西 安 邮 电 大 学

开放式电子电路实验报告

                   

                                                  

                班   级：

                姓   名：

                学   号：

                班内序号：

实验名称：放大器电路设计

一、  实验目的

1. 进一步理解三极管的放大特性；

2. 掌握三极管放大电路的设计；

3. 掌握三种三极管放大电路的特性；

4. 掌握三极管放大电路波形的调制；

5. 提高遇到问题解决问题的能力。

二、  设计要求

1. （信号源内阻：）

2. 负载

3. 输入信号频率范围：20HZ-20KHZ

4. 指定频段内在线增益恒定为3，即

5. 在线动态输出为3

6.

7. 增益平坦度<0.1dB

优秀要求：1.

           2.

           3.

           4.单管结构

           5．有突出特点或创新点

三、  设计思路及基本框架

1. 问题分析：

（1）   对三种放大电路的分析

a）   共射级电路要求高负载，同时具有大增益特性；

b）   共集电极电路具有负载能力较强的特性，但增益特性不能小于1

c）   共基极电路增益特性比较好，但与共射级电路一样，带负载能力不强。

由于三种放大电路所具有的特性，只采用一个三极管是不能达到理想效果的，因为它要求此放大电路具有比较好的增益特性以及有较强的带负载能力。

（2）   见照片（正误图片都保留要有纠错的过程）

四、  设计过程及电路参数（包括参数的影响分析）

1.  初级电路设计

根据所学过的知识进行了基本的设计，设计了如上图所示的电路图，但由上图的示波器可以看出来，B通道的电压值太小，即使射级放大器的放大倍数很大，也很难达到要求。通过分析才知道在该试验中对电路的分析跟平时所学的分析方法有一点误差，在模电的学习中我们在画等效电容的时候会把它看作是导线，在高频电子电路中我们又要将其看着是电阻，在这里我们同样要将电容看成是电阻，同时在对三极管的等效过程中也有不同的地方，在该过程中还有一个级间电容是经常被忽略的。所以对课本上提供的等效电路图做修改后的等效电路图如下图：

同时；

则Av的推导也发生了变化：

；

由上公式可以得知：VB/VS＜1；所以为了让Av达到设计要求，尽量使VB/VS趋近于1；由于Rs是51K?，所以Rb1||Rb2||Ri的值要相对于Rs很大才行，已知是100，Re1要到k?级别上去，同理电容也尽量大，这样才使电容上的分压能力小。在这里让C>=100uf即可，

由于电源内阻是51k?,所以R1,R2的电阻阻值的等级要在M?单位级附近，经过大致调制，电阻的各阻值大致如下电路图设计：

  基本上初级放大电路就是这样，基本上第一级实现3倍放大是可以的实现的。

2.  第二级电路加上之后的的基本整体电路效果如下：

通过基本的观察之后很明显可以知道，该电路的设计结果和所要求的很明显相差很多，该电路的放大倍数只有不到两倍而已，由于第二级的加入，导致对之前设计的第一级电路的放大倍数有很大的影响，所以导致最后的放大倍数有问题。所以的重新设定电阻的阻值，在调整阻值的时候会遇到几个基本的问题，那就是输出的电路有失真，常见的失真有截止失真和饱和失真。几种情况如下：

截至失真：电路图的负半轴出现失真，是由于工作点过低造成的，故需要提高工作点，此时应增大R1或降低R2的阻值，因为R2增大或R1减小时,基极电压增大，使得Ic增大，可以使V_CE 减小 ，从而

提高了静态工作点。

饱和失真：电路图的正半轴出现失真工作点太高，应降低工作点Q，可以通过增大R2或减小R1的大小来解决该问题，因为当R1增大或者减小R2时，基极的电压减小，使得 Ic减小，可以使Vce增大,从而让三极管工作在放大区。在调整阻值的时候出现的如上所述的失真的时候就针对相应的阻值进行调整。

