模电课程设计

四川航天职业技术学院

电子工程系课程设计

专业名称：G10应用电子技术

课程名称：模拟电子技术

课题名称：负反馈放大电路的设计

设计人员：

指导教师：

2011年06月070

《模拟电子技术课程设计》任务书

一、课题名称：负反馈放大电路的设计

二、技术指标：

1、工作频率；f-30Hz〜30KHZ。

2、信号源：U=10mv（有效值），内阻Rs=50。。

3、输出要求：Uo21V（有效值），输出电阻小于10Q,输出

电流loWlmA（有效值）。

4、输入要求：输入电阻大于20KQ。

5、工作稳定性：当电路元器件改变时，若△Au/Au=10%,则

△Au/Au<l%o

三、要求：

1、掌握共射、共集、共基基本电路的组成、工作原理、特点

及分析方法；熟悉改进放大电路，理解多级放大电路的耦合方

式及分析方法。

2、掌握反馈的基本概念和反馈类型的判断方法，理解负反馈

对放大电路性能的影响，熟练掌握深度负反馈条件下闭环增益

的近似估算。

3、论文格式按系下发的《课程设计格式要求》统一执行。

4、要求原理图、印制板图、装配图三图齐全（印制板图和装

配可合二为一为

指导教师：谢海

学生：沈任秀

电子工程系

2011年06月07日

课程设计报告书评阅页

课题名称：负反馈放大电路设计

班级：G10应用电子技术2班

姓名：高敏

2011年06月07日

指导教师评语:

考核成绩:指导教师签名:

2011年月日

摘要

电子线路课程设计是一种实践性很强的课程，加强工程训练，特别是技能培训，

对培养一个专业人才有着非常重要的作用。电子线路课程设计教学是一个重要的

方面，包括它实际的主题，电子电路设计，装配，测试和总结报告和其他实际内

容准备的选择。在负反愦电路的应用非常广泛，负反馈的使用是降低成本的放大，

其目的是为了改善放大器的电路，如放大的稳定性，性能，改变输入和输出阻力，

减少非线性失真扩大通带等等。由电阻，电容，二极管，晶体管等经过布线，焊

接，检测等J•作，形成一个负反馈电路。负反馈放大电路能够有效的改善放大电

路的性能，掌握反馈放大电路反馈组态的判断方法，可以了解放大电路的性能特

点，提高分析问题、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。

关键词：三极管放大级电路负反馈网络

Abstract

ElectronicCircuitDesignisaverypracticaIcourse,strengthenthe

engineeringtraining,especiallyskillstraining,todeveIopanew

professionaIhasaveryimportantroIe.ElectronicCircuitDesignisan

importantaspectofteaching,includingitsreaItheme,electronic

circuitdesign,assembIy,testing,andsummarizingthecontentsofthe

reportpreparationandotherpracticaIchoice.Inthenegativefeedback

circuitiswidelyused,theuseofnegativefeedbackistoreducethecost

ofampIification,whichaimstoimprovetheampIifiercircuit,suchas

theampIificationofthestabiIity,performance,changetheinputand

outputresistance,reducetheexpansionofpass-bandnonIineardistortion

andsoon.Bytheresistors,capacitors,diodes,transistorsandsoon

throughwiring,weIding,testing,etc.,toformanegativefeedback

circuit.NegativefeedbackcircuitcaneffectiveIyimprovethe

performanceofampIifiercircuit,thefeedbackcontrolfeedbackcircuit

configuredtodeterminemethodstounderstandtheperformance

characteristicsofampIifiertoimprovetheanalysisofissues,

probIem-soIvingskills,enhanceIearningefficiency,Iearningforthe

futureIaysolidfoundation.

