多级低频电压放大器设计报告

第一篇：多级低频电压放大器设计报告

※※※※※※※※※ ※※※2013级

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模拟电子技术课程设计 ※

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多级低频电压放大器设计

姓 名 学 号 院、系、部 班 号 完成时间

摘 要

本设计采用二级高通运算放大器的设计思路，分别设计了二级运算放大电路、可变放大倍数的二级运算放大电路等多种方案，并应用放大器对电压放大的特点，要求电压在满足放大倍数的前提下，对大于10KHz高频的信号进行选取，并运用多级反相放大器对电压进行放大。并且多级电压放大倍数等于组成它的各级电路电压放大倍数之积。其输入电阻是第一级的输入电阻，输出电阻是末级的输出电阻。在求解某一级的电压 放大倍数时应将后级输入电阻作为负载。我们经常听广播，当我们选台时其实是对不同的频率的信号进行选择，对信号的选择这时我们就要用到多级低频电压放大器的实现。根据所选信号的频率范围可分为低通、高通、带通、带阻。这其中带通是允许每一段频带范围内的信号通过，而将此频带以外的信号阻断，而消除高频段和低频段的干扰和噪声，经常用与抗干扰设备的组成中。

由于多级放大倍数等于各级放大倍数之积算出所需要的电路，并通过对设计的电路图经过Multisim仿真运行后，得到了放大倍数大于600倍，频率大于10KHz的符合要求的高频输出波，因此可以确定此次电路设计可以满足要求。

关键词：多级

放大

滤波

目 录

第1章 设计任务与要求····················· 错误！未定义书签。第2章 方案与论证 ······························· 1 第3章 设计电路图 ······················ 错误！未定义书签。第4章 调试分析 ································ 3 第5章 结论与心得 ······························· 4 参考文献 ································ 5

第1章 设计任务与要求

课程设计名称：多级低频电压放大器 题目要求：

1.要求电压放大倍数：| Au|≥600 2.输出电压峰峰值: Up-p ≥10V(RL=1KΩ)3.输入输出阻抗: Ri≥100KΩ, Ro≤50Ω 4.通频带: ≥10KHz 电路可以采用分立器件，也可以选用运算放大器。运放供电电源既可以采用单电源也可以选用双电源。设计目的：

（1）熟悉电子仪器的正确使用；

（2）学会通过multisim软件中电路的安装与调试；（3）查询相关资料，培养学生独立分析解决问题能力；

（4）运用模电课本中相关课程所学到的理论知识去独立完成课题设计；

第2章 方案与论证

1.运算放大器是最早应用于模拟信号的运算电路。其作用主要是用于电路的放大，本次课程设计多级低频电压放大器，主要采用运算放大器来实现。2.高通滤波器。采用的是高通滤波器对频率的限制，通带宽度高于10kHz，f0=10kHz，根据公式可得f0=1/6.28RC为固定值，然后定C，求R。

3.运算放大主要采用反相比例运算电路的二级放大，第一级放大倍数为7倍，第二级放大倍数为100倍。放大倍数Au= Au1*Au2, Au=-Rf /R1，R2= R1 // Rf；通过计算算出所需要的电路。4.计算的主要元件参数：

R1=1Ω，R2=100kΩ，R3 =87.5 kΩ，R4 =0.99 kΩ，R5 =700 kΩ，R6 =1 kΩ，R7 =100 kΩ，C1 =15.9uF输入输出电阻大小满足设计要求。

5.电路设计：a、设计信号发生器为10mV，100kHz的正弦交流电，通过滤波器，得到正常放大，观看波形，计算放大的倍数；b、设计信号发生器为10mV,4kHz的正弦交流电，通过滤波器，观看波形，计算放大倍数。

图2.1 基本原理框图

第3章 设计电路图

图3.1 设计电路图

如图所示：最左端是一个信号发生器，与其连接的是一个由电容C1与R1组成的高通滤波器，然后U1与U2是两个反相比例运算电路，U2的输出与滤波器相接，通过观察示波器的波形与放大倍数，得到结果。

第4章 调试分析

a.设计信号发生器为10mV，100kHz的正弦交流电，通过滤波器，得到正常放大，观看波形，计算放大倍数。

图4.1 正常放大波形

当频率处于100kHz,大于等于10kHz，电压得到正常放大，放大倍数Au=6.968V/10mV=696.8大于600，满足设计的要求。

b.设计信号发生器为10mV,4kHz的正弦交流电，通过滤波器，观看波形，计算放大倍数;

图4.2 信号发生器

图4.3不能正常放大的波形

由于滤波作用当频率处于4kHz时，Au=2.145V/10mV=214.5小于600，得不到正常放大。

综合分析：当频率处于高于10kHz时，放大倍数大于600，得到正常放大，当频率处于低于10kHz时，放大倍数小于600，得不到正常放大，设计的多级低频电压放大器符合设计要求。

第5章 结论与心得

本次设计熟悉了运算放大器的功能及特点，更进一步了解了二极管等元件的性能特点等，也更加熟悉了各个元件之间的搭配应用。

对于输出电压峰值调节，可以通过一个可调节的VCC来取代，从而实现对峰值的调节。本次设计的最终结果与预期结果相差在允许范围内。只是因为各个元件的具体值比较难以得到，使得计算出的各个元件的数值有一定的误差，但总体来说误差也在允许范围内。

在本学期开设《模电》这门学位课的基础上，这次小学期我们做了模电仿真电路实验。这门学科属于电子电路范畴，与我们的专业有密切联系，主要是理论方面的问题。将所学知识实践、探索，才能对模电知识有更深的认识。

在这几天学习中，虽然到处查资料，问同学，但是我从中学到了许多东西，不仅巩固了以前所学的书本上的知识，而且还学到了许多书上没有的东西，同时也提高了我的动手操作能力，锻炼实践能力。

拿到题目后，我都不知道是干啥用的，不知该如何下手，然后在模拟仿真过程中也遇到了许多问题，不知该如何运用该软件，后来我上网查资料，加上同学的帮助，最后终于使理论值与仿真结果相符合。

回顾这次课程设计，从理论到实践，在这几天里，我从中学到了许多东西，通过这次实践，让我进一步明白独立自主能力的重要性，所以说实践是很重要的，以后的生活学习都要学会实践。

参考文献

[1] 康华光.电子技术基础[M].北京高等教育出版社.2008.[2] 杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].清华大学电子学教研组.2006.[3] 余孟尝.数字电子技术基础简明教程[M].清华大学电子学教研组.2011.

