多级放大电路的设计
一、 设计任务与要求
1、 设计任务：多级放大电路的设计
2、 设计要求：
设计一个阻容耦合三级放大电路，已给条件：Vcc=12V，RL＝2KΩ,信号源内阻RS＝0,管子采用9013（β约为180）。
要求技术指标：
Auf >20, Au=500~2000, Rif >10KΩ， Rof <100Ω.
二、 设计方法
分析：根据上述技术指标①要使输入电阻远大于输出电阻，由晶体管单管电路三种基本接法知，必然要使用到共集放大电路，即有一级为共集放大电路，且它应该设置在最后一级才可。另外，为放大，其余两级用共射放大电路，设计构想图如下：
则，由上图可知道：因为共集放大电路放大倍数接近1,所以可通过调节两级为共射放大电路，使电路放大倍数在500~2000以内，如此便可达到Au所需要求技术指标。②由反馈知，要使输入电阻大输出电阻小，应使用电压串联负反馈，为获得反馈，反馈连接可由所学知识得到，通过调节可使Auf在指标范围内。这样，便可达到所需技术指标。如下
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图：
三、 设计电路及参数选择
1、 电路工作原理
首先由一级共射放大电路将输入电压输入使输出电压放大到一定倍数，再将一级输出电压输入到二级共射放大电路使输出电压放大到一定倍数，最后将二级输出电压输入到三级共集放大电路，使输出电阻很小。调节电路，使其符合技术指标。
为使反馈电路输入电阻大输出电阻小，引入电压串联负反馈，调节电路，使其符合技术指标。
（附：仪器设备
模电实验箱 1台 双踪示波器 1台
低频信号发生器 1台 万用表 1台
元器件及工具 1套）
由工作原理可得实验电路图如下：
2、电路参数的选择
电容全部选用10μf，电阻在下列值范围波动：Rs=5.1KΩ,Rb12=33 KΩ,R1=0~100 K
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Ω,Rb11=24,Rc1=5.1 KΩ,Re12=0~1 KΩ,Re11=1.8 KΩ,Rb22=47 KΩ,Re22=0~330 Ω,R2=0~25 KΩ,Re21=1 KΩ,Rb2=20 KΩ,Rc2=3 KΩ,Rb3=0~680 KΩ,Re3=2.2 KΩ,RL=3 KΩ,Vcc=12V,由Auf=(Re11+Re12+Rf)/Rf>20知，Rf<0.146 KΩ
3、电路理论计算
①静态工作点的估算（选用硅管：UBE=0.7V,令rbe=100Ω）
Ⅰ第一级：因为
I1>>IBQ1,UBQ1=~Rb11/(Rb1+Rb11)*Vcc,IEQ=(UBQ1-UBEQ1)/(Re12+Re11), 由于 ICQ1=~IEQ1,管压降UCEQ1=~VCC-ICQ1(Rc1+Re11+Re12),基集电流 IBQ1=IEQ1/(1+β),找到适当电阻代入即可得IBQ1，ICQ1，UCEQ1
Ⅱ同理可得第二级静态工作点Q2
Ⅲ第三级：（Vcc-VCEQ3）/Re3=IEQ3=(1+β)*IBQ3,VCC-IBQ3Rb3-VBEQ3=IEQRe3,找得适当电阻代入即可得VCEQ3，IEQ3，IBQ3。
②输入输出电阻及放大倍数计算
Ⅰ输入电阻测量方法如下:
如图4所示，在输入端串联一个5.1 KΩ电阻Rs，测量Us与Ui即可计算Ri，
Ri=Ui/Ib,Ib=(Us-Ui)/Rs,则Ri=[Ui/（Us-Ui）]Rs, 则可得:
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第一级Ri1=9.95 KΩ, 第二级Ri2=8.21 KΩ, 第三级Ri3=271 KΩ,开环总输入Ri=10.76 KΩ，闭环总输入Rif=262.5KΩ
按上述方法即可得各级及开环闭环总的输入电阻。
Ⅱ输出电阻测量方法如下：
如图5所示，测量由负载和空载时的Uo,即可计算处Ro，Ro=[(Uo-UL)/UL]RL=(Uo/UL-1)RL,则可得:
第一级Ro1=5.02 KΩ, 第二级Ro2=3.15 KΩ, 第三级Ro3=765.2 Ω, 开环总输出Ro=174Ω, 闭环总输出Rof=10.3Ω
按上述方法即可得各级及开环闭环总的输出电阻。
Ⅲ放大倍数计算(由交流通路可得，如下图5)
第一级：Au1=-βRL1'/[rbe1+(1+β)Re12] =-41.9 （RL1'＝Rc1// RL）
第二、三级同理可得。Au2=-30.44, Au3=1
开环放大倍数Au=822.4.