3.  最终的电路如下：

由于实验室所提供的电阻阻值只有1、1.2、1.5、1.8、2.0、2.2、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1数值的10到1000000倍的数值，所以在完善电路的时候尽量将电阻的阻值设置在以上的数值上，以免在后期搭建电路的时候还得对电阻进行改变。

五、  实验分析及应对方案

之前在其他处分析了关于失真的问题和解决的方法，在此就省去了，其次在这里还有一点就是功率消耗的调整：由于大功率电路耗电现象非常严重，因此我们在设计电路时，应在满足要求的情况下尽可能的减小电路的总功耗，而要减小总功耗，就要减小流过放大器的电流和放大器两端的电压，减小电流可以增大R3，减小电压可以减小Vcc。

在该实验中我还遇到了最笨的错误，在画图的时候没有仔细，导致有些线之间的连接没有连接起来。

六、  电路小结（结论，功能扩展，经济性分析）

1.设计的二级放大电路采用了共集电路作为第一级电路，射级偏置电路作为第二级放大电路，利用了共集电路的输入电阻大、输出电阻很小，射极偏置电路的工作点稳定、电压增益较大的特点。

2.在模拟仿真调试的设计电路中，通过静态与动态分析调试，检查出设计方案中的电路的问题与不足，调整仿真参数，符合了设计要求。

3.在实验调试中，通过静态与动态的实验调试，调试出因电路元件的分散性和设计计算的近似性而引起的实际测试与仿真调试不符的矛盾，经过实际操作的电路参数调整，最大限度接近要求电路技术指标，得出待测试的电路。

七、  实验总结及心得体会

经过几天的时间完成了此实验，使得在课堂上学习的知识得到巩固，同时对模拟电路的分析，连接，调试，错误分析等能力有了很大的提高，并且是对多级放大电路有了更进一步的理解，思维也得到了的升华。

    在整个实验设计当中，深刻体会到设计一个电路的难度。虽然已经对模电知识有所了解，但是实验过程中还是遇到不少问题，反复检测电路，其过程相当烦琐，可能花了很长一段时间调试，却仍未发现问题所在。在平时的理论学习中，自认对知识的掌握比较到位，一些常见问题是平时提及过的，但真正应用到实际当中，却不是那么得心应手。不过虽然实验过程中问题重重，但在自己积极思考和老师的指导下，顺利的完成了此次实验，学到了调试电路的方法，对一些问题的检测有了深刻的体会。   

 整个实验过程，我们都抱着积极的心态，专注于电路的调试和纠正，不断的探索，认真的体会实验给我们带来的乐趣。 总的来说，此次课程设计实验，使我受益匪浅。在摸索电路问题所在及调试其功能时，学到了很多技巧。同时，培养了自己的思维能力，增加了实际操作能力。体会到了设计电路的艰辛的同时，更体会到成功的喜悦。

 实验名称：直流稳压电路的设计

一、    实验目的

1. 学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法，设计步骤，培养综合设计和调试能力。

2. 学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。

3. 培养实践技能，提高分析问题和解决实际问题的能力

      二、设计要求

1）   输入电压9.5—20V，内阻2欧，脉动直流；

2）   输出电压5V

3）   负载电流0—0.5A

优秀要求：

1）   用开关电源结构

2）   负载电流0-1A

3）   动态电阻小

4）    

5）   有其他突出特点和创新结构

三、设计过程

1、需求分析：a.10-20V的脉动直流的产生，在正常的实际生活中我们所用到的是220V，50Hz的交流电压，要想得到我们所需要的电压，必须要经过如下步骤：电源变压器，整流，滤波，稳压组成，但这里为了简单处理，直接提供一个人10-20V的脉动电压。在设计电路图的时候我们可以用一个15V的直流电压和幅度为5V，频率为50Hz的交流电压叠加得到10-20V的脉动电压，或者用幅度在10-20V的矩型波形电压，但由于矩形电压是跳变的，所以在后期的稳压的过程中比较难，所以用叠加产生所需要的电压。