第二篇：低频功率放大器课程设计报告

《电路与模拟电子技术》

课程设计报告

低频功率放大器

一、摘要

低频功率放大器的主要应用是对音频信号进行功率放大，本文介绍了具有弱信号放大能力的低频功率放大器的基本原理、内容、技术路线。整个电路主要分为稳压电源、前置放大器、功率放大器、波形变换电路共4 部分。稳压电源主要是为前置放大器、功率放大器提供稳定的直流电源。前置放大器主要是实现电压的放大。功率放大器实现电流、电压的放大。波形变换电路是将正弦信号变换成规定要求的方波信号。设计的电路结构简洁、实用，充分利用到了集成功放的优良性能。实验结果表明该功率放大器在带宽、失真度、效率等方面具有较好的指标、较高的实用性,为功率放大器的设计提供了广阔的思路。

二、关键字

前置放大级电路

功率放大

稳压电源电路

波转换电路

三、总体设计方案论证及选择

根据课设要求, 我们所设计的低频功率放大器应由以下几个部分组成：稳压电路、前置放大、功率放大以及波形变换电路。下面对每个单元电路分别进行论证：

前置放大级：

设计要求前置放大输入交流接到地时，RL=8的电阻负载上的交流噪声功率低于10mw因此要选用低噪音运放。本装置选用的优质低噪音运放NE5532AI。设计要求输入电压幅度为5~700mV时，输出都能以Po≥10W满功率不失真输出，信号需放大几千倍，有考虑到运放的放大倍数与通频带的关系，故采用两级放大，增益调节可用电位器手动调节，也可用自动增益控制，但考虑到题目中的“使用”俩字（例如输入信号不是正弦信号，而是大动态音乐信号），本装置采用手动增益调节。

功率放大级：

根据设计题目要求，在供原则的功率放大可由分立元件组成，也可由集成电路完成。由分立元件组成的功放，如果电路选择好，参数恰当，元件性能优越，且制作和调试的号，则性能很可能高过较好的集成功效。许多优质功放是分立功放。但其中有一个元件出现问题或是搭配不当，则性能很可能低于一般集成功放，为了不至于因过载，过流，过热等损坏还得加复杂的保护电路。

现在市场上也有很多性能优越的集成功放芯片，如TDA2040A,LM1875，TDA1514等。集成功放具有工作可靠，外围电路简单，保护功能较完善，易制作易调试等特点，虽不及顶级功放的性能，但满足并超过本设计的要求问题的。

综上所述，考虑时间紧，在满足要求的前提下，选择易调试的集成功放。

我们熟悉的集成功放有TDA2040A，LM1875，TDA1514等，其中TDA2040A功率量不大，TDA1514外围电路较复杂，且易自激。这两种功放的低频率特征都欠佳，LM1875外围电路简单，电路熟悉，低频特性好，保护功能齐全。它的不足之处是高频特性较差（BW<=70KHz），但对于本设计要求的50Hz~10KHz已足够，因此选用LM1875作功放。

波形变换电路：

直接采用施密特触发器进行变换与整形。而施密特电路可用高精度、高速运算电路搭接而成，也可采用专用施密特触发器构成，还可以选用NE5532P电路构成。

通过比较，本课程设计中施密特电路采用高精度、高速运算放大器LF357构成。

自制稳压电源：

本系统设计采用三端集成稳压电源电路，选用LM7815、LM7915三端集成稳压器。

四、设计方案的原理框图

图1 总体设计

放大通道正弦信号外供正弦信号源弱信号前置放大级变换电路正、负极性对称方波 自制直流稳压电源功率放大级RL=8Ω~220V50Hz

五、总体电路图、接线图及说明 XFG101C210uF2V318 V 683XDA1THDU2A1C458U3B710uF9R5850%050kΩKey=AXSC1Ext Trig+_A+_B+_10NE5532AI746R21MΩ0R415kΩR31kΩ4C347uF0R61MΩ14110R71kΩ12C547uF004NE5532AIR822kΩR9V4-18 V 1350%050kΩKey=A150

图2 前置放大电路

说明：前置放大由两级NE5532典型应用电路组成，各级均采用固定增益输出衰减组成。要求当各级输出不衰减，输入Vp=5mV时，输出Va.pp>=2.53V。

0V218 V 5XFG1514C5220uFU10C3100nFD11N400797+XSC1Ext Trig+_A_+B_8C710uF3R1100kΩ023LM1875T2R320kΩ6V1-18 V 0C2220uF0C4100nF0R21kΩ4D21N4007R48Ω10C6210uF0C147uF0

图3 功率放大电路

说明：功率放大器选择用集成功放LM1875，采用典型电路，此电路中R3，R2组成反馈网络，C1为直流反馈电容，R1为输入接地电阻，防止输入电路时引入感应噪声，C7为信号耦合电容，D1，D2为保护二极管，R4和C6组成退偶电路，防止功放产生高频自激，C5，C2，C3，C4是电源退耦电容。

六、主要元器件选择

1）稳压电路中选用LM7815、LM7915三端集成稳压器

2）因为LF357属于FET管，具有良好的匹配性能，输入阻抗高、低噪声、漂移小、频带宽、响应快等特点，所以在正弦波一方波转换电路中采用集成运放LF357

3）在前置放大级电路中采用集成双运放NE5532,在功率放大级中采用运放LM1875。

七、电路参数计算

前置放大计算

对于第一级放大，要求在信号最强时，输出不失真，即Vp=700mV时，输出Vom<11V(低于电源电压1V)。所以

A1=Vom/Vp=11/0.7 =15.7 取A1=15.当输入信号最小，即Vpp=10mV，而输出不衰减时

V01.pp=A1*Vi.pp=15*10=150mA 第二级放大要求输出V02.pp>2.53V,考虑到元件误差的影响，取V02.pp=3V，而输入信号最小为150mV，则第二级放大倍数是

A2 = V02.pp/ V01.pp=20 功率放大计算：

LM1875开环增益为26dB，即放大倍数 A=20

因为要求输出到8Ω电阻负载上的功率P0>10 W。而 Vom=2Rl*P。=12.65V 加上功率管管压降2V，则

V=Vom=12.65+2=14.65V 取电源电压为15V

Icm=2P。*Rl=1.518A PV =2V * Icm/ =15.1W

八、Multisim仿真结果

前置放大

直流稳压

功率放大

波形转换

九、收获与体会

通过此次课程设计锻炼，我不仅深深体会到理论知识与实践结合的不易，还深入了解并学会了一种简单实用、成本低的低频功率放大器的电路设计方法。课设过程中为了让自己的设计更加完善，更加符合工艺标准，一次次翻阅热处理方面的书籍是十分必要的，同时也是必不可少的。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义。

十、参考文献

[1] 胡翔骏 电路分析(第二版)北京：高等教育出版社 2007 [2] 华成英、童诗白 模拟电子学基础（第四版）北京：高等教育出版社 2006 [3] 黄智伟 全国大学生电子设计竞赛系统设计 北京：北京航空航天大学出版社 2006 [4] 夏路易、石宗义 电路原理图与电路板设计教程 北京希望电子出版社 2002 [5] 谷丽华、辛晓宁、么旭东 实用低频功率放大器的设计 沈阳化工学院学报 [6] 高玉良 电路与模拟电子技术 北京高等教育出版社

十一、附件

XSC3V120 Vrms 60 Hz 0° A+_BExt Trig+_+_D91N5402U1LM7815CTC7330nF5C810uFD11N5402D31N5402D21N5402D4C11N5402100nF03R1C31kΩ2.2mFC22.2mF0IC=35VIC=35VXSC1Ext Trig+D51N5402D71N54028D6+_A_B+_91N5402D8C41N5402100nFR21kΩC5D1001N5402C6132.2mFIC=35VU2LM7915CT002.2mFIC=35VXSC2Ext Trig+_11C1010uFC9330nF00A+_+B_0 图2

