1、課程設計任務書學生姓名： 金才 專業班級： 電子0801班 指導教師：劉金根工作單位： 信息工程學院 題 目：三極管值選擇器的設計初始條件：先修課程模擬電子技術基礎、電路分析基礎；具備模擬電子電路的基本設計能力及基本調試能力；能夠正確使用實驗儀器進行電路的調試與檢測；使用multisim進行仿真；使用protel99se進行PCB制作。要求完成的主要任務：1.采用晶體管完成三極管值選擇器的設計；2.能測出值為050，50150,150300,300500四個范圍；3.完成所設計電路的PCB制作；4.完成電路實物制作；4.完成課程設計報告（應包含電路圖，清單、調試及設計總結）。時間安排：1201

2、1年6月10日分班集中，布置課程設計任務、選題；講解課設具體實施計劃與課程設計報告格式的要求；課設答疑事項。22011年6月11日 至2011年6月23日完成資料查閱、設計、制作與調試；完成課程設計報告撰寫。3. 2011年6月24日提交課程設計報告，進行課程設計驗收和答辯。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目錄摘要IAbstractII1緒論12三極管測量原理分析23系統方案23.1系統整體方案圖23.2比較器3運放整體結構圖3差分輸入級3射極跟隨器4中間放大極4功放輸出級53.3三極管選擇電路圖54電路仿真與分析64.1運算放大器仿真64.2整體測試仿真85

3、PCB版圖制作96實物制作及調試107 個人體會11參考文獻12附錄I 元件清單13附錄II總電路圖14摘要本文對三極管工作原理及構成的運算放大器進行分析，設計出可測量三極管范圍的基本電路。其中，運算放大器是本次設計的重點，通過三極管的搭建，構成對直流具有放大作用的運算放大器，然后通過所設計的運算放大器，完成三極管值范圍測量的電路。通過對運算放大器的性能分析，確定最佳制作方案。通過multisim的仿真分析，按照設計要求，來確定最佳參數。另外，按照要求，采用protel99se制作了電路的PCB版圖，從而完成任務。關鍵詞：三極管運算放大器multisim PCBAbstractIn this

4、paper, the working principle and the composition of transistor amplifiers were analyzed, and the design can be used to measure the transistor beta range of basic circuit. Among them, the latter is the most importance of this design, through the construction of the transistor, constitute the amplific

5、ation of a dc with operational amplifier, and then through the design of operational amplifier, the transistor beta value measurement range of the circuit was completed. Through the performance analysis of the operational amplifier, determined the best production plan. Through the multisim of the si

6、mulation analysis, according to the design requirements, to determine the optimal parameters. In addition, as requested, the protel99se made circuit PCB layout, so as to complete the task.Keywords: transistor amplifiers multisim PCB1緒論第一個使用真空管設計的放大器大約在1930年前后完成，這個放大器可以執行加與減的工作。 運算放大器最早被設計出來的目的是將電壓類比

7、成數字，用來進行加、減、乘、除的運算，同時也成為實現模擬計算機（analog computer）的基本建構方塊。然而，理想運算放大器的在電路系統設計上的用途卻遠超過加減乘除的計算。今日的運算放大器，無論是使用晶體管（transistor）或真空管（vacuum tube）、分立式（discrete）元件或集成電路（integrated circuits）元件，運算放大器的效能都已經逐漸接近理想運算放大器的要求。早期的運算放大器是使用真空管設計，現在則多半是集成電路式的元件。但是如果系統對于放大器的需求超出集成電路放大器的需求時，常常會利用分立式元件來實現這些特殊規格的運算放大器。11960年代

8、晚期，仙童半導體（Fairchild Semiconductor）推出了第一個被廣泛使用的集成電路運算放大器，型號為A709，設計者則是鮑伯韋勒（Bob Widlar）。但是709很快地被隨后而來的新產品A741取代，741有著更好的性能，更為穩定，也更容易使用。741運算放大器成了微電子工業發展歷史上一個獨一無二的象征，歷經了數十年的演進仍然沒有被取代，很多集成電路的制造商至今仍然在生產741。直到今天A741仍然是各大學電子工程系中講解運放原理的典型教材。2三極管測量原理分析三極管是三端器件，基極B，集電極C，射極E。其中，IB控制著VBE，VBE又控制著IC，由于載流子的影響，IC將會比

9、IB大得多，進而表現出放大能力。由三極管關系可得，IC=IB，那么，測量值，只需要測量出IB和IC即可。2如圖1所示，為測量三極管范圍的電路。控制IB為10uF，測量輸出端口的電壓VC，由電路知識可知，圖1三極管測量電路 輸出電壓為VC=E-ICR1，這樣，將VC的范圍固定，那么IC的范圍也就固定，進而確定范圍所在。3系統方案3.1系統整體方案圖圖2三極管測量整體框圖3.2比較器運放整體結構圖 運算放大器一般采取如圖3所示的結構。輸入端采用差分放大，由于其對靜態工作點的穩定作用很大，所以一般都采用它作為前置放大。鏡像電流源的作用也是穩定靜態工作點，由它提供穩定的電流。后面跟著射極跟隨器，這一級

10、作用是將前后隔離，減少級間干擾。中間放大級是將前面的信號進一步放大，從而使整體放大倍數AV趨于無窮大（實際為105左右或者更大），這樣的運放性能才比較好。輸出級采用功放輸出，甲乙類互補功率放大，消除了交越失真，同時可以提高運放的驅動能力。3鏡像電流源射極跟隨器中間放大級功放輸出級差分輸入級圖3運放系統整體框圖3.2.2差分輸入級差分放大電路的作用是放大差模信號，抑制共模信號，一般的電源電壓的不穩定、內部噪聲、外部噪聲等都相當于共模輸入，會對三極管靜態工作點產生影響。且三極管的VBE幾乎為0.7V，有-2.5mV/溫度系數，這樣，對于直流信號而言，將會是很大的影響。當VBE發生變動，將會產生變化

