04电子电路设计方法(XXXX冬)

实验安排1电路基本实验（基尔霍夫定律和叠加定律）2EDA（电子设计自动化）软件----OrCAD3一阶RC电路响应和RLC串联谐振研究实验4放大电路自主设计实验5放大电路设计与仿真6放大电路安装与调试7电路调试8放大电路验收特点：自主选题，自行设计电路，自己确定实验方案、组装实验电路，独立进行调试的探究型实验。目的：以少量实验项目为纽带，通过全程自主操作，学习电子电路的设计方法、组装技术与调试技术，认识电子元器件，掌握电子仪器的使用，学习并掌握电子电路的计算机辅助设计（EDA软件使用）。实验一晶体管共射放大电路设计研究实验二差分放大器的设计与调试实验三多级低频小信号放大器的设计与调试实验四负反馈放大路设计与调试实验五集成运算放大器基本运算电路研究实验六集成运算放大器非线性应用电路研究实验选题2人1套设备，每人从以上项目中选择一个。电子电路设计方法电子电路设计的一般流程1、数学方法：根据理论课知识笔算2、CAA：计算机辅助分析（OrCAD、Multisim等）3、物理实验：1、电路分析计算一、共射放大电路分析与设计212BBCCRVVRR12BBRRR1BBEBEBBERRVVI直流分析1CEEIII()CECCCECVVRRImrgCmTIgV小信号参数计算emrg1211ieERRRrRoCRR''1oCCLviEeEvRRRAvRrR集电极总电阻发射极总电阻交流分析RE1使增益下降，输入电阻增加，增益稳定性提高。2、静态工作点与失真静态工作点选得过高或过低都易产生非线性失真。过高：如Q1，稍大的输入信号正半周将使晶体管进入饱和区，因而ic波形将出现顶部压缩、输出电压vce波形将在底部压缩，这称为饱和失真。太低：如Q2，稍大的输入信号负半周将使晶体管进入截止区，因而ic波形将出现底部压缩、输出电压vce波形将在顶部压缩，这称为截止失真。3、电路设计步骤（1）确定电路结构、偏置方案（2）确定偏置元件参数（3）确定影响交流参数的元件值1BBEBEBBERRVVI1211ieERRRrRoCRR''1oCCLviEeEvRRRAvRrR集电极总电阻发射极总电阻（4）电容值确定（1）小信号放大或前置放大器设计时需要考虑晶体管噪声系数。通常，高频小信号晶体管工作电流为0.5mA~2mA时噪声最小，一般取1mA以下。4、电路设计的一些原则和经验公式1BBEBEBBERRVVI1134（2）由静态电流IE式可以看出，要使静态工作点较稳定，应取VBBVBE。对硅晶体管，一般取VBB为3V~5V。（3）要保证VB足够稳定，应使IR1IB，常取IR1为（5~10）IB。（4）为获得较大的输出信号摆幅和电压增益，基极静态电压不能太高，工程设计中一般取VB或VBB为（1/3~1/4）VCC。因此，RE1、RC的确定需要根据电压增益AV的大小及稳定性、输入电阻要求、输出信号摆幅等进行综合考虑。（5）由于射极电阻RE1的负反馈作用，增大RE1能提高电路的输入电阻、提高电压增益的稳定性，但将使电压增益值下降。1211ieERRRrR''1CCLvEeERRRARrR另一方面，当电压增益给定时，增大RE1就需要提高RC，而这将降低晶体管的集电极静态电压VC、影响输出信号摆幅。取VB=1/4VCC=3V，得设计一阻容耦合单级放大电路已知条件：VCC=+12V，RL=3kΩ，Vi=10mV，RS=600Ω性能指标要求：15V/V，Ri3kΩ，fL50Hz5、设计举例vA（1）电路结构及晶体管选择选用9013，β按100计算。（2）静态工作点设置：RE、R1、R2BBECE2.3kVVIR被测信号幅度较小，考虑噪声系数、取IC=1mA。当IR1IB时，VBB≈VB=3V，由VBB式可得因此,R1、R2取太小会使（Ri5kΩ）难以满足，取太大会使工作点稳定要求（IR1IB）难以满足。因此，R1、R2的具体取值有两个考虑思路。212123RRR12:3:1RR1211ieERRRrR从Ri计算式看，一般取R2为Ri下限值的3倍即可满足输入电阻要求，取R2=15kΩ，则R1=45kΩ1211ieERRRrR按IR1IB，取IR1=10IB=0.1mA，则，因此R2=30kΩCCB1R190kVVRI综合考虑，R2可取标称值20kΩ，R1可取为60kΩ。为使工作点容易调整，R1可由36kΩ固定电阻和50kΩ电位器串联构成。取=20V/V，由AV计算式可得由IC=1mA得（3）电压增益有关元件值的确定：RC、RE1vARC、RE1的具体取值也有两个考虑思路。从输出信号摆幅考虑。先取定一使输出信号摆幅较大的VC，由此可确定RC，然后由增益式确定RE1和RE2。26erCE130002026RR''1CCLvEeERRRARrR从Ri入手。先取定一符合要求的Ri，按Ri计算式可以确定RE1，然后可确定RC和RE2。1211ieERRRrR取Ri=5kΩ，由Ri理论式可得RE1=48Ω，RC=2.94kΩ，RE2=2.252kΩ。