模電課程設計負反饋放大電路

摘要負反饋放大電路有效地改善放大電路的性能，掌握反饋放大電路反饋的判斷方法，可以了解放大電路的性能特點，提高分析和解決問題的能力，提高學習效率，為以后的學習打下堅實的基礎。負反饋在電子線路中有著法非常廣泛的應用，采用負反饋是以降低放大倍數(shù)為代價的，目的是為了改善放大電路的工作性能，如穩(wěn)定放大倍數(shù)、改變輸入和輸出電阻、減小非線性失真、擴展通頻帶等，所以在實在放大器中幾乎都引入負反饋。在以往的教學中發(fā)現(xiàn)，即使教師對負反饋的概念、反饋的類型等都全面的分析。將輸出信號的一部分或全部通過某種電路引入到輸入端的過程叫做反饋。反饋有正負之分，在放大電路中主要引入負反饋。在電子電路中，將輸出量（輸出電壓或輸出電流）的一部分或全部通過一定的電路形式作用到輸入回路，用來影響其輸入量（放大電路的輸入電壓或輸入電流）的措施稱為反饋。若反饋的結(jié)果使輸出量的變化（或凈輸入量）減小，則稱之為負反饋；反之，則稱為正反饋。目錄TOC\o"1-5"\h\z第一章設計任務與要求 0第二章設計原理框圖 1框圖及基本公式 2負反饋放大電路設計的一般原則 3反饋方式的選擇 3放大管的選擇 3級數(shù)的選擇 4電路的確定 4第三章計方案及選定 5第四章多級放大電路設計 7\o"CurrentDocument"第一級 7第二級 8第三級 10第五章整體電路設計及工作原理 11確定反饋深度 11估算A值 12放大管的選擇 12第六章多級放大電路的檢測 126.1分析多級負反饋放大電路 12核算技術指標 13第七章元器件清單 15第八章心得體會 16第九章參考文獻 17附錄 18負反饋放大電路設計第一章設計任務與要求用分離元器件設計一個交流放大電路，用于只是儀表中放大弱信號，具體指標如下：（1） 信號源：ui三10mV（有效值），內(nèi)阻Rs=50Q。（2） 輸出要求:U±1V（有效值）,輸出電阻小于10Q,輸出電流IWlmA（有00效值）。（3） 輸入要求:輸入電阻大于20KQ。（4） 工作穩(wěn)定性：當電路元器件改變時，若AAu/Au=10%，則AAuf<l%。第二章設計原理框圖2.1框圖及基本公式基本敲大肌路輸川信號丿％■A1反館期絡F反饋放大電路的組戰(zhàn)輸入信號圖中X表示電壓或電流信號；箭頭表示信號傳輸?shù)姆较颍环?表示輸入求和,+、-表示輸入信號盂與反饋信號是相減關系（負反饋），即放大電路的凈輸入信號為(2)基本放大電路的增益（開環(huán)增益）為(2)(3)反饋系數(shù)為(3)負反饋放大電路的增益（閉環(huán)增益）為(4)4=^o此(4)2.2負反饋放大電路設計的一般原則2.2.1反饋方式的選擇根據(jù)負載的要求及信號情況來選擇反饋方式.在負載變化的情況下.要求放大電路定壓輸出時，就需要電壓負反饋：在負載變化的情況下，要求放大電路恒流輸出時，就要采用電流負反饋。至于輸入端采用串聯(lián)還是并聯(lián)方式，主要根據(jù)對放大電路輸出電阻而定。當要求放大電路具有高的輸入電阻是，宜采用串聯(lián)反饋：當要求放大電路具有底的輸入電阻是，宜采用并聯(lián)反饋。如僅僅為了提高輸入電阻，降低輸出電阻時，宜采用射極輸出器。反饋深度主要根據(jù)放大電路的用途及指標要求而定。2.2.2放大管的選擇如果放大電路的極數(shù)多，而輸入信號很弱（微伏級），必須考慮輸入幾件放大管的噪音所產(chǎn)生的影響，為此前置放大級應選用底噪聲的管子。當要求放大電路的頻帶很寬時，應選用截止頻率較高的管子。從集電級損耗的角度出發(fā)，由于前幾級放大的輸入較小，可選用p小的管子，其靜態(tài)工作點要選得底一些（Icm E?。?，這樣可減小噪聲；但對輸出級而言，因其輸出電壓和輸出電流都較大，故p大的管子。cm2.2.3級數(shù)的選擇放大電路級數(shù)可根據(jù)無反饋時的放大倍數(shù)而定，而此放大倍數(shù)又要根據(jù)所要求的閉環(huán)放大倍數(shù)和反饋深度而定，因此設計時首先要根據(jù)技術指標確定出它的閉環(huán)放大倍數(shù)A及反饋深度1+AF,然后確定所需的A。