模电课程设计负反馈放大电路

摘要负反馈放大电路有效地改善放大电路的性能，掌握反馈放大电路反馈的判断方法，可以了解放大电路的性能特点，提高分析和解决问题的能力，提高学习效率，为以后的学习打下坚实的基础。负反馈在电子线路中有着法非常广泛的应用，采用负反馈是以降低放大倍数为代价的，目的是为了改善放大电路的工作性能，如稳定放大倍数、改变输入和输出电阻、减小非线性失真、扩展通频带等，所以在实在放大器中几乎都引入负反馈。在以往的教学中发现，即使教师对负反馈的概念、反馈的类型等都全面的分析。将输出信号的一部分或全部通过某种电路引入到输入端的过程叫做反馈。反馈有正负之分，在放大电路中主要引入负反馈。在电子电路中，将输出量（输出电压或输出电流）的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其输入量（放大电路的输入电压或输入电流）的措施称为反馈。若反馈的结果使输出量的变化（或净输入量）减小，则称之为负反馈；反之，则称为正反馈。TOC\o"1-5"\h\z第一章设计任务与要求 0第二章设计原理框图 12.1框图及基本公式 22.2负反馈放大电路设计的一般原则 32.2.1反馈方式的选择 32.2.2放大管的选择 32.2.3级数的选择 42.2.4电路的确定 4第三章计方案及选定 5第四章多级放大电路设计 7\o"CurrentDocument"4.1第一级 74.2第二级 84.3第三级 10第五章整体电路设计及工作原理 115.1确定反馈深度 115.2估算A值 125.3放大管的选择 12第六章多级放大电路的检测 126.1分析多级负反馈放大电路 126.2核算技术指标 13第七章元器件清单 15第八章心得体会 16第九章参考文献 17附录 18负反馈放大电路设计

第一章设计任务与要求用分离元器件设计一个交流放大电路，用于只是仪表中放大弱信号，具体指标如下：（1） 信号源：UiN10mV（有效值），内阻Rs=50Q。（2） 输出要求:U°N1V（有效值）,输出电阻小于10Q,输出电流I°W1mA（有效值）。（3） 输入要求:输入电阻大于20KQ。（4） 工作稳定性：当电路元器件改变时，若△Au/Au=10%，则△Auf<1%。第二章设计原理框图2.1框图及基本公式反馔旅大电路的组成图中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，+、-表示输入信号尤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(1)

基本放大电路的增益（开环增益）为(2)(3)反馈系数为(3)负反馈放大电路的增益（闭环增益）为(4)4=^o性(4)2.2负反馈放大电路设计的一般原则2.2.1反馈方式的选择根据负载的要求及信号情况来选择反馈方式.在负载变化的情况下.要求放大电路定压输出时，就需要电压负反馈：在负载变化的情况下，要求放大电路恒流输出时，就要采用电流负反馈。至于输入端采用串联还是并联方式，主要根据对放大电路输出电阻而定。当要求放大电路具有高的输入电阻是，宜采用串联反馈：当要求放大电路具有底的输入电阻是，宜采用并联反馈。如仅仅为了提高输入电阻，降低输出电阻时，宜采用射极输出器。反馈深度主要根据放大电路的用途及指标要求而定。2.2.2放大管的选择如果放大电路的极数多，而输入信号很弱（微伏级），必须考虑输入几件放大管的噪音所产生的影响，为此前置放大级应选用底噪声的管子。当要求放大电路的频带很宽时，应选用截止频率较高的管子。从集电级损耗的角度出发，由于前几级放大的输入较小，可选用p凯小的管子，其静态工作点要选得底一些（IE小），这样可减小噪声；但对输出级而言，因其输出电压和输出电流都较大，故pcm大的管子。2.2.3级数的选择放大电路级数可根据无反馈时的放大倍数而定，而此放大倍数又要根据所要求的闭环放大倍数和反馈深度而定，因此设计时首先要根据技术指标确定出它的闭环放大倍数Af及反馈深度1+AF，然后确定所需的Af。确定了A的数值，放大电路的级数大致可用下列原则来确定：几十至几百倍左右采用一级或两级，几百至千倍采用两级或三级，几千倍以上采用三级或四级(射极输出极不计，因其A约等于零一般情况下很少采用四级以上，因为这将给施加反馈后的补偿工作带来很大的困难，但反馈只加在两级之间也是可以的。一般情况下很少采用四级以上，因为这将给施加反馈后的补偿工作带来很大的困难，但反馈只加在两级之间也是可以的。2.2.4电路的确定输入级。输入级采用什么电路主要取决于信号源的特点。如果信号源不允许取较大的电流。则输入级应具高的输入电阻，那么以采用射级输出器为宜。如要求有特别高的输入电阻(r,V4M)，可采用场效应管，并采用自举电路或多级串联负反馈放大电路，如信号源要求放大电路具有底的输入电阻，则可采用电压并联反馈放大电路。如果无特殊要求，可选择共射放大电路。输入级的放大管的静态工作点一般取Ie1mA，U§(1〜2)V。中间级。中间级主要是积累电压级电流放大倍数，多采用共射放大B电路，而且采用大的管子。其静态工作点一般为Ij(1〜3)mA,Uce=(1〜5)V。输出级。输出级采用什么样的电路主要决定于负载的要求。如负载电阻较大(几千欧左右)，而且主要是输出电压，则可采用共射电路；反之，如负载为低阻，且在较大范围内变化时，则采用射级输出器。如果负载需要进行阻抗匹配，可用变压器输出。因输出级的输出电流都较大，其静态工作点的选择要比中间级高，具体数值要视输出电压和输出电流的大小而定。第三章计方案及选定方案一采用三个NPN型三级管放大该设计采用电压串联负反馈 一一一、.、,一.. 、. r第一级米用局部电流负反馈，所需反馈深度为：1+AF=」■ri从放大性能稳定度确定反馈深度，1+AF=%*，A估算A值根据指标的要求，计算电路闭环放大倍数：Af>%i在Rf1和Rf2不加旁路电容以便引入局部负反馈以稳定每一级的放大倍数放大管的选择：因设计中前两级放大对管子无特别要求，统一采用了根据以上分析确定电路图输出到输入级的反馈是从的射级反馈到的射级组成电压串联负反馈的形式方案二该设计采用集成运算放大器20kLJo险E(T5初本方案采用差分放大电路原理与集成运算放大结合在一起形成电压串联负反馈放大电路反馈元件%，起到反馈作用，将集成运算放大器的输出电压反馈到T2的基级.估算A值根据指标的要求，计算电路闭环放大倍数：A^/i根据设计要求确定电路电路元件的各种参数方案比较在以上两个方案中比较选择一个最终确定方案方案二与方案一比较:方案二采用了集成运算放大器，与差分放大电路，经过数据分析达到指标要求，但与方案一相比，方案一在实验室更易实现(集成运算放大器不仅价格贵，在实验中易损坏)，通过以上比较最终确定采用方案一。第四章多级放大电路设计4.1第一级确定第1级的电路参数图所示R1 +12VC4Rd泌NPN4.1第一级确定第1级的电路参数图所示R1 +12VC4Rd泌NPN.CelRF2RF1并选P并选P1=50，则为了提高输入电阻而又不致使放大电路倍数太底，应取 IE=0.5mAr=r+(1+p)U^=300+(50+1)史牝2.95kQbe1 泌' 1I 0.5•R1-t^1+匕•R利用同样的原则，可得^1 "为了获得高输

