两级放大电路的设计 -
两级放大电路的设计、测试与调试
1.实验电路：
2实验内容：
（1）测试静态工作点
令Vcc=+12V，调节Rw,，使放大器第一级工作点Ve1=1.6V，用数字万用表测量个管脚电压并记录于表中。
（2）放大倍数的测量
调整函数发生器，使放大器Ui=5mv，f=1Khz的正弦信号，测量
输出电压Uo，计算电压增益，填于表中。
(3)输入电阻和输出电阻的测量
运用两次电压法测量两级放大器的输入输出电阻。测试输出电阻时，在输入口接上取样电阻R=1KΩ；测试输出电阻时，在输出口接上负载电阻Rl=1kΩ。数据填入下表：
（4）测量两级放大器的频率特性，并绘出频率特性曲线
3波形
（1）输入输出波形
（2）幅频特性测试
PNP型单级共射放大电路
PNP 型单级共射放大电路 一、 实验目的 1、 设计一个PNP 型共射放大器，使其放大倍数为80，工作电流为80mA 。 二、 实验仪器 1、 示波器 2、信号发生器 3、数字万用表 4、交流毫伏表 5、直流稳压源 三、 实验原理 1、PNP 型单级共射放大器电路图如下： 2、 静态工作点的理论计算： 静态工作点可由以下几个关系式确定： 4 34 B C C R U V R R = + 5 B BE C E U U I I R -≈= 由以上式子可知，当管子确定后，改变CC V 、3R 、4R 中任意参数值，都会导致静态工作点的变化。当电路参数确定后，静态工作点主要通过P R 调整。工作点偏高，输出信号波形易产生饱和失真；工作点偏低，输出波形易产生
截止失真。但当输入信号过大时，管子将工作在非线性区，输出波形会产生双向失真。当输出波形不很大时，静态工作点的设置应偏低，以减小电路的 静态损耗。 3、电压放大倍数的测量与计算 电压放大倍数是指放大电路输出端的信号电压（变化电压）与输入端的信号电压之比， 即：o u i u A u = 电路中有12 (//) u be R R A r β =-、 26 '(1) be bb EQ mV r r I β =++ 其中，' bb r一般取300Ω。 当放大电路静态工作点设置合理后，在其输入端加适当的正弦信号，同时用示波器观察放大电路的输出波形，在输出波形不失真的条件下，用交流毫伏表或示波器分别测量放大电路的输入、输出电压，再按定义式计算即可。 四、实验内容及结果 1、按图连接电源，确认电路无误后接通电源。 2、在放大器的输入端加入频率f=1KHz，幅值约为10mV的正弦信号，用示波器观察，同时，用示波器的另一端监视放大器的输出电压Uo的波形。调整Rp的阻值，使静态工作点处于合适位置，此时，输出波形最大而不失真。 3、测量电路工作电流Ic并与理论计算值比较
CMOS二级运算放大器设计
CMOS二级运算放大器设计 （东南大学集成电路学院） 一．运算放大器概述 运算放大器是一个能将两个输入电压之差放大并输出的集成电路。运算放大器是模拟电子技术中最常见的电路，在某种程度上，可以把它看成一个类似于BJT 或FET 的电子器件。它是许多模拟系统和混合信号系统中的重要组成部分。 它的主要参数包括：开环增益、单位增益带宽、相位阈度、输入阻抗、输入偏流、失调电压、漂移、噪声、输入共模与差模范围、输出驱动能力、建立时间与压摆率、CMRR、PSRR以及功耗等。 二．设计目标 1.电路结构 最基本的COMS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如图所示。主要包括四部分：第一级输入级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。 图两级运放电路图 2.电路描述 电路由两级放大器组成，M1~M4构成有源负载的差分放大器，M5提供该放大器的工作电流。M6、M7管构成共源放大电路，作为运放的输出级。M6 提供给M7 的工作电流。M8~M13组成的偏置电路，提供整个放大器的工作电流。相位补偿电路由M14和Cc构成。M14工作在线性区，可等效为一个电阻，与电容Cc一起跨接在第二级输入输出之间，构成RC密勒补偿。 3.设计指标 两级运放的相关设计指标如表1。
表1 两级运放设计指标 三．电路设计 第一级的电压增益： )||(422111o o m m r r g R G A == 第二级电压增益： )||(766222o o m m r r g R G A =-= 所以直流开环电压增益： )||)(||(76426221o o o o m m o r r r r g g A A A -== 单位增益带宽： c m O C g A GBW π2f 1 d == 偏置电流： 2 13 122121)/()/()/(2??? ? ??-=L W L W R L W KP I B n B 根据系统失调电压： 7 5 6463)/()/(21)/()/()/()/(L W L W L W L W L W L W == 转换速率： ? ?? ???-=L DS DS C DS C I I C I SR 575,min 相位补偿： 12.1)/()/()/()/(1 61311 146 6+== m m m C g g L W L W L W L W g R
课程设计：任务四放大电路及其应用习题