Keywords:TransistorAmpIifierstagecircuitNegativefeedbacknetwork

目录

第1章技术指标......................................................7

1.1设计任务与要求..................................................7

1.1.1设计内容....................................................7

1.1.2设计要求.....................................................7

第2章原理设计与框图...............................................7

2.1负反馈放大电踌的基本框图.......................................7

2.2反馈网络选择的一般原则.........................................8

2.3放大管选择的一般原则...........................................8

2.4级数选择的一般原则.............................................8

第3章设计方案及选定................................................9

3.1方案一.........................................................9

3.2方案二........................................................9

3.3方案三.......................................................10

3.4电路的选择....................................................10

3.4.1输入级选择的一般原则.......................................10

3.4.2中间级选择的一般原则.......................................10

3.4.3输出级选择的一般原则.......................................11

3.5方案选定及总框图..............................................11

第4章单元电路的设计与参数计算....................................11

4.1双管放大单元电路的计算........................................11

4.1.1确定第一级的电路参数.......................................11

4.1.2确定第二级的电路参数.......................................12

4.2输出级的计算...................................................14

4.2.1确定RE3及底...............................................14

4.2.2确定RB?、及RB32.........................................14

4.2.3确定C?及C、................................................15

4.3反馈元器件R码及的计算.......................................15

第5章核算技术指标...............................................15

5.1核算...........................................................16

5.1.1核算射级术出器的电压放大倍数...............................16

5.1.2核算第二级电压放大倍数...................................16

5.1.3核算第一级电压放大倍数...................................16

5.2核算输出电阻..................................................16

5.3核算输入电阻..................................................16

第6章装配调试....................................................17

6.1接装电路：.....................................................17

6.2静态调试：....................................................17

6.3动态调试：.....................................................17

第7章元器件选择（清单）............................................17

第8章总结与体会..................................................18

附录一..............................................................19

附录二..............................................................20

附录三..............................................................21

第1章技术指标

1.1设计任务与要求

1.1.1设计内容

用分立元件设计一个交流放大电路，用于指示仪表中放大。

1.1.2设计要求

1、工作频率:f=30Hz~30KHz。

2、信号源:Ui=10mV（有效值）,内阻Rs=50C。

3、输出要求：U.）^1V（后效值），输出电阻小

于10。，输出电流LWlmA（有效值）。

4、输入要求：输入电阻大于20K。

5、工作稳定性：当电路元件改变时，若妙=1（）%

Au

,则任江〈1%。

Auf

第2章原理设计与框图

2.1负反馈放大电路的基本框图

反馈放大电路的组成

2.2反馈网络选择的一般原则

采用什么反馈方式，主要负载的要求及信号源内阻的情况来考虑。在负载变化的

情况下，要求放大电路定压输出时就需要采用电压反馈；在负载变化的情况下，

要求放大电路恒流输出时，就要求采用

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入

电阻的要求而定。当要求放大电路具有高的输入电阻时，宜采用串联反馈；当要

求放大电路具有低的输入电阻时，宜采用并联反馈。如仅仅为了提高输入电阻，

降低输出电阻（即阻抗变换）时，宜采用射级输出器。

反馈深度主要根据放大的用途及指标而定。

对音频放大电路,主要是用负反馈减小非线性失真，设计时一般取1+AV10

左右。

对测量仪表中使用的放大电路，要求放大倍数要有较高的稳定度，而采用

负反馈的目的主要是提高放大倍数的稳定度，因此根据不同的要求可取1+AF几

十至几百。

对高放大倍数宽频带放大电路，采用负反馈的目的主要是展宽频带，这是

采用多级放大加深反馈容易产生自激，且在幅频特性的高、低频段宜产生凸起的

现象。

2.3放大管选择的一般原则

如果放大电路的级数多，而输入信号很弱时（微伏级），必须考虑输入级放

大管的噪声所产生的影响，为此前置放大级应选用低噪声的管子。当要求放大电

路的频带很宽时，应选用截止频率分较高的管子。从集电极损的角度出发，由

于前儿级放大的输出小，可选用七”小的管子，其睁态工作点也要选得低一些（/£

小），这样可以减小噪声；但对输出级而言，因其输出电压和输出电流都较大，

故选用七M大的管子。

2.4级数选择的一般原则

放大电路的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AFO

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，几百至千倍左右采用两级或三级，千倍以上采用三级或

四级（射极输出器不计，因其A约为1）。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，但如反馈只加在每两级之间也是

