杜潔模電課程設計負反饋放大電路

1、電子工程系課程設計電子工程系課程設計專業(yè)名稱專業(yè)名稱： G11G11 電子信息工程技術(shù)電子信息工程技術(shù) 2 2 班班 課程名稱課程名稱： 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 課題名稱課題名稱： 負反饋放大電路的設計負反饋放大電路的設計 設計人員設計人員： 杜杜 潔潔 指導教師指導教師： 肖肖 正正 洪洪 2012 年 6 月 8 號1負反饋放大電路設計任務書一、 課題名稱：負反饋放大電路的課程設計二、 技術(shù)指標： 1、 工作頻率：f=30Hz30kHz 2、信號源：Ui=10mV（有效值） ，內(nèi)阻 RS=50。U 3、輸出要求：UO1V（有效值） ，輸出電阻小于 10，輸出電流 IO 1mA（有效值）

2、。 4、輸入要求：輸入電阻大于 20K。 5、工作穩(wěn)定性：當電路元器件改變時，若Au/Au=10，則Auf1。 三、要求： 1、根據(jù)技術(shù)指標要求及實驗室條件自選方案設計出原理電路圖，分析工作原理，計算元件參數(shù)。 2、列出所用元、器件清單報實驗室備件。 3、設計并制作負反饋放大電路 4、安裝調(diào)試所設計的電路，使之達到設計要求。 5、 記錄實驗結(jié)果。 指導教師：肖正洪學 生：杜 潔 電子工程系 G11 電子信息工程技術(shù) 2班22012 年 6 月 8 日課程設計報告書評閱頁課程名稱：負反饋放大電路設計班 級：G11 電子信息工程技術(shù) 2 班姓 名：杜潔 2012 年 6 月 8 日指導教師評語：考

3、核成績; 指導教師簽名：32012 年 月 日內(nèi)容摘要內(nèi)容摘要 反饋放大電路的設計一般是根據(jù)技術(shù)指標的要求來確定放大電路的結(jié)構(gòu)、級數(shù)、電路元器件的參數(shù)及型號，然后通過實驗調(diào)試來實現(xiàn)的。負反饋放大電路能夠有效的改善放大電路的性能，掌握反饋放大電路反饋組態(tài)的判斷方法，可以了解放大電路的性能特點，提高分析問題、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、減少非線性失真、擴展通頻帶等，所以在實用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

4、師對負反饋的概念、反饋的類型等都做了全面的分析。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。反饋主要有正負之分，在放大電路中主要引入負反饋。關鍵詞：負反饋 三極管 放大倍數(shù) 通頻帶 負載4目目 錄錄負反饋放大電路設計負反饋放大電路設計.2第一章 設計任務與要求.2第二章 設計原理框圖.22.1框圖及基本公式.22.2 負反饋放大電路設計的一般原則.32.2.1 反饋方式的選擇.32.2.2 放大管的選擇.42.2.3 級數(shù)的選擇.42.2.4 電路的確定.4第三章 計方案及選定.5方案一方案一.5方案二方案二.6第四章 多級放大電路設計.74.1 第一級.74.2 第二級.

5、94.3 第三級.10第五章 整體電路設計及工作原理.115.1 確定反饋深度.115.2 估算 A 值.125.3 放大管的選擇.12第六章 多級放大電路的檢測.136.1 分析多級負反饋放大電路.136.2 核算技術(shù)指標.13第七章第七章 元器件清單元器件清單.15附附 錄錄.16附圖一.16附圖二.17附圖三.18第八章第八章 心得體會心得體會.19第九章第九章 參考文獻參考文獻.20課程設計報告書評閱頁課程設計報告書評閱頁.215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：i10mV（有效值） ，內(nèi)阻