2、常用的稳压电源电路如下：

由图可知：由于输出电压是5V，所以放大器的基极电压为5+Vbe为5.7V左右，即运算放大器的输出端的电压为5.7V,由运算器的性质可知Vout=Vcc-1.5V,所以运放器的输入电压为7.2V左右。而运放器的工作电压为3.2V左右。根据这些要求设计出了以上的电路，在运放器的输入电压和工作电压处所接的电压都是稳压二极管的电压。稳压二极管的型号及导通电压如下

所以我们所选择的稳压二极管是IN4728和IN4737,又由于IN4728的工作电流在76-80mA,IN4737的工作电流在34-40mA之间，所以在后期电路设计的过程中一定要满足这个要求。

3、

又由于Vo=5V,Vref=3.3V,可以得出R3≈2R2;由于尽量让负反馈支路的分流作用非常小，所以R3和R2的组织在K?或M?单位级别上。

4、限流电阻R1和R5的阻值确定：

在之前的分析中已经得知在有稳压二极管的支路中是有电流要求的，将运放器的负极接地，使IN4728的所在的电路的支路处于虚断状态，即不存在分流作用，所以IN4728所在的支路电流I1=(V1-3.3)/R5;IN4737所处的电路上的电流I2=(V1-7.5)/R1。

5、稳压电源部分的设计：

由于在该实验中，电压的频率为50Hz，所以时间常数比较大，但又由于电压内阻为2?，所以无论采取什么滤波电路，其电容和电感的值都要求的比较大，又由于实验中常用的电容在1mF以下，电感最大也是mH级别上的，所以单独使用C型滤波，倒L滤波电路，和型滤波电路的效果不是很好，波动范围比较大，所以可以选择多中滤波电路一起使用以克服这种困难。

6、基本电路：

在该电路设计中我采用了倒L型滤波电路和型滤波电路叠加使用，通过滤波器可以知道V1的波动范围在13.086-13.422之间波动，其波动范围在337mV。而限流电阻R1和R2的值可以通过上面提到的公式进行计算。 当电压为13.086的时候，R1的取值范围为（13.086-7.5）/0.034到（13.086-7.5）/0.040,即137-165?之间，

R5的取值范围为（13.086-3.3）/0.076到（13.086-3.3）/0.080,即123-129。当电压为13.422时，R1的取值范围为（13.422-7.5)/0.034到（13.422-7.5)/0.040,即148-174?，R5的取值范围为（13.422-3.3)/0.076到(13.422-3.3)/0.080,即127-133之间，所以根据以上的计算结果选取R1的阻值为150?，R5的阻值为128?。

7.最终电路：

四、电路验证

由上图可知输出电压Vo=5V基本达到要求。

由上图可知输出波形ΔVo=1.239mV,满足输出波形ΔVo≤40mV,同时三极管的管耗为402.445mW<0.5W,同样满足条件。

输出电流的值和负载电阻R4有关，所以R4的取值为100?时，电流为0.05A,当电阻R4的阻值为10K?时，输出电流为0.5mA,所以基本都满足。在该过程中有一小部分要进行调整的就是R2和R3的组织，因为在之前的分析中可以得知R3≈2R2,所以如果输出电压为在5V附近波动，可以通过调整R2和R3的阻值进行调整，,最终为了达到最佳效果，我所选取的R2阻值为1M?,R3的电阻为1.995M?.