一、选择正确答案填入空内，只需填入A 、B 、C 、D 1．已知图示电路中晶体管的100≈β，Ω≈k 1be r ，在输入电压为有效值等于10mV 的1kHz 正弦信号时，估计输出电压有效值为____。（ A ．0.5V ， B ．1V ， C ．2V ， D ．5V ）。 2k Ω L 2. 放大电路如图所示，已知硅三极管的50=β，则该电路中三极管的工作状态为（ ）。 3. 放大电路如图所示，已知三极管的05=β，则该电路中三极管的工作状态为（ ）。 4. 放大电路A 、B 的放大倍数相同，但输入电阻、输出电阻不同，用它们对同一个具有内阻 的信号源电压进行放大，在负载开路条件下测得A 的输出电压小，这说明A 的（ ）。 A. 输入电阻大 B. 输入电阻小 C. 输出电阻大 D.输出电阻小 5. 关于三极管反向击穿电压的关系，下列正确的是（ ）。 A. EBO BR CBO BR CEO BR U U U )()()(>> B. EBO BR CEO BR CBO BR U U U )()()(>> A. 截止 B. 饱和 C. 放大 D. 无法确定 A. 截止 B. 饱和 C. 放大 D. 无法确定
C. CEO BR EBO BR CBO BR U U U )()()(>> D. CBO BR CEO BR EBO BR U U U )()()(>> 6. 在三极管放大电路中，下列等式不正确的是（ ）。 A.C B E I I I += B. ?B C I βI C. CEO CBO I I )1(β+= D. βααβ=+ 7. 图示电路中，欲增大U CEQ ，可以（ ）。 A. 增大Rc B. 增大R L C. 增大R B1 D. 增大β 8、射极输出电路如图所示，分析在下列情况中L R 对输出电压幅度的影响，选择：2 （1）．保持i U 不变，将L R 减小一半，这时o U 将____； （2）．保持s U 不变，将L R 减小一半，这时o U 将____。 （A ．明显增大， B ．明显.减小， C ．变化不大） 9、在共射、共集、共基三种组态的放大电路中____的电压放大倍数u A 一定小于1，____的电流放大倍数i A 一定小于1，____的输出电压与输入电压反相。（A ．共射组态， B ．共集组态， C ．共基组态） 10、已知图示电路中晶体管的50≈β，Ω≈k 2be r ，在输入电压为有效值等于10mV 的1kHz 正弦信号时，估计输出电压有效值为________。（ A ．0.2V ， B ．0.5V ， C ．1V ， D ．2V ）
两级放大电路的设计(参考版)
设计指标： A V >250，R i ≥10kΩ，R L =5.1kΩ， BW=50Hz~50kHz ，D<5% 。 设计条件： 输入信号（正弦信号）：2mV≤V i ≤5mV ，信号源内阻：R s =50Ω，电源电压：V CC =12V ； 半导体三极管9013，参数：β=100，r bb ’=300Ω，C μ=5pF ，f T =150MHz ，3V≤V CC ≤20V ， P CM =625mW ，I CM =500mA ，V (BR)CEO =40V 。 1．电路选型： 小信号放大电路选用如图1所示两级阻容耦合放大电路，偏置电路采用射极偏置方式，为了提高输入电阻及减小失真，满足失真度D<5%的要求，各级射极引入了交流串联负反馈电阻。 2．指标分配： 要求A V >250，设计计算取A V =300，其中T 1级A V1=12，A V2=25；R i ≥10kΩ要求较高，一般，T 1级需引入交流串联负反馈。 3．半导体器件的选定 指标中，对电路噪声没有特别要求，无需选低噪声管；电路为小信号放大，上限频率f H =50kHz ，要求不高，故可选一般的小功率管。现选取NPN 型管9013，取β=100。 4．各级静态工作点设定 动态范围估算：T 1级：im1imax V1252mV, 12,V V A === om1V1im1125284mV V A V ==?=。 T 2级：im2om1V284mV , 25V V A ===， om2V2im22584 2.1V V A V ==?=。
为避免饱和失真，应选：CEQ om CE(sat)C V V ≥+ ；可见 T 1级V CEQ1可选小些，T 2级V CEQ2可选大些。 CQ CQ CM CEQ CM T T I I I I I ≥+12取值考虑：设定主要根据，由于小信号电压放大电路较小； 另从减小噪声及降低直流功率损耗出发，、工作电流应选小些。 T 1级静态工作点确定： T CQ1 T CQ1T CQ1CQ1CQ1BQ1CEQ13k Ω, ',100'30026mV ' 10026 0.963mA 3000300 0.7mA 0.07mA , V 2V>0.12V V r r r I V I r V r r I I I I ββββ ≥=+= ===-?≤ =-====be1be1bb bb be1bb 取依可推得其中，，可求得选， T 2级静态工作点确定： 一般应取CQ2CQ1I I > ，CEQ2CEQ1V V > 选 ：CQ2 CQ2BQ2CEQ21.2mA , 0.012mA , V 4V>3V I I I β == == 5．偏置电路设计计算（设BEQ 0.7V V =） T 1级偏置电路计算： Rb1BQ1BQ1CC 10100.0070.07mA 11 124V 33I I V V ==?===?