電路、信號與系統(tǒng)課程設計

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>　　總體方案設計..............................11</p><p>　　4.1電路圖設計....................................11</p><p>　　4.2仿真與分析.......................

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

5、;<p>　　參考文獻..................................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，是在輸入微弱信號的作用下，通過放大電路將直流電源的能量轉(zhuǎn)換成負載所獲得的能量，使負載從電源獲得的能量大于信號源所提供的能量，最終達到某種要求。現(xiàn)

6、在的放大電路在我們的生活中隨處可見，例如，收音機和電視機就是將天線接收到的微弱信號經(jīng)過多重處理和放大，最終使輸出音頻信號和視頻信號的能量或幅值達到一定程度，從而驅(qū)動揚聲器和顯像管。電子電路放大的基本特征是功率放大，即負載上總是獲得比輸入信號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，如三極管和場效應管等。放大電路是電子設備中最普遍的單元之一，放大電路簡單地說就是增加電信號幅度或功率的電子電路。應用放大電

7、路實現(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。放大作用的實質(zhì)是把電源的能量轉(zhuǎn)移給輸出信號。輸入信號的作用是控制這種轉(zhuǎn)移，使放大器輸出信號的變化重復或反映輸入信號的變化?，F(xiàn)代電子系統(tǒng)中，電信號的產(chǎn)生、發(fā)送、接收、變換和處理，幾乎都以放大電路為基礎。</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由小變大，實質(zhì)上，放大的過程是實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的過程，由于在電子線路中輸入信號往往很小，他所提供的能量不能直接驅(qū)動負載工作，因此需要另一個新電源，由能量較小的輸入信號控制這個能源，經(jīng)三極管放大使之求驅(qū)動負載工作。這種小能量對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、管有三個極，三極管對小信號實現(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。基本共射放大電路如下圖所示：</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Ui通過耦合電容C1從三極管的基極輸入；放大后的信號通過電容C2的耦合輸送到負載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的關系，使輸入端一個很小的變化量能在輸出端引起一個較大的變化量，從而實現(xiàn)放大作用。

12、在負載上得到的幅值較大的信號變化規(guī)律是由輸入信號決定的，而其能量是由直流電流提供的，放大電路在此僅實現(xiàn)能量的控制作用，三極管只是一個電流控制元件，整個電路保持能量守恒。</p><p><b>　　集電極電源VCC</b></p><p>　　VCC是整個放大電路的能源。它使集電結處于反向偏置，這是三極管具有放大作用的必要條件；同時他還向負載提供能量。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。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，一方面利用它來隔斷直流，其中C1用來隔斷放大電路與信號源之間的直

15、流通路，而C2則用來隔斷放大電路與負載之間的直流通路。另一方面，又起到交流耦合作用，由于電容對交流信號呈現(xiàn)很小的阻抗，保證交流信號順利通過，構成信號源、放大電路和負載之間的交流通路。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，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。在測試電壓放大倍數(shù)時，一般在放大電路的輸入端接一個 正弦波電壓信號，此時電壓放大倍數(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。當輸入為</p><p>　　正弦波信號

17、時，同理可用輸出電流的正弦相量之比來表示。</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)射結正偏，集電結反偏。</p><p>　　正確設置靜態(tài)工作點，使整個波形處于放大區(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。</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上就用了一個箭頭來表示電流的方向。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，會引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關系: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一般遠大于1，例如幾十，幾百)。如果我們將一個變化的小信號加到基極跟發(fā)射極之間，這就會引起基極電流Ib的變化，Ib的變

20、化被放大后，導致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過一個電阻R的，那么根據(jù)電壓計算公式U=R*I可以算得，這電阻上電壓就會發(fā)生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來，就得到了放大后的電壓信號了。</p><p>　　三極管在實際的放大電路中使用時，還需要加合適的偏置電路。這有幾個原因:</p><p>　　（1）由于三極管BE結的非線性(相當于一個二極管)，基極電流必須在輸入電壓大

21、到一定程度后才能產(chǎn)生(對于硅管，常取0.7V)。當基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時，基極電流就可以認為是0。但實際中要放大的信號往往遠比0.7V要小，如果不加偏置的話，這么小的信號就不足以引起基極電流的改變(因為小于0.7V時，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合適的電流(叫做偏置電流，上圖中那個電阻Rb就是用來提供這個電流的，所以它被叫做基極偏置電阻)，那么當一個小信號跟這個偏置電流疊加在一起時，小信號就會導致

22、基極電流的變化，而基極電流的變化，就會被放大并在集電極上輸出。</p><p>　?。?）輸出信號范圍的要求，如果沒有加偏置，那么只有對那些增加的信號放大，而對減小的信號無效(因為沒有偏置時集電極電流為0，不能再減小了)。而加上偏置，事先讓集電極有一定的電流，當輸入的基極電流變小時，集電極電流就可以減小;當輸入的基極電流增大時，集電極電流就增大。這樣減小的信號和增大的信號都可以被放大了。</p>&