利用同样的原则，可得入电阻，而且希望Ag也不太小，并与第2级的阻值一致以减少元件的种类，取Rf1=51Q,代入Au1=30，可求得/广3.3KQ，再利用*;广Rci" ，求出Rc1=15KQo为了计算Re，Ut=1V，再利用 （Rfi+Rfi）=1ElEI ElFlEll l- -R=——-R= -0.05=1.95KQ得出E‘El F1 0.5 选Re1为2kd为了计算rb1BlIBl可先求!-ci=0.01mA=10uA

P为了计算rb1BlIBl可先求rBl由此可得U2rBl由此可得U2一UB1IBl2.2x1-（1+。.7）=51KQ，所以选51KQ。0.01为了确定去耦电阻R1，需要求出UCi=UE2XRF2+UBE2"^95'再利用UC1—VCC—IC1(Ri+Rci)，可求得R1=3.1KQ，取R1为3.3KQ。为了减少元器件的种类，C1选用10uF,珏］及CE2选用100uF，均为电解电容。4.2第二级i确定第级的电路参数电路图如图所示i确定第级的电路参数电路图如图所示为了稳定放大倍数，在电路中引入RF2=51Q,由此可求出这级的电压放大倍数Au2因为为了稳定放大倍数，在电路中引入RF2=51Q,由此可求出这级的电压放大倍数Au2因为IE2=1mA，且32=50，所以r=r+(1+3)U^=300+(50+1)史牝1.63KQbe2 bb^2 2J J30.6R40= C2 又由于预先规定了Au2=40,RF2=51Q,代入Au2d公式则得 1+30.6X。.051由此可以解得RC2=33g。在利用RC2=RC2〃RL2代入RL2=6.6KQ则3.35=6.6XRc2+R2))+UCE2可得6.6+RC2由此可求+R2))+UCE2可得选*2=37，/广m，则由VCC=JC2(RC12=1X(6.8+0.051+Re2)+3。由此可以得出RE2=2.15kQ,取RE2=2.2kd