=取 故：CC BQ1 b1b1 124 114.286k Ω0.07 V V R I --= = = 取标称值120 kΩ 22Rb1b1b110.071200.588mW 课程设计报告 学生姓名:张浩学学号：201130903013 7 学 院:电气工程学院 班 级: 电自1116(实验111） 题 目: 模电音频功率放大电路设计 指导教师：张光烈职称: 2013 年 7月 4 日 1、设计题目：音频功率放大电路 2、设计任务目的与要求： 要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的音频功率放大电路，负载为扬声器，阻抗8。 指标：频带宽50HZ～20kHZ，输出波形基本不失真；电路输出功率大于8W；输入灵敏度为100mV，输入阻抗不低于47KΩ。 模电这门课程主要讲了二极管，三极管，几种放大电路，信号运算与处理电路，正弦信号产生电路，直流稳压电源。功率放大器的作用是给音响放大器的负载RL（扬声器）提供一定的输出频率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号的非线性失真尽可能小，效率尽可能高。功率放大器的常见电路形式有OTL电路和OCL电路。有用继承运算放大器和晶体管组成的功率放大器，也有专集成电路功率放大器。本实验设计的是一个OTL功率放大器，该放大器采用复合管无输出耦合电容，并采用单电源供电。主要涉及了放大器的偏置电路克服交越失真，复合管的基本组合提高电路功率，交直流反馈电路，对称电路，并用multism软件对OTL 功率放大器进行仿真实现。根据电路图和给定的原件参数，使用multism 软件模拟电路，并对其进行静态分析，动态分析，显示波形图，计算数据等操作。 3、整体电路设计： ⑴方案比较： ①利用运放芯片 LM1875和各元器件组成音频功率放大电路，有保护电路，电源分别接+30v和-30v并且电源功率至少要50w，输出功率30w。 ②利用运放芯片TDA2030和各元器件组成音频功率放大电路，有保护电路，电源只需接+19v，另一端接地，负载是阻抗为8Ω的扬声器，输出功率大于8w。 通过比较，方案①的输出功率有30w，但其输入要求比较苛刻，添加了实验难度。而方案②的要求不高，并能满足设计要求，所以选取方案②来进行设计。 ⑵整体电路框图： 全差分运算放大器设计 岳生生（200403020126） 一、设计指标 以上华0.6um CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： ?直流增益：>80dB ?单位增益带宽：>50MHz ?负载电容：＝5pF ?相位裕量：>60度 ?增益裕量：>12dB ?差分压摆率：>200V/us ?共模电压：2.5V (VDD=5V) ?差分输入摆幅：>±4V 二、运放结构选择 运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的,DSAT N V 之和小于0.5V ，输出端的所有PMOS 管的,DSAT P V 之和也必须小于0.5V 。对于单级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该 要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 三、性能指标分析 1、 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 11 1357 113 51 3 57 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=-+ 第二级增益 9 2 2 9112 9 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=- + 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r = = ≥++ 2、 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ： 单级放大电路的设计与仿真 一、实验目的 1）掌握放大电路静态工作点的调整与测试方法。 2）掌握放大电路的动态参数的测试方法。 3）观察静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响。 二、实验器材 1mV 5KHz 正弦电压源，15mV 5KHz 正弦电压源，12V直流电压源，2N2222A三极管，10uF电容（3个），10KΩ电阻（2个），3.0KΩ电阻，1.5KΩ电阻，5.1KΩ电阻，250KΩ电位器，万用表，示波器等。 三、实验原理与要求 三极管工作在放大区时具有电流放大作用，只有给放大电路中的三极管提供合适的静态工作点才能保证三极管工作在放大区。如果静态工作点不合适，输出波形则会产生非线性失真——饱和失真和截止失真，而不能正常放大。静态工作点合适时，三极管有电流放大特性，通过适当的外接电路，可实现电压放大。表征放大电路放大特性的交流参数有电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。对于不同频率的输入交流信号，电路的电压放大倍数不同，电压放大倍数与频率的关系定义为频率特性，频率特性包括：幅频特性——即电压放大倍数的幅度与频率的关系；相频特性——即电压放大倍数的相位与频率的关系。 设计一个分压偏置的单管电压放大电路，要求信号源频率5kHz(幅度1mV) ，负载电阻5.1kΩ，电压增益大于50。调节电路静态工作点(调节电位计)，观察电路出现饱和失真和截止失真的输出信号波形，并测试对应的静态工作点值。