电阻电容介绍,基本放大器的设计

●对几种常见元器件例如电阻器、电容器、电感器等有基本的认识，并能进行准确的分辨。

●熟练掌握几种常见仪器的使用方法，例如：示波器、函数信号发生器，万用表。

●学会如何利用multism进行放大器的设计，并通过设计对放大器的原理进一步理解。

●掌握并能熟练利用protel进行原理图与PCB图的设计。

2、CDIO设计正文

2.1几种常见基本元器件的认识

2.1.1电阻器

1、种类及类型

电阻器种类很多，根据构型不同，通常可分为固定电阻器、电位器、排阻、敏感电阻器四大类。

固定电阻器是一种阻值固定不变的电阻器，主要功能有降压、限流和分压。根据材料的不同又可具体分为薄膜类、合金类，线绕电阻器、碳质电阻器。

电位器是一种阻值可以通过调节而改变的电阻器，又可称为可变电阻器。与固定电阻一样同样具有降压、限流和分流的作用，不过由于电位器具有阻值可调性，故它可随时调节阻值来改变电压、限流和分流的程度。电位器的种类较多，通常可分为普通电位器、微调电阻器、带开关的电位器和多联电阻器等。

敏感电阻器是指阻值岁外界某些条件的改变而变化的电阻器。敏感电阻器的种类也很多，常见的有热敏电阻器、光敏电阻器、湿敏电阻器、压敏电阻器、力敏电阻器、气敏电阻器等。这类电阻主要应用于自动检测和自动控制领域中。

排阻又称为电阻排，他是由多个电阻器按一定的方式制作并封装在一起构成的。排阻具有安装密度高和安装方便简单等优点，广泛应用于数字电路中。

2、常用电阻器的标志方法

一般电子元器件的标注应反映出它们的种类、材料及主要电气参数。电阻器常用的标注方法有直标法、文字符号法和色标法三种。

（1）直标法

把元件的主要参数直接印制在元件的表面上，这种方法主要用于功率比较大的电阻。如电阻表面上印有RXYC-50-T-1k5-±10％，其含义是耐潮被釉线绕可调电阻器，额定功率为50W，阻值为1.5kW，允许误差为±10％。

（2）文字符号法

传统的电阻器文字符号标注是将电阻器的阻值、精度、功率、材料等用文字符号在电阻体上表示出来。如阻值单位用W、kW、MW表示,精度用等级J（±5％）、K（±10％）、M（±20％），电阻器的材料可通过外表的颜色予以区别等。

随着电子元件的不断小型化，特别是表面安装元器件（SMC和SMD）的制造工艺不断进步，使得电阻器的体积越来越小，其元件表面上标注的文字符号也作出了相应改革。一般仅用三位数字标注电阻器的数值，精度等级不再表示出来（一般小于±5％）。具体规定如下：

元件表面涂以黑颜色表示电阻器。

电阻器的基本标注单位是欧姆（W），其数值大小用三位数字标注。

对于十个基本标注单位以上的电阻器，前两位数字表示数值的有效数字，第三位数字表示数值的倍率。如100表示其阻值为10×100＝10W；223表示其阻值为22×103＝22kW。

对于十个基本标注单位以下的元件，第一位、第三位数字表示数值的有效数字，第二位用字母“R”表示小数点。如3R9表示其阻值为3.9W。

（3）色标法

小功率电阻器使用最广泛的是色标法，一般用背景区别电阻器的种类：如浅色（淡绿色、淡蓝色、浅棕色）表示碳膜电阻，用红色表示金属或金属氧化膜电阻，深绿色表示线绕电阻。一般用色环表示电阻器的数值及精度。

普通电阻器大多用四个色环表示其阻值和允许偏差。第一、二环表示有效数字，第三环表示倍率（乘数），与前三环距离较大的第四环表示精度。

精密电阻器采用五个色环标志，第一、二、三环表示有效数字，第四环表示倍率，与前四环距离较大的第五环表示精度。如表一所示。

表一：

1、定义与分类

电容器是一种可以存储电荷的元件。相距很近且中间隔有绝缘物质（如空气、纸和陶瓷）的两块导电极板就够策划那个了电容器。电容器可分为固定电容器和可变电容器。固定电容器的种类很多，按应用材料可分为纸质电容器、瓷片电容器、云母电容器、玻璃釉电容器、玻璃膜电容器；可变电容器又称可调电容器，其容量可以调节的电容器。具体分类还可分为微调电容器、单联电容器、多联电容器。另外根据极性关系还可分为有极性电容器和无极性电容器。