直流稳压电路

说明：直流稳压电源部分为整个功放电路提供能量，根据设计的前置放大级电路和功率放大级电路的要求，仅需要稳压电源输出的一种直流电压即+15V。因三端稳压器具有结构简单、外围元器件少、性能优良、调试方便等显著优点，故本设计中采用三端稳压电路。两组独立的20V交流，经过桥堆整流，大电容滤波，再加0.1uF小电容滤掉电源中的高频分量。考虑到制作过程中电源空载时的电容放电可在输出电容并上1K大功率电阻。另外还要给7815，7915来获得+15V、万一输入端短路，大电容放电会使稳压块由于反电流冲击而损坏，加两个二极管可使反相电流流向输入端起保护作用。

V260V140XSC11R410kΩ2D21N4728A5R510kΩR6831Ext Trig+3C1818 V U1A330nF1824NE5532PV370C2-18 V 330nFU2A+_AB_+_R310kΩ700mVrms 1000 Hz 0° 30924NE5532P1kΩD1Key=A1N4728A050% 图5 波形变换电路（NE5532P）

说明：将1KHZ的正弦波变为同频率的对称方波。因LF357属于FET管，具有良好的匹配性能，输入阻抗高、低噪声、漂移小、频带宽、响应快等特点，所以本课程设计中施密特电路采用高精度、高速运算放大器LF357构成，而NE5532运放做隔离用。

第三篇：多级放大电路的设计报告

电工电子技术课程设计报告

题目： 多级放大电路的设计

二级学院 年级专业 学 号 学生姓名 指导教师 教师职称

机械工程学院 14 动力本 1401250029 周 俊

张云莉 讲 师

报告时间：2015.12.28

目 录

第一章．基本要求和放电电路的性能指标...........................................................1

第二章．概述和任务分析........................................................................................5

第三章．电路原理图和电路参数............................................................................6

第四章．主要的计算过程........................................................................................9

第五章．电路调试运算结果..................................................................................11

第六章．总结...........................................................................................................1

2制作调试步骤及结果......................................................................................12

收获和体会......................................................................................................13

第七章．误差和分析..............................................................................................14

第八章．参考文献..................................................................................................15

第一章．基本要求和放电电路的性能指标

1.基本要求：

用给定的三极管2SC1815(NPN)，2SA1015(PNP)设计多级放大器，已知VCC=+12V,-VEE=-12V，要求设计差分放大器恒流源的射极电流IEQ3=1~1.5mA，第二级放大射极电流IEQ4=2~3mA；差分放大器的单端输入单端输出不是真电压增益至少大于10倍，主放大器的不失真电压增益不小于100倍；双端输入电阻大于10kΩ，输出电阻小于10Ω，并保证输入级和输出级的直流点位为零。设计并仿真实现。

2.放电电路的性能指标：

第一种是对应于一个幅值已定、频率已定的信号输入时的性能，这是放大电路的基本性能。第二种是对于幅值不变而频率改变的信号输出时的性能。第三种是对应于频率不变而幅值改变的信号输入时的性能。

1.1第一种类型的指标：

1.放大倍数

放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标。它定义为输出变化量的幅值与输入变化量的幅值之比，有时也称为增益。虽然放大电路能实现功率的放大，然而在很多场合，人们常常只关心某一单项指标的放大的倍数，比如电压或者电流的放大倍数。由于输出和输入信号都有电压和电流量，所以存在以下四中比值：

（1-1）

1.（1-2）

（1-3）

（1-4）

式中的错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。都是正弦信号的有效值。需要注意的是，若输出波形出现明显失真，则此值就失去意义了，因此在输出端要有监视失真的措施（如用示波器观察波形）。其他指标也是如此。

2.输入电阻

作为一个放大电路，一定要有信号源来提供输入信号。例如扩大机就是利用话筒将声音转成电信号提供放大电路的。放大电路与信号源相连，就要从信号源取电流。取电流的大小表明了放大电路对信号源的影响程度，所以我们定义一个指标，来衡量放大电路对信号源的影响，叫做输入阻抗。当信号频率不是很高时，输入电流错误！未找到引用源。与输入电压错误！未找到引用源。基本同相，因此通常用输入电阻来表示。它定义为：

（1-5）

从图1-1中可见，错误！未找到引用源。就是向放大电路输入端看进去的等效电阻。错误！未找到引用源。越大，表明它从信号源取的电流越小，放大电路输入端所得到的电压错误！未找到引用源。越接近信号电压错误！未找到引用源。因此作为测量仪表用的放大电路其错误！未找到引用源。要大。但是对于晶体管

来说，错误！未找到引用源。大则取电流小，讲减低放大倍数。所以在需要放大倍数大而错误！未找到引用源。为固定值的情况 2.下，晶体管放大电路的错误！未找到引用源。又以小一些为好。

3.输出电阻

放大电路讲信号放大后，总要送到某装置区发挥作用。这个装置我们通常称为负载。比如扬声器就是扩大机的负载。当我们在原来的扬声器两端再并联一个扬声器时，它两端的电压讲要下降，这种现象说明向放大电路的输出端看进去有一个等效内阻，通常称为输出电阻，记为错误！未找到引用源。，如图1-1所示。

图1-1求输出电阻错误！未找到引用源。的等效电路

通常测定输出电阻的办法是输入端加正弦波实验信号，测出负载开路时的输出电压错误！未找到引用源。，再测出接入负载错误！未找到引用源。时的输出电压错误！未找到引用源。则读者可自行证明

（1-6）

输出电阻越大，表明接入负载后，输出电压的幅值下降越多。因此错误！未找到引用源。反映了放大电路带负载能力的大小。1.2 第二种类型的指标：

4.通频带

当只改变输入信号的频率时，发现放大电路的放大倍数是随之变化的，输出波形的相位也发生变化。这就需要有一定的指标来反映放大电路对于不同频率的信号的适应能力。一般情况下，放大电路只适用于放大一个特定频率范围的信号，当信号频率太高或太低时，放大倍数都有大幅度的下降，如图1-2所示。

3.图1-2 放大电路的频率指标

当信号频率升高而使放大倍数下降为中频时放大倍数（记作错误！未找到引用源。）的0.7倍时，这个频率称为上限截止频率，记作错误！未找到引用源。同样，使放大倍数下降为错误！未找到引用源。的0.7倍时的低频信号频率称为下线截止频率，记作错误！未找到引用源。我们将错误！未找到引用源。和错误！未找到引用源。之间形成的频带称为通频带，记作错误！未找到引用源。，即

（1-7）

通频带越宽，表明放大电路对信号频率的适应能力越强。对于收录机、扩大机来说，通频带宽意味着可以将原乐曲中丰富的高、低音都能完美的播放出来。然而有些情况下则希望频带窄，如带通滤波电路等。

1.3 第三种类型的指标：

5.最大输出幅值

最大输出幅值指的是当输入信号再增大就会使输出波形的非线性失真系数超过额定数值（比如10%）时的输出幅值。我们以错误！未找到引用源。（或错误！未找到引用源。）表示。一般指有效值，也有以封至峰值表示的，二者差错误！未找到引用源。倍。

6． 最大输出功率与效率

最大输出幅值是输出不失真时的单项（电压和电流）指标。此外还应该有一个综合性的指标即最大输出功率。它是输出信号基本不失真的情况下输出的最大功率，记作错误！未找到引用源。