一、    

二、    

三、    

四、    

五、   实验分析及应对方案

首先在滤波电路部分的设计中，我刚开始设计的时候只是为了想达到自己想要的结果，而没有考虑到实际问题，刚开始我只是用了倒L型滤波电路，但要想达到自己想要的结果，将电感的值调到了H单位级别上去了，同时电容也达到了mf单位级别了，后来仔细想想发觉有很大问题，在实际的实验室中，H级别上的电感是很少用的，所以这个设计算是失败的，当时由于思想的局限性，怎么也想不出来，后来通过老师的点拨，才知道采用了两种滤波电路的叠加使用，这样使滤波效果更加理想。同时在电路测试的过程中，由于稳压二极管有电流的限制，所以要考虑电流到电流的范围，我刚开始的时候是用一电流表来观测电路的电流，但由于电流表测的是平均电流，所以很明显不符合自己所观测的要求，在这个过程中，电流是要我们通过电压的波动值来计算电路所给的电阻值来控制电流的波动范围，电流是事先计算和控制的而不是通过观测来得到的。

六、        设计心得

   我们正常生活中的电源是220V，50Hz的交流电，但正常的很多电器都是直流电源提供的电源，所以这次我们所做的稳压电源的实验很有使用价值。直流稳压电源在模电的学习过程中老师讲的比较少，所以对这方面的知识我们还是比较欠缺，但通过老师的详细讲解后，掌握了不少这方面的知识。这个设计的连贯性很强，只要根据老师所说的，一步一步的分析和解决就可以逐渐的学会这些。在测量三极管的功耗的时候一定要注意自己的测量点是否正确，在该实验中我虽然知道怎么测量，但还是将测量点给弄错了。测量电流的时候一定要测发射级的总电流，一般情况容易测成了支路电流，所以一做实验的时候一定要细心。

第二篇：函数信号发生器的设计与调试(电子电路综合设计实验报告)

北京邮电大学

电子电路综合设计实验报告

          

     

                   课题名称：函数信号发生器的设计与调试

                   学院：电子工程学院

                   班级：xxxx

                   姓名：xxxx

                   学号：xxxx

                   班内序号：xxxx

                     20##年3月29日

课题名称：函数信号发生器的设计与调试

摘要：方波-三角波产生电路采用了运放组成的积分电路，可得到比较理想的方波和三角波。根据所需振荡频率的高低和对方波前后沿陡度的要求以及对所需方波、三角波的幅度可以确定合适的运放以及稳压管的型号、所需电阻的大小和电容的值。三角波-正弦波的转换是利用差分放大器来完成的，选取合适的滑动变阻器来调节三角波的幅度以及电路的对称性。同时利用隔直电容、滤波电容来改善输出正弦波的波形。

关键词：方波  三角波  正弦波 频率可调

一、设计任务要求

1．        基本要求：

a)       设计一个可输出正弦波、三角波和方波信号的函数信号发生器。

（1）      输出频率能在1-10KHz范围内连续可调，无明显失真；

（2）      方波输出电压Uopp=12V,上升、下降沿小于10us,占空比可调范围30%-70%；

（3）      三角波Uopp=8V;

（4）      正弦波Uopp1V.

b)       设计该电路的电源电路，用PROTEL软件绘制完整的电路原理图（SCH）

2.  提高要求：

a)   三种输出波形的峰峰值Uopp均可在1V-10V内连续可调。

b)   三种输出波形的输出阻抗小于100Ω。

c)   用PROTEL软件绘制完整的印制电路板图（PCB）.

3.  探究环节：

a)显示当前输入信号的种类、大小和频率；

b)提供其他函数信号发生器的设计方案。

二、设计思路

1.  结构框图

2.  方波-三角波电路的产生

该电路振荡频率和幅度便于调节，输出方波幅度的大小由稳压管VDW1,VDW2的稳压值决定，即峰峰值在12V，所以选用稳压值为6V的稳压管。方波经积分得到三角波，幅度为U02m=(Uz+Ud),由R1和Rf的比值及稳压管的稳压值决定，由于要求中要求峰峰值为8V，则R1和Rf的比值为2：3，试验中选取的R1为18K，Rf为30K。R3为平衡电阻，阻值为R1和Rf并联的值，故R3取12K，根据输出方波的幅度可以选择限流电阻R0的阻值为2k。

方波和三角波的振荡频率相同，为f==，式中滑动头对地电阻与电位器总电阻之比）。可见调节Rw可改变振荡频率，为使实验中选取的Rw为10K。

根据所需振荡频率的高低和对方波前后沿陡度的要求，选择合适的运放，实验中在产生三角波的时候选取的是LM318，在产生正弦波的时候选取的UA741.根据所要求的振荡频率确定R:C的值，实验中选取的R2为4.7K，C为0.01uF。R4为平衡电阻，应与R2选取同样的阻值，即4.7K。

3.     三角波-正弦波电路的产生

4.      