2、电容器的选用

（1）标称容量要符合电路的需要

（2）工作电压要符合电路的需要

（3）电容器特性尽量符合电路需要

对于电源滤波、退耦电容和低频耦合、旁路电路、一般选择电解电容。

对于中频电路，一般可选择薄膜电容器和金属化纸介电容器。

对于高频电路，应选用高频特性良好的电容器，如磁介质电容器和云母电容器。

对于高压电路器，应选用工作电压高的电容器，如高压瓷介质电容器。

对于频率稳定性要求高的电路（如振荡电路、选聘电路和移相电路），应选用温度系数小的电容器。

3、电容器的型号命名方法

国产电容器型号的命名有以下四部分组成。

第一部分用字母C表示主称为电容器。第二部分用字母表示电容器的介质材料，例如“D”表示铝电解材料、“A”钽电解材料。第三部分用数字或字母表示电容器的类别，例如“8”表示高压、“T”表示叠片式。第四部分用数字表示序号。

2.1.3 电感器

1、性质与种类

电感器的主要性质有“通直阻交”和“阻碍变化的电流”。电感器的主要参数有电感量、误差、品质因数和额定电流。

电容器对通过的交流新号有较大的阻碍，这种阻碍成为感抗，感抗的大小与自身的电感量和交流信号的频率有关。具体计算公式为：ΧL=2πfL。

电容器的种类较多。典型的主要有可调电容器、高频扼流线圈、低频扼流线圈、色码电感器。

2、电感器的选用

（1）选用的电感器电感量必须与电路要求一致，工作频率要适合电路。低频电路一般选用硅钢片或铁氧化体磁芯的电感器，而高频电路一般选用空心电感器等。

（2）对于不同的电路应该选用相应性能的电感器。在更换电感器时不能随意改变电感器的线圈匝数、间距、和形状。

（3）对于可调电感器，可将电感器接在电路中进行调节，从而达到更好的效果。

（4）对于有屏蔽罩的电感器，在使用时要将屏蔽罩与电路地连接，以提高电感器的抗干扰特性。

3、电感器的型号命名方法

电感器的型号命名有三部分组成。第一部分用字母表示主称为电感线圈。第二部分用字母与数字混合来表示电感量。第三部分用字母表示误差。如表二所。，

表二：

1、种类

常见的的几种二极管有稳压二极管、变容二极管、双相触发二极管、双基极二极管。

稳压二极管：在电路中，稳压二极管可以稳定电压。要让文雅二极管起稳压作用，需将他反接在电路中（即稳压二极管的负极接在电路的高点为，正极接地电位），稳压二极管在电路中正接时的性质与普通二极管形同。

变容二极管：变容二极管在电路中可以相当于电容，并且容量可调。变容二极管与普通二极管相同，加正向电压时导通，加反向电压时截止。在变容二极管两端加反向电压时，其除了截止外，还可以视为电容。

双向触发二极管：又称为双向二极管。普通二极管具有单向导电性并且正反特性相同，具有对称性，而双向触发二极管具有双向导电性，但它的导通电压通常比较高。

双基极二极管：又称为单结晶管，它除了有一个发射极E外，还有B1、B2两个基极。

关于二极管的一些其他特性在本学期《电子线路》已经有了重点学习，因此这里不再过多阐述。

2、二极管的型号命名方法

第一部分用数字“2”表示主称为二极管。第二部分用字母表示二极管的材料与极性。第三部分用字母表示二极管的类别。第四部分用数字表示序号。第五部分用字母表示二极管的规格号。如表三所示。

表三：

1、种类与性质

三极管又称晶体三极管，是一种具有放大功能的半导体器件。有NPN与PNP两种。三极管有三种工作状态：截止、放大、和饱和。处于放大状态时可以对信号进行放大即作为放大器；处于饱和与截止状态时可以当成开关来使用。