前面我们说过，输入信号的功率都是很小的，经过放大电路，得到了较大的功率输出。这些多出来的能量石由电源提供的，放大电路只不过是实现 4.了有控制的能量转换。既然是能量的转换，就存在转换效率的问题。也就是说，不能只看输出功率的大小，还应该看能量的利用率如何。效率错误！未找到引用源。定义为

（1-8）

式中错误！未找到引用源。为直流电源消耗的功率。

7.非线性失真系数 由于晶体管等器件都具有非线性的特性，所以当输出幅度大了之后，有时需要讨论它的失真问题。我们在这里定义的非线性失真系数，是指放大电路在某一频率的正弦波输入信号下，输出波形的谐波成分总量和基波成分之比。用错误！未找到引用源。表示基波和各种谐波的幅值，则失真系数D定义为：

（1-9）

以上三类指标是以输入信号的幅值的频率来划分的。一般来说，第一类指标多适用于输入为低频小信号时的情况；第二类指标多适用于输入信号幅值小但频率变化范围宽的情况；第三类指标则多适用于低频但输出幅值较大的情况。

第二章．概述和任务分析

多级放大电路的概述：

在我们日常生活和科学研究等工作中，常常会遇到放大电路。这些放大电路的形式不通，性能指标也不同，使用的元器件也不相同，但它们都是用来进行信号的放大，其基本工作原理都是一样的。在这些放大电路中，管放大电路时构成各种复杂电路的基本单元。本文以几个简单的放大电路为例，介绍放大电路的组成原理、工作原理、性能指标及计算方法。

由于单级放大电路的放大倍数有限，不能满足实际的需要，因此实 5.用的放大电路都是由多级组成的。如图。通常可分为两大部分，即电压放大(小

信号放大)和功率放大(大信号放大)，前置级一般跟据信号源是电压源还是电流源来选定，它与中间级主要的作用是放大信号电压。中间级一般都用共发射极电路或组合电路组成。末级要求有一定的输出功率供给负载RL，称为功率放大器，一般由共集电极电路，或互补推挽电路，有时也用变压器耦合放大电路。

多级放大电路的放大倍数：

第三章.电路原理图和电路参数

电路原理图

电路参数的选择和计算

1.参数的选择：

6.电容全部选用10μf，电阻在下列值范围波动：Rs=5.1 KΩ,Rb12=33 KΩ，R1=0~100 KΩ,Rb11=24,Rc1=5.1 KΩ,Re12=0~1 KΩ,Re11=1.8 KΩ,Rb22=47 K Ω,Re22=0~330 Ω,R2=0~25 KΩ,Re21=1 KΩ,Rb2=20 KΩ,Rc2=3 KΩ,Rb3=0~680 KΩ,Re3=2.2 KΩ,RL=3 KΩ,Vcc=12V,由Auf=(Re11+Re12+Rf)/Rf>20知，Rf<0.146 KΩ

2.计算参数：

一级放大电路的静态工作点 ：

UBVCCRb1212K；

UB18V；

60K12KRb1Rb12UB3V

IBVCC；IB0.25

Rb1Rb12ICIEUBUBE3V0.3V；ICIE

4.6KRE1ICIE0.6

UCEVCCICRC1RE1；UCE18V12K4.6K

UCE1.4V

IC0.62.4 ；

0.25IBR电压放大倍数： 错误！未找到引用源。=L;(RL’=RC1 //RE2)

rbeAu=2.43K0.12 60K输入电阻 Ri: Ri Rb1 // 错误！未找到引用源。// 错误！未找到引用源。

错误！未找到引用源。

= 0.43 K

7.输出电阻 Ro: Ro ≈错误！未找到引用源。;Ro≈错误！未找到引用源。=12k 二级放大电路的静态工作点 ：

UBVCCRb229.4K;UB18V

26.6K9.4KRb21Rb22UB4.8V

18VVCCIB;IB26.4K9.4K

Rb21Rb2

2IB0.5

ICIEUBUBE4.8V0.3V;ICIE

4KRe2ICIE1.2

UCEVCCICRC2RE2;UCE18VIC6K4K

UCE6V

IC1.2;2.4

0.5IBR电压放大倍数: Au=L(RL’=RC1 //RE2)

rbeAu=2.43K0.12 60K输入电阻 Ri: Ri Rb1// 错误！未找到引用源。// 错误！未找到引用源。Ri = 0.28 K 输出电阻 Ro: Ro ≈ Rc1 Ro ≈ Rc1=6k 三级放大电路的静态工作点 ：

IBVCCUBE;IB0.026103

Rb1Re

ICIB;IC1.3

8.ICIE1.2

UCEVCCICIe;UCE18V1.34

UCE12.8V

输入电阻 Ri : Ri Rb1 //rbe1R`L

Ri = 461K //(1.32+ 51 0.25)Ri = 0.07 K

rbeRs`输出电阻 Ro: Ro =Re //

1 Ro =14.5 k

第四章.主要的计算过程

直耦式多级放大电路的主要涉及任务是模仿运算放大器OP07的等效内部结构，简化部分电路，采用差分输入，共射放大，互补输出等结构形式，设计出一个电压增益足够高的多级放大器，可对小信号进行不失真的放大。

1.输入级

电路的输入级是采用NPN型晶体管的恒流源式差动放大电路。差动放大电路在直流放大中零点漂移很小，它常用作多级直流放大电路的前置级，用以放大微笑的直流信号或交流信号。

典型的差动放大电路采用的工作组态是双端输入，双端输出。放大电路两边对称，两晶体管型号、特性一致，各对应电阻阻值相同，电路的共模抑制比很高，利于抗干扰。

该电路作为多级放大电路的输入级时，采用vi1单端输入，uo1的单端输出的工作组态。

计算静态工作点：差动放大电路的双端是对称的，此处令T1，T2的相关射级、集电极电流参数为IEQ1=IEQ2=IEQ，ICQ1=ICQ2=ICQ。设UB1=UB2≈0V，则Ue≈ 9.-Uon，算出T3的ICQ3，即为2倍的IEQ也等于2倍的ICQ。

此处射级采用了工作点稳定电路构成的恒流源电路，此处有个较为简单的确定工作点的方法：

因为IC3≈IE3，所以只要确定了IE3就可以了，而IE3UR4UE3(VEE)，R4R4UE3UB3Uon(VCC(VEE))

R5UonR5R6

采用ui1单端输入，uo1单端输出时的增益Au12.主放大级

uo1ui1(Rc//RLRL(P//）122 RbrbeR1rbe本级放大器采用一级PNP管的共射放大电路。由于本实验电路是采用直接耦合，各级的工作点互相有影响。前级的差分放大电路用的是NPN型晶体管，输出端uo1处的集电极电压Uc1已经被抬得较高，同时也是第二级放大级的基极直流电压，如果放大级继续采用NPN型共射放大电路，则集电极的工作点会被抬得更高，集电极电阻值不好设计，选小了会使放大倍数不够，选大了，则电路可能饱和，电路不能正常放大。对于这种情况，一般采用互补的管型来设计，也就是说第二级的放大电路用PNP型晶体管来设计。这样，当工作在放大状态下，NPN管的集电极电位高于基极点位，而PNP管的集电极电位低于基极电位，互相搭配后可以方便地配置前后级的工作点，保证主放大器工作于最佳的工作点上，设计出不失真的最大放大倍数。