ff確定了A的數(shù)值，放大電路的級數(shù)大致可用下列原則來確定：幾十至幾百倍左右采用一級或兩級，幾百至千倍采用兩級或三級，幾千倍以上采用三級或四級（射極輸出極不計，因其A約等于零一般情況下很少采用四級以上，因為這將給施加反饋后的補償工作帶來很大的困難，但反饋只加在兩級之間也是可以的。一般情況下很少采用四級以上，因為這將給施加反饋后的補償工作帶來很大的困難，但反饋只加在兩級之間也是可以的。2.2.4電路的確定（1）輸入級。輸入級采用什么電路主要取決于信號源的特點。如果信號源不允許取較大的電流。則輸入級應具高的輸入電阻，那么以采用射級輸出器為宜。如要求有特別高的輸入電阻（rV4M）,可采用場效應管，并采用自i舉電路或多級串聯(lián)負反饋放大電路，如信號源要求放大電路具有底的輸入電阻，則可采用電壓并聯(lián)反饋放大電路。如果無特殊要求，可選擇共射放大電路。輸入級的放大管的靜態(tài)工作點一般取I1mA,U=（1?2）V。ECE（2）中間級。中間級主要是積累電壓級電流放大倍數(shù)，多采用共射放大B電路,而且采用大的管子。其靜態(tài)工作點一般為I=（1?3）mA,U=（1?5）V。ECE（3）輸出級。輸出級采用什么樣的電路主要決定于負載的要求。如負載電阻較大(幾千歐左右)，而且主要是輸出電壓，則可采用共射電路；反之，如負載為低阻，且在較大范圍內(nèi)變化時，則采用射級輸出器。如果負載需要進行阻抗匹配，可用變壓器輸出。因輸出級的輸出電流都較大，其靜態(tài)工作點的選擇要比中間級高，具體數(shù)值要視輸出電壓和輸出電流的大小而定。第三章計方案及選定方案一采用三個NPN型三級管放大該設計采用電壓串聯(lián)負反饋r第一級采用局部電流負反饋，所需反饋深度為：1+AF二亠riAA/A從放大性能穩(wěn)定度確定反饋深度，1+AF=一一uo^A/Aufuf估算A值根據(jù)指標的要求，計算電路閉環(huán)放大倍數(shù)：A>UoFUi在R 和R不加旁路電容以便引入局部負反饋以穩(wěn)定每一級的放大倍f1 f2數(shù)放大管的選擇：因設計中前兩級放大對管子無特別要求，統(tǒng)一采用了3DG100根據(jù)以上分析確定電路圖輸出到輸入級的反饋是從的射級反饋到的射級組成電壓串聯(lián)負反饋的形式方案二該設計采用集成運算放大器本方案采用差分放大電路原理與集成運算放大結(jié)合在一起形成電壓串聯(lián)負反饋放大電路反饋元件R，起到反饋作用，將集成運算放大器的輸出電壓反饋到TF 2的基級.估算A值根據(jù)指標的要求，計算電路閉環(huán)放大倍數(shù)：AoFvi根據(jù)設計要求確定電路電路元件的各種參數(shù)方案比較在以上兩個方案中比較選擇一個最終確定方案方案二與方案一比較:方案二采用了集成運算放大器，與差分放大電路，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析達到指標要求，但與方案一相比，方案一在實驗室更易實現(xiàn)(集成運算放大器不僅價格貴，在實驗中易損壞)，通過以上比較最終確定采用方案一。第四章多級放大電路設計4.1第一級確定第1級的電路參數(shù)4.1第一級確定第1級的電路參數(shù).電路如圖所示R1C1IJ&1tL_CelC1IJ&1tL_CelRF2"1K"1K為了提高輸入電阻而又不致使放大電路倍數(shù)太底，應取 IE=0.5mA，并選卩1二50，則Tr r\rr=r+(1+p)—二300+(50+1)-6沁2.95k0TOC\o"1-5"\h\zbe1 bb 1I 0.5E1利用同樣的原則，可得P?利用同樣的原則，可得P?R' p1 C1 U1r+(1+p)Rrbe1 1 F1 be1-R'[—p ]C1P1+1Rr E1be1 ，為了獲得高輸

入電阻，而且希望Au1也不太小，并與第2級的阻值一致以減少元件的種類，取Rf1=510,代入Au1=30，可求得RC1二3.3K°，再利用RC1二Rci〃〔2，求出Rc1=15KQo為了計算re1，uei=iv，再利用ie1（Rf1+Re1）=i得出E1E1-R0.5-0.05二1.95KG選Re1為2k0。C1=得出E1E1-R0.5-0.05二1.95KG選Re1為2k0。C1=0.01mA=10uA為了計算Rb1，可先求B1-UBi2.2x1-(1+0.7)由此可得B10.01二51K0B1，所以選51KQo為了確定去耦電阻R1，需要求出Uci=UE2XRF2+UBE2二再利用Uci—Vcc-—+Rci），可求得R]=3.1KQ，取R1為3.3K0。為了減少元器件的種類，C1選用10uF,CE1及CE2選用100uF，均為電解電容。第二級

