模电课程设计负反馈放大电路.doc

1、目录第一章 设计要求与目的11.1 设计要求11.2 设计目的1第二章 设计原理22.1框图及基本公式22.2负反馈对各项性能指标的影响22.3放大电路的幅频特性4第三章 计方案及选定53.1反馈方式的选择53.2电路的确定53.3 放大管的选择53.4电容的选择5第四章 两级放大电路设计64.1第一级放大电路64.2 第二级放大电路74.3负反馈放大电路的设计8第五章 整体设计及工作原理105.2 估算A值105.3 放大管的选择10第六章 两级放大电路的检测116.1 分析多级负反馈放大电路11元器件清单15实验结论16心得体会17参考文献18附录19第一章 设计要求与目的1.1设计要求设

2、计一个负反馈放大器，具体指标如下：(1) 全部采用分立原件。(2)电压放大倍数。1.2设计目的（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。第二章 设计原理2.1框图及基本公式图2-1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

3、）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。1.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：2-5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

4、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。2.负反馈能提高放大器倍数的稳定性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：2-6由2-6可见，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。3.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：2-72-8可见，加了负反馈后上限频率提高，下限频率降

5、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。放大电路的耦合电容，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

6、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：第三章 设计方案3.1 反馈方式的选择根据信号情况来选择反馈方式，当要求放大电路稳定压输出时，就需要电压负反馈；当要求放大电路恒流输出时，就

7、要采用电流负反馈。根据放大电路输出电阻来选择串联或并联方式，当要求放大电路具有高的输入电阻时，采用串联反馈；当要求放大电路具有低的输入电阻时，采用并联反馈。根据设计要知求此设计采用电压串联负反馈。3.2电路的确定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。3.3 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

8、截止特性良好。其参考如下：3.4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。第四章 两级放大电路设计4.1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4-1所示。图4-1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 4-1 因此，B点电位为

9、4-2 式4-2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4-3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。4.2 第二级放大电路参数设定1 确定第二级的电路参数。电路图如图4-2所示.图4-2第二级放大电路为了稳定放大

10、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rbe2=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4-4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4-5假设每级下限频率相同，则各级的下限频率应为又因为所以 因此，选用电解电容。4.3负反馈放大电路的设计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。根据前两节的参数计算得到设计的负反馈放大器的原理图如图4-3所示。 图4-3负反

11、馈放大器原理图第五章 整体电路设计及工作原理5.1 确定反馈深度从所给的指标来看，设计中需要解决的主要是输入电阻、输出电阻和对放大性能稳定的要求等三个问题。由于要求输出电阻较低，故输入级应采用射级输出电器，但它的输出定阻大致为几十欧至几百欧，因此需要引入一定程度的电压负反馈才能达到指标要求。设射级输出器的输出电阻为100，则所需反馈深度为1+AF=10 5-1此外，还要考虑输入电阻和放大性能的稳定性对反馈深度的要求，才能最后确定反馈深度的大小。由于放大电路的输入电阻指标为20K,此数值不是很高，故可采用电压串联负反馈的方式来实现。假定无反馈时，基本放大电路由于放大电路的输入电阻指标为20K，此

12、数的输入电阻为r=2.5k，则所需反馈深度为:1+AF=8最后从放大性能稳定度也可以确定出所需反馈深度为:1+AF=综上所述，在设计放大电路时所需反馈深度为10，故取1+AF=10。5.2 估算A值根据指标的要求，放大电路的闭环放大倍数应为：A =50 又因输出级采用射级输出器，其电压放大倍数近似为1，故第一级共射放大需达到50倍。考虑到仪表对放大电路稳定性能要求较高，故采用典型的两极耦合双管放大单元。第六章 两级放大电路的检测6.1 分析两级负反馈放大电路用Multisim7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6-1-1所

13、示。图6-1-1负反馈放大器仿真电路图将图6-1-1中的负反馈断开，对电路进行仿真，可见无负反馈时的输入输出波形如图6-1-2（a）所示。图6-1-2（a）无负反馈时的输入、输出波形图由图6-1-2（a）可知无负反馈时输出波形出现了失真现象。按图6-1-1连接线路进行仿真，可见有负反馈时的输入和输出波形如图6-1-2（b）（c）所示。图6-1-2（b）放大器第一级输入、输出波形图 图6-1-2（c）放大器输入、输出波形图由图6-1-2（b）可算出放大器第一级放大倍数为：Au1=-52.1 由图6-1-2（c）可算出放大器的放大倍数为： Au=-51.82测放大电路的频率特性：关闭仿真开关，在电

14、机电子仿真软件Multisim7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6-1-3所示。图6-1-3 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6-1-4所示。 图6-1-4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4.991kHz时，电路

15、增益45.275dB。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6-1-5（a）负反馈放大器下限频率 图6-1-5（b）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：=60.16Hz放大器的上限频率为：=3.085MHz元器件清单 表1 元器件清单编号器件型号数量标号1三极管2N2222A2Q1 Q22电容10uF5C1C53电阻47k1R14电阻24k1R25电阻5.1k1R36电阻1001R47电阻8k1R58电阻62k1R69电阻20k1R710电阻3.0k1R811电阻1.0k1R912电阻22k1R10实验结论本设计通过对两级阻容耦合

16、放大电路引入电压串联负反馈前后进行电路仿真，由仿真结果可以得出这样的结论：对电路引入电压串联负反馈，会减小其下限频率，增大其上限频率，从而使其通篇带变宽；引入电压串联负反馈，会减小电路的电压放大倍数，并增大电路可不失真放大的最大信号幅度，减小非线性失真；引入电压串联负反馈，会增大输入电阻，减小输出电阻。最后通过测量计算验证了AF1/F的结果。此设计很成功。心得体会通过这次的课程设计，我们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，整个组队的成员都努力的分析课题，积极参与讨论。经过层层解剖，最终设计出了本实验的原理图，再运用各种软件进行绘图与仿真，大量运算，得到了检测结果。本次课程设计，不仅锻炼了我们的动手能力，也提高了我们解决问题的能力，更明白了知识和团队的力量。更重要的是，我们