加入信号源频率5kHz(幅度1mV) ，调节电路使输出不失真，测试此时的静态工作点值。测电路的输入电阻、输出电阻和电压增益。测电路的频率响应曲线和fL、fH值。 设计图如下： 四、实验内容与步骤 1.饱和失真 为了使得到的饱和、截止失真的波形图更加明显，用15mV的交流电压源代替了原先的1mV 的电源。调节电位器的百分比至0%，观察波形。 测试饱和失真下的静态工作点 可知I B=227.374uA，I C=2.576mA, U CE=69.657mV。 , 课程设计 课程名称_模拟电子技术课程设计 题目名称音频功率放大电路 $ 学生学院 专业班级 学号 学生姓名__ 指导教师 : 2010 年 6 月 20 日 — 音频功率放大电路课程设计报告 一、设计题目 题目：音频功率放大电路 二、设计任务和要求 ` 1）设计任务 设计并制作一个音频功率放大电路（电路形式不限），负载为扬声器，阻抗8Ω。 2）设计要求 频带宽50H Z ～20kH Z ，输出波形基本不失真；电路输出功率大于8W； 输入灵敏度为100mV，输入阻抗不低于47KΩ。 三、原理电路设计 功率放大电路： % 功率放大电路通常作为多级放大电路的输出级。功率放大器的常见电路形式有OTL电路和OCL电路。在很多电子设备中，要求放大电路的输出级能够带动某种负载，例如驱动仪表，使指针偏转；驱动扬声器，使之发声；或驱动自动控制系统中的执行机构等。也就是把输入的模拟信号经被放大后,去推动一个实际的负载工作，所以要求放大电路有足够大的输出功率，这样的放大电路统称为功率放大电路。而音频功率放大器的作用就是给音响放大器的负载RL（扬声器）提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出的信号的非线形失真尽可能地小，效率尽可能的高。随着半导体工艺,技术的不断发展,输出功率几十瓦以上的集成放大器已经得到了广泛的应用。功率VMOS管的出现,也给功率放大器的发展带来了新的生机。总之，功率放大器的主要任务是向负载提供较大的信号功率,故功率放大器应具有以下几个主要特点： 1. 输出功率要足够大 工作在大信号状态下,输出电压和输出电流都很大.要求在允许的失真条件下, 电流镜负载的差分放大器设计 摘要 在对单极放大器与差动放大器的电路中，电流源起一个大电阻的作用，但不消耗过多的电压余度。而且，工作在饱和区的MOS器件可以当作一个电流源。 在模拟电路中，电流源的设计是基于对基准电流的“复制”，前提是已经存在一个精确的电流源可以利用。但是，这一方法可能引起一个无休止的循环。一个相对比较复杂的电路被用来产生一个稳定的基准电流，这个基准电流再被复制，从而得到系统中很多电流源。而电流镜的作用就是精确地复制电流而不受工艺和温度的影响。在典型的电流镜中差动对的尾电流源通过一个NMOS镜像来偏置，负载电流源通过一个PMOS镜像来偏置。电流镜中的所有晶体管通常都采用相同的栅长，以减小由于边缘扩散所产生的误差。而且，短沟器件的阈值电压对沟道长度有一定的依赖性。因此，电流值之比只能通过调节晶体管的宽度来实现。而本题就是利用这一原理来实现的。 一、设计目标（题目） (3) 二、相关背景知识 (4) 1、单个MOSTFET的主要参数包括： (4) 三、设计过程 (5) 1、电路结构 (5) 2、主要电路参数的手工推导 (6) 3、参数验证（手工推导） (7) 四、电路仿真 (7) 1、NMOS特性仿真及参数推导 (7) 2、PMOS特性仿真及参数推导 (10) 3、最小共模输入电压仿真 (12) 4、电流镜负载的差分放大器特性仿真及参数推导 (14) 五、性能指标对比 (18) 六、心得 (18) 一、设计目标（题目） 电流镜负载的差分放大器 设计一款差分放大器，要求满足性能指标： ● 负载电容pF C L 1= ● V VDD 5= ● 对管的m 取4的倍数 ● 低频开环增益>100 ● GBW(增益带宽积)>30MHz ● 输入共模范围>3V ● 功耗、面积尽量小 参考电路图如下图所示 设计步骤： 1、仿真单个MOS 的特性，得到某W/L 下的MOS 管的小信号输出电阻和跨导。 2、根据上述仿真得到的器件特性，推导上述电路中的器件参数。 3、手工推导上述尺寸下的差分级放大器的直流工作点、小信号增益、带宽、输入共模范围。 辽宁工业大学电子技术基础课程设计（论文） 题目：语音放大电路 课程设计（论文）任务及评语 1 第 1 章语音放大电路设计方案论证 (1) 1.1 语音放大电路的应用意 义 (1) 1.2 语音放大电路设计的要求及技术指标................................... 1 1.3 设计方案论 证 (1) 1.4 总体设计方案框图及分析............................................. 2 第 2 章语音放大电路各单元电路设计.. (3) 2.1 前置放大电路的设 计 (3) 2.2 滤波电路的设 计 (4) 2.3 功率放大电路的设计.................................................5 第3 章语音放大电路整体电路设计. (7) 3.1 整体电路图及工作原 理 (7) 3.2 电路参数计算及整机电路性能分析.....................................9 第 4 章设计总结...........................................................9 参考文献.. (9) 附录：器件清单 (10) 2 第1 章语音放大电路设计方案论证 1.1语音放大电路的应用意义 在电子电路中，输入信号常常受各种因素的影响。