差动放大器具有很高的共模抑制比，被广泛的应用于集成电路中，常作为输入级或中间级。

1）差动放大器设计：

（1）确定静态工作点电流Ic1、Ic2和Ic3。

静态时，差动放大器不加入输入信号，对于电流镜Re3=Re4=Re

Ir=Ic4+Ib3+Ib4=Ic4+2Ib4= Ic4+2 Ic4/β≈Ic4= Ic3

而

Ir= Ic4= Ic3=（Ucc+Uee-Ube）/(R+Re4)

上式表明恒定电流Ic3主要由电源电压Ucc、Uee和电阻R、Re4决定，与晶体管的参数无关。 由于差动放大器得静态工作点主要恒流源决定 ，故一般先设Ic3 。Ic3 取值越小，恒流源越恒定，漂移越小，放大器的输入阻抗越高。但Ic3取值也不能过小，一般为几个毫安。在实验中，取 Ic3 为1mA，则有 Ic1 = I c2=0.5mA。由 R+R e=（Ucc +U ee -Ube ） /I r,其中 Ucc为12V，Uee 也为 12v，Ube 的典型值为0.7V， Ir为1mA,实验中取 R=20KΩ， Re4 =2KΩ。为使两管输入保持对称。 取Re3 =Re4 =2K。Rp用来调整电路的对称性，不能取太大，实验中选取阻值为100Ω的电位器。

三角波-正弦波变换电路的种类很多，有二极管桥式电路、二极管可变分压器电路和查分放大器等。以上是利用差分放大器传输特性曲线的非线性，实现三角波-正弦波变换的过程。

由上图可以看出，差分放大器传输特性曲线特性越对称，线性区越窄越好；三角波的幅度应正好使晶体管接近截止区。下图为实现三角波-正弦波变换的电路。图中RP1调节三角波的幅度，RP2调整电路的对称性，并联电阻RE用来减小差分放大器传输特性曲线的线性区。电容C1,C2,C3为隔直流电容，C4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出正弦波的波形。在实验过程中，Re与电位器Rp2并联，取阻值为100Ω。电解电容C1、C2、C3为隔直流电容，为达到良好的隔直流、通交流的目的，其容值应该取的相对较大，取C1=C2=33 uF 、C3=0.68uF。Rp1调节三角波的幅度，为满足实验要求，其可调范围应该比较大，故取Rp1=100kΩ。Rb1与Rb2为平衡电阻，取值为Rb1= Rb2=3.2KΩ。流进T1，T2集电极电流为0.5mA，为满足其正弦波的幅度大于1V，取Rc1= Rc2=5.6kΩ，使得电流流经Rc2的电压降不至于很大。C4为滤波电容，取C4=0.01uF。至此，电路的设计基本完成。

