负反馈放大电路分析设计课程设计报告.doc

.课 程 设 计 报 告课程设计题目：负反馈放大电路的设计要求完成的内容：设计一个负反馈放大电路，保证输出电压稳定。指标条件如下：电压放大增益|Av|10，反馈深度10，输入电阻Ri1K， 输出电阻Ro100，fL10HZ，fH1KHZ。所使用的元器件要求为：晶体管（9013或9014），电容（瓷片电容）、电阻（0.25瓦）等。要求：（1）根据设计要求，确定电路的设计方案，估算并初步选取电路的元件参数。（2）选用熟悉的电路仿真软件，搭建电路模型进行仿真分析，由仿真结果进行参数调试、修改，直至满足设计要求。（3）由选取的元件参数，精确计算和复核技术指标要求。（4）满足设计要求后，认真按格式完成课程设计报告。指导教师评语： 评定成绩为： 指导教师签名： 年 月 日负反馈放大电路的设计一、 课程设计的目的（1）初步了解和掌握负反馈放大器的设计、调试的过程。（2）能进一步巩固课堂上学到的理论知识。（3）了解负反馈放大器的工作原理。（4）了解并掌握负反馈放大电路各项性能指标的测试方法。（5）加深理解放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大器各项性能指标的影响。二、 设计方案论证2.1框图及基本公式 图1 负反馈放大电路原理框图 图中X表示电压或电流信号；箭头表示信号传输的方向；符号表示输入求和，+、表示输入信号 与反馈信号是相减关系（负反馈），即放大电路的净输入信号为: 基本放大电路的增益（开环增益）为: 反馈系数为: 负反馈放大电路的增益（闭环增益）为: 2.2负反馈对放大器各项性能指标的影响 负反馈的电路形式很多，但就基本形式来说，可以分为4种：即电流串联负反馈；电压串联负反馈 ；电流并联负反馈；电压并联负反馈。一个放大器，加入了负反馈环节后，虽然会牺牲一部分增益，但对放大器一系列性能指标产生很大影响和提高。因此，可以根据实际情况的需要，引入任一形式的负反馈，从而使放大器的性能符合实际情况的需要。反馈对放大倍数的影响若无反馈时基本放大器的放大倍数为（Ao），反馈系数为F，则加反馈后的闭环增益为： 上式中的Ao、Af、F等是泛指的，对于一个具体反馈电路，它具有特定的量纲。可见，加了反馈后，闭环增益比开环增益降低要注意了1+AoF倍，其中D=1+AoF称为反馈系数。放大器放大倍数的稳定性常用放大倍数的相对变化率反应。因此dA/A的大小可以衡量增益的稳定性，显然该值越小，放大器的稳定性越高。放大增益的稳定性，是由于晶体管参数随温度变化，工作条件变化带来的。对2-5进行微分可得： 引入负反馈后，闭环增益的稳定性比开环增益稳定性提高了1+AoF倍。2.2.1负反馈能使放大器的通频带展宽 可以证明，若无负反馈时的基本放大器的上限频率和下线频率分别为和，闭环时放大器的上下限频率为和则有： 可见，加了负反馈后上限频率提高，下限频率降低，通频带展宽1+AoF倍。 另外，负反馈还可以改善放大器的失真情况；还可以改变放大器的输入、输出阻抗等。2.3 放大电路的幅频特性 在放大电路中，由于电抗元件（如电容、电感线圈等）及晶体管极间电容的存在，当输入信号的频率过低或过高时，不但放大倍数的数值会变小，而且还将产生超前或滞后的相移。说明放大倍数是信号频率的函数，这种函数关系称为频率响应或频率特性。 大电路的耦合电容，对信号构成了高通电路，即对于频率足够高的信号电容相当于短路，信号几乎毫无损失地通过；而当信号频率低到一定程度时，电容的容抗不容忽略，信号将在其上产生压降，从而导致放大倍数的数值减少且产生相移。与耦合电容相反，由于半导体管极间电容的存在，对信号构成了低通电路，即对于频率足够低的信号相当于开路，对电路不产生影响；而当信号频率高到一定程度时，极间电容将分流，从而导致放大倍数的数值减少且产生相移动。对一个具体的放大电路来说，都存在某一个频带，在这一频带范围内，放大电路对信号的放大有较高的增益和较小的相移，这就是放大电路的通频带。若电路的中频电压放大倍数为,当电压放大倍数下降到70.7%时，所对应的低端频率称下限频率；所对应的高端频率称上限频率。上限频率与下限频率之差，就是它的通频带,即：1输入级的放大管的静态工作点一般取I1mA，U=（12）V，不允许取较大的电流，所以输入级应具有较高的输入电阻，故采用共射放大电路。2. 输出级负载电阻较大，而且主要是输出电压，故采用共集放大电路。其特点为从信号源索取的电流小而且带负载能力强。2.4元器件的选择2.4.1放大管的选择 由于Q2需要输出电流的最大值，为了不失真，要求，因此它的射极电流3mA，故均选用小功率管2N2222A，其特性频率较高，导通截止特性良好。其参考如下： 2.4.2电容的选择 由于电容对直流量的容抗无穷大，所以信号源与第一级放大电路、第一级与第二级、第二级与负载之间用耦合电容连接没有直流量通过。旁路电容可产生一个交流分路，将混有高频电流和低频电流的交流电中的高频成分旁路掉，把输入信号中的高频噪声作为率处对象滤除高频杂波，故将第一级的射极并联一个旁路电容。