即含有一些不必要的成分（即干扰），或者输入信号是不同频率信号混合在一起的信号，对前者应设法将不必要的成份衰减到足够小，而后者应设法将需要的信号提取出来。这时我们就需要一种技能放大语音信号又能降低外来噪声的仪器。 1.2语音放大电路设计的要求及技术指标 设计要求： 1. 分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境 等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。 2. 确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成 本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。 3. 设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。 4. 组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出 的规律摆放各电路，并标出必要的说明。 技术指标：采用全部或部分分立元件设计一种语音 放大电路额定输出功率P o≥5W 负载阻抗R L=4Ω频率响 应：300HZ～3KHZ 1.3设计方案论证 语音放大电路主要有信号输入、前置放大电路、有源带通滤波电路、功率放大电路和输出组成。 1.3.1 前置放大电路 前置放大电路以为测量用小信号放大电路。在测量用的放大电路中，一般传感器送 1 实验二、单级共射放大电路的设计 一、实验目的 1.掌握共射放大器电路的设计方法 2.掌握如何设置放大电路的静态工作点及其调试方法 3.学习放大电路性能指标 4.观察基本放大电路参数对放大器的静态工作点、电压放大倍数及最 大不失真电压、以及频率响应的测量方法 5.进一步熟悉函数发生器、等常用仪器的使用方法 6.进一步熟悉晶体管参数的测试 7.了解负反馈对放大电路性能的影响 二、实验仪器与器件： 直流稳压电源、万用电表、双踪示波器、交流毫伏表、直流毫安表、频率计、三极管、电阻器、电容器、电位器若干。 三、实验原理： 连接电路图如下图，并测量相关数据，了解单级共设放大电路 四、实验内容 1.静态工作点的调整与测量： 将R L 开路；在接通电源钱，将R b2 调至最大，并使u i =0.调节R b2 测量相应数 据填入下表 2.观察静态工作点对输出波形失真的影响： 调节函数信号发生器找到最大不失真输入电压，然后观察u O 输出波形，判断失真情况以及管子工作状态填入下表 3.电压放大倍数的测量 将频率为1kHz 、u i =300mV （参考）的正弦信号作为输入信号，用交流毫伏表测量U i 和U o 有效值，用示波器观察输入输出电压的波形，把测量结果记入下表 U i =248mV 4.观察静态工作点对电压放大倍数的影响 将R L 开路，R C =2k欧姆，输入适当u i 。改变R b2 ，将数据填入下表 U i =106.06mV 注意：测量U CE 时它是静态参数。 5.输入电阻和输出电阻的测量 输入端开关打开，用交流毫伏表测量U i 和U s ，计算输入电阻 R i =U i /I i =R s *U i /(U s -U i ) 闭合输入端开关，打开和闭合输出端开关，用交流毫伏表测量U L 和U O ，计 算输出电阻 R O =（U O /U L -1）*R L 6.最大不是真输出电压V opp 的测量 同时调节输入信号的幅度和电位器R b2 ，用示波器和交流毫伏表测量填表 7.幅频特性的测量 采用主点法进行测量，填表。 电子课程设计报告 题目：多级放大电路 姓名： 年级专业：2010电信（双学位）指导老师 计算机与信息学院电信专业 2011年7月2日 摘要 【摘要内容】在我们日常生活和科学研究等工作中，常常会遇到放大电路。这些放大电路的形式不通，性能指标也不同，使用的元器件也不相同，但它们都是用来进行信号的放大，其基本工作原理都是一样的。在这些放大电路中，单管放大电路时构成各种复杂电路的基本单元。本文以几个简单的放大电路为例，介绍放大电路的组成原理、工作原理、性能指标及计算方法。 本着从简单到复杂的分析思想逐步对电路进行剖析，化整为零，化零为整分析电路的工作原理和各个放大登记的输入输出电阻和静态工作点。通过这次设计的思考和查阅资料我不仅对放大电路有了深一层的认识还对功率放大器有了更深的学习。通过此次研究加深在放大电路上的理解，使其在工作学习中运用的更加熟练。 【关键词】：放大电路原理；多级放大电路的概述；运行参数，放大倍数，静态工作点，输入、输出电阻； 目录 摘要 (2) 第一章放大电路基础 (3) 1.1 第一种类型的指标：.............................................................................................. ..4 1.2 第二种类型的指标.................................................................................................. ..6 1.3 第三种类型的指标：.............................................................................................. ..6 第二章基本放大电路 .. (7) 2.1 BJT 的结构 (7) 2. 