5.  总体电路图

三、功能实现

1.  已完成的基本功能

接入工作电压之后可以分别产生幅度和频率可调的方波、三角波、正弦波。

2.  扩展功能

通过下图，利用二极管的单向导电性，且利用阻值不同，改变电容C充电、放电的时间不同，可以调节占空比。

3.  主要测试数据

方波的峰峰值为13.36V，大于实验要求的峰峰值，存在误差，上升、下降时间小于10us。由于所给器件的原因，未能实现占空比可调这个要求。

三角波的峰峰值为8 V，与要求值相同。

正弦波的峰峰值大于1V，符合要求。

三种输出波形的输出频率在1-12KHz范围内连续可调，无明显失真。

4.  必要的测试方法

利用直流电压源产生工作电压，用示波器测试输出电压波形、幅值、频率等，用电压表测量Re，Rc两端电压，并计算得到二者的工作电流，用毫伏表测定所需电阻的阻值。

四、故障及问题分析

刚开始接触这个实验时，并没有整体的概念。对于电路的连接也是一片模糊，在第一次实验课的时候，通过请教老师和同学，知道了面包板是如何连接的，中间部分竖着5个为导通的，上下两侧横着25个为导通的。然后才逐渐开始连接电路。通过预习实验，计算得知了各个电阻和电容的值，并且了解了LM741和LM318的引脚及其功能。

第一节课连接了方波—三角波的电路图，但却无法运行。经过请教他人之后，得知面包板的最上面一行最好是接正电压，最下面两行最好接负电压和接地，并且导线与元器件应该横平竖直，不应有穿插。于是，在课余时间里，我开始针对面包板画电路图，这样在实际操作中能够更清楚明了。

再次连接电路时，电路美观清楚了很多，并且方波和三角波的波形也能正常的显示出来了。但是正弦波始终没有显示，只是一条直线。于是开始了对电路的检查，首先是用万能表测量电阻，果真有电阻的阻值与实际标注的阻值是不符的，更换正确的电阻后仍不能解决问题，再次检查三极管和电位器，依旧正常工作。无奈之下开始测量电路中，每一点的波形，逐级寻找问题。

最终，一个电容的光荣牺牲引发我注意到了，电路连接上的问题，该接地的电容接到了负电压上，并且，负电压左边25与右边25个孔没有连接上，修改过这些问题后，电路终于能正常工作了！由此可见，连线的过程中一定要小心再小心，认真的检查电路，及时的发现问题。

虽然出现了波形，但却不符合实验要求，于是要更改部分的电阻和电容。将电容C3改为6800pF后，正弦波的峰峰值明显变大，并达到了实验要求。

在实验验收时，三角波的峰峰值大于8V，原以为是稳压管的问题，后经过老师知道，并仔细阅读教材后，发现通过调节电阻可以调节三角波的峰峰值，于是将R1从20k改为18K，三角波的峰峰值变为8V。并且更改电容后，频率可调的范围从0—8KHz，变为0—12KHz，如此，所有的实验基本要求就都能达到了。

         

五、总结和结论

本次试验共经过四周的时间，从第一周的原理设计，到第二、三周的功能实现，再到第四周的实验验收和答辩，我遇到了很多问题，也解决了很多问题，弥补了自己的不足。本次实验使我们进一步掌握了集成运放的使用方法，也进一步提高工程设计和实践动手能力，加强系统概念。

第一周我们主要是了解了一下实验原理以及实验目的，然后对实验做了一个大致的规划。

然后第二周我们开始连接电路，刚开始的时候，错误百出，电路总是会出现这样那样的问题，然后，开始画电路图，照着电路图连接元件，在宿舍里连接好电路，然后检查很多遍才拿到实验室去调试。虽然调试过程中仍然会有些小问题的存在，比如：输出波形的幅度不符合要求，正弦波失真，但在深入了解实验原理之后也慢慢解决了这些问题。在第三周快结束的时候，实验终于获得成功。

   总的来说，这次实验虽然比较坎坷，但确实学到了很多，不仅对理论知识掌握的更加牢固，更锻炼了我们自己的动手操作能力，在操作过程中，也使得我们对于所学知识有了更加深刻的理解和认识。

                   PROTEL绘制的原理图

原理图

  PCB板

所用元器件及测试仪表清单

元器件

8050  4个

2DW232  1个

LM318  1个

LM741  1个

仪器：

函数信号发生器

示波器

晶体管毫伏表

万用表

直流稳压电源

参考文献

《电子电路基础》

《电子电路综合设计实验教程》

附：