第一章 設計任務
1.1項目名稱：設計三極管多級音頻放大電路
本項目的主要內容是設計並實現三極管多級音頻放大功能。該電路將所學習的三極管基本放大電路與功率放大電路有機結合。
1.2項目設計說明
（1）設計任務和要求
使用常見的小功率三極管設計一個三極管多級音頻放大電路，要求信號源內阻爲20kΩ，電壓增益大於400倍，輸出阻抗小於200Ω，三極管集電極最大電流不超過20mA，電源爲單電源15V，輸出信號不小於8Vp-p，非線性失真小於7%。
（2）進度安排
周次 | 實驗內容 |
1 | 查找資料 |
2 | 詳細設計 |
3 | 模塊電路的調試 |
4 | 模塊電路的整合調試 |
5 | 題目最終線路檢查 |
6 | 完成報告 |
（3）項目框圖
（4.）項目總體功能圖
第二章 需求分析
2.1問題基本描述及概念的明確
本次實驗的課題是設計多級三極管音頻放大電路，因此在設計時沒有采用運放等集成放大電路。在電路設計中沒有考慮直接耦合這種電路結構，主要原因是這種電路結構的靜態工作點不好調整。所以採用阻容耦合方式，使各級之間有獨立的靜態工作點不會相互影響。由於題目對信號源內阻提出了要求，要求放大電路的輸入電阻比較大，因此本電路採用了一級共集電極放大電路（射隨器）進行信號的第一級放大，利用共集電極放大電路的輸入阻抗比較大的優點，匹配高阻抗的信號源。由於本電路對負載電阻也有要求，因此要求電路的輸出阻抗比較小，因此在電路設計上，同樣是採用了一級共集電極放大電路進行末極放大輸出。而單個共射極放大電路不能一次性達到４００倍以上，同時它單個它還有反向放大的作用，因此必須使用兩個共射才能達到題目的要求。因此在電路設計時，採用了兩級共發射極放大電路進行電壓放大。在整個電路中，由於共集電極放大電路沒有電壓放大作用，因此電壓放大主要依靠中間的兩極共發射極放大電路，設置輸入級和輸出級只是爲了匹配題目中要求的輸入阻抗和輸出阻抗。由於題目對三極管的集電極電流有限制，並且也爲了降低三極管溫升，本電路中各級放大電路的靜態工作點設定都比較低，已經達到了能夠滿足題目中要求最小值。
注：全用峯峯值進行計算（1V=1000mV）
關鍵字
內阻
又稱內電阻。電池的內阻是指電池在工作時，電流流過電池內部所受到的阻力。
電壓增益
也就是電壓的放大倍數。計算公式是：Au=輸出電壓/輸入電壓。有時候會用分貝表示增益，後面標明dB，數值與分貝的計算公式是：X=20lg(輸出電壓/輸入電壓)。
單電源
是指輸出一種電壓的電源。
雙電源
是指輸出兩種電壓的電源。雙電源或單電源的區別是在直流供電部分，即相對於地線，有“正電壓”電源，也有“負電壓”電源就稱爲雙電源供電（如：±15V等）。一般情況下，雙電源以對稱電壓數值的應用爲多見。
輸出信號中不會有輸入信號中所沒有的新的頻率分量，各個頻率的輸出波形也不會變化。這種幅度的失真或者相位的失真是由該電路的線性電抗元件對不同頻率的響應不同而引起的，所以叫線性失真。線性失真和非線性失真其實是同樣的概念，都是對輸入、輸出波形差異的衡量方式。即：信號在放大過程中，輸入和輸出信號在波形上出現的畸變。衡量的指標單位也相同，使用%來表示。
不同之處是線性失真 是 在波形畸變上 出現了 對稱的失真，這種失真一般出現在 有 深度負反饋 的功率放大器中；其結果會產生多於的偶次諧波分量。
而 非線性失真 則是 波形畸變 是不對稱的，這種失真是一種指數型失真，一般出現在三極管單管甲類放大電路中，其結果會產生多餘的奇次諧波分量。
飽和失真和截止失真
是指信號範圍超出晶體管放大電路正常放大範圍時，出現的信號波形畸變。飽和失真和截止失真都屬於非線性失真。當輸入信號過大時會出現截止失真（削頂失真）。
2.2系統問題分解及功能基本要求
（1）首尾兩級爲射隨器（利用其高輸入阻抗，低輸出阻抗的特點，來實現所要求的20KΩ高輸入阻抗，200Ω的低輸出阻抗）。
（2）因爲單電源電壓爲15V,爲了避免出現較大的失真,所以每一級都需要調節較爲合適的靜態工作點,通過調節每一級的Rb,來調節靜態工作點的大小。由於輸入（５ｍＶ）信號的峯峯值很小,第一級放大後峯峯值也不會超過1V,因此對第一級和第二級的靜態工作點要求不是很高，但是經過兩級放大之後, 信號峯峯值已被放大到8V左右,因此對後兩級的靜態工作點要求較高,否則將會出現失真。
（3）每兩級間用阻容耦合方式連接，使各級之間有獨立的靜態工作點不會相互影響。
（4）單個共射極放大電路不能一次性達到400倍以上，同時單個共射它還有反向放大的作用，因此必須使用兩個共射才能達到題目的要求。中間級爲兩級共射極放大電路（採用一個電阻爲三極管提供偏置電壓進行電壓放大）
2.3設計原理
1.Q1~Q4：爲4個2N222三極管。在本電路中，Q1設置在輸入級，接爲共集電極放大電路形式，用來提高電路的輸入阻抗。Q2、Q3作爲中間級電壓增益放大，用於放大電壓信號。Q4爲輸出級，爲共集電極放大電路形式，可以減小電路的輸出阻抗。