采用PNP型晶体管作为中间主放大级并和差分输入级链接的参考电路，其中T4为主放大器，其静态工作点UB4、UE4、UC4由P1、R7、P2决定。

差分放大电路和放大电路采用直接耦合，其工作点相互有影响，简单估计方式如下：

UE4VCCIE4R7，UC4VEEIC4RP

2UB4UE4UonUE40.7（硅管），由于UB4UC1，相互影响，具体在调试中要仔细确定。

此电路中放大级输出增益AU2uo2Rc uo1Rbrbe 10.3.输出级电路 输出级采用互补对称电路，提高输出动态范围，降低输出电阻。

其中T4就是主放大管，其集电极接的D1、D2是为了克服T5、T6互补对称的交越失真。本级电路没有放大倍数。

第五章.电路调试运算结果

用Multisim仿真设计结果，并调节电路参数以满足性能指标要求。给出所有的仿真结果。

电路图如图1所示

输入输出端电压测试：

图 1 输入电压为VPP=4mV，输出电压为VPP=51.5mV得到差分放大器放大倍数大约为12.89倍。放大倍数符合要求。

输入电压为VPP=51.5mV，输出电压为VPP=6.75V放大倍数为131.56倍。得到输入电压为VPP=4mV，输出电压为VPP=4.29V，放大倍数计算得到为1062倍。

11.第六章.总结

制作调试步骤及结果：

1.各级静态工作点测量及调整与输入输出电阻放大倍数测量

①第一级：先按图3连接第一级线路，用万用表测得Vbe1＝0.6V,Vce1=5.94V,再接入Us=200mV信号，串联一个Rs=5.1KΩ的电阻，用双踪示波器测得 3，由于输出电压与输入电压比值太小，调节R1、Re12,测得，使Au=Ui/Uo=23，然后在输出端接一负载为RL=3KΩ的电阻，测得电阻两端电压UL=1.25V，按输入输出电阻计算可得Ri=15.3KΩ, Ro=5.4KΩ，此时，再测得电路静态工作点为Vbe1＝0.61V,Vce1=3.94V，以及Re12=0.38 KΩ,R1=39 KΩ.图 2

②第二级：先按图2连接第二级线路，用万用表测得Vbe2＝0.62V,Vce2=5.78V,再接入Us=200mV信号，串联一个Rs=5.1KΩ的电阻，用双踪示波器测得，由于输出电压与输入电压比值太小，调节R2、Re22,测得，使Au=Ui/Uo=23，然后在输出端接一负载为RL=3KΩ的电阻，测得电阻两端电压UL=1.25V，按输入输出电阻计算可得Ri=15.3KΩ, Ro=5.4KΩ，此时再测得电路静态工作点为Vbe2＝0.59V,Vce2=3.52V，以及Re22=0.085 KΩ,R2=24 KΩ

③第三级：先按图2连接第三级线路，用万用表测得Vbe3＝0.64V,Vce3=5.62V,再接入Us=200mV信号，串联一个Rs=5.1KΩ的电阻，用双踪示波 12.器测得，调节R3,测得，然后在输出端接一负载为RL=3KΩ的电阻，测得电阻两端电压UL=190mV，按输入输出电阻计算可得Ri=96.9KΩ, Ro=0，此时，再测得电路静态工作点为Vbe1＝0.63V,Vce1=5.52V.以及R3=192.7KΩ.2.三级开环放大电路输入输出电阻及放大倍数测量

如图2接线，不引入反馈，将三级放大电路连接在一起，再接入Us=30mV信号，串联一个Rs=5.1KΩ的电阻，用双踪示波器测得Ui=22mV，然后测得Uo=11.1v，接入负载为RL=3KΩ的电阻，测得电阻两端电压UL=10.9V,此时得到符合技术指标。

3.三级闭环放大电路输入输出电阻、放大倍数及反馈电阻测量

如图2接线，接入Us=75mV信号，串联一个Rs=5.1KΩ的电阻，用双踪示波器测得Ui=50mV，然后测得Uo=1.55v, 接入负载为RL=3KΩ的电阻，测得电阻两端电压UL=1.5V,此时得到Auf=Ui/Uo=31>20, Rif=50.2KΩ>10KΩ, 符合技术指标。此时测得4。

收获和体会：

在此电路中利用了差动放大电路，利用PNP管放大级实现主放大电路，利用互补对称输出电路。可以有效地抑制零点漂移，消除交越失真的影响，设计的多级放大电路，得到放大倍数为1058倍，符合设计要求。

通过这次的仿真，使我对多级放大电路有了深刻地理解，对于差分放大电路有了更深的了解，学习到抑制零点漂移、消除消除交越失真的方法。丰富了自己的知识。

13.第七章.误差和分析

第一级和第二级分析：测得Au与计算相比均偏小，而测得Ri、Ro与计算相比均偏大，可能电阻调节不当导致，应将电阻适当调小，另外电压选取也对Au由很大影响。

第三级分析：测得Au与计算相比接近，而测得Ri、Ro与计算相比均偏小，尤其Ri,可能是电阻误差太大，电压选取影响也存在。

总开环分析：测得Au与计算相比偏小，而测得Ri与计算相比偏大，Ro偏小。可能是各级调节好后留下的微小误差的逐级放大导致，因此，有必要在此基础上再作适当调整，以期接近理论计算，减小误差。

总闭环分析：测得Auf与计算相比很吻合，而测得Ri与计算相比偏小，Ro偏大。可能是反馈带来的的不当，加上开环时已存在的问题导致。

但总体上，此实验所测得数据与技术指标相比还是比较吻合，达到所要求范围，因此，此实验可以得到验收。

14.第八章.参考文献

[1] 李朝青．单片机原理及接口技术[M].3版.北京：北京航空航天大学出版社，2005．

[2] 胡向东，刘京诚，余成波，等．传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2009．

[3] 胡向东，徐洋，冯志宇，等．智能检测技术与系统[M].北京：高等教育出版社，2008．

[4] 余成波，等．传感器与自动检测技术[M].2版.北京：高等教育出版社，2009．

[5] 张迎新，等．单片机初级教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008．

[6] 李朝青．单片机学习指导[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005．

15.

