電路、信號(hào)與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　緒論......................................2</p><p>　　放大電路的基本概念.........................3</p><p>　　2.1放大電路的概念.................................

2、3</p><p>　　2.2放大電路的組成.................................4</p><p>　　2.3放大電路的放大倍數(shù).............................6</p><p>　　2.4放大電路的放大條件.............................7</p><p>　

3、　放大電路的工作原理.........................8</p><p>　　總體方案設(shè)計(jì)..............................11</p><p>　　4.1電路圖設(shè)計(jì)....................................11</p><p>　　4.2仿真與分析.......................

4、.............12</p><p>　　4.3調(diào)試與結(jié)果....................................14</p><p>　　總結(jié)與展望................................15</p><p>　　致謝......................................16</p>

5、;<p>　　參考文獻(xiàn)..................................17</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　晶體管放大電路的放大本質(zhì)是能量的控制和轉(zhuǎn)換，是在輸入微弱信號(hào)的作用下，通過(guò)放大電路將直流電源的能量轉(zhuǎn)換成負(fù)載所獲得的能量，使負(fù)載從電源獲得的能量大于信號(hào)源所提供的能量，最終達(dá)到某種要求?，F(xiàn)

6、在的放大電路在我們的生活中隨處可見，例如，收音機(jī)和電視機(jī)就是將天線接收到的微弱信號(hào)經(jīng)過(guò)多重處理和放大，最終使輸出音頻信號(hào)和視頻信號(hào)的能量或幅值達(dá)到一定程度，從而驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器和顯像管。電子電路放大的基本特征是功率放大，即負(fù)載上總是獲得比輸入信號(hào)大得多的電壓或電流。這樣，在放大電路中必須存在能夠控制能量的元件，即有源元件，如三極管和場(chǎng)效應(yīng)管等。放大電路是電子設(shè)備中最普遍的單元之一，放大電路簡(jiǎn)單地說(shuō)就是增加電信號(hào)幅度或功率的電子電路。應(yīng)用放大電

7、路實(shí)現(xiàn)放大的裝置稱為放大器。它的核心是電子有源器件，如電子管、晶體管等。為了實(shí)現(xiàn)放大，必須給放大器提供能量。常用的能源是直流電源，但有的放大器也利用高頻電源作為泵浦源。放大作用的實(shí)質(zhì)是把電源的能量轉(zhuǎn)移給輸出信號(hào)。輸入信號(hào)的作用是控制這種轉(zhuǎn)移，使放大器輸出信號(hào)的變化重復(fù)或反映輸入信號(hào)的變化?，F(xiàn)代電子系統(tǒng)中，電信號(hào)的產(chǎn)生、發(fā)送、接收、變換和處理，幾乎都以放大電路為基礎(chǔ)。</p><p>　　第二章 放大電路的基本概念

8、</p><p>　　2.1放大電路的基本概念</p><p>　　所謂放大就是從表面上看是將信號(hào)由小變大，實(shí)質(zhì)上，放大的過(guò)程是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程，由于在電子線路中輸入信號(hào)往往很小，他所提供的能量不能直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作，因此需要另一個(gè)新電源，由能量較小的輸入信號(hào)控制這個(gè)能源，經(jīng)三極管放大使之求驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。這種小能量對(duì)大能量的控制作用就是放大作用。三極管只是一種能量控制元件，而不是能源。三極

9、管有三個(gè)極，三極管對(duì)小信號(hào)實(shí)現(xiàn)放大作用在電路中有三種不同的連接方式（即三種組態(tài)），即共發(fā)射極接法、共集電極接法和共基極接法。這三種接法分別以發(fā)射極、集電極、基極作為輸入回路和輸出回路的公共端，從而構(gòu)成不同的放大電路。</p><p>　　共射極組態(tài) 共集電極組態(tài)</p><p><b>　　共基極組態(tài)</b></p>

10、<p>　　2.2 放大電路的組成</p><p>　　晶體管放大電路由共射極、共基極、共集電極三種組態(tài)的放大電路?；竟采浞糯箅娐啡缦聢D所示：</p><p>　　該電路以雙極型NPN三極管作為放大器件，電路中待放大的信號(hào)Ui通過(guò)耦合電容C1從三極管的基極輸入；放大后的信號(hào)通過(guò)電容C2的耦合輸送到負(fù)載RL,從電阻上可得到輸出電壓U0。由于三極管的發(fā)射極作為輸入和輸出的公共端，因

11、此該電路被稱為單管共射放大電路。該電路組成元件有：三極管、電容、輸出負(fù)載RL及偏置電路。</p><p>　　電路中各元件的作用：</p><p><b>　　三極管</b></p><p>　　三極管是電路的核心元件，利用其集電極電流與基極電流之間的ic=Bib的關(guān)系，使輸入端一個(gè)很小的變化量能在輸出端引起一個(gè)較大的變化量，從而實(shí)現(xiàn)放大作用。