取VC=2/3VCC=8V，可以获得4V左右的输出信号摆幅。则RC=4kΩ，RE1=60Ω，RE2=2.24kΩ''1CCLvEeERRRARrR1211ieERRRrR因此，RC、RE1、RE2的标称值可分别取为3.9kΩ、56Ω和2.2kΩ。（4）电容的确定（5）验算二、多级放大电路与负反馈分析设计（一）多级放大电路常用耦合方式：阻容耦合、直接耦合、变压器耦合等。阻容耦合：工作点独立。L18Hzf直接耦合：运算放大器内部电路H:0~BWf123vvvvAAAA222LL1L2Lnffff222HH1H2Hn1111ffff1iiRR3ooRR计算时须考虑前后级电路的影响。计算各级电路电压增益时，后级电路输入电阻是本级电路负载。计算输出电阻时，前级电路输出电阻是本级电路的信号源内阻。（二）负反馈放大电路■A为基本放大器oixAx■F为反馈网络foxFx■∑为相加点isfxxx1AfAFAAF环路增益，负反馈时AF0，AfA1AF反馈深度，=A/Af，反映带反馈后增益缩小的程度。1AF深反馈：反馈放大器增益完全决定于反馈网络。1fAF电压负反馈：稳定输出电压、减小输出阻抗电流负反馈：稳定输出电流、提高输出阻抗串联负反馈：反馈信号与输入信号串联，将提高输入阻抗并联负反馈：反馈信号与输入信号并联，将减小输入阻抗。■负反馈放大器四种组态：电压-串联负反馈、电流-串联负反馈、电压-并联负反馈、电流-并联负反馈。电压-串联负反馈电流-串联负反馈112RfoRRvv2211EEFERfoERRRviR电压-并联负反馈ofvfRi22EEfRfoRRii电流-并联负反馈112RfoRRii（三）电路设计1、反馈组态确定2、负反馈网络设计3、基本放大器设计根据信号源内阻、负载电阻，确定Ri、Ro应该大还是小。根据闭环增益、反馈深度等要求，初步确定反馈系数、开环增益的值。首先根据反馈组态、反馈极性等要求，确定有几个单级放大器构成、每一级采用什么组态（CE、CC、CB）。（四）设计举例1、基本放大器电路设计电路结构如图。已知VCC=VEE=10V，RL=5.1kΩ，β取160。要求：IC在0.6mA附近可调（RW1：0~100kΩ），IC1=1mA。对1kHz微弱正弦信号Av≥103V/V，Ri5kΩ，Ro100Ω。提示：先设计后级电路再设计前级电路，因为后级电路的输入电阻是前级电路的负载。（1）各级电路增益分配v130Av240~50Av31ACi2v1eE1RRArRCi3v2e1E1''RRArR（2）后两级电路设计C'o3E3e21()RRRri3e2E3L(1)()RrRRRC’：1/3电源电压RE’：1/3电源电压输出级静态电流稍大：2~3mARC、RE1的确定：既要考虑满足AV1、Ri要求，又要使T工作于放大区，并具有一定的输出摆幅（3）第一级电路设计Rb1的选择：当Rw1位于30~50%时使IC=0.6mA2、反馈网络设计在以上基本放大电路基础上，引入恰当负反馈，使构成的闭环放大器满足以下要求：Avf=50±2V/V，Ri10kΩ，Ro20Ω1.0101001.0k10k100k1.0M10M1.1111101.1k11k110k1.1M11M1.2121201.2k12k120k1.2M12M1.3131301.3k13k130k1.3M13M1.5151501.5k15k150k1.5M15M1.6161601.6k16k160k1.6M16M1.8181801.8k18k180k1.8M18M2.0202002.0k20k200k2.0M20M2.2222202.2k22k220k2.2M22M2.4242402.4k24k240k2.4M2.7272702.7k27k270k2.7M3.0303003.0k30k300k3.0M3.3333303.3k33k330k3.3M3.6363603.6k36k360k3.6M3.9393903.9k39k390k3.9M4.3434304.3k43k430k4.3M4.7474704.7k47k470k4.7M5.6565605.6k56k560k5.6M6.2626206.2k62k620k6.2M6.8686806.8k68k680k6.8M7.5757507.5k75k750k7.5M8.2828208.2k82k820k8.2M9.1919109.1k91k910k9.1M5％电阻标称值5％电阻标称值：100、*110、120、*130、150、*160、180、200、220、240、270、300、330、360、390、430、470、510、560、620、680、750、820、910万用板使用说明测试项目及数据记录直流工作点交流小信号：电压增益，输入、输出电阻，频带、最大不失真范围，等等记录原始数据，波形图、注意相位关系记录测试条件：Vcc，vi的幅度、频率等测试方法：第3章