真实验结果，并使用合适的电路参数以满足性能指标要求。给出仿真结果。

电路图如图1所示

图1

静态工作点的测量：

测试得到静态工作点I EQ3，I EQ4如图2所示，符合设计要求。

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图2 静态工作点测量

输入输出端电压测试：

测试差分放大器单端输入单端输出波形如图3，输入电压为V PP=，输出电压为V PP=得到差分放大器放大倍数大约为倍。放大倍数符合要求。

图3 低电压下波形图

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主放大级输入输出波形如图4

图4 主放大级输入输出波形图如图所示输入电压为V PP=，输出电压为V PP=放大倍数为117倍。整个电路输入输出电压测试如图5

图5 多级放大电路输入输出波形图

由图像知输入电压为V PP=，输出电压为V PP=，放大倍数计算得到为1058倍

五、实验结论与心得：

在此电路中利用了差动放大电路，利用PNP管放大级实现主放大电路，利用互补对称输出电路。可以有效地抑制零点漂移，消除交越失真的影响，设计的多级放大电路，得到放大倍数为1058倍，符合设计要求。

通过这次的仿真，使我对多级放大电路有了深刻地理解，对于差分放大电路有了更深的了解，学习到抑制零点漂移、消除消除交越失真的方法。丰富了自己的知识。