第二级的输入电阻可以计算如下r2=rb2+(1+P2)Rf2=1.63+51x0.051=4.23kQ4.3第三级1.计算.由于输出电压Uo=1V(有效值)，输出电流Io=1mA(有效值)，故负载电阻rl=⑴确定RE3及Vcc。在射级输出器中，一般根据Re=(1〜2)Rl来选择 RE，取系数为2，则Re3=2Rl=2KQ，R’广Re3〃R*67Q.在图6.44中，取1cmmTmAUcmmTV,可以求出I=I +—lp=«2x'=3.12mAE3 Cmin R0.667LJ=UCmin+ULP+IE3乂£=1+L4+ 乂2=式中，ULP是输出负载电压峰值。为了留有余量，取R=3.5mA,V=12V;由此可以求出U=TR=3.5x2=7V.E3 CC E3E3E3^-C3=1^.=0.07mAb3 50取0.35mA，则得(2)确定RB31及RB32。为了计算RB31及RB32，^-C3=1^.=0.07mAb3 50取0.35mA，则得IB3UB3=UE3+UBE3=7+0.7=7.7Vo选用b3=50的管子，则选用IRB=(5〜10)IB3=0.35~0.7mA,^J提高本级输入电阻Rb31=塑=，=20IRb0.35Rb32=(Vcc-Ub)/Irb=(12-7.7)/0.35=12.3kQ式中忽略了rbe3的影响。(3)确定C2及C3。由于有三级电容偶合，根据多级放大器下限截止频率的计算公式fT1f2L1+f2L2+f2l3假设每级下限频率相同，则各级的下限频率应为f厂=11j牝15ZH为了留有余地，忽略第二级的输出电阻(因为标出)，则

(3~10)2•(3~10)2•3.14x厂xR2=(4.82~16.1)x16-6F=(4.82~16.1)rF因此，可选用10RF电解电容器。同理，忽略射级输出器的输出电阻，则因此，可选用100uF电解电容器。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出电阻，输出电阻及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，故输入及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本100Q，则所需反馈深度1+AF=r=100=10,10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20KQ,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20KQ，此数的输入电阻为ri=2.5kQ（第一级可采用局部电流负反馈）， 、.r

则所需反馈深度为1+AF="=8ri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=竺一L=10=10料％1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.N#=役=100i由此可以求出 AN(1+AF)A广10X100=1000因输出级采用射级输出器，其电压放大倍数近似为一，故需用两极共射放大才能达到一千倍。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，5.3放大管的选择由于VT3需要输出电流的最大值1顷=整1广1.4mA，为了不失真，要求妇＞21^，因此它的射级电流妇22x1.4mA^3mA，故选用小功率管3DG100即可，其参考如下；Icm=20mA,UBR&=45V,P^=100mA因前两极放大对管子无特别要求，为了统一起见，均采用3DG100O根据以上考虑，初步电路如方案二图所示。输出级到输入级的负反馈是从VT的3射级反馈到VT1的射级，组成电压串联负反馈的形式。第六章多级放大电路的检测6.1分析多级负反馈放大电路电路安装按图接线，经反复检查，确认没有错误后，接通直流电源电压±10V开环测试将A点与P点断开并与B点相接，使放大电路处于开环状态。将信号发生器输出信号调至1KHZ、30mV左右，然后接入放大电路的输入端，用示波器观察输入电压uo波形，应为不失真的正弦波。用交流毫伏表分别测出Uj、、Un、Uo1、Uo2、Uo、Uf，并记于表中。断开RL，测出Uot，也记于表中根据测试结果，分别求出：Am=U/U.，A尸U/U”A=U/U.，F=U7U以及R,Ro。U1o1iu2o2o1uoiufo闭环测试将A点与B点断开并与P点相连，使放大电路处于闭环状态。适当增大输入信号Ui幅度，使输出电压Uo达到开环时的数值，然后分别测出％Un、Uo1、Uo2、U。、Uf，断开Rl测出Uot，并记录在表格中。6.2核算技术指标确定放大管的静态工作点及电路元器件，放大电路的各项技术指标是否能满足要求，尚需要最后核算。（1）核算A:U①核算射级输出器的电压放大倍数。射级输出器的电压放大倍数可用下式求得A=—(1+°3)3—且R牝RR//R//(R+R)=2//1//5.1-0.59U3r+(1+P)R' LLE3LF3F1r=300+(1+P)史=300+(50+1)史=679。^680Qbe3 3133 3.5因此得A〃3=0.978。核算第二级电压放大倍数第二级放大倍数用下式求得4 PR0R//R//R//r]A= (1吊)R~~s_C2(f31pR2 Abe2 1F2 be2 2)F2式中，r3=七3+(1+P3)Rl=0.68+(1+50)x0.59-30.7K。,r2=1.63KQ，因此可得A〃2=39.1③核算第一级电压放大倍数第一级电压放大倍数用下式求得A=PR=pRc2I/Rm〃虹lU1=r+(1+P)R r+2(1+^1)R2be1 2F2be1 1F1R=R//R牝51Q,r=2.96KQ,r=4.23KQ，因此可得A=29.7F1 F1 F3 be1 i2 U1因此可以求出A=AAA=1136>1000UU1U2U3这说明放大电路元器件的选择是合适的。核算输出电阻。放大电路开环时的输出电阻为r+(R//R//R).r=R// C2 B32 B3^-//R=81QoE3 1+§ F33故得r= ro=81=8.1Q0f1+AF10因此可满足要求。核算输入电阻。放大电路开环时的输入电阻为r=r引〃。，式中，r.]=rb1+(1+P1)X(Rf1//Rf3)=2.96+(1+50)x0.051=5.56KQ,由此可求出闭环时的输入电阻为7f=r.1(1+AF)=5.55x10=55.5KQ因此总输入电阻为rf=.〃Rb1