23、lt;p>　?。?）三極管的飽和情況。如下圖所示，因為受到電阻Rc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限增加下去的。當基極電流的增大，不能使集電極電流繼續(xù)增大時，三極管就進入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準則是:Ib*β〉Ic。進入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為一個開關閉合了。這樣我們就可以拿三極管來當作開關使用:當基極電流為0時，三極管集電極

24、電流為0(這叫做三極管截止)，相當于開關斷開;當基極電流很大，以至于三極管飽和時，相當于開關閉合。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管。</p><p>　　如果把下面這個圖中的將電阻Rc換成一個燈泡，那么當基極電流為0時，集電極電流為0，燈泡滅。如果基極電流比較大時(大于流過燈泡的電流除以三極管的放大倍數(shù)β)，三極管就飽和，相當于開關閉合，燈泡就亮了。由于控制電流只需要比燈

25、泡電流的β分之一大一點就行了，所以就可以用一個小電流來控制一個大電流的通斷。如果基極電流從0慢慢增加，那么燈泡的亮度也會隨著增加(在三極管未飽和之前)。</p><p>　　但是在實際使用中要注意，在開關電路中，飽和狀態(tài)若在深度飽和時會影響其開關速度，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是淺度飽和，遠大于集電極電流時是深度飽和。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)射極上面那個箭頭方向也反了過來--變成朝里的了。</p><p>　　第四章 總體方案設計</p><p>　　4.1 電路圖的設計</p><p>　　這一次我的設計圖是參考老師給我們的畫出來的，只是在原來的基礎上做了一些改進，我把他的一

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

28、>　　三極管放大原理圖</b></p><p>　　4.2 仿真與分析</p><p>　　一開始的時候，函數(shù)信號發(fā)生器的頻率為50Hz,占空比也是50%，振幅是1mvp,對電路圖的仿真結果是能起到放大作用，但是放大倍數(shù)不恒定，會隨著時間發(fā)生變化。如下圖所示：</p><p>　　當時間過一會以后：放大倍數(shù)發(fā)生了變化，一開始的時候3倍多，現(xiàn)在就1

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

30、一次老師讓自己設計一個基于三極管的二級放大電路還是感覺有點吃力。我們只是粗略的了解了一些三極管的功能及其一些應用，也了解了三極管的放大作用，但是我們知道的只是說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中才學習的。</p><p>　　經(jīng)過這一次的課設才明白原來自己認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，我們學到的永遠都只是皮毛，想要好好學的話就一定要

31、自己課后私下多花時間去學習。在接下來的時間里，我一定會總結這一次的學習經(jīng)驗，自主學習，在老師的帶領以及自己的不懈努力下學習更多的知識，而且不脫離實踐，不斷地改進和充實自己，為自己以后的就業(yè)打下堅實的基礎。</p><p><b>　　第六章 致謝詞</b></p><p>　　這一次三極管的二級放大電路課設真的很有意思，一開始的時候我以為挺簡單的，不就是個放大仿真

32、嘛，誰知道做起來還有這么多的小意外。連示波器都不會調(diào)，只會傻傻的照著別人的參數(shù)去設置，卻不知道改變了這些參數(shù)會怎樣，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一個的給我們看，一個一個的教我們怎么去使用示波器，怎么能夠看出來我們的電路放大了沒有。在我眼里，我們*老師是最有責任心的，對我們非常好。我會曠課，但從來不會曠她的課，雖然很多時候自己也聽不懂，但我還是會耐心的跟著她的節(jié)奏走下去。因為我愛戴她，所以尊重她，乖乖聽她的話。

33、上她的課學會了不要試著去忽悠老師，知道就是知道，不知道老師還會告訴你。真的很高興能夠遇到你，做你的學生，在這里我想說一句：張老師，你辛苦了，謝謝你對我們的細心輔導，我們一定會努力的。</p><p>　　第七章 參考文獻</p><p>　　張永瑞,張妮;信號與系統(tǒng)與數(shù)字信號處理兩課程教學內(nèi)容的一種整合方案[J];電氣電子教學學報;2001年01期</p><p&

34、gt;　　羅會昌，周新云。電子技術（電工學2）第三版，北京：機械工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　胡錦，數(shù)字電路與邏輯設計。 第二版，北京：高等教育出版社，2004.</p><p>　　高文煥，模擬電路的計算機設計與分析，第二版 清華大學出版社，2008.</p><p>　　（5）高文煥,張尊僑,徐振英. 電子電路實驗[M].北京:清華大學出版社,20

35、08.</p><p>　?。?）張新喜. Multisim10電路仿真及應用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2010.</p><p>　?。?）王滿順,劉之義. 關于示波器探頭的討論[J].電測與儀表,1994,(07):24-26.</p><p>　?。?） 高文煥,汪蕙. 模擬電路的計算機分析與設計-程序應用[M].北京:清華大學出版</p>