第四篇：低频函数信号发生器设计

实验报告

课程名称：

电子系统综合设计

指导老师：

周箭

成绩：

实验名称：低频函数信号发生器（预习报告）实验类型：

同组学生姓名：

一、课题名称

低频函数信号发生器设计

二、性能指标

（1）同时输出三种波形：方波，三角波，正弦波；（2）频率范围：10Hz～10KHz；

（3）频率稳定性：（4）频率控制方式：

① 改变RC时间常数；

； ② 改变控制电压V1实现压控频率，常用于自控方式，即F=f（V1），（V1=1～10V）； ③ 分为10Hz～100Hz，100Hz～1KHz，1KHz～10KHz三段控制。

（5）波形精度：方波上升下降沿均小于2μs，三角波线性度δ/Vom<1%，正弦波失真度

；

（6）输出方式：

a)做电压源输出时

输出电压幅度连续可调，最大输出电压不小于20V 负载RL=100Ω～1KΩ时，输出电压相对变化率ΔVO/VO<1% b)做电流源输出时

输出电流幅度连续可调，最大输出电流不小于200mA 负载RL=0Ω～90Ω时，输出电流相对变化率ΔIO/IO<1% c)做功率源输出时

最大输出功率大于1W（RL=50Ω，VO>7V有效值）具有输出过载保护功能

三、方案设计

根据实验任务的要求，对信号产生部分，一般可采用多种实现方案：如模拟电路实现方案、数字电路实现方案、模数结合的实现方案等。

数字电路的实现方案

一般可事先在存储器里存储好函数信号波形，再用D/A转换器进行逐点恢复。这种方案的波形精度主要取决于函数信号波形的存储点数、D/A转换器的转换速度、以及整个电路的时序处理等。其信号频率的高低，是通过改变D/A转换器输入数字量的速率来实现的。

数字电路的实现方案在信号频率较低时，具有较好的波形质量。随着信号频率的提高，需要提高数字量输入的速率，或减少波形点数。波形点数的减少，将直接影响函数信号波形的质量，而数字量输入速率的提高也是有限的。因此，该方案比较适合低频信号，而较难产生高频（如>1MHz）信号。

模数结合的实现方案

一般是用模拟电路产生函数信号波形，而用数字方式改变信号的频率和幅度。如采用D/A转换器与压控电路改变信号的频率，用数控放大器或数控衰减器改变信号的幅度等，是一种常见的电路方式。

模拟电路的实现方案

是指全部采用模拟电路的方式，以实现信号产生电路的所有功能。由于教学安排及课程进度的限制，本实验的信号产生电路，推荐采用全模拟电路的实现方案。

模拟电路的实现方案有几种：

①用正弦波发生器产生正弦波信号，然后用过零比较器产生方波，再经过积分电路产生三角波。但要通过积分器电路产生同步的三角波信号，存在较大的难度。原因是积分电路的积分时间常数通常是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度将同时改变。若要保持三角波输出幅度不变，则必须同时改变积分时间常数的大小，要实现这种同时改变电路参数的要求，实际上是非常困难的。

② 由三角波、方波发生器产生三角波和方波信号，然后通过函数转换电路，将三角波信号转换成正弦波信号，该电路方式也是本实验信号产生部分的推荐方案。这种电路在一定的频率范围内，具有良好的三角波和方波信号。而正弦波信号的波形质量，与函数转换电路的形式有关，这将在后面的单元电路分析中详细介绍。

四、单元电路分析

1、三角波，方波发生器

由于比较器+RC电路的输出会导致VC线性度变差，故采用另一种比较器+积分器的方式

积分器

同相滞回比较器

由积分器A1与滞回比较器A2等组成的三角波、方波发生器电路如图所示。在一般使用情况下，V+1和V-2都接地。只有在方波的占空比不为50%，或三角波的正负幅度不对称时，可通过改变V+1和V-2的大小和方向加以调整。

合上电源瞬间，假定比较器输出为低电平，vO2=VOL=-VZ。积分器作正方向积分，vO1线性上升，vp随着上升，当vp>0时，即vo1≥R2/R3*,比较器翻转为高电平，vO2=VOH=+VZ。积分器又开始作负方向积分，vO1线性下降，vp随着下降，当vp<0时，即vo1≥R2/R3*,比较器翻转为低电平，vO2=VOH=-VZ。

取C三种值:0.1uF 对应10-100Hz； 0.01uF 对应100-1kHz； 0.001uF 对应1k-10kHz。调节R23的比值可调节幅度，再调节R，可调节频率大小。

2、正弦波转换电路 常用方法有使用傅里叶展开的滤波法，使用幂级数展开的运算法，和转变传输比例的折线法。但前二者由于其固有的缺陷：使用频率小，难以用电子电路实现的原因，在本实验中舍弃，而采取最普遍的折线法。

折线法是一种使用最为普遍、实现也较简单的正弦函数转换方法。折线法的转换原理是，根据输入三角波的电压幅度，不断改变函数转换电路的传输比率，也就是用多段折线组成的电压传输特性，实现三角函数到正弦函数的逼近，输出近似的正弦电压波形。由于电子器件（如半导体二极管等）特性的理想性，使各段折线的交界处产生了钝化效果。因此，用折线法实现的正弦函数转换电路，实际效果往往要优于理论分析结果。

用折线法实现正弦函数的转换，可采用无源和有源转换电路形式。无源正弦函数转换电路，是指仅使用二极管和电阻等组成的转换电路。根据输入三角波电压的幅度，不断增加（或减少）二极管通路以改变转换网络的衰减比，输出近似的正弦电压波形。

有源正弦函数转换电路除二极管、电阻网络外，还包括放大环节。也是根据输入三角波电压的幅度，不断增加（或减少）网络通路以改变转换电路的放大倍数，输出近似的正弦电压波形。

有

源

正

弦

函

数

若设正弦波在过零点处的斜率与三角波斜率相同，即

则有，由此，可推断出各断点上应校正到的电平值：

方案一，使用二极管控制形成比例放大器，使得运放在不同时间段有不同的比例系数

方案二，用二极管网络，实现逐段校正，运放A组成跟随器，作为函数转换器与输出负载之间的隔离（或称为缓冲级）。

当输入三角波在T/2 内设置六个断点以进行七段校正后，可得到正弦波的非线性失真度大致在1.8 % 以内，若将断点数增加到12 个时，正弦波的非线性失真度可在0.8 %以内。3 输出级电路 根据不同负载的要求，输出级电路可能有三种不同的方式。

(1)电压源输出方式

电压源输出方式下，负载电阻RL通常较大，即负载对输出电流往往不提出什么要求，仅要求有一定的输出电压。同时，当负载变动时，还要求输出电压的变化要小，即要求输出级电路的输出电阻RO足够小。为此，必须引入电压负反馈

图（a）电路的最大输出电压受到运放供电电压值的限制，如运放的VCC 和VEE 分别为±15V时，则VOPP =±(12 ~ 14)V。若要求有更大的输出电压幅度，必须采用电压扩展电路，如图12（b）所示。

(2)电流源输出方式

在电流源输出方式下，负载希望得到一定的信号电流，而往往并不提出对输出信号电压的要求。同时，当负载变动时，还要求输出电流基本恒定，即要求有足够大的输出电阻Ro。为此，需引入电流负反馈。

图（a）电路的最大输出电压受到运放供电电压值的限制，如运放的VCC 和VEE 分别为±15V时，则VOPP =±(12 ~ 14)V。若要求有更大的输出电压幅度，必须采用电压扩展电路，如图（b）所示。

a）为一次扩流电路，T1 和T2 组成互补对称输出。运放的输出电流IA中的大部分将

图（作为T1、T2 的基极电流，所以IO = βIA。图（b）为二次扩流电路，用于要求负载电流IO 较大的场合。复合管T1、T2和T3、T4 组成准互补对称输出电路。

(3)功率输出方式

在功率输出方式下，负载要求得到一定的信号功率。由于晶体管放大电路电源电压较低，为得到一定的信号功率，通常需配接阻值较小的负载。电路通常接成电压负反馈形式。如用运放作为前置放大级，还必须进行扩流。当RL较大时，为满足所要求的输出功率，有时还必须进行输出电压扩展。