2 BJT的放大原理 (8) 第三章多级放大电路 (9) 3.1 多级放大电路的概述 (9) 3.2 耦合形式 (9) 3.3 放大电路的静态工作点分析 ............................................................................... . (11) 3.4 设计电路的工作原理 (12) 3.5 计算参数 .......................................................................................................... .. (13) 总结......................................................................................................................... (14) 参考文献 ................................................................................................................ (14) 全差分运算放大器设计 岳生生（0126） 一、设计指标 以上华CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： 直流增益：>80dB 单位增益带宽：>50MHz 负载电容：＝5pF 相位裕量：>60度 增益裕量：>12dB 差分压摆率：>200V/us 共模电压：(VDD=5V) 差分输入摆幅：>±4V 运放结构选择 运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的 ,DSAT N V 之和小于，输出端的所有PMOS 管的 ,DSAT P V 之和也必须小于。对于单 级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 性能指标分析 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 1 1 1 3 5 7 1 1 3 5 1 3 5 7 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=- +P 第二级增益9 2 2 9 11 2 9 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=-+P 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r == ≥++ 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ： 1）、输入级： max 1max |2| Cc out DS C C d SR dt I v I C C = = = 单位增益带宽1m u C g C ω= ，可以得到 1m C u g C ω = 实验一单级放大电路的设计和仿真 一、实验目的 1、掌握放大电路静态工作点的调整和测试方法。 2、掌握放大电路的动态参数的测试方法。 3、观察静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响。 二、实验要求 1、设计一个分压偏置的单管电压放大电路，要求信号源频率5kHz(幅度1mV) ，负载电阻5.1kΩ，电压增益大于50。 2、调节电路静态工作点(调节电位计)，观察电路出现饱和失真和截止失真的输出信号波形，并测试对应的静态工作点值。 3、加入信号源频率5kHz(幅度1mV) ，调节电路使输出不失真，测试此时的静态工作点值。测电路的输入电阻、输出电阻和电压增益； 4、测电路的频率响应曲线和f L、f H值。 三、设计原理图 Rb1=160kΩ,Rb2=80.6kΩ,Rc=2.2kΩ,Re=1.65kΩ,C1=C2=10uF,Ce=100uF,RL=3,9kΩ，R1=10Ω 四、实验过程 1、观测饱和失真、截止失真与不失真 <1饱和失真的观测 使Rb1=51kΩ，用示波器观测波形，并做直流工作点分析。此时的静态工作点，ICQ=3.05334mA,IBQ=49.41790uA,VCEQ=130.534mV 静态工作点 <2截止失真的观测 使Rb2=20.0k ，信号源电压峰值40mv，用示波器观测波形，并做直流工作点分析。此时的静态工作点，ICQ=418.088uA,IBQ=1.88563uA,VCEQ=10.382913V 不失真 静态工作点 <2不截止失真的观测 用示波器观测波形，并做直流工作点分析。此时的静态工作点，ICQ=1.78125mA,IBQ=8.28494uA,VCEQ=5.18389V 电子课程设计--二级晶体管放大电路 五邑大学 电子技术课程设计报告题目：二级晶体管放大电路 院系机电工程学院 专业机械工程及其自动化 学号 AP100 学生姓名 指导教师黄东 完成日期 2 0 1 2 / 1 / 7 一、设计题目：晶体管放大电路 （1）设计一级晶体管放大电路，输入信号幅度≥20mv, 频率为1KHz，电源电压+5V，要求完成下面的技术指标： a. 