2.5 电路设计2.5.1第一级放大电路参数设定 确定第一级的电路参数.电路如图2所示。 图2 第一级放大电路 三极管工作在放大区时满足的条件为：且 在电路的直流通路中，节点B的电流方程为 =+ 为了稳定静态工作点，通常是参数的选取满足 因此，B点电位为 表明基极电位几乎仅决定于对的分压，而与环境温度无关。为了提高输入电阻而又不致使放大电路倍数太低，应取IE1=1mA，并选=80，则 =+（1+）=300+(1+80) =2.256k利用同样的原则，可得 为了获得高输入电阻，且取Au1=50，取R5=1.8k,代入Au1=50,求出R3=5.1K。 为了计算R4，=1V，再利用IE1（R5+R4）=得出R4=123，选R4为100。 为了计算，可先求=0.00625mA=6.25uA 由此可得 为了确定阻R1，利用 可求得47。2.5.2第二级放大电路参数设定 确定第二级的电路参数。电路图如图3所示. 图3 第二级放大电路 为了稳定放大倍数，在电路中引入R9，取R9=1.0k,由此可求出这级的电压放大倍数Au2因为IE2=1mA,且，所以R be2=rbb+（1+2）=300+(1+80) =2.308k又由于第二级为共集放大电路，故Au21代入公式 由此可以解得R8=3k。 选取， 则由 可解得。确定。由于有两级电容耦合，根据多级放大器下限截止频率的计算公式 假设每级下限频率相同，则各级的下限频率应为 又因为 10因此，选用10电解电容。2.6负反馈放大电路总设计图该设计采用电压串联负反馈，输出级到输入级的反馈是从射极反馈到射极组成电压串联负反馈的形式图4 负反馈放大器原理图三、 设计结果与分析 用Multisim10.0软件对负反馈放大器进行仿真分析。1负反馈放大器放大倍数的测试：将所有元件及仪器调出并经整理连成仿真电路如图5所示。图 5 负反馈放大器放大倍数的测试 由测量的数据可以得出电压数据 8mV141.371mV134.911mV电流数据1.438uA1.414mA电压放大增益 =1710反馈网络的反馈系数F0.951 反馈深度 1+AF10输入电阻=5.56K1000输出电阻=99.97100四、 测放大电路的频率特性和输出电压的波形 关闭仿真开关，在电机电子仿真软件Multisim10.0基本界面右侧虚拟仪器工具中“Bode Plotter”按钮，调出虚拟波特仪“XBP1”。重新组建仿真电路如图9所示。 图6频率特性测试仿真电路图双击示波仪“XBP1”图标，弹出虚拟扫频仪放大面板，按下“Reverse”按钮，扫频仪放大面板左边屏幕显示的是放大电路的频率特性曲线，如图10所示。 图7 负反馈放大器频率特性曲线 从屏幕下方显示的数据中，我们可以看到：频率特性曲线中间平坦部分为放大电路中频段，放大电路增益基本不变且最大；左侧为频率低端、右侧为频率高端，它们的增益都会降低。图中读数指针所在位置表示：频率为3.181kHz时，电路增益24.979dB。将读数指针分别移到下限频率和上限频率点，分别可读出电路的下限频率和上限频率。 图8负反馈放大下线频率 图9 负反馈放大器上限频率由频率特性曲线可知，放大器的下限频率为：=6.924Hz 放大器的上限频率为：=684.036KHz输出电压与输入电压在电路中加入示波器，计较输出输入波形，如下图所示 图10 输出输入端连接示波器便可得到输出与输入波形，从图中可知，输出电压的波形无失真现在，输出电压稳定 图11 输入输出电压波形图五、 小结1. 课程设计过程中出现的各种问题、分析和解决办法 在实验过程中，电阻和电容的选取有很大的难度，多次出现错误，在尝试多次后，才得出正确的结果，不过在，电压的放大增益倍数选取时还是出现了很大的难度，为了确保实验中要求的输入电阻大于1000，输出电阻小于100的要求，在输出电阻的取值要求上遇到了很大的阻力，最终经过多次对输出电阻的调试，才的得出了正确的结果。2. 说明本设计的特点和存在的问题，提出改进设计的意见 在本次实验中，题目只是要求制作负反馈放大电路，表面上所给的条件很少，可是还是暗含了很多的条件的，比如要稳定输出电压，这就表明要使用的是电压负反馈，应为只有使用电压负反馈的时候才能稳定输出电压，以及，输出电阻小于100，这点说明要使输出电阻变小，而只有串联负反馈放大电路才能使输出电阻减小，不过本设计还是存在着许多的问题，实验的已知条件过少，不能明确是使用什么类型的 电压串联负反馈放大电路，给实验设计者制造了很大的麻烦，故我就选择了较为普遍的两级电压串联负反馈放大电路。 对改进设计的意见是，明确实验所使用电路的类型，这样有针对性有利于设计出一个更为合理的实验，实验效果更好。3. 本次课程设计的收获和体会通过这次的课程设计，我对模拟电子技术基础这门课有了更深更好的理解。这些知识不仅在课堂上有效，在日常生活中更有着现实的意义，也对自已的动手能力是个很好的锻炼。在设计过程中，经过层层解剖，最终设计出了本实