為了穩(wěn)定放大倍數(shù)，在電路中引入RF2=510,由此可求出這級的電壓放大倍數(shù)Au2因為IE2=1mA,且?2=50，所以“ 、Ur=r+(1+B)tbe2bb 2 /二300+(50+1)二300+(50+1)蘭E2沁1.63K0又由于預先規(guī)定了Au2=40,RF2=51Q,代入Au2d40=公式則得30.6RC2 1+30.6x0.051由此可以解得RC2二3.35k°。在利用RC2二RC2〃RL2代入Rl2=6.6K0則3.35二6.6x3.35二6.6xRC26.6+RC2由此可求6.8k0選UCE2二3V，IC二嘰，則由VCC二?2(RC+RF2+R2))+Je2可得12=1X(6.8+0.051+Re2)+3。由此可以得出RE2=2.15k0,取RE2=2.2k0。

第二級的輸入電阻可以計算如下r=r+(1+0)R =1.63+51x0.051二4.23k0i2 be2 2F2第三級1.計算?由于輸出電壓Uo=1V(有效值)，輸出電流Io=1mA(有效值)，故負載電阻R=Uo=1kQLIo(1)確定RE3及Vcc。在射級輸出器中，一般根據(jù)Re=(1~2)Rl來選擇 RE，取系數(shù)為2,則Re3=2Rl=2KQ，R'=Re3//Ri=667Q.在圖6.44中，取Icmin=1mA,Ucmin=1V,可以求出—LPRL=I+L=2x1—LPRLTOC\o"1-5"\h\zE3 Cmin R' 0.667VCCmin二UCmin+Up+?二1+ + -8^式中，ULP是輸出負載電壓峰值。為了留有余量，取IE3=3.5mA,Vcc=12V;由此可以求出UE3=IE3RE3=3.5x2=7V.(2)確定RB31及RB32。為了計算RB31及RB32，首先要求出UB3及IB3,由圖6.44可知,I 3.5I沁C3= =0.07mAB3 b 50Ub3=UE3+UbE3=7+0.7=7.7V。選用b3=50的管子，則 3選用咕=(5?10)IB3=0.35?0.7mA,為了提高本級輸入電阻，取0.35mA，則得Ub3 7.7Rb31= = =2kQIRb0.35Rb32=(Vcc-Ub)Irb=(12-7.7)/0.35=12.3kQ式中忽略了rbe3的影響。(3)確定C2及C3。由于有三級電容偶合，根據(jù)多級放大器下限截止頻率的計算公式f=Ef2L1+f2L2+f2￡3假設每級下限頻率相同，則各級的下限頻率應為''=—沁15ZHl1.K.3為了留有余地，忽略第二級的輸出電阻(因為標出)，則(3~10)2?(3~10)2?3.14xf'xRL L2二(4.82?16.1)x16-6F二(4.82?16.1)卩F因此，可選用10卩卩電解電容器。同理，忽略射級輸出器的輸出電阻，則C沁(3-10) 二(31.8?106.2)x16-F二(31.8?106.2)卩F3 2x3.14xf'xRL L2因此，可選用100uF電解電容器。第五章整體電路設計及工作原理確定反饋深度從所給的指標來看，設計中需要解決的主要是輸出電阻，輸出電阻及對放大性能穩(wěn)定的要求等三個問題。由于要求輸出電阻較低，故輸入及應采用射級輸出電器，但它的輸出定阻大致為幾十歐至幾百歐，因此需要引入一定程度的電壓負反饋才能達到指標要求。設射級輸出器的輸出電阻為本100Q，則所需反饋深度r1001+AF二f= =10r10of此外，還要考慮輸入電阻和放大性能的穩(wěn)定性對反饋深度的要求，才能最后確定反饋深度的大小。由于放大電路的輸入電阻指標為20KQ，此數(shù)值不是很高，故可采用電壓串聯(lián)負反饋的方式來實現(xiàn)。