开放式实验毛兴旺0211401733.docx
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开放式实验毛兴旺0211401733
西安邮电大学
开放式电子电路实验报告
班级:
通工1106
姓名:
毛兴旺
学号:
02114017
班内序号:
33
实验名称:
放大器的设计
一、实验任务
(1)、信源内阻=200KΩ。
(2)、输入信号幅度为0到1Vpp。
(3)、负载阻抗RL=300Ω。
(4)、在20HZ至20KHZ范围内,Avs=3且增益不平坦度小于0.1dB。
(5)、电路总功率低于50mW。
二、实验目的
1、通过此实验加深对模拟放大电路基本原理、基本方法的理解
2、经过设计放大器的过程,加深对多级放大电路的认识,掌握各种放大器的工作原理。
3、通过搭建硬件电路,进一步验证仿真实验结果,并培养动手解决实际问题的能力。
4、培养运用所学知识解决实际问题意识,在今后学习过程中理论联系实际。
三、实验环境介绍
此次开放式实验中用到的软件是Mustism7。
其操作界面如下图所示;
图中第四列是一系列的原件,可供搭建电路时挑选。
最右侧的一列是各种仪表,可供对电路的测试之用。
Mustism7操作简单,功能强大,使用起来很方便。
四、实验步骤及仿真结果
1、结合实验要求回顾所学知识并初步设计电路
在学习模电的时候我们接触过三种基本的放大电路:
共基级、共射级、共集电极电路,在此先得了解并知道他们的区别,最后选择最适合设计要求的电路,以下是该该三种电路的基本性能及电路图:
共发射极放大电路:
电流和电压增益都大于1,输入电阻在三种组态中居中,输出电阻与集电极电阻有关。
适用于低频情况下,作为多级放大电路的中间级。
图1共发射极放大电路
共集电极放大电路:
只有电流放大作用没有电压放大,电压增益约等于一,有电压跟随器作用。
适用于高频或宽频带电路。
图2共集电极放大电路
共基极放大电路:
只有电压放大没有电流放大作用,有电流跟随作用,输入电阻小,输出电阻与集电极电阻有关。
高频特性较好,常用于高频或宽频带地输入阻抗的场合,模拟集成电路中亦兼有电位移动的作用。
图3共基极电极放大电
2、电路设计过程。
经过认真分析和仔细对比以及各类放大器的特性,不断地尝试各种放大器的组合。
我选择了用共射级放大电路作为第一级实现一定大的可调放大,再用一个共集电极放大器作为第二级,实现电压的跟随和提高电路的负载能力。
综合整个电路之后,就实现了三倍电压的放大。
下面是实际操作时的流程:
1电阻和耦合电容的选择
在低频课上,在画交流小信号模型时候我们把电容统统看成是短路;而在工程中,电容的阻抗有时候不能忽略不计,而是jwc。
通过计算,只有当C在100uF这个数量级时候,它的阻抗大小才能忽略不计。
所以我们将C1,C2选为100uF。
直流偏置电阻Rb1、Rb2的选择;低频课上,我们通过计算可以得出,三极管β值在100左右,这样我们选择的偏置电阻就需远远大于Re*β,也就是如果Re=2K,则Rb1,Rb2要大于200K。
基于这样的选择我们再计算分压,提供合适的偏置电压。
②、使第一级共射极放大电路在负载开路时增益略大4。
我们知道要想使共射极放大电路工作在放大区必须保证发射结正偏,集电结反偏。
即Vc>Vb>Ve.为了稳定Q点我们设计的放大器为共射级分压偏置的电路,故而我们加入了射级电阻Re。
但是同时会使电路多了负反馈,使我们的电压增压Av减小。
为保证满足Vc>Vb>Ve需要适当的调节电阻,找到合适的静态工作点。
共射极放大电路的电压增益为:
其中
相对其他项较小可以忽略,于是
又因为
即
根据上式适当调节Rb1、Rb2、Rc和Re,可使终端开路时的电压增益略大于4.