可以的。

第3章设计方案及选定

3.1方案一

方案一为一二级负反馈放大电路，信号从输入级经电容耦合后由第一个共

发射极的三极管放大，并从集电极输出，经电容耦合后作为下一级的输入信号。

第二级放大电路同样也是从集电极输出信号，同时形成电流并联负反馈作用与第

一级放大电路的输入端。从第二级放大电路输出的信号经电容耦合后输入第三级

共集电极的放大电路，放大后从发射极经电容耦合后输出。同时形成电流串联负

反馈。因为基极与集电极，基极与发射间有电阻所以该电路的优点是各级放大电

路的静态工作点相互独立，能很好的稳定电路且输入电阻大，放大倍数高。玦点

是不能放大变化缓慢的信号，输出电阻很可能达不到要求。

3.2方案二

如图（附录1）所示也是一个三级放大电路，信号从输入级经电容耦合与一

级放大电路的基极相连，放大后从集电极输出直接和下一级放大电路的基极相

连。发射极的电阻和旁路电容保证了电路对交直流的反馈，集电极的电阻提供合

适的静态工作点。信号经二级放大电路放大后由集电极输出经电容耦合后与下一

级电路相连。同时电阻/?团与上级电路形成电流并联负反馈，稳定该级电路

的静态工作点。第三级为共集电极放大电路，所以信号由发射极输出经电容耦合

作用与负载。同时勺.3与第一级放大电路形成电压串联负反馈使整个电路稳定。

该电路的优点在于使个级放大电路稳定，输入电阻大，输出电阻小，放大倍数高,

能放大变化很小的信号，结构简单易懂符合各项指标要求。缺点在于一二级放大

电路的静态工作点不能相互独立。

3.3方案三

方案三为一个两级放大电路，信号经电容耦合后与共发射极的三级管基极

相连，放大后由集电极输出直接与下一级放大电路的基极相连，属于直接耦合。

同时发射极的电阻起反馈作用，影响输入信号，加旁路电容是为了既要满足交流

反馈，也要满足直流反馈。经第二级共集电极放大电路放大的信号从集电极经电

容耦合后加在负载电阻上。电阻R连接了输入与输出形成电压串联负反馈。该电

路的优点是元件使用少，反馈效果明显，缺点是各静态工作点不能相互独立，不

能保证输出稳定。

3.4电路的选择

根据不同的要求，放大电路中各级所选用的电路也是不同的。

3.4.1输入级选择的一般原则

输入级采用什么电路主要取决于信号源的特点。如果信号源不允许较大的

电流，则输入级应具有较高的输入电阻，那么应采用射及输出器为宜。如要求有

特别高的输入电阻，可以采用场效应管，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低的输入电阻，则可用电压并联反

馈放大电路。如果无特殊要求，可选用一般的共射放大电路。

输入级放大管的静态工作点一般取%<ImA,【ICE=（广2）V.

3.4.2中间级选择的一般原则

中间级主要是积累电压及电流放大倍数，多采用共射放大电路，而且选用

B大的管子。其静态工作点一般为（「3）mA.UCE=（2~5）V.

3.4.3输出级选择的一般原则

输出级采用什么电路主要决定于负载的要求。如负载电阻较大（几个千欧

左右），而且主要是输出电压，则可用共射放大电路；反之，如负载为低阻，且

在较大范围内变化时，则用射极输出器。如果负载需要进行阻抗匹配，则用变压

器输出。

因输出级的输出电压和输入电流都较大，其静态工作点的选择要比中'可级

高，具体数值要视输出电压和输出电流的大小而定。

3.5方案选定及总框图

综上所述：各种元器件构成的负反馈放大电路都有自己的优点，但是仅某个

单元电路性能优越，并不代表整个电路就是最好的。我们应总观全局，考虑到没

每个单元的性能指标择优选择。最后经过我的反复论证，觉得第二种方案能更好

的达到各性能指标，并且线路简单适用，所以我选择了第二种方案。

第4章单元电路的设计与参数计算

4.1双管放大单元电路的计算

4.L1确定第一级的电路参数

电路如图4.1.1所示为了提高输入电阻而又不致使放大倍数太低，应取电5mA,

并选才二50,则展尸1户(1+4)—=300+(50+1)—«2-95K£l

【EI°，5

]

利用同样的原则，可得Au|=—4M—«A.RC1

「bel+（1+4）RF1rbel1+aRFI

rbcl

为了获得高输入电阻，而且希望Au】也不要太小，并与第二级的阻值一致以

减少元器件的种类，取R“=51C,代入Au|=30,可求得Rci=3-3KQ,再

利用RN=RCJ/I；2，求出RCI=15KC。为了计算REJ选UEI=1V,则有

%(RFI+REI)=1得出RE产J

R=---005=l-95KQ

F1，0-5

]().5

选RE1=2KQo为了计算RBI，可先求出路上=——=OOlmA=1O〃A

A5()

UE2-UBI=2.2xl-(l+O.7)=51KQ

由此可得RBI

【Bl001

选51K。为了确定去耦电阻R1,需先求出Ucl=URF2+IF2XRR+UBF,=2-95V

再利用U-=Vc_I£R+RQ,可求得R,=31KQ,取R为3・3KQ。

为了减少元器件的种类，G选用10〃F,CEI及CE2选用100〃F,均为电解电容。

有下限频率跳可以验证—〈〈RBJ/四R3，」一〈〈R^-

gC|gCE2A

4.1.2确定第二级的电路参数

为了稳定放大倍数，在电路中引入R.如图4.1.2所示，一般取几十欧至几百欧。

由于希望这一级的电压放大倍数大些，故取较小的R超/SIQ,由此可求出这级的

电压放大为

Q

图4.1.2

A.%RO-夕2XR

“2%+(1+凡)&2噎RC2

选*二1"，02=50,贝］

=%+(1+㈤}=300+(5()+1)含y1.63KC

“2“2

AU2=40,RR=51C,代入Ag的公式则得

又由于预先规定了{

30.6R'