电压增益A u ≥20 b. 输入电阻Ri ≥2KΩ c. 输出电阻Ro ≤50Ω （2）测量出输入电阻值，并说明该值于那些元件有关系。 （3）可选用的器件与元件 二、方案的论证和设计 1）工作原理： 输入信号加到前级的输入端，经过前级放大后加到后级的输入端，再经后级放大。在两级放大器中，放大器的输入端事实上就是前级的输入端，前级的输出也就是后级的输入，后级的输出也就是两级放大的输出；前级是后级的信号源，后级是前级的负载。因此，两极放大的线性电压放大倍数就等于前后两级放大倍数的乘积；放大器的输入电阻就是前级的输入电阻；放大器的输出电阻就是后级的输出电阻。 2)设计电路的主要功能 该电路具有实现输入信号放大的功能，能将较小的输入信号通过二级放大电路实现信号放大，从而获得必要的电压幅值或足够的功率，最终达到推动负载工作的使用要求。 3）设计原理图 4）参数的设定 1.计算后级电路电阻参数 节点B 电流方程为 1R I =2R I +B I 为了稳定静态工作点，令参数满足1R I >>B I 因此，B 点位为 CC B B B BE U R R R U 2 12 +≈ 取1E I =1.mA ，并选β=91,则 1 26) 1(200E be I r β++= =200+(1+91)*26/1=2.592k 第一级的放大倍数是 be L C r R R A //u1β -= 取1U A =120，取Ω=5101E R ,代入公式求出=C R 3.6k ? 设计课题 设计一个具有恒流偏置的单端输入-单端输出差分放大器。 学校：延安大学 一： 已知条件 正负电源电压V V V V EE cc 12,12-=-+=+；负载Ω=k R L 20；输入差 模信号mV V id 20=。 二：性能指标要求 差模输入电阻Ω>k R id 10；差模电压增益15≥vd A ；共模抑制 比dB K CMR 50>。 三：方案设计及论证 方案一： 方案二 方案论证： 在放大电路中，任何元件参数的变化，都将产生输出电压的漂移，由温度变化所引起的半导体参数的变化是产生零点漂移的主要原因。采用特性相同的管子使它们产生的温漂相互抵消，故构成差分放大电路。差分放大电路的基本性能是放大差模信号，抑制共模信号好，采用恒流源代替稳流电阻，从而尽可能的提高共模抑制比。 论证方案一：用电阻R6来抑制温漂 ?优点：R6 越大抑制温漂的能力越强； ?缺点：<1>在集成电路中难以制作大电阻； <2> R6的增大也会导致Vee的增大（实际中Vee不 可能随意变化） 论证方案二 优点：（1）引入恒流源来代替R6,理想的恒流源内阻趋于无穷，直流压降不会太高，符合实际情况； （2）电路中恒流源部分增加了两个电位器，其中47R的用来调整电路对称性，10K的用来控制Ic的大小，从而调节静态工作点。 通过分析最终选择方案二。 四：实验工作原理及元器件参数确定 ?静态分析：当输入信号为0时， ?I EQ≈(Vee-U BEQ)/2Re ?I BQ= I EQ /(1+β) ?U CEQ=U CQ-U EQ≈Vcc-I CQ Rc+U BEQ 动态分析 ?已知：R1=R4,R2=R3 电工电子技术课程设计报告 题目：多级放大电路的设计 二级学院机械工程学院 年级专业14 动力本 学号1401250029 学生姓名周俊 指导教师张云莉 教师职称讲师 报告时间：2015.12.28 目录 第一章．基本要求和放电电路的性能指标 (1) 第二章．概述和任务分析 (5) 第三章．电路原理图和电路参数 (6) 第四章．主要的计算过程 (9) 第五章．电路调试运算结果 (11) 第六章．总结 (12) 制作调试步骤及结果 (12) 收获和体会 (13) 第七章．误差和分析 (14) 第八章．参考文献 (15) 第一章．基本要求和放电电路的性能指标 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=1~1.5mA，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。 2. 放电电路的性能指标： 第一种是对应于一个幅值已定、频率已定的信号输入时的性能，这是放大电路的基本性能。第二种是对于幅值不变而频率改变的信号输出时的性能。第三种是对应于频率不变而幅值改变的信号输入时的性能。 1.1第一种类型的指标： 1.放大倍数 放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标。它定义为输出变化量的幅值与输入变化量的幅值之比，有时也称为增益。虽然放大电路能实现功率的放大，然而在很多场合，人们常常只关心某一单项指标的放大的倍数，比如电压或者电流的放大倍数。由于输出和输入信号都有电压和电流量，所以存在以下四中比值： （1-1） 1. （1-2） （1-3） （1-4）式中的、、、都是正弦信号的有效值。需要注意的是，若输出波形出现明显失真，则此值就失去意义了，因此在输出端要有监视失真的措施（如用示波器观察波形）。其他指标也是如此。 2.输入电阻 作为一个放大电路，一定要有信号源来提供输入信号。例如扩大机就是利用话筒将声音转成电信号提供放大电路的。放大电路与信号源相连，就要从信号源 对讲机放大电路 一、设计要求 1.电路原理图绘制正确（或仿真电路图）； 2.掌握EWB仿真软件的使用和电路测试方法； 2.电路仿真达到技术指标。 3. 