11、量乘以增益系數的溫度漂移量，這個影響是很大的。而采用差分放大電路，由于兩個晶體管很近，所處的環境溫度相同產生的溫度漂移基本相同，VBE變化量將會互相抵消，消除溫度的影響。如圖4所示是采用鏡像電流源作為集電極負載的差分放大電路。進一步穩定靜態工作點，射極采用帶緩沖級的鏡像電流源提供工作電流。為了減小功率，取工作電流1mA給差分電路。這樣，鏡像電流源的輸出電流為2mA，由電路知識可知，所以R18為2.2K左右。圖4差分輸入級電路3.2.3射極跟隨器圖5為射極跟隨器的基本電路。射極跟隨器的特點是輸入阻抗很高，輸出阻抗的電阻基本為0，這樣，輸出端并聯多少負載基本對電路沒有影響，驅動后級電路能力提高，而

12、且，這樣前后級之間的影響便消除了。電路一般用射極跟隨器進行前后級的隔離。圖5射極跟隨器電路3.2.4中間放大極如圖6為中間放大電路。此電路采用的是渥爾曼自舉電路，由共發射極和共基極電路組成。渥爾曼電路的特點是高頻特性良好。為了使所設計的運算放大器通用化，考慮到輸入高頻的條件。渥爾曼電路的優點出了高頻特性良好外，輸入阻抗也提高了，輸出功率也提高了。自舉電路為渥爾曼的擴展電路，渥爾曼化的電路限制了輸入電壓，自舉后，3V穩壓二極管將兩管的電壓太高，頻率特性和輸入輸出線性變好，輸入電壓 圖6中間放大電路限制問題也解決了。53.2.5功放輸出級功放輸出采用甲乙類互補對稱功放，帶偏置電壓，二極管作為偏置使

13、用，實際采用的是三極管進行偏置，偏置電壓可設定。加入偏置后，消除交越失真。輸出的互補對管加入了保護電路，允許最大輸出電流為0.7/20即35mA。功放輸出級電路如圖7所示。圖7功放輸出級電路3.3三極管選擇電路圖如圖8所示為多路三極管選擇電路，可同時選擇NPN三極管和PNP三極管。可選擇三極管范圍為050，50150,150300,300500。圖8多路三極管選擇電路4電路仿真與分析4.1運算放大器仿真運算放大器整體設計電路如圖9所示。將以上設計的各級級聯，并配以相關器件使其正常工作，仿真采用此電路。輸入加入1uV，用multisim中的虛擬示波器觀察輸出電壓跟輸入電壓波形，計算出放大倍數。6

14、圖9運算放大器仿真電路如圖10為差分輸入級電路仿真情況，可以看到，輸出電壓大約為輸入電壓的500倍左右。可見，差分放大電路的放大倍數相當之高，更加體現其優點之大。如圖11為整體輸出電路仿真情況，放大倍數將近100000倍，如此大的放大倍數，合乎運算放大器的特點，仿真成功。圖10差分輸入級仿真圖11輸出級仿真4.2整體測試仿真圖12整體測試電路由圖12可知，當輸入電壓在4V和4.5V之間時，發光二極管發光，當不在之間，不發光，滿足邏輯。5PCB版圖制作圖13基本印刷版制作圖圖14鍍銅印刷版制作圖6實物制作及調試經過長時間的精心制作，完成了硬件電路的制作，熟悉使用三極管等元件，并且在硬件制作過程中

15、，注意到理論設計的不足，而加以完善，如電源部分加上顯示，兩級放大電路分開以便測試，中間加上開關來控制通斷。另外，為了便于靜態工作點的最佳調試，電阻采用可變式方便調試。調試過程中，發現放大倍數達不到理論設計，要求最大達到100000，實際達到10000，繼續調節靜態工作點，輸出電壓加大，但漸漸出現失真。分析知道，差分放大級的對稱性不好，影響后級的偏置電壓，造成后級偏離最佳靜態工作點，放大倍數必然達不到設計要求。另外，電阻的誤差，三極管的誤差，以后后級的“溫漂效應”，都會對整體放大有影響，出現失真。7個人體會通過此次三極管值選擇器的設計，我收獲頗豐。首先，通過調試三極管，復習了以前模電所學的知識，

16、在設計中的出現了各種各樣的錯誤，在不斷修正中掌握了以前模糊知識。另外，為了使放大倍數足夠大，不斷調試，懂得實際調試來彌補理論的不足。感謝學校給我們這次機會，鍛煉了我們的動手能力。通過這次課設讓我明白了理論和實際操作之間差距，而且也讓我很明確得意識到自己在模電上有很多的知識漏洞，以后應該多鉆研一下。參考文獻1康華光電子技術基礎模擬部分（第五版）北京：高等教育出版社，2006.12吳友宇模擬電子技術基礎北京：清華大學出版社，2009.53 鈴木雅臣晶體管電路設計(上)北京：科學出版社，2004.94明宏電工實習指導書武漢：武漢理工大學，2007.125朱彩蓮Multisim電子電路仿真教程西安：西安電子科技大學出版社，2007.96邱關源電路（第五版）北京：高等教育出版社，2006.12附錄I