40=

1+30.6x0.051

由此可以解得R'=3.35KQ。再利用R&二R'c〃代入R|产6.6KQ,

则3.35=6,6XRC2选Ug4%L=lmA,则由丫“=1。低。+R「+REJ+UH，可得

6.6+Rc

12=1x(6.8+0.051+RH2)+3

由此可以得出REZ=2.15KQ,取R*=2.2K。。

第二级的输入电阻可以计算如下

L=l2+(1+A)R卜2=L63+51x0.051=4.23KC

4.2输出级的计算

由于输出电压U。=lv（有效值），输出电流Io=lmA（有效值），故负载电阻

R,=UO/IO=1KQ

4.2.1确定相3及Vcc

在射级输出器中，一般根据勺=（1〜2）々来选择勺，取系数为2,则

RE3=2R=2,&'=犀3〃勺,二6670在图4.1中，取心前口砧，%汕小,

可以求出心二〃*+（UJRJ）*（念xl）=3.12mA

U.oo/

/Ucmin+心+及3><廿4+3.12x2=8.64V式中，ULP是输出负载

的电压峰值。为了留有余量，取=3.5nA,Vcc=12v；由此可以求出

Un=R八x/门二3.52x=7V.

4.2.2确定时31及时32

为了计算R段及此32，首先要求出43及加，由图4.2可知，

心=心+心3=7+0.7=7.7V。选用凡=50的管子，则

IB3«IC3+尸3=0.07mA=70〃A,

图4.2

选用，刖二（5~10）〃3二0-35飞.7mA,为了提高本级输入电阻，取0.35mA,则得

RB”=UBJIRB=7.7/0.35=2KQRBy2=(Vcc-t/g3)/7^=(12-7.7)/0.35=12.3KQ

取R”=13KQ,由此可以求出输出级对第二级的等效负载电阻约为RL2=G

=RR32//RH3l//(1+&)RJ=13〃22〃(51x0.67)«6.6KQ式中忽略了rhe3的影响。

4.2.3确定孰及。3

由于有三级电容耦合，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

二工L。15Hz为了留有余地，忽略第二级的输出电阻(因尚未标出)，则

L1.1V3

C,。(3~10)--------!--------=(31.8^106.2)x10-6=(4.82^16.I)//F

2^xfiXRL2

因此，可选用10声电解电容器©

同理，忽略射极输出器的输出电阻，则

(3~10)--------\--------=(31.8^106.2)X1O-6=(31.8^106.2)加

2万xfLXRL?

囚此，可选用100〃F的电解电容器。

4.3反馈元器件RF3及CF的计算

由于l+AF=10,又已知A=1000,贝IJF=O・9%。再利用F—可求出

RFI+R问

RR=55KQ,选5JKQ。

C,选用10/F电容器，可以验证」—〈〈R1。

例c

第5章核算技术指标

确定放大管的静态工作点及电路元件后，放大电路的各项技术指标是否能满

足要求，尚需进行最后核算。

5.1核算

5.1.1核算射级术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

（1+四）3

«0-973

5.1.2核算第二级电压放大倍数

第二级电压放大倍数用下式求得

人二丛鼠2//原32〃心]

"2展2+(1+见附2k+(l+A%2

5.1.3核算第一级电压放大倍数

第一级电压放大倍数用下式求

从二万瓦川(％〃4)=29]

人"+(1+4)宠臼展|+(1+4水川

因此可以求出4=An42A心=1136>1000

这说明放大电路元件的选择是合适的。

5.2核算输出电阻

放大电路开路时的输出电阻为〃,二81。

故得力=因此满足要求

"1+AF

5.3核算输入电阻

闭环时的输入电阻为/；.=55・5KQ

而总输入电阻％=，〃R/n=26・6KC>20KC,可满足要求。

第6章装配调试

6.1接装电路：按原理图连接线路，输入信号源30Hz〜30KHz中频段的某一

频率，信号源Ui=10MV（有效值），测试放大电路输出电压有效值，并计算电压放

大倍数。

6.2静态调试：测试输出级的静态工作点。

6.3动态调试：测试放大电路的输出电阻、输入电阻。

第7章元器件选择（清单）

所用元器件如下表所示。

序号器件名称数量备注

1电阻13-3KQ

2电阻351KQ