完成实际电路，掌握电路的指标测试方法； 4.实际电路达到技术指标。 二、设计步骤 1.原理了解，清楚设计内容。 2.原理及连线图绘制，仿真结果正确。 3.安装实际电路。 4.调试，功能实现。 5.教师检查及答辩。 6.完成设计报告。 三、课程设计报告要求 a.题目： b.设计任务及技术指标 c.设计内容及原理 d.设计步骤和方法（仿真、实际电路分别来写） e.安装与调试 f.电路的指标结果（仿真、实际电路分别来写） g.所用仪器和设备 h.参考文献 一、设计任务及技术指标 1．前置放大级技术指标 电压放大倍数：Av=100； 最大输出电压：Vo=1V ； 频率响应 ：30Hz~30KHz ； 输入电阻 ：Ri > 15K Ω； 失真度 ：γ < 10%； 负载电阻 ：RL=2K Ω； 电源电压 ：Vcc=12V ； 2．功率放大器（输出级）技术指标 最大输出功率： Pom ≥ 0.25W ； 负载电阻 ：RL = 8 Ω； 失真度 ：γ ≤ 5% 效率 ：η ≥ 50% Y2 图1-1 对讲机原理图 输入阻抗：R i ≥100 KΩ 二、基本设计方案 1．确定前置放大级电路方案 2．确定功率放大器电路方案 3 .依据基本设计方案计算元件参数 1．确定前置放大级电路 1).确定放大电路的级数 根据总电压放大倍数，确定放大电路的级数，为使放大电路的性能稳定，引入一定深度的负反馈，所以，放大倍数应留有一定余量。 2).确定晶体管的组态 根据输入、输出阻抗及频率响应等方面的要求，确定晶体管的组态（共射、共基、共集）及静态偏置电路。 3).选用适当的耦合方式 根据三种耦合方式（阻容耦合、变压器耦合、直接耦合）的不同特点，选用适当的耦合方式 《IC课程设计》报告 电流镜负载的差分放大器设计 摘要 在对单极放大器与差动放大器的电路中，电流源起一个大电阻的作用，但不消耗过多的电压余度。而且，工作在包河区的MOS器件可以当作一个电流源。 在模拟电路中，电流源的设计是基于对基准电流的“复制”，前提是已经存在一个精确的电流源可以利用。但是，这一方法可能引起一个无休止的循环。一个相对比较复杂的电路被用来产生一个稳定的基准电流，这个基准电流再被复制，从而得到系统中很多电流源。而电流镜的作用就是精确地复制电流而不收工艺和温度的影响。在典型的电流镜中差动对的尾电流源通过一个NMOS镜像来偏置，负载电流源通过一个PMOS镜像来偏置。电流镜中的所有晶体管通常都采用相同的栅长，以减小由于边缘扩散所产生的误差。而且，短沟器件的阈值电压对沟道长度有一定的依赖性。因此，电流值之比只能通过调节晶体管的宽度来实现。而本题就是利用这一原理来实现的。 目录 1设计目标 (1) 2相关背景知识 (2) 3设计过程 (6) 3.1 电路结构设计 (6) 3.2 主要电路参数的手工推导 (6) 3.3 参数验证（手工推导） (7) 4 电路仿真 (9) 4.1 用于仿真的电路图 (9) NMOS： (9) PMOS (9) 整体电路图 (10) 4.2 仿真网表（注意加上注释） (10) 4.3 仿真波形 (13) 5 讨论 (17) 6 收获和建议 (17) 参考文献 (19) 1设计目标 设计一个电流镜负载的差分放大器，参考电路图如下： 2相关背景知识 据题目所述，电流镜负载的差分放大器的制作为0.35um CMOS 工艺，要求在5v 的电源电压下，负载电容为2pF 时，增益带宽积大于25MHz ，低频开环增益大于100，同时功耗和面积越小表示性能越优。 我们首先根据0.35um CMOS 工艺大致确定单个CMOS 的性能，即在一定值的W/L 下确定MOS 管在小信号模型中的等效输出电阻和栅跨导，然后记下得到的参数并将其带入到整体电路中计算，推导电流镜负载的差分放大器电路中的器件参数，例如，小信号模型的增益、带宽、功耗等，再分析是否满足题目中的各项指标的要求。若不满足，则依据摘要理所说的，调节晶体管的宽度，然后用调整后的参数进行仿真、验证，直到符合要求为止。 相关背景知识： 1. 差分式放大器 差分式放大器是由两个各项参数都相同的三端器件（包括BJT 、FET ）所组成的差分式放大电路，并在两器件下端公共接点处连接一电流源。差分式又分为差模和共模信号：输入电压Vid 为Vi1和Vi2的差成为共模电压；另外，若输入电压Vic 为VI1和Vi2的算术平方根，则称为共模电压。当输入电压是共模形式时，，即在两个输入端各加入相同的信号电压，在差分放大电路中，无论是温度变化，还是电源波动引起的变化，其效果相当于在两个输入端加入了共模信号，两输出端输出的共模电压相同，故双端输出时输出电压为零；当输入电压是差模形式时，即在电路的两个输入端各加一个大小相等、极性相反的信号电压，一管电流将增加，另一管电流则减小，所以在两输出端间有信号电压输出。而差分放大器正是利用共模输入的特点来克服噪声信号和零点漂移的。此题要求用双端差模信号输入，单端输出，相应的计算公式如下： 1. 差模输入电压：12 id i i v v v =- 2. 共模输入电压：() 122 i i ic v v v += 3. 差模输出电压：12 od o o v v v =- 4. 共模输出电压：12 2 o o oc v v v += 5. 双端输入——单端输出的差模电压增益： 2(2|| v d m d s d s A g r r = 6. 双端输入——单端输出的等效栅跨导：模电音频功率放大器课程设计
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