③、调节第二级的静态工作点,使Vc>Vb>Ve,并在①的基础上调节第二级的Rb1、Rb2、Re,最终是输出电压增益为3.如果出现失真,则分析是属于截止失真还是饱和失真。
据此调节电阻消除失真。
④、经过反复的调节电阻,最终使得Avs约等于3.并且用波特图仪测得在20HZ至20KHZ范围内,增益不平坦度小于0.1dB。
又用功率表测得电路的总功率小于50mW。
最终设计出的放大电路如下
图4符合要求的放大电路
3、实验仿真结果
图5实验仿真结果
五、硬件电路实现及实际测试结果
1、静态工作点的测试(不加交流信号,耦合方式为直流耦合)
所测位置
Vb1
Vc1
Ve1
Vb2
Vc2
Ve2
电压值(V)
1.2
8.3
0.64
5.2
8.7
4.5
2、放大器倍数测试
电路输入1Vpp、1KHz信号,用示波器测量输出信号。
记录输出信号波形及峰值,计算放大倍数。
输出信号波形如下:
Vpp=3.07Avs=3.07
3、幅频特性测试
保持输入信号幅度不变,改变输入信号频率,记录输出信号幅度,填入下表:
f(Hz)
20
50
100
150
1k
5k
10k
20k
Vpp
3.16
3.15
3.07
3.01
2.97
2.86
2.56
2.43
4、功耗测试
读取电路总电流,计算功率P。
用示波器测得I=4.3mA
P=U*I=8.7*4.3mW=37.41mW
六、实验总结
1、开始设计电路时,不知从何入手,后认真的听了老师的讲解,并查阅了相关资料,才有了较清晰的思路。
在处理一个问题而不知从何下手时,需要主动的查阅资料,有必要时向老师请教。
2、通过这次开放式实验,我对以前学过的模电的知识有了更加充分的理解,解决了以前没有弄懂的许多问题。
比如截止失真和饱和失真。
3、通过亲手搭建硬件电路,并完成测试,锻炼了我的动手操作能力,培养了我运用所知识解决实际问题的意识。
4、当自己亲手成功的完成仿真、硬件测试时,自己感到了喜悦感和成就感。
并且将更加自信地在今后的实验实习环节积极努力。
实验名称:
稳压电路的设计
一.实验要求:
1、输入电压9.5-20V,频率为50Hz,内阻2Ω脉动直流
2、负载电流0-0.5A
3、输出电压5VDC左右,即Vo=5V
4、输入电压和负载电流在额定范围变化,ΔVo≤100mV。
优秀要求:
①用开关电源结构;
②ΔVo≤40mV;
③负载电流0-1A;
④有突出特点或创新结构;
二.实验环境介绍
此次开放式实验中用到的软件是Mustism7。
其操作界面如下图所示;
图中第四列是一系列的原件,可供搭建电路时挑选。
最右侧的一列是各种仪表,可供对电路的测试之用。
Mustism7操作简单,功能强大,使用起来很方便。
三、实验步骤及仿真结果
1、电路设计
i为电流输入端,Vi为9.5V到20V,60Hz的交流电。
我们可以用交流信号外加直流电源来达到要求。
经计算直流为14.75v,交流为3.25v.测量时直接用示波器测量B点电压,如果电压范围小,加大交流电幅度,反之亦然。
如果范围交叉则改变直流电源大小。
通过滤波电路使A和B电流幅度减小。
A点电流幅度太大输出电压的△V很难小于60mA。
实验中基本是直接尝试大小。
加电感电容达到滤波。
B点的整流二极管的工作电流在3mA≤(Vi-5V)/R≥5mA。
如果Vi幅度太大,R值不好选择。
因Vi范围为9.5-20V,R值则为1.8KΩ~3KΩ.
运算放大器的11端必须接负反馈(R1+R2)/R21,所以R2﹥﹥R2。
运算放大器4端必须接直流稳压5V工作电压,但只有一个Vi输入。
所以还需要另一个5V整流二极管。
2、器件选择
下图为所设计的串联反馈式稳压电路的结构图,这种稳压电路的主回路是起调整作用的BJT管与负载串联,输出电压的变化量由反馈网络取样经放大电路放大后,去控制整管CE间的电压降,从而达到稳定输出电压的目的。
滤波电路用于滤去整流电压中的纹波,一般由电抗元件组成,如在负载电阻两端并联电容器C,或与负载串联电感器L,以及由电容、电感组合而成的各种复式电路结构。
3、仿真结果
(1)、滤波电路的波形
(2)、输出电压波形
(3)、ΔVo的波形
从上图可以看出ΔVo≤40mV,达到了优秀要求。
四、实验总结
实际生活中,通常需要电压稳定的直流电源供电,电源是电子设备的基础,它的稳定性直接影响电子管的工作性能。
所以这个实验很具有实际应用意义。
因为在模拟电子技术基础的课程中老师没有讲到相应的知识。
在实验老师的讲解下,我们对于滤波电路和串联反馈式稳压电路的工作原理有了初步了解。
这个实验的关键在于如何用滤波电路滤除电压中的纹波,用到L型滤波电路会简单方便些,使输出稳压电压5V交流波动较小。
所以电容电阻值很重要,电感应单位应为mH,电容单位级别为uF。
但也可采取一个直流电源叠加一个交流电源满足输入要求,简单易调试。
其他元件的调节都较简单,稳压整流二极管一般选5V的较好,运放器的管脚3的限流电阻大概为几KO,三极管射级两个电阻R3>>R2,然后根据输出波形再调节参数问题不大。
用深负反馈电路可以实现简单要求的开关电路,用开关电路可以实现较高要求的电路。
刚开始对于直流稳压电源的基本原理不是很明白,有些改进只是试着改,结果费了好多时间。
还是那句话说得好,好的方法可以达到事半功倍的效果,坏的方法只能达到事倍功半的效果。
做事情还是要从基本的做起,特别是电子实验,原理是基础。
具体来说,主要有以下几点心得:
1、开始设计电路时,不知从何入手,后认真的听了老师的讲解,并查阅了相关资料,才有了较清晰的思路。
在处理一个问题而不知从何下手时,需要主动的查阅资料,有必要时向老师请教。
2、通过稳压电源的设计我对串联负反馈的作用有了更清晰的认识,并尝到了运用所学知识解决实际问题的喜悦。
3、在实验的过程中,遇到很多的问题。
有时候波形失真,或达不到期望得到的电压幅度,多次改善仍无起色。
这时通过向老师以及身边的同学请教,问题很快的得到了解决。
我意识到了与老师和同学交流的重要性。
4、很多时候,电路的设计细节的东西很重要。
有几次波形不出来是因为连接电路时出现了虚连。
这教会我,在今后的实验实习环节,对细节要有足够的重视。
5、通过这次开放式实验,我分析问题、解决问题以及动手能力都得到了提升,将在今后多参加类似的实验和实习。
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