③反馈电路放大倍数计算
Fuu=Uf/Uo=Rf/(Re11+Re12+Rf),Auf=Uo/Ui=~Uo/Uf=1/Fuu
＝
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(Re11+Re12+Rf)/Rf,由此只需Rf即可得所需Auf。
闭环放大倍数Auf=~31.03
四、 实验测量主要技术指标
1、各级静态工作点测量及调整与输入输出电阻放大倍数测量
①第一级：先按图3连接第一级线路，用万用表测得Vbe1＝0.6V,Vce1=5.94V,再接入Us=200mV信号，串联一个Rs=5.1KΩ的电阻，用双踪示波器测得Ui=150mV，由于输出电压与输入电压比值太小，调节R1、Re12,测得Uo=3.5v，使Au=Ui/Uo=23，然后在输出端接一负载为RL=3KΩ的电阻，测得电阻两端电压UL=1.25V，按输入输出电阻计算可得Ri=15.3KΩ, Ro=5.4KΩ，此时，再测得电路静态工作点为Vbe1＝0.61V,Vce1=3.94V，以及Re12=0.38 KΩ,R1=39 KΩ.
②第二级：先按图3连接第二级线路，用万用表测得Vbe2＝0.62V,Vce2=5.78V,再接入Us=200mV信号，串联一个Rs=5.1KΩ的电阻，用双踪示波器测得Ui=150mV，由于输出电压与输入电压比值太小，调节R2、Re22,测得Uo=3.5v，使Au=Ui/Uo=23，然后在输出端接一负载为RL=3KΩ的电阻，测得电阻两端电压UL=1.25V，按输入输出电阻计算可得Ri=15.3KΩ, Ro=5.4KΩ，此时再测得电路静态工作点为Vbe2＝0.59V,Vce2=3.52V， 以及Re22=0.085 KΩ,R2=24 KΩ
③第三级：先按图3连接第三级线路，用万用表测得Vbe3＝0.V,Vce3=5.62V,再接入Us=200mV信号，串联一个Rs=5.1KΩ的电阻，用双踪示波器测得Ui=190mV，调节R3,测得Uo=190mv，使Au=Ui/Uo=~1，然后在输出端接一负载为RL=3KΩ的电阻，测
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得电阻两端电压UL=190mV，按输入输出电阻计算可得Ri=96.9KΩ, Ro=0，此时，再测得电路静态工作点为Vbe1＝0.63V,Vce1=5.52V. 以及R3=192.7KΩ.
2、三级开环放大电路输入输出电阻及放大倍数测量
如图3接线，不引入反馈，将三级放大电路连接在一起，再接入Us=30mV信号，串联一个Rs=5.1KΩ的电阻，用双踪示波器测得Ui=22mV，然后测得Uo=11.1v，接入负载为
RL=3KΩ的电阻，测得电阻两端电压
UL=10.9V,此时得到
2000>Au=Ui/Uo=504.5>500符合技术指标，Ri=14.025KΩ, Ro=0.03KΩ。
3、三级闭环放大电路输入输出电阻、放大倍数及反馈电阻测量
如图3接线，接入Us=75mV信号，串联一个Rs=5.1KΩ的电阻，用双踪示波器测得Ui=50mV，然后测得Uo=1.55v, 接入负载为RL=3KΩ的电阻，测得电阻两端电压UL=1.5V,此时得到Auf=Ui/Uo=31>20, Rif=50.2KΩ>10KΩ, Rof=0.09KΩ<100Ω符合技术指标。此时测得Rf＝20Ω. 4
五、 误差分析
第一级和第二级分析：测得Au与计算相比均偏小，而测得Ri、Ro与计算相比均偏大，，可能电阻调节不当导致，应将电阻适当调小，另外电压选取也对Au由很大影响。
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第三级分析：测得Au与计算相比接近，而测得Ri、Ro与计算相比均偏小，尤其Ri,可能是电阻误差太大，电压选取影响也存在。
总开环分析：测得Au与计算相比偏小，而测得Ri与计算相比偏大，Ro偏小。可能是各级调节好后留下的微小误差的逐级放大导致，因此，有必要在此基础上再作适当调整，以期接近理论计算，减小误差。
总闭环分析：测得Auf与计算相比很吻合，而测得Ri与计算相比偏小，Ro偏大。可能是反馈带来的的不当，加上开环时已存在的问题导致。
但总体上，此实验所测得数据与技术指标相比还是比较吻合，达到所要求范围，因此，此实验可以得到验收。
六、 心得体会
经过将近一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。
在整个课程设计当中，深刻体会到设计一个电路的难度。虽然已经有设计总电路图，但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
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过程中问题重重，但在自己积极思考和老师的指导下，顺利的完成了课程设计，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和成就感。
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