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1、模拟电子技术实验信号放大器的设计班 级： 姓 名： 指导老师： 2013年 12月 10日至12日1.实验目的（1）掌握分立或集成运算放大器的工作原理及其应用。（2）掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法。（4）通过实验培养学生的市场素质，工艺素质，自主学习的能力，分析问题解决问题的能力以及团队精神。（5）通过实验总结回顾所学的模拟电子技术基础理论和基础实验，掌握低频小信号放大电路和功放电路的设计方法2.实验任务和要求2.1实验任务1）已知条件： 信号放大电路由“输入电路”、“差分放大电路”、“两级负反馈放大电路”、“功率放大器”、“扬声器”几部分构成。信号产生差分放大共射级放大 功率放大
2、 负反馈 输出信号 图2-1 信号放大器的系统框图2） 性能指标：a)输入信号直接利用RC正弦波振荡电路产生。b)前置放大器： 输入信号：Uid10mV 输入阻抗：Ri100kW。c)功率放大器： 最大不失真输出功率：Pomax1W 负载阻抗：RL=8；电源电压：+5V，+12V，-12Vd)输出功率连续可调 直流输出电压50mV 静态电源电流100mA2.2实验要求 1）选取单元电路及元件 根据设计要求和已知条件，确定信号产生电路、前置放大电路、功率放大电路的方案，计算和选取单元电路的原件参数。2）前置放大电路的组装与调试测量前置放大电路的差模电压增益AU、共模电压增益AUc、共模抑制比KC
3、MR、带宽BW、输入电压Ri等各项技术指标，并与设计要求值进行比较。3）有源带通滤波器电路的组装与调试 测量有缘带通滤波器电路的差模电压增益AUd、带通BW，并与设计要求进行比较。4）功率放大电路的组装与调试 功率放大电路的最大不失真输出功率Po,max、电源供给功率PDC、输出效率、直流输出电压、静态电源电流等技术指标。5）整体电路的联调6）应用Multisim软件对电路进行仿真分析。2.3选用元器件 电容电阻若干、双踪示波器1个、信号发生器一个、交流毫伏表1个、数字万用表等仪器、晶体三极管 2N3906 1个，2N2222A 5个，2N2222 2个，2N3904 2个，1N3064 1个
4、。3、实验内容1、总电路图（一）实验总体电路图图3-1 总体电路图（二）各部分电路图1、信号产生电路直接利用RC正弦波振荡器产生正弦波信号作为输入信号。图3-2 RC正弦波振荡电路图图3-3 RC正弦震荡产生的波形图仿真数据： F=1kHZT1UB(V)UE(V)UC(V)IC(MA) UO(V)1.7371.1112.3350.6120.641T2UBV)UE(V)UC(V)IC(MA)1.3640.7854.1981.554实测数据： F=0.947kHZT1UB(V)UE(V)UC(V)IC(MA) UO(V)1.5350.8942.8370.4842.045T2UBV)UE(V)UC(
5、V)IC(MA)1.3560.6925.2051.02（二）前置放大电路方案：前置放大电路由两级负反馈放大器、差分放大电路组成。在典型情况下，有用信号的最大幅度可能仅有若干毫伏，而共模的噪声高达几伏，所以放大器输入漂移和噪声等因素对于总的精度至关重要。因此，前置放大电路应该是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移的的小信号放大电路。1、 差动放大器：差动放大器它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。 1.调节放大器零点 把开关S1和S2闭合，S3打在最左端，启动仿真，调节滑动变阻器的阻值，使得万用表的数据为0（尽
6、量接近0，如果不好调节，可以减小滑动变阻器的Increment值），填表一：仿真值： Ui= 4.243mv R串=430K Uo= 14.166 mv AV=3.338仿真值S3在左端Q1Q2R9C(v)B(v)E(v)C(v)B(v)E(v)U(v)6.966-33.954-0.6320.000001-0.064-0.68311.317S3在第二120.000002-0.1600.0000020.000004-0.1760.00001实测值： Ui=10.45mv R串=430K Uo=0.2326V AV=22.297测量值S3在左端Q1Q2R9C(v)B(v)E(v)C(v)B(v)E