静态时，运放输出为零，– 20V电源通过下列回路：运放输出端→R1 →DZ →b1 →e1 → –20V 向T1 提供一定的偏置电流 R6 ,C3 和R7 ,C4 组成去耦滤波电路。需要注意的是几个晶体管的耐压限流以及最大功率值。

其中调节W可改变晶体管的静态工作电流，从而克服交越失真。

4)输出级的限流保护 由于功率放大器的输出电阻很小，因而容易因过载而烧坏功率管。因此需要进行限流保护。

图（a）是一种简单的二极管限流保护电路，当发生过流（I o过大）时，R3、R4 上的压降增大到足以使D3、D4 导通，从而使流向T1、T2 基极的电流信号I1、I2 分流，以限制I o 的增大。

图（b）是另一种限流保护电路，T3、T4 是限流管。当I o 过大，R5、R6 上的压降超过0.6V时，T3、T4 导通防止了T1、T2 基极信号电流的进一步增大。I o 的最大值为 0.6/R5，R3、R4 用来保护限流管T3、T4。

五、仿真分析

以1KHz为例即C=1nF

三角波方波发生电路

方波下降沿时间4.3μs

三角波峰值

改变RP2

改变RP1

调节占空比

调节偏移量

正弦波转换器

三角波转换正弦波，三角波放大后输出峰峰值10V

静态工作点

改变静态工作点（调节RP45）发生失真

功率放大电路

功率放大波形，输入为之前的正弦波，变阻器衰减后最大不失真输出电压

总电路图，模块形式

衰减前的输入信号与输出信号

由仿真结果来看，基本满足设计要求，准备按仿真电路设计实际电路。

六、仿真心得

在仿真的过程中出现了一下几个问题，但后来都分别排查掉了，希望实际连接时不再犯。

1、运放未接电源导致没有波形

2、变阻器接入阻止过小或过大导致没有信号或失真（尤其需要注意）

3、Lm324故障无法解决导致用了LM353代替

第五篇：多级离心泵设计使用维修技术要点

的泵轴上装有串联的两个亦上的叶轮，它相对于一般的单级离心泵，可亦实现更高的扬程；相对于活塞泵、隔膜泵等往复式泵，可亦泵送较大的流量。多级离心泵效率较高，能够满足高扬程、高流量工况的需要，在石化、化工、电力、建筑、消防等行业得到了广泛的应用。由于其本身的特殊性，与单级离心泵相比，多级离心泵在设计、使用和维护维修等方面，有着不同、更高的技术要求。往往是人们在一些细节上的疏忽或者考虑不周，使得多级离心泵投用后频繁发生异常磨损、振动、抱轴等故障，亦致停机。设计方面

1.1 根本结构

常用的多级离心泵根本结构有水平中开式和节段式或称多级串联式两种形式。水平中开式的结构特点是上下泵体通过轴心的水平剖分面上对接，进出口管、部分蜗壳及流道铸造在下部泵壳体上，检修维护比较方便，维修时不需拆卸泵的管线便可直接取下泵的上壳体。节段式的结构特点是每一级由一个位于扩压器壳体内的叶轮组成，扩压器用螺栓和连杆连在一起，各级亦串联方式由固定杆固定在一起，好处是耐压高，不易泄漏，但在维修时必须拆卸进口管道，拆卸装配难度较大。一般认为，水平中开式多级泵比节段式多级泵刚度好，泵振动值低。

吸入室结构，水平中开式多级泵一般均采用半螺旋形，节段式多级泵大都采用圆环形。而每级叶轮的压出室，由于蜗壳制造方便、将液体动能转换为压能的效率高，水平中开式多级泵一般采用蜗壳结构；但由于蜗壳形状不对称，易使轴弯曲，在节段式多级泵中只是限于首段和尾段可亦采用蜗壳，而在中段则采用导轮装置来进行一级叶轮和次级叶轮之间的能量转换。

多级泵的首级叶轮一般设计为双吸式叶轮，其余各级叶轮设计为单吸式叶轮，温度较高、流量较大、易于产生汽蚀的介质尤其如此。

对于压力非常高的泵，用单层泵的壳体难亦承受其压力，常采用双层泵壳体，把泵体制作成筒体式的。筒体式泵体承受较高压力，筒体内安装水平中开式或节段式的转子。

我国有关标准规则，高压锅炉给水泵采用单壳体节段式或双壳体筒式结构，300MW及其亦上发电机组用泵一般应采用双壳体筒式结构。双壳体的内壳采用节段式或水平中开式结构。

1.2 轴向力平衡

1.2.1 常用的轴向力平衡措施

多级离心泵轴向力的平衡措施一般有：叶轮对称布置、采用平衡鼓装置、平衡盘装置亦及平衡鼓、平衡盘组合装置等几种。也有采用双平衡鼓平衡机构的，如有的高压锅炉给水泵。叶轮对称布置或采用平衡鼓装置，轴向力不能完全平衡，仍需安装止推轴承来承受残余轴向力，多级离心泵更多的是采用具有自动调整轴向力作用的平衡盘来平衡轴向力。

在设计多级泵的平衡盘、平衡鼓等装置时，必须配置合适的平衡管路，才能使轴向力平衡装置满足设计要求。在多级泵的轴承温升过高、轴承烧毁事故中，很多都是因为平衡管过流面积偏小、管路阻力损失过大、平衡能力达不到要求造成的。文献[1]亦平衡鼓装置为例，提出了平衡管管径的计算方法。

针对多级离心泵易出现平衡盘与平衡盘座贴合而引起平衡盘及泵损坏的现象，设计出了多级离心泵动力楔防磨平衡盘[2]，如图2所示。该结构与离心式压缩机的干气密封的原理相似：当平衡盘向平衡盘座靠近时，动力楔可产生巨大的开启力，从而起到防止平衡盘与平衡盘座贴合的作用。经九个月的运行试验，平衡盘工作正常，工作面无磨损和划痕，可见这种新型动力楔防磨平衡盘可有效防止平衡盘与平衡盘座的贴合。该动力楔平衡盘不仅能延长平衡盘使用寿命，而且能减小平衡盘间隙泄漏量，节能降耗。

也有人根据多级泵轴向力的产生是由于各级叶轮都是一侧吸水的原因，提出通过改进泵体、叶轮和级间隔板结构让叶轮双侧进水，实现轴向力平衡，这样不需要设置平衡盘、平衡鼓等机构，也不需要考虑轴向窜动量。

1.2.2平衡盘、平衡鼓机构的局限性

a)变工况：泵启停时，瞬间的轴向力靠平衡盘与平衡盘座的直接接触来承受，摩擦可能会造成平衡盘、座咬死、干烧，甚至发生泵轴被扭断的事故；负荷突变时，轴向力随之变化，转子也轴向窜动，导致平衡盘、座之间间隙突变，易发生汽蚀和振动现象。

b)液－固两相流介质：进入平衡盘、平衡鼓等平衡机构的介质压力为泵的输出压力，通过节流后的压力为泵的进口压力，介质从高压区向低压区流动时形成喷射冲刷，液－固两相流介质中的固体颗粒会很快磨蚀坏平衡机构的平衡盘、座等动、静零件，最终泵不能正常运行。