12、在負(fù)載上得到的幅值較大的信號(hào)變化規(guī)律是由輸入信號(hào)決定的，而其能量是由直流電流提供的，放大電路在此僅實(shí)現(xiàn)能量的控制作用，三極管只是一個(gè)電流控制元件，整個(gè)電路保持能量守恒。</p><p><b>　　集電極電源VCC</b></p><p>　　VCC是整個(gè)放大電路的能源。它使集電結(jié)處于反向偏置，這是三極管具有放大作用的必要條件；同時(shí)他還向負(fù)載提供能量。VCC通常為幾伏

13、到幾十伏。</p><p><b>　　基極電阻RB</b></p><p>　　RB為三極管基極提供合適的正向偏流，既保證三極管工作在線性放大區(qū)，又有合適的工作點(diǎn)。RB一般為幾十千歐到幾百千歐。RB、VCC和三極管的基極、發(fā)射極共同組成輸入回路。</p><p><b>　　集電極電阻RC</b></p>

14、<p>　　RC可將集電結(jié)提供合適的偏置電壓，并將集電極電流的變化變換為電壓UCE的變化，以實(shí)現(xiàn)電壓放大，RC一般為幾千歐到幾十千歐。VCC、RC和三極管的集電極、發(fā)射極組成輸出回路。</p><p><b>　　耦合電容C1和C2</b></p><p>　　C1和C2分別接在輸入端和輸出端，一方面利用它來(lái)隔斷直流，其中C1用來(lái)隔斷放大電路與信號(hào)源之間的直

15、流通路，而C2則用來(lái)隔斷放大電路與負(fù)載之間的直流通路。另一方面，又起到交流耦合作用，由于電容對(duì)交流信號(hào)呈現(xiàn)很小的阻抗，保證交流信號(hào)順利通過(guò)，構(gòu)成信號(hào)源、放大電路和負(fù)載之間的交流通路。一般要求容抗近視為0，因此電容取值較大，C1、C2通常為點(diǎn)解電容，其值為幾微法到幾十微法。</p><p>　　2.3 放大電路的放大倍數(shù) </p><p>　　放大倍數(shù)是直接衡量放大電路放大能力的指標(biāo)，按照

16、放大參量的不同可以分為電壓放大、電流放大和功率放大。</p><p>　　電壓放大倍數(shù)：輸出電壓變化量與輸入電壓變化量的比值。在測(cè)試電壓放大倍數(shù)時(shí)，一般在放大電路的輸入端接一個(gè) 正弦波電壓信號(hào)，此時(shí)電壓放大倍數(shù)可以用輸出電壓與輸入電壓的正弦量之比來(lái)衡量。</p><p>　　電流放大倍數(shù)：輸出電流變化量與輸入電流變化量的比值。當(dāng)輸入為</p><p>　　正弦波信號(hào)

17、時(shí)，同理可用輸出電流的正弦相量之比來(lái)表示。</p><p>　　功率放大倍數(shù)：放大電路的輸出功率與輸入功率之比。</p><p>　　2.4 放大電路的放大條件</p><p>　　晶體管必須偏置在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。</p><p>　　正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使整個(gè)波形處于放大區(qū)。</p><p>　　

18、輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。</p><p>　　輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容濾波只輸出交流信號(hào)。</p><p>　　第三章 放大電路的工作原理</p><p>　　以NPN型硅三極管為例，我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib;把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電極電流Ic。這兩個(gè)電流的方向都是流出發(fā)射極的，

19、所以發(fā)射極E上就用了一個(gè)箭頭來(lái)表示電流的方向。三極管的放大作用就是:集電極電流受基極電流的控制(假設(shè)電源能夠提供給集電極足夠大的電流的話)，并且基極電流很小的變化，會(huì)引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關(guān)系:集電極電流的變化量是基極電流變化量的β倍，即電流變化被放大了β倍，所以我們把β叫做三極管的放大倍數(shù)(β一般遠(yuǎn)大于1，例如幾十，幾百)。如果我們將一個(gè)變化的小信號(hào)加到基極跟發(fā)射極之間，這就會(huì)引起基極電流Ib的變化，Ib的變

20、化被放大后，導(dǎo)致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過(guò)一個(gè)電阻R的，那么根據(jù)電壓計(jì)算公式U=R*I可以算得，這電阻上電壓就會(huì)發(fā)生很大的變化。我們將這個(gè)電阻上的電壓取出來(lái)，就得到了放大后的電壓信號(hào)了。</p><p>　　三極管在實(shí)際的放大電路中使用時(shí)，還需要加合適的偏置電路。這有幾個(gè)原因:</p><p>　?。?）由于三極管BE結(jié)的非線性(相當(dāng)于一個(gè)二極管)，基極電流必須在輸入電壓大