7、(v)U(v)5.35-0.076-0.7410.0004-0.0473-0.6988 11.229S3在第二6.614-0.064-0.7130.0003-0.0537-0.72360.00012、带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器1调节信号发生器处（震荡产生的正弦波）的大小，使输出端10在开环情况下输出不失真。2 .启动直流工作点分析，记录数据，填入下表仿真值：三极管Q1三极管Q2Vb(v)Vc(v)Ve(v)Vb(v)Vc(v)Ve(v)2.9077.0922.2633.8184.4523.189 有反馈 Ui Uo Av 4.243mv 710.191mv 167.379 无反馈
8、Ui Uo Av 4.243mv 1.437v 338.675 实测值：三极管Q1三极管Q2Vb(v)Vc(v)Ve(v)Vb(v)Vc(v)Ve(v)2.6198.0061.9441.9449.9453.7015 有反馈 Ui Uo Av3.535mv 127.279mv 36 无反馈 Ui Uo Av 2.121mv 424.264mv 200.035. 负反馈对失真的改善 1、 在开环情况下适当加大Vi的大小，使其输出失真，记录波形2、 闭合开关S1，并记录波形（三）功率放大器电路方案功率放大器的主要作用是向负荷提供功率，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。这里我
9、们采用OTL功率放大电路。电路原理图如下： 1.静态工作点的调整 分别调整R4和R1滑动变阻器器，使得万用表XMM2和XMM3的数据分别为5-10mA和2.5V，然后测试各级静态工作点填入下表： 仿真值： Ic1=Ic3= 71.246 mA， Ui=703.78mV Uo= 728.232mV Av=1.034 Q1Q2Q3Ub(v)0.7081.8913.366Uc(v)4.8724.6745Ue(v)0.026200 实测值： Ic1=Ic3= 107.14 mA， Ui=0.3225 V Uo=0.3738V Av=1.16Q1Q2Q3Ub(v)1.02000.00024.9690Uc
10、(v)0.96081.03102.3310Ue(v)0.26681.73501.73702.最大不失真输出功率理想情况下，在实验中可通过测量RL两端的电压有效值，来求得实际的。 仿真值：POM=6.6% 实测值：POM=1.7% 3. 效率，：直流电源供给的平均功率。理想情况下，。在实验中，可测量电源供给的平均电流，从而求得，负载上的交流功率已用上述方法求出，因而也就可以计算实际效率了。 仿真值:1.8%实测值：=0.32%（四）综合测量方案1、测量系统电路的输入输出电阻以及通频带 测量值：输入电阻 486K 输出电阻 5.67 仿真值：输入电阻 687K 输出电阻 2.92 测量值：通频带2
11、19.4HZ239KHZ 仿真值：通频带112HZ210KHZ2、输入输出波形该信号放大器的前置电路中包含差分放大电路、两级负反馈放大电路，这些电路可以组成理想运放，比较理想运放电路中信号同相输入与反相输入输出波形特点。同相输入输出波形仿真图 同相输入输出波形实物图：反相输入输出波形仿真图：反相输入输出波形实物图：（五）实物图（六）仿真结果1、输入信号为10mv、500mv、6v时的输入输出波形图2、RC正弦波震荡产生的信号经过放大电路后最终输出波形图3，仿真测量4，通频带的测量仿真图f=204khz时的输出波形f=210khz时的输出波形f=118hz时的输出波形f=112hz时的输出波形4
12、 实验结果分析通过比较测量数据与仿真数据，发现实际测量的数据与仿真值误差较大，达到9.66%。为减小误差，可以在RC正弦波震荡产生电路2N2222的输出端接入一个100K的滑动变阻器，通过调节滑动变阻器，使输出电压维持在2mv左右。利用振荡器产生的信号直接作为输入信号时，仿真结果中有些输出波形失真，主要是因为震荡产生的波形不稳定造成，如果直接使用信号发生器输入信号，则无明显失真。通过测量发现该信号放大电路的输入电阻很大而输出电阻很小，因此采用理想运放电路可以减小综上，通过我们组的成员共同努力，本实验设计圆满完成，达到实验要求。5 设计总结这次实验内容的自我学习和实验任务的自我实践设计，不但激发了我们自己学习和理解知识的热情，而且给我们树立起了自觉应用自身的知识理论转化能力的意识。总结整个实际过程，我们学到了一些东西:1、 在整个实际过程中我们总结的方法是逐层调试的方法。比如在这个设计过程中我们必须先确保RC正弦波震荡电路产生的波形不失真，然后将信号送入差分放大电路、负反馈放大电路以及功率放大电路逐层调试，确保每一级的不失真。 2、分别对各个模块的功能进行仿真处理，与期望进行对比分析，找出不符合的地方回到上一步进行参数的调整，使得仿真结果最终符合设计的要求。3、从大体上对电路图进行进一步优化，使得结构更加清晰明了。4、对整个过程遇到的问题进行反思考虑总结，以避免下次犯同样的错误。