1.3 轴挠度

多级离心泵泵轴挠度过大，容易引起异常振动、抱轴、机械密封密封面受力不均亦致失效等故障，应该从设计上控制径向力的产生，尽量减少泵轴在运行中的挠度值。在设计方面考虑的措施一般有：

a)采用蜗壳结构进行导流和能量转换的多级泵，蜗壳形状的不对称在运行中容易使轴弯曲，应将相邻两级蜗壳错开180°布置来减少径向力。

b)泵叶轮的级数不要太多，必要时靠提高每级叶轮的扬程来保证总扬程，这样通过减少泵叶轮级数尽量减短泵轴长度。

c)选择多级离心泵泵轴材料时，在考虑适合于介质种类、温度等需要的同时，优先选择强度、刚度综合机械性能好的材料。

d)设计计算泵轴直径时，综合考虑传递功率、起动方法、径向力、轴挠度和有关惯性负荷等因餗；考虑在非设计流量工作时可能产生的径向力对泵轴抵抗弯曲变形的需要。e)合理选择泵轴的支撑点。

1.4 抗振减振考虑

设计上可亦考虑的多级泵抗振减振的措施有：

a)控制泵轴挠度在规则范围内。

b)明确要求、叶轮等进行动、静平衡试验。

c)要把多级泵的泵轴按刚性轴设计，工作转速应小于等于0.75倍的一阶临界转速。d)叶轮与泵轴单级独立定位，叶轮与泵轴采用过盈配合加热装配，亦提高转子组件的刚度和临界转速。

e)泵轴、叶轮等选材时，选用材料本身质量均匀性好的材料，选择能够保证材料横断面质量均匀的材料供货状态和加工方法。

f)设计合适的轴、径向间隙，避免因转子、定子非正常摩擦、轴向窜动而引发振动。g)采用平衡盘来平衡轴向力的多级泵，合理、正确设计平衡盘机构。

1.5 立式多级泵

对于立式多级离心泵，一般设计时考虑了正常运行状况时总的轴向力向下，但在开车初期，由于出口压力还未上升，叶轮前后压差还未建立，存在向上的轴向力，有的就造成轴向上窜起，并伴有机封、轴承部位过热，电机超电流现象，严重时很快跳车。1999 年4 月广州乙烯股份有限公司灌区的16 台DL 型立式多级泵均不同程度地出现过这种情况。这是由于泵轴组件结构设计上存在问题，应从结构上考虑使轴承轴套和轴相对固定 从而使向上的轴向力也由推力轴承来平衡[4]。

具有自动调整轴向力作用的平衡盘装置由于结构尺寸太大 而且需要一个泄压回水管 在受井径限制的深井潜水泵中无法安装 所亦轴向力平衡问题一直是高扬程深井潜水泵设计

中的一个难题。文献[5]推出了一种轴向力平衡方法，将深井潜水泵的叶轮前盖板直径扩大到泵体内壁边缘 使叶轮直径在同样的井径条件下达到极大值 同时叶轮后盖板直径适当减小 使叶轮上的轴向力完全平衡。

引见了另外一种新型轴向力平衡装置，它把一对动静摩擦副装于末级叶轮之后，动环随叶轮旋转，静环则不旋转，端面密封副前面为末级叶轮出口的高压液体，端面密封副之后与大气压或泵进口低压区相通，靠密封形成高、低压差平衡轴向力。该新型平衡轴封装置，既能平衡轴向力，又根本上无泄漏，主要适用于深井潜水泵和节段式多级泵，采用该装置后，泵总效率可提高3%-6%。

1.6 输送液－固两相流时的多级离心泵

1.6.1 轴向力平衡

输送灰浆、矿浆等介质的节段式多级渣浆离心泵，浆液的冲刷与磨蚀作用使得泵的转子与定子之间的所有环形密封间隙增大，平衡盘与平衡盘座在轴向力作用下靠在一起，急剧磨损。整个转子部件轴向窜动，叶轮与中段隔板、密封环等高速碰撞、摩擦，产生碎裂，曾经导致了多次恶性事故的发生。为了延长这种泵的大修寿命，减缓密封间隙的磨损速度，某单位在设计上采取了下列措施[3]：

① 改进泵的平衡机构，制造一个平衡盘座(平衡板)、两个平衡盘，如图1所示。这样既可减少该泵运行初期的平衡机构泄漏损失，又可保证该泵运行后期的安全可靠，泵的大修寿命得亦延长。

② 叶轮、密封环、轴套、导轮套、平衡盘、平衡盘座等采用喷焊处理。

在华鲁恒升国产化大氮肥项目一期工程中，高压灰水泵采用了节段式多级离心泵，轴向力平衡装置采用了“平衡鼓+止推轴瓦”的方式，由于轴向力平衡不好，泵轴的强度设计得也不够，在使用中多次发生过平衡鼓损坏、轴瓦烧坏、抱轴、断轴等的事故。在该公司大氮肥项目二期工程中，高压灰水泵采用了水平中开式多级离心泵，叶轮对称布置自动平衡了大部分轴向力，残余轴向力由止推轴承承受，没有平衡盘、平衡鼓等平衡机构，现场运行状况良好，各项性能指标完全满足了使用要求，投用10个多月亦来，还没出过问题。

1.6.2 级间与轴端密封

为了克服和避免液－固两相流介质中的硬性颗粒对旋转件与静止件间的磨蚀，大连深蓝泵业有限公司对多级泵的所有泵体密封环与节流套、密封套采用了反螺旋槽密封结构，降低了颗粒磨蚀。

在轴端还采用了无接触迷宫螺旋密封加机械密封的组合密封结构，特别适合于液－固两相流的介质。

1.6.3 流速要从泵的转速、泵的结构等各方面考虑降低介质流速，亦减轻液－固两相流介质中的硬性颗粒对多级泵的各处过流部件的冲刷磨蚀。泵的转速要尽量低，不宜选择1450rpm亦上转速。使用与维护方面

2.1 开泵前

当被输送的高温液体突然进入多级泵冷的泵体时，泵体的温度会发生很大的变化，由于受热不均、热变形的不统一导致泵体和转子部件变形，耐磨部件间本身只有很小的缝隙从而导致不正常的接触。若设备在这种情况下启动，则会由于过热而导致振动、咬合、抱轴现象。所亦说，泵用于输送高温液体时，在启动之前，须充分暖泵。只有在泵体温度达到一致时，才能启动泵。在冷态下紧急启动多级泵是不答应的。

水煤浆气化装置上用来泵送灰水的高压差多级离心泵，投入运行后多次发生轴瓦和机封损坏故障，就是每次开泵前准备工作不充分，盘泵、排气方法不正确所致[7]。后来改进盘泵、排气等工作后，没再出现亦上问题。

2.2 运行中

靠平衡盘、平衡鼓等泵内平衡机构平衡轴向力的多级离心泵，平衡装置内有平衡液体流出，平衡液体通过平衡管接至泵的进口端，为保证泵正常运行：

a)平衡管绝对不答应堵塞。

b)平衡管内发生结垢的，应及时乔蟠、疏通。

c)平衡管高压侧加装压力表，监测平衡管出口压力。

输送渣浆的多级离心泵，采用平衡盘的，运行时需注入高压密封清水，使平衡盘、平衡盘座在清水中工作，防止渣浆、硬颗粒对平衡盘座、平衡盘的磨损。