2.C1~C4：全部爲普通電解電容器，規格爲10μF，在電路中作爲耦合元件使用，可以防止前一級的電路中的直流信號對後級電路產生影響。
3.R1、R4、R5、R9：這四個電阻構成了三極管的偏置電路，分別爲對應的三極管提供偏置電壓。
4.R2、R0：共集電極放大電路的發射極電阻，用於在三極管截止時降低發射極電壓，爲耦合電容器泄放電荷。
5.R5、R7：共發射極放大電路的集電極電阻。
6.基本共射極放大電路的分析原理：
(1）靜態工作點
(2）電壓放大倍數
(3）輸出電阻
(4）輸入電阻
7.基本共集電極放大電路分析原理：
（1）靜態工作點
（2）電壓放大倍數
（3）阻抗變換
2.4分解設計
（1）Q1共集電極放大電路分析：
靜態工作點 :Uce=7.558V, Ube=0.659V；放大倍數:Au1≈20/20=1倍。
（2）Q2共射極放大電路分析：
靜態工作點 :Uce=7.457V, Ube=0.643V；放大倍數:Au2≈478/（-20）=-24倍。
（3）Q3共射極放大電路分析：
靜態工作點 :
Uce=7.403V, Ube=0.643V；放大倍數:Au3≈750/（-20）=-37.5倍。
（4）Q4共集電極放大電路分析：
靜態工作點 :
Uce=7.489V, Ube=0.715V；放大倍數:Au4≈20/20=1倍。
第三章調試並分析結果
3.1輸入說明
信號源內阻20kΩ，電源爲單電源15V。分別有以下兩種情況：
（1）輸入信號爲10mV，1KHz的正弦波。
（2）輸入信號爲20mV，1KHz的正弦波。
3.2仿真預計輸出
輸出阻抗小於200Ω，電壓增益爲大於400倍。
3.3測試結果電路圖
（1）輸入信號爲10mV，1KHz的正弦波。由於版面不夠，所以分兩次仿真。
輸出Uop-p爲8.848V，非線性失真度爲2.761%。Au總≈8848mA/20mA=444倍。
（2）輸入信號爲20mV，1KHz的正弦波。
輸入信號過大，如圖出現截止失真（削頂失真），非線性失真度達到27.35%。
3.4測試結果記錄
注：全用峯峯值進行計算（1V=1000mV）
輸入信號（mVp-p） | 10 | 15 | 20 |
輸出信號 （Vp-p） | 8.848 | （輕微）截止失真 | （明顯）截止失真 |
10mV，1KHz的正弦波 | Q1射隨器 （輸入級） | Q2共射極放大 （中間級） | Q3共射極放大 （中間級） | Q4射隨器 （輸出級） |
Uce（V） | 7.558 | 7.452 | 7.718 | 7.525 |
Ui（mV） | 19.989 | 19.860 | -312.494 | 8908 |
Uo（mV） | 19.860 | -312.494 | 8908 | 8848 |
Au | 1 | -15.6 | -28.5 | 1 |
20mV，1KHz的正弦波 | Q1射隨器 （輸入級） | Q4射隨器 （輸出級） |
Ui（mV） | 40 | 39.955 |
Uo（mV） | 39.955 | 10970 |
Au | 1 | 274 |
3.5測試結果分析
（1）輸入1KHz，10mV 正弦波電路的電壓增益約爲Ａｕ總＝Au1*Au２＊Au３＊Au４＝１＊（－15.6）＊（－28.5）＊１＝444倍，已經滿足題目的設計要求電壓增益大於400倍，且非線性失真度爲2.761%滿足小於7%，輸出信號Vp-p爲8.848V滿足大於8V。且滿足集電極電流都不大於20mA。
（2）輸入1KHz，20mV 正弦波電路出現失真度是２7.35％已經大於題目要求的７％，此時總的放大倍數爲：（10.970＊1000）ｍＶ／39.955ｍＶ=274倍，雖然有放大作用但是不符合題目要求的大於４００倍。還出現削頂失真。
第四章 結論
本次課程設計的實驗最終實現了三極管多級音頻放大電路的電壓增益大於400倍，輸出信號不小於8Vp-p，非線性失真小於7%，輸出電阻小於200Ω。綜上可知：
1.該電路原理圖能達到放大交流小信號的作用。
（例如：１KHｚ，10ｍＶ，正弦波）
2.不可以把分解設計的結果直接想當然的按照每級的倍數直接相乘得到總的放大倍數。（如：Au=Au1*Au2*Au3*Au4=1*(-24)*(-37.5)*1=900倍）是錯誤的想法。當把分解設計的電路圖級聯整合之後，電路的性質已經發生改變，該級的輸入電阻已經和上一級的輸出電阻發生並聯，而此時整個電路的放大倍數只能通過仿真結果來看。由測試結果紀錄得：Au總=1*（-15.6）*（-28.5）*1=444倍。
3.函數發生器的使用接法：全都輸入頻率1KHz，振幅1V。
（1）接+和-：輸出峯峯值4V。
（2）接+和com:輸出峯峯值是2V。
（3）接-和com:輸出峯峯值是2V。
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