关于三极管的一些具体应用在本学期《电子线路》中已经具体学过，这里不再过多阐述。

特殊三极管：带阻三极管、带阻尼三极管，达林顿三极管。

带阻三极管是指基极与发射极皆有电阻并封装为一体的三极管。带阻三极管常用在电路中作为电子开关。

带阻尼三极管是指在c极与e极之间接有二极管并封装为一体的三极管。带阻尼三极管功率很大，常用在彩电和计算机显示器的扫描输出电路中。

达林顿三极管又称符合三极管，他是由两只活两只以上的三极管组成并封装为一体的三极管。

2、三极管选用注意事项

选用三极管要依据它在电路中所承担的作用查阅晶体管手册，选择参数合适的三极管型号。 

NPN型和PNP型的晶体管直流偏置电路极性是完全相反的，具体连接时必须注意。

电路加在晶体管上的恒定或瞬态反向电压值要小于晶体管的反向击穿电压，否则晶体管很易损坏。

高频运用时，所选晶体管的特征频率F，要高于工作频率，以保证晶体管能正常工作。

大功率运用时晶体管内耗散的功率必须小于厂家给出的最大耗散功率，否则晶体管容易被热击穿，晶体管的耗散功率值与环境温度及散热大小形状有关，使用时注意手册说明

3、三极管的标注方法

标注共五部分如3DG130C，第一个3表示三极管，第二部分A表示PNP锗材料，B表示NPN锗材料，C是PNP硅材料，D是NPN硅材料，第三部分Z是整流管，L是整流堆，S是隧道管，N是阻尼管，U光电器件，X低频小功率管，G是高频小功率管，T体效应管，B雪崩管，J节约恢复管CS场效应管，BT半导体特殊器件，FH复合管，PIN是PIN型管，JG是激光器件。第四部分是序号，第五部分是规格号

2.2常用仪表的使用方法

2.2.1数字万用表

1、交、直流电流的测量

根据测量电流的大小选择适当的电流测量量程和红表笔的插入孔，测量直流时，红表笔接触电压高一端，黑表笔接触电压低的一端，正向电流从红表笔流入万用表，再从黑表笔流出，当要测量的电流大小不清楚的时候，先用最大的量程来测量，然后再逐渐减小量程来精确测量。

2、 交、直流电压的测量

红表笔插入“V/Ω”插孔中，根据电压的大小选择适当的电压测量量程，黑表笔接触电路“地”端，红表笔接触电路中待测点。特别要注意，数字万用表测量交流电压的频率很低（45～500Hz），中高频率信号的电压幅度应采用交流毫伏表来测量。

3、电阻的测量

红表笔插入“V/Ω”插孔中，根据电阻的大小选择适当的电阻测量量程，红、黑两表笔分别接触电阻两端，观察读数即可。特别是，测量在路电阻时（在电路板上的电阻），应先把电路的电源关断，以免引起读数抖动。禁止用电阻档测量电流或电压（特别是交流220V电压），否则容易损坏万用表。

4、判断电容的好坏   

利用电阻档还可以定性判断电容的好坏。先将电容两极短路（用一支表笔同时接触两极，使电容放电），然后将万用表的两支表笔分别接触电容的两个极，观察显示的电阻读数。若一开始时显示的电阻读数很小（相当于短路），然后电容开始充电，显示的电阻读数逐渐增大，最后显示的电阻读数变为“1”（相当于开路），则说明该电容是好的。若按上述步骤操作，显示的电阻读数始终不变，则说明该电容已损坏（开路或短路）。特别注意的是，测量时要根电容的大小选择合适的电阻量程，例如47μF用200k档，而4.7μF则要用2M档等等。

5、二极管导通电压检测

红表笔接万用表内部正电源，黑表笔接万用表内部负电源则被测二极管正向导通，万用表显示二极管的正向导通电压，单位是mV。通常好的硅二极管正向导通电压应为500mV～800mV，好的锗二极管正向导通电压应为200mV～300mV。假若显示“000”，则说明二极管击穿短路，假若显示“1”，则说明二极管正向不通。若按图1（b）接法测量，应显示“1”，说明该二极管反向截止，若显示“000”或其它值，则说明二极管已反向击穿。

