【南京邮电校赛】三级放大电路 - 嘉立创EDA开源硬件平台

题目要求：实现峰峰值为20mv的小信号的放大，要求放大峰峰值大于2V，并且无明显失真。

获奖信息：校级一等奖。

队伍信息：白瑞昕、丛志刚、陈天豪

指导老师：郝学元、薛梅

一、      设计内容摘要

设计并制作一个放大器非线性失真研究装置，晶体管放大器只允许有一个输入端口和一个输出端口，并且能够分别输出无明显失真的正弦电压、“顶部失真”的电压、“底部失真”的电压、“双向失真”的电压、“交越失真”的电压，能够测量并显示五种输出电压的总谐波失真。

二、      工作原理及电路设计

1、共射放大电路

为实现对小信号的100倍放大，我们采用两级晶体管共射放大电路，并且级间耦合采用阻容耦合的方式，如图2-1所示：

图2-1 两级共射放大电路

设计的突出之处在于在高频和低频条件下射级电阻的变化，我们知道射级电阻对于共射放大电路的影响在于有射级电阻的共射放大器的放大倍数会大大减小，带有射级电阻的共射放大电路放大倍数为：

                      （2.1）

       在低频条件下，电解电容 、 开路，射级电阻变大，低频放大倍数减小，使得低频条件下失真大大减小；而在高频条件下， 、 导通，射级电阻减小，放大倍数大大增加，而在高频条件下输出信号的失真非常小，从而实现了高低频的转换。

电路在Multisim中的仿真波形如下图2-2所示：

图2-2 共射放大电路输出波形

图2-3所示是输出波形的总谐波失真测量：

图2-3 失真分析

可以看出失真非常小，在人眼可分辨范围之外，并且放大倍数也达到要求。

第一级共射电路静态工作点的理论计算如下：

可以看出静态工作点很理想。

第二级共射电路的静态工作点同理，在此不再赘述。

2、失真电路

失真电路的设计如下图2-4所示：

图2-4 失真电路

从图中可以看出，顶部失真和底部失真以及交越失真都采用二极管产生，利用二极管正向具有导通压降、反向电阻趋近于无穷的性质，可以采用二极管滤波，进而产生失真。

3、继电器开关电路

如图2-5所示，使用三极管作为单片机的驱动，单片机引脚输出3.3V的电压信号，通过电阻分压使得三极管的 达到0.7V的开启电压，使得二极管导通，万用表的两端接继电器的两端，由此可以实现当单片机输出高电平时开关电路导通。

图2-5 继电器开关电路

三、系统软件设计分析

整个系统的流程图如图3-1所示：

图3-1 系统流程图