21、到一定程度后才能產(chǎn)生(對(duì)于硅管，常取0.7V)。當(dāng)基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時(shí)，基極電流就可以認(rèn)為是0。但實(shí)際中要放大的信號(hào)往往遠(yuǎn)比0.7V要小，如果不加偏置的話，這么小的信號(hào)就不足以引起基極電流的改變(因?yàn)樾∮?.7V時(shí)，基極電流都是0)。如果我們事先在三極管的基極上加上一個(gè)合適的電流(叫做偏置電流，上圖中那個(gè)電阻Rb就是用來(lái)提供這個(gè)電流的，所以它被叫做基極偏置電阻)，那么當(dāng)一個(gè)小信號(hào)跟這個(gè)偏置電流疊加在一起時(shí)，小信號(hào)就會(huì)導(dǎo)致

22、基極電流的變化，而基極電流的變化，就會(huì)被放大并在集電極上輸出。</p><p>　　（2）輸出信號(hào)范圍的要求，如果沒有加偏置，那么只有對(duì)那些增加的信號(hào)放大，而對(duì)減小的信號(hào)無(wú)效(因?yàn)闆]有偏置時(shí)集電極電流為0，不能再減小了)。而加上偏置，事先讓集電極有一定的電流，當(dāng)輸入的基極電流變小時(shí)，集電極電流就可以減小;當(dāng)輸入的基極電流增大時(shí)，集電極電流就增大。這樣減小的信號(hào)和增大的信號(hào)都可以被放大了。</p>&

23、lt;p>　?。?）三極管的飽和情況。如下圖所示，因?yàn)槭艿诫娮鑂c的限制(Rc是固定值，那么最大電流為U/Rc，其中U為電源電壓)，集電極電流是不能無(wú)限增加下去的。當(dāng)基極電流的增大，不能使集電極電流繼續(xù)增大時(shí)，三極管就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準(zhǔn)則是:Ib*β〉Ic。進(jìn)入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為一個(gè)開關(guān)閉合了。這樣我們就可以拿三極管來(lái)當(dāng)作開關(guān)使用:當(dāng)基極電流為0時(shí)，三極管集電極

24、電流為0(這叫做三極管截止)，相當(dāng)于開關(guān)斷開;當(dāng)基極電流很大，以至于三極管飽和時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和狀態(tài)，那么這樣的三極管我們一般把它叫做開關(guān)管。</p><p>　　如果把下面這個(gè)圖中的將電阻Rc換成一個(gè)燈泡，那么當(dāng)基極電流為0時(shí)，集電極電流為0，燈泡滅。如果基極電流比較大時(shí)(大于流過(guò)燈泡的電流除以三極管的放大倍數(shù)β)，三極管就飽和，相當(dāng)于開關(guān)閉合，燈泡就亮了。由于控制電流只需要比燈

25、泡電流的β分之一大一點(diǎn)就行了，所以就可以用一個(gè)小電流來(lái)控制一個(gè)大電流的通斷。如果基極電流從0慢慢增加，那么燈泡的亮度也會(huì)隨著增加(在三極管未飽和之前)。</p><p>　　但是在實(shí)際使用中要注意，在開關(guān)電路中，飽和狀態(tài)若在深度飽和時(shí)會(huì)影響其開關(guān)速度，飽和電路在基極電流乘放大倍數(shù)等于或稍大于集電極電流時(shí)是淺度飽和，遠(yuǎn)大于集電極電流時(shí)是深度飽和。因此我們只需要控制其工作在淺度飽和工作狀態(tài)就可以提高其轉(zhuǎn)換速度。<

26、;/p><p>　　對(duì)于PNP型三極管，分析方法類似，不同的地方就是電流方向跟NPN的剛好相反，因此發(fā)射極上面那個(gè)箭頭方向也反了過(guò)來(lái)--變成朝里的了。</p><p>　　第四章 總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 電路圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　這一次我的設(shè)計(jì)圖是參考老師給我們的畫出來(lái)的，只是在原來(lái)的基礎(chǔ)上做了一些改進(jìn)，我把他的一

27、些元器件做了調(diào)整，還有結(jié)合仿真的示波器對(duì)電阻和電容的數(shù)值做了調(diào)整。</p><p>　　電路利用兩個(gè)NPN型三極管進(jìn)行了兩次放大，在輸入端接一個(gè)10uf的電容C1用來(lái)隔斷放大電路與信號(hào)源之間的直流通路，輸出端接的電容容抗非常小，起到交流耦合作用，由于電容對(duì)交流信號(hào)呈現(xiàn)很小的阻抗，保證交流信號(hào)順利通過(guò)，構(gòu)成信號(hào)源、放大電路和負(fù)載之間的交流通路。其設(shè)計(jì)的原理圖如下：</p><p><b