 此档也可以用来判断三极管的好坏以及管脚的识别。测量时，先将一支表笔接在某一认定的管脚上，另外一支表笔则先后接到其余两个管脚上，如果这样测得两次均导通或均不导通，然后对换两支表笔再测，两次均不导通或均导通，则可以确定该三极管是好的，而且可以确定该认定的管脚就是三极管的基极。若是用红表笔接在基极，黑表笔分别接在另外两极均导通，则说明该三极管是NPN型，反之，则为PNP型。最后比较两个PN结正向导通电压的大小，读数较大的是be结，读数较小的是bc结，由此集电极和发射极都识别出来了。

6、三极管值β测试

首先要确定待测三极管是NPN型还是PNP型，然后将其管脚正确地插入对应类型的测试插座中，功能量程开关转到β档，即可以直接从显示屏上读取β值，若显示“000”，则说明三极管已坏。

7、短路检测

将功能、量程开关转到“·）））”位置，两表笔分别测试点，若有短路，则蜂鸣器会响。

2.2.2示波器

利用示波器所做的任何测量，都是归结为对电压的测量。示波器可以测量各种波形的电压幅度，既可以测量直流电压和正弦电压，又可以测量脉冲或非正弦电压的幅度。更有用的是它可以测量一个脉冲电压波形各部分的电压幅值，如上冲量或顶部下降量等。这是其他任何电压测量仪器都不能比拟的

1、交流电压的测量 

将Y轴输入耦合开关置于“AC”位置，显示出输入波形的交流成分。如交流信号的频率很低时，则应将Y轴输入耦合开关置于“DC”位置。 

将被测波形移至示波管屏幕的中心位置，用“V/div”开关将被测波形控制在屏幕有效工作面积的范围内，按坐标刻度片的分度读取整个波形所占Y轴方向的度数H，则被测电压的峰-峰值VP-P可等于“V/div”开关指示值与H的乘积。如果使用探头测量时，应把探头的衰减量计算在内，即把上述计算数值乘10。 

例如示波器的Y轴灵敏度开关“V/div”位于0.2档级，被测波形占Y轴的坐标幅度H为5div，则此信号电压的峰-峰值为1V。如是经探头测量，仍指示上述数值，则被测信号电压的峰-峰值就为10V。 

2、直流电压的测量 

将Y轴输入耦合开关置于“地”位置，触发方式开关置“自动”位置，使屏幕显示一水平扫描线，此扫描线便为零电平线。 

将Y轴输入耦合开关置“DC”位置，加入被测电压，此时，扫描线在Y轴方向产生跳变位移H，被测电压即为“V/div”开关指示值与H的乘积。 

直接测量法简单易行，但误差较大。产生误差的因素有读数误差、视差和示波器的系统误差（衰减器、偏转系统、示波管边缘效应）等

3、时间的测量

示波器时基能产生与时间呈线性关系的扫描线，因而可以用荧光屏的水平刻度来测量波形的时间参数，如周期性信号的重复周期、脉冲信号的宽度、时间间隔、上升时间（前沿）和下降时间（后沿）、两个信号的时间差等等。 

将示波器的扫速开关“t/div”的“微调”装置转至校准位置时，显示的波形在水平方向刻度所代表的时间可按“t/div”开关的指示值直读计算，从而较准确地求出被测信号的时间参数。

2.3基本放大器的设计

2.3.1放大器的本质

实现能量的控制。在放大器中提供一个能源，由能量较小得输入信号控制合这个能源，使之输出较大的能量，然后推动负载。小能量对大能量的控制作用称为放大作用。放大的对象是变化量。元件：双极型三极管和场效应管。

2.3.2设计分析

为了增强静态工作点的稳定性，电路中采用了分压式偏置电路。该电路利用了负反馈的原理从而提高了整个电路的稳定性，减小了温度对电路的影响。具体电路见电路原理图。

由于 UBQ 不随温度变化，T   ICQ   IEQ   UEQ   UBEQ (= UBQ – UEQ)   IBQ   ICQ    ——电流负反馈式工作点稳定电路