假定無反饋時，基本放大電路由于放大電路的輸入電阻指標為20KQ，此數(shù)的輸入電阻為r=2.5kQ（第一級可采用局部電流負反饋），ir則所需反饋深度為1+AF二』=8ri最后從放大性能穩(wěn)定度也可以確定出所需反饋深度為1+AF=TOC\o"1-5"\h\zAA A1+AF= uo uoAA Aufuf綜上所述，在設計放大電路時所需反饋深度為10，故取1+AF=10o估算A值根據(jù)指標的要求，放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)應為A三Uo二上二100fU1mVi由此可以求出A±(1+AF)A=10X100=1000f因輸出級采用射級輸出器，其電壓放大倍數(shù)近似為一，故需用兩極共射放大才能達到一千倍。考慮到儀表對放大電路穩(wěn)定性能要求較高，故采用典型的兩極耦合雙管放大單元，放大管的選擇由于VT需要輸出電流的最大值I=、：21=1.4mA,為了不失真，要求TOC\o"1-5"\h\z3 LM LI>21，因此它的射級電流I>2x1.4mA~3mA，故選用小功率管3DG100即E3LM E3可，其參考如下；I=20mA，U、二45V,P二100mACM (BR)CEO CM因前兩極放大對管子無特別要求，為了統(tǒng)一起見，均采用3DG100。根據(jù)以上考慮，初步電路如方案二圖所示。輸出級到輸入級的負反饋是從VT的3射級反饋到VT］的射級，組成電壓串聯(lián)負反饋的形式。第六章多級放大電路的檢測6.1分析多級負反饋放大電路1.電路安裝按圖接線，經(jīng)反復檢查，確認沒有錯誤后，接通直流電源電壓±10V2．開環(huán)測試將A點與P點斷開并與B點相接，使放大電路處于開環(huán)狀態(tài)。將信號發(fā)生器輸出信號調(diào)至1KHZ、30mV左右，然后接入放大電路的輸入端，用示波器觀察輸入電壓uo波形，應為不失真的正弦波。用交流毫伏表分別測出Ui、、Un、Uo1、U°2、Uo、Uf,并記于表中。斷開rl,測出U°t，也記于表中根據(jù)測試結(jié)果，分別求出：AU1=UO1/Ui，Au2=Uo2/Uo1,Au=Uo/Ui，F(xiàn)u=Uf/Uo以及R，Ro。3.閉環(huán)測試將A點與B點斷開并與P點相連，使放大電路處于閉環(huán)狀態(tài)。適當增大輸入信號q幅度，使輸出電壓Uo達到開環(huán)時的數(shù)值，然后分別測出q、un、U。］、uo2、U。、Uf,斷開rl測出uot,并記錄在表格中。核算技術指標確定放大管的靜態(tài)工作點及電路元器件，放大電路的各項技術指標是否能滿足要求，尚需要最后核算。（1） 核算A：U核算射級輸出器的電壓放大倍數(shù)。射級輸出器的電壓放大倍數(shù)可用下式求得A二一(]+03吧 且R'沁R'R//R//(R+R)二2//1//5.1-0.59TOC\o"1-5"\h\zU3 r+(1+P)R' LLE3L F3 F1be3 3Lr二300+(1+0)竺二300+(50+1)蘭二67906800be3 3I 3.5E3因此得A二0.978U3核算第二級電壓放大倍數(shù)第二級放大倍數(shù)用下式求得人 0R' 0Ir//R//R//r]A= 2_C2 =2——B31 B32 亠U2 r+(1+0)R r+(1+0Rbe2 1F2 be2 2)F2式中，r 二r+(1+0 )R'二0.68+(1+50)x0.59 -30.7K0,r 二1.63K0，因此可i3 be3 3L be2得A二39.1U2核算第一級電壓放大倍數(shù)第一級電壓放大倍數(shù)用下式求得式中人 PR pIr //R//r]式中TOC\o"1-5"\h\zA= 2―L = 1——C2 B31 -U1 r+(1+p)Rr+(1+P)R'be1 2F2 be1 1F1R'=R//R沁510,r=2.96KG,r=4.23KG，因此可得A=29.7F1 F1 F3 be1 i2 U1因此可以求出A=AAA=1136>1000U U1U2U3這說明放大電路元器件的選擇是合適的。核算輸出電阻。放大電路開環(huán)時的輸出電阻為r+(R //R//R)r=R//be3 C2 B32 B3+//R=810oE3 1+P F33故得r0f=需=81=8-10因此可滿足要求。核算輸入電阻。放大電路開環(huán)時的輸入電阻為r=R//r，式中，i B1i1r=r+(1+p)x(R//R)=2.96+(1+50)x0.051=5.56K0,由此可求出閉環(huán)TOC\o"1-5"\h\zi1be1 1 F1 F3時的輸入電阻為r=r(1+AF)=5.55x10