28、>　　三極管放大原理圖</b></p><p>　　4.2 仿真與分析</p><p>　　一開始的時(shí)候，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的頻率為50Hz,占空比也是50%，振幅是1mvp,對(duì)電路圖的仿真結(jié)果是能起到放大作用，但是放大倍數(shù)不恒定，會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生變化。如下圖所示：</p><p>　　當(dāng)時(shí)間過(guò)一會(huì)以后：放大倍數(shù)發(fā)生了變化，一開始的時(shí)候3倍多，現(xiàn)在就1

29、倍左右。</p><p>　　4.3 調(diào)試與結(jié)果</p><p>　　把函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的頻率換成100HZ以后，結(jié)果出來(lái)了，電路放大了大約200倍，而且波形圖也正常，隨著時(shí)間的變化，放大倍率穩(wěn)定在200倍。</p><p>　　第五章 總結(jié)與展望 </p><p>　　雖然之前我們就專門的了解過(guò)各種的晶體三極管，包括CMOS管，但是這

30、一次老師讓自己設(shè)計(jì)一個(gè)基于三極管的二級(jí)放大電路還是感覺有點(diǎn)吃力。我們只是粗略的了解了一些三極管的功能及其一些應(yīng)用，也了解了三極管的放大作用，但是我們知道的只是說(shuō)三極管能夠把電壓和電流放大，卻不知道他是怎么放大的。他的具體的工作原理還是在這一次的課設(shè)中才學(xué)習(xí)的。</p><p>　　經(jīng)過(guò)這一次的課設(shè)才明白原來(lái)自己認(rèn)為了解的差不多了的三極管還有這么多未知的等著我們?nèi)W(xué)，我們學(xué)到的永遠(yuǎn)都只是皮毛，想要好好學(xué)的話就一定要

31、自己課后私下多花時(shí)間去學(xué)習(xí)。在接下來(lái)的時(shí)間里，我一定會(huì)總結(jié)這一次的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，自主學(xué)習(xí)，在老師的帶領(lǐng)以及自己的不懈努力下學(xué)習(xí)更多的知識(shí)，而且不脫離實(shí)踐，不斷地改進(jìn)和充實(shí)自己，為自己以后的就業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　第六章 致謝詞</b></p><p>　　這一次三極管的二級(jí)放大電路課設(shè)真的很有意思，一開始的時(shí)候我以為挺簡(jiǎn)單的，不就是個(gè)放大仿真

32、嘛，誰(shuí)知道做起來(lái)還有這么多的小意外。連示波器都不會(huì)調(diào)，只會(huì)傻傻的照著別人的參數(shù)去設(shè)置，卻不知道改變了這些參數(shù)會(huì)怎樣，這些參數(shù)又都是干嘛的。是我們和藹可親的張老師在耐心的一個(gè)一個(gè)的給我們看，一個(gè)一個(gè)的教我們?cè)趺慈ナ褂檬静ㄆ?，怎么能夠看出?lái)我們的電路放大了沒有。在我眼里，我們*老師是最有責(zé)任心的，對(duì)我們非常好。我會(huì)曠課，但從來(lái)不會(huì)曠她的課，雖然很多時(shí)候自己也聽不懂，但我還是會(huì)耐心的跟著她的節(jié)奏走下去。因?yàn)槲覑鄞魉宰鹬厮?，乖乖聽她的話?/p>

33、上她的課學(xué)會(huì)了不要試著去忽悠老師，知道就是知道，不知道老師還會(huì)告訴你。真的很高興能夠遇到你，做你的學(xué)生，在這里我想說(shuō)一句：張老師，你辛苦了，謝謝你對(duì)我們的細(xì)心輔導(dǎo)，我們一定會(huì)努力的。</p><p>　　第七章 參考文獻(xiàn)</p><p>　　張永瑞,張妮;信號(hào)與系統(tǒng)與數(shù)字信號(hào)處理兩課程教學(xué)內(nèi)容的一種整合方案[J];電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào);2001年01期</p><p&

34、gt;　　羅會(huì)昌，周新云。電子技術(shù)（電工學(xué)2）第三版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　胡錦，數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)。 第二版，北京：高等教育出版社，2004.</p><p>　　高文煥，模擬電路的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與分析，第二版 清華大學(xué)出版社，2008.</p><p>　?。?）高文煥,張尊僑,徐振英. 電子電路實(shí)驗(yàn)[M].北京:清華大學(xué)出版社,20

35、08.</p><p>　　（6）張新喜. Multisim10電路仿真及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.</p><p>　?。?）王滿順,劉之義. 關(guān)于示波器探頭的討論[J].電測(cè)與儀表,1994,(07):24-26.</p><p>　?。?） 高文煥,汪蕙. 模擬電路的計(jì)算機(jī)分析與設(shè)計(jì)-程序應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版</p>