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合肥學院
模拟电子电子技术
课程设计报告书
系部名称:
班
级:
学
号: 1305061036
姓
名:
指导教师:
2013年 12月27 日
合肥學院
目录
1.课程设计的内容.....................................................................3 2.电路分析.............................................................................3 3.电路设计.............................................................................4 4.设计心得.............................................................................8 5.参考文献.............................................................................8
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一.课程设计的内容
1:在仿真环境下测试共发射极的NPN三极管的输出特性
通过仿真软件(proteus 7.8)搭建合适的电路,验证并分析共发射极NPN三极管的三种工作状态(截止、放大、饱和)。2:设计有源带通滤波电路并仿真
在仿真环境下自建一个合理的带通滤波电路。要求:(1)信号通过的频率范围f在100Hz至10KHz;(2)滤波电路在1KHz的幅频响应必须在(-1dB-+1dB)范围内,而在100Hz至10KHz滤波电路的幅频衰减应当在1KHz时值的(-3dB-+3dB)范围内;(3)在10Hz时幅频衰减应为26dB,而在100KHz时的幅频衰减应至少为16dB。
二.电路分析
1:共发射极的NPN三极管电路
由经典共发射极的NPN三极管的电路接法知,其中BJT是核心原件,起放大作用。直流电源VBB通过Rb给BJT的发射极提供正偏电压,并产生基极电流Ib。直流电源VCC通过电阻Rc,并与VBB和Rb 配合,给集电极提供反/正偏电压,使BJT工作于截止、放大、饱和状态。当然,在实际应用中人们将基极直流电源VBB与集电极直流电源VCC合并,通过Rb提供基极偏流及偏压。2:有源带通滤波电路
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由经典的有源高通、低通滤波电路的幅频响应知,构成带通滤波电路,条件是低通滤波电路的截止频率Fh大于高通滤波电路的截止频率FL,那么两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。
三.电路设计
1:共发射极的NPN三极管电路
设三极管为理想的,Bj=10.66,VCC=12V,Vbe=0.6V通过一个单刀三瓣开关分别接到三个不同支路上。
当三极管饱和时,则集电极电流Ic=(12/4)x 10=3mA 此时Ib=Ic/Bj=0.28mA,由VCR知基极电阻Rb=(12-Vbe)/Ib=40.7K.不难得知,要使BJT工作与放大状态下,在电源电压为12V的状态下且R1=4K,则基极偏置电阻Rb不能小于40.7K。
因此,为了观察到三种不同状态变化,在此我们选择R2=50K,R3=30K,即在接通到R2支路上时,观察BJT的放大状态,而在R3支路上时,BJT应处于饱和态;对于截止状态,则只需要将基极处于反偏状态即可,当然考虑到对BJT的保护,这里串接一个R4=30K电阻起限流作用。具体电路及仿真效果如下:
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图1(放大状态)
图2(饱和状态)
图3(截止状态)
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2:有源带通滤波电路
这是一个通带频率范围约为100Hz—10KHz的通带滤波电路,在通带内我们设计为单位增益。由要求知,在频率低端f=10Hz时,幅频响应至少衰减20dB。在频率高端f=100K时,幅频响应要求衰减不小于16dB.因此可选择一个二阶低通滤波电路的截止频率fH=10KHz,一个二阶高通滤波电路的截止频率fL=100Hz,有源器件采用运放LM324,构成所要求的带通滤波电路。故选择二阶巴特沃思滤波器,其增益Avf=1.586,因此,有两级串联的带通滤波电路的通带电压增益(Avf)2=2.515,由于所需要的通带增益为0dB,因此在低通滤波器的输入部分加了一个有电阻R1、R2组成的分压器。
器件参数的选择及计算:在选用器件时,应当考虑由于原件参数误差对传递函数存在影响。现规定选择电阻值的容差为1%,电容值的容差为5%。由于每个电路包含若干电阻器和两个电容器,预计存在的截止频率可能存在较大误差。为了确保在100Hz和10KHz处的衰减不大于3dB。现以额定截止频率90Hz和11KHz进行设计。
前已经指出,在运放电路中的电阻不宜选择过大或者过小。一般选择几千欧到几十千欧比较合适。因此,在选选择低通级电路的电容值为1000pF,高通级电路的电容值为0.1uF。然后由式Wc=1/RC可计算出精确的电阻值。对于低通级,由于已知C=1000pF和fH=11KHz,由上式得R3=14.47K欧,现选择标称电阻14K欧。对于高通级可做同样的计算得R6=R7=18K。考虑到已知Avf=1.586,同时尽量要使运放
合肥學院的同相输入端和反向输入端对地的直流电阻基本相等,现选择R5=68K欧,R8=82K欧,由此可计算出R4=(Avf-1)R5=39.8K欧,R9=(Avf-1)R10=48K欧。设计完成的电路如下图4所示,信号源Vi通过R1与R2进行衰减,它的戴维南电阻是R1和R2的并联值,这个电阻应当等于低通级电阻R3(=14K欧)。因此,有R1*R2/(R1+R2)=R3=14欧,由于整个滤波电路通带增益是电压分压器比值和滤波器部分增益的乘积,且应当等于单位增益,故有(R1*R2/(R1+R2))*(Avf)=1,综合上述两个等式,得R1=35.7K欧和R2=23.2K欧。具体电路仿真如下:
图4(整体电路)
图5(幅频响应曲线)
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四.心得体会
写着写着,此次的课程设计报告已在终点处向我招手,这也标志着本学期的模电学习任务即将被“终结”;回首自己在这一阶段的学习情况,感觉还是不错的(考试不列入感知范围内),尤其是对BJT、运放、滤波器有了更加深刻的理解,当然这主要依赖于老师在课堂上的细心讲解和课下的认真指导。就仅针对于本次的课程设计来说,让课本知识和实践运用进行了一次“无缝隙”的连接,使得自己在原有的基础上得到的进一步的提升,这也主要源于对proteus软件的不熟悉、滤波器电路理解的比较肤浅等,正是由于这些开始令人厌烦、苦劳、纠结的问题,才”酝酿”出本次看似完美的报告;当然对于模电的学习进程不随报告的终结而终结,而是像计算机软件那样保持不断的更新和良好的运行!
五.参考文献
[1] 康华光.《电子技术基础(模拟部分)》 高等教育出版社,2004 [2] 百度百科
带通滤波器
[3] 周润景.PROTEUS入门实用教程.北京:机械工业出版社,2010
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