说明：

1、Re 愈大，同样的 IEQ 产生的 UEQ 愈大，则温度稳定性愈好。但 Re 增大，UEQ 增大，要保持输出量不变，必须增大 VCC。

　 2、接入 Re ，电压放大倍数将大大降低。在 Re 两端并联大电容 Ce ，交流电压降可以忽略，则 Au 基本无影响。 Ce 称旁路电容

旁路电容：在交直流信号的电路中，将电容并接在电阻两端或由电路的某点跨接到公共电位上，为交流信号或脉冲信号设置一条通路，避免交流信号成分因通过电阻产生压降衰减。

2.3.3设计条件

已知直流电源Vcc=5v；RL=10K，当不加负载时电路的放大倍数大于40倍，当加上10K欧姆的负载时电路的放大倍数为20倍。

1、确定Re与Rc

因为开路时Avt≧40此时Av=-gmRL；加上10K的负载时Au≧20，并且此时Av= -gm RL’， RL’= RL ∥Rc，因为加上负载时放大倍数减半所以负载的大小与Rc的大小相同，二者都为10K欧。又因为Ue=0.2=1V，并且当Uce=Vcc/2时静态工作点比较合适。所以Uce=2.5则Uc=3.5V。

由此可进一步得出Ic=Ie=（5-3.5）/10K=0.15mA；所以又可以得出Re=1V/0.15mA≈5.5K欧姆左右。

2、 确定Rb1和Rb2

要保证 UBQ 基本稳定，IR >> IBQ，则需要 Rb1、Rb2 小一些，但这会使电阻消耗功率增大，且电路的输入电阻降低。实际选用 Rb1、Rb2 值，取= (5 ~ 10)IBQ，UBQ = (5 ~ 10)UBEQ。

Ib=Ie/β≈1uA；IR =(5～10) IR=10uA; IR=Vcc/( Rb1+ Rb2);并且Ub=0.7+Ue=1.7V；由此可以得出Rb1=Ub/1uA≈12K欧姆；再进一步可算出Rb2=33K欧姆；

3 、确定电容C1，C2，C3

在基本放大电路中，耦合电容要视频率而定，当频率较高时，需用无极电容，特点是比较稳定，耐压可以做得比较高，体积相对小，但容量做不大。其最大的用途是可以通过交流电，隔断直流电，广泛用于高频交流通路、旁路、谐振等电路。（简单理解为高频通路）

    当频率较低时，无极电容因为容量较低，容抗相对增大，就要用有极性的电解电容了，由于其内部加有电解液，可以把容量做得很大，让低频交流电通过，隔断直流电。但由于内部两极中间是有机介质的，所以耐压受限，多用于低频交流通路、滤波、退耦、旁路等电路。（简单理解为低频通路） 

3、设计总结

在本学期的CDIO的项目设计中，主要对一些电子工艺中常见的电子元器件以及基本仪表的使用进行了学习，并通过自己对放大器的学习进行了单级放大器的设计，并通过了mutisim的仿真测试。

通过对元器件的学习，懂得了一些基本元器件的标注方法，知道如何读取它的大小和类别，能够区分一些基本元器件，并对其特性有了较为深刻的了解，知道该如何在不同的电路中选择相应的类别的电子元器件。通过对仪表的使用和学习指导如何利用这些仪表进行对一些元件进行测量，以及对一些电路的参数进行测量。能够利用示波器观察测量一些信号的波形的幅值和频率。

通过自己进行放大器的设计，对放大设计时需要考虑的一些的因素有了较为深刻的了解，并对负反馈电路的的本质进行了认识。另外通过本次设计对放大器的各种参数之间的关系进一步深化，例如静态工作点的选定，而且学会如何利用multisim进行仿真测试。

总之在本学期的CDIO项目设计中对自己的能力有了很大程度的提高，动的了如何利用课本的一些基本知识进行自己的一些小设计，受益匪浅。

4、参考文献

[1] 谢嘉奎，宣月清，冯军·电子线路[M]·北京：高等教育出版，1999：154—157·

[2]李光宇·常用电子元器件认识及测量[M] ·西安：科学出版社，2005：10—140·

[3]朱彩莲· Multisim电子电路仿真教程[M]·西安电子科技大学出版社，2004：30—58·

Protel原理图，PCB图，仿真原理图，仿真结果图见附录1

课程设计

Protel原理图

PCB图

加负载时的仿真结果图

不加负载时的仿真结果图

仿真原理图

电路分析图