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二阶晶体放大电路和二阶双电源低通滤波电路设计

来源：宝玛科技网

低频电路课程设计报告

题目：二阶晶体放大电路和二阶双电源低通滤波电路设计

专业______________

学号__________________

学生姓名___________________

指导教师__________________

低频电路课程设计报告

一、题目的要求和意义

题目要求：

1.题		两级晶体管放大电路	为Omv,频率为1KHz，电源电压+5V ,
目：	(1)设计两级晶体管放大电路，输入信号幅度

要求完成下面的技术指标：

a.电压增益Au为0
b.输入电阻Ri支KQ
c.输出电阻Ro<50 Q
(2)改变输入信号的频率(10KHz和100Hz),电压增益有什么变化？改变什么元件参数达到上述指标。

2.题目：二阶低通滤波器
(1)设计二阶低通滤波器，电源电压土5V，要求完成下面的技术指标:

a.滤波器的截止频率fH<100HZ;

b.通带电压增益Au>1;

课程研究的意义：

1)培养自我查阅资料，图表和文献资料的自学能力，通过思考、深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。

2)利用所学过的知识，通过设计计算、元件选取、电路板制作调试等环节，初步掌握工程设计的技

能。

3) 掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法，巩固和加深对
模拟电路的理论知识，锻炼自我的动手能力。

4) 了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技术要

求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。5)掌握晶体放大电路和低通滤波器的基本工作原理。
6)培养严谨的工作作风和科学态度。

方案的论证和设计
1.题目：两级晶体管放大电路

1）工作原理：
输入信号加到前级的输入端，经过前级放大后加到后级的输入端，再经后级放大。在两级放大器中，放大器的输入端事实上就是前级的输入端，前级的输出也就是后级的输入,后级的输出也就是两级放大的输出；前级是后级的信号源，后级是前级的负载。因此，两极放大的线性电压放大倍数就等于前后两级放大倍数的乘积；放大器的输入电阻就是前级的输入电阻；放大器的输出电阻就是后级的输出电阻。

2）原理图:

VCC
5V

		R2
C1 卄 22 口 F	R4
	51k Q		3.6k Q
	Q1 2N2219 R3 R5 27 15k Q

\^GND

3）元件清单:

电容1 （2 个）	电容2	电阻1	电阻2	电阻3	电阻4	电阻5	电阻6	电阻7	运放
22uf	100uf	51k Q	15kQ	3.6k Q	27 Q	510Q	150k Q	3.3k Q	S9013

4）数据记录:

输入信号峰峰值（Mv）	22
输出信号峰峰值（V）	1.65

表1

频率（Hz）	10	100	1k	10k	100k	1M	10M
输出信号

峰峰值(V)

0.30

165

1.65

1.63

0.68

0.12

表2
5)数据计算：
由表1可知，Au=Uo/Ui=1650/22=75
用万用表测得B=98
rbe1=【200+(1+B)】26/IE1=1.48KQ,rbe2=【200+(1+B)】26/IE2=2.1KQ所以， Ri=Rb11//Rb12〃【rbe1+(1+B)Re'?3.3KQ
Ro=Re2〃(Re1+rbe2) / (1+B)~ 42 Q
6)结论与分析：

由计算结果可知该电路的输入电阻很大，大于增益大于50。故该电路达标。

2K Q,输出电阻很小，小于50Q,电压

有图表2,可知当频率由10Hz 变化到1MHz 过程，信号在100Hz 到100kHz 基本保持不变，当信号过于小时或过大时才变化较大，这与电路中的旁路电容有关。

2.题目：二阶低通滤波器

1)低通滤波器原理：

滤波电路的作用就是允许某段频率范围内的信号通过，而阻止或削弱其他频率范围的信号。有源
有源低通滤波电路基本概念：

滤波电路由电阻、电容和集成运算放大器组成，又称为有源滤波器。有源滤波器能够在滤波的同时还能对信号起放大作用，这是无源滤波无法做到的。根据滤波电路通过或者阻止信号频率范围不同，可将滤波电路分为低通、高通、带通河带阻电路。本文讨论的是有源低通滤波电路的设计与仿真研究。有源低通滤波电路能够通过低频信号，抑制或衰减咼频信号。

有源低通滤波电路的组成和实验原理：

二阶压控电压源低通滤波电路由两个 RC 环节和同相比例放大电路构成，电路如图所示。

尽

e T

—i i -----

A 00

■c

--------6
■ u

有源低通滤波二阶电路图（1）电路性能参数

其通带电压放大倍数即为同相比例放大电路的放大倍数:

弘心品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。

其传递函数:

其中：	Wo=1/RC 截止角频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。

不同Q值的有源低通滤波电路的幅频特性曲线
通过分析可知：当信号频率大于截止频率时信号的衰减率只有 20dB/十倍频。而且在截止频率附近，有用信号也受到衰减。二阶压控有源低通滤波电路衰减可以达到 40dB/倍频。

而且在截止频率附近，有用信号可以得到一定提升。如果Q=0.707时，滤波器的幅频特性最为平坦；如果Q>0.707时,幅频特性将出现峰值。因此，我们后面要用到巴特沃斯归一化方法设计电路图参数。

有源低通滤波器的运放：

运算放大器是目前应用最广泛的一种器件，虽然各中不同的运放结构不同，但对于外部电路而言，其特性都是一样的。运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级，其中

输入级一般是采用差动放大电路（抑制电源），中间级一般采用有

源负载的共射负载电路（提高放大倍数），输出级一般采用互补对称输出级电路（提高电路驱动负载的

能力）。

运算放大器的性能指标包括5个，开环差模电压放大倍数，最大输出电压，差模输入电阻，输出电阻，共模抑制比 CMRR。（开环差模放大倍数是指集成运放在无外加反馈回路的情况下的差模电压的放大倍数。最大输出电压是指它是指一定电压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰--峰值。差模输

入电阻的大小反映了集成运放输入端向差模输入信号源索取电流的大小。要求它愈大愈好。输出电阻的

大小反映了集成运放在小信号输出时的负载能力。共模抑制比放映了集成运放对共模输入信号的抑制能力，其定义同差动放大电路。CMRR越大越好。）

实际是有要求的。首先运放的输入阻抗要足够大，以免输入阻抗对电路中的实际电阻产生过大的影响。其次运放的开环增益 AVO要足够大。但由于这些条件非常容易满足，因此在设计有源二阶低通滤

波器时，不考虑。但在仿真时，不同的运放对滤波器的指标还是有影响的。

3）电路元件清单:

元件名	电容	电容	电阻	电阻	运放
参数	1	2	3	3	1
个数	220uf	4.7uf	1kQ	10kQ	LM324

4）元件介绍：
运放LM324:LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单

电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在

低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为 MC1741的静态电流的五分之一。

共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大

器有 5个引出脚，其中“+”-'”为两个信号输入端， “V+”、“V

为正、负电源端， “Vo'为输出端。两个信号输入端中，Vi-(-)为反相输入端，表示

运放输出端 Vo 的信号与该输入端的位相反；

Vi+(+)为同相输入端，表示运放输出

端Vo 的信号与该输入端的相位相同。 LM324 的引脚排列见图2。

丁

可

也

W 训甩用■

图3

5)数据记录：
表3

6) 数据计算：

由表2 可知当频率为24Hz 时信号输出的峰峰值开始变小，故可知 Umax=1.71V,

因为 Uh=0.707Umax，故 Uh=1.2V,

调节频率大小使得输出信号的峰峰值为理论值f=35Hz.

1.2V,此时的频率便为该低通滤波器的截止频率的

截止频率的计算值 f1=1 /(2n RC) =1/( 2*3.14*1000*0.0047)~ 34Hz误差分析：
△=|f1 — f|/f1= (|34-35/34) *100%=2.9
7) 结论：
在误差允许的范围内，该低通滤波电路可行。

六、课程设计体会

这次课程设计，提高了自我查阅资料，图表和文献资料的自学能力，通过思考、深

入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法，巩固和加深对模拟电路的理论知识，锻炼自我的动手能力。初步掌握晶体放大电路和低通滤波器的基本工作原理。

七、参考文献

廖惜春，项华珍，俆秀平等，模拟电子技术基础【版，77& 168-171.

M】，华中科技大学出版社，2011.2