6、 Rs=50。（2） 輸出要求：U01V（有效值） ，輸出電阻小于 10，輸出電流I01mA(有效值)。（3） 輸入要求:輸入電阻大于 20K。（4） 工作穩(wěn)定性:當電路元器件改變時，若 Au/Au=10%,則 Auf1%。第二章 設計原理框圖2.1 框圖及基本公式6圖中 X 表示電壓或電流信號；箭頭表示信號傳輸?shù)姆较?；符號表示輸入求和?、表示輸入信號 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 （1）基本放大電路的增益（開環(huán)增益）為 （2）反饋系數(shù)為 （3）負反饋放大電路的增益（閉環(huán)增益）為 （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

7、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。72.2.2 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

8、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 p小的管子，其靜態(tài)工作點要選得底一cm些（I I 小） ，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E較大，故 p 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(shù)指標確定出它的閉環(huán)放大倍數(shù) A A 及反饋深度 1+AF1+AF，然后確定所需的 A 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

9、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（r 4M） ，可采用場效應管，并i采用自舉電路或多級串聯(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，

10、可選擇共射放大電路。8輸入級的放大管的靜態(tài)工作點一般取 I I1mA1mA，U U= =（1 12 2）V 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 電路，而且采用大的管子。其靜態(tài)工作點一般為 I I = =（1 13 3）mA,mA, U U= =（1 15 5）V 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

11、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方案一采用三個 NPN 型三級管放大(1)該設計采用電壓串聯(lián)負反饋(2)第一級采用局部電流負反饋，所需反饋深度為：1+AF=iifrr從放大性能穩(wěn)定度確定反饋深度，ufufuouoAAAAAF/1估算 A 值根據(jù)指標的要求，計算電路閉環(huán)放大倍數(shù)：ioFUUA (3)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1f2f數(shù)9（4）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（5）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方案二該

12、設計采用集成運算放大器(1)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(2)反饋元件，起到反饋作用，將集成運算放大器的輸出電壓反饋到FR102T的基級.(3)估算 A 值根據(jù)指標的要求，計算電路閉環(huán)放大倍數(shù)：ioFvvA (4)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。第四章第四章 多級放大電路設計4.1

13、 第一級確定第 1 級的電路參數(shù).電路如圖所示。11為了提高輸入電阻而又不致使放大電路倍數(shù)太底，應取 IE1=0.5mA，并選，則501kIUrrETbbbe95. 25 . 026) 150(300)1 (111利用同樣的原則，可得，為了獲得高輸11)1 (111111111111EbeCbeFbeCURrRrRrRA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=51,代入 Au1=30,可求得 ,再利用，求出 RC1=15K。KRC3 . 31211/iCCrRR 為了計算 RE1，UEI=1V，再利用 IE1（RF1+RE1）=1得出選 RE1為

14、 2k。KRIRFEE95. 105. 05 . 011111 為了計算 RB1，可先求uAmAIICB1001. 011112 由此可得，所以選 51K。KIUURBBEB5101. 0)7 . 01 (12 . 21121 為了確定去耦電阻 R1，需要求出再利用VURUUBEFEC95. 22221，可求得 R1=3.1K，取 R1為 3.3K。)(1111CCCCCRRIVU 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。4.2 第二級1 確定第二級的電路參數(shù)。電路圖如圖所示為了穩(wěn)定放大倍數(shù)，在電路中引入 RF2=51,由此可求出這級的電壓放

15、大倍數(shù) Au2因為 IE2=1mA,且，所以50213KIIUrrEETbbbe63. 126) 150(300)1 (22222又由于預先規(guī)定了 Au2=40,RF2=51,代入 Au2d 公式則得051. 06 .3016 .30402CR由此可以解得。在利用代入 RL2=6.6K 則kRC35. 32222/LCCRRR由此可求。 226 . 66 . 635. 3CCRRkRC8 . 62選，則由可得mAIVUCCE1,322)222)(CEEFCCCCURRRIV。由此可以得出 RE2=2.15k,取 RE2=2.2k。3)051. 08 . 6(1122ER 第二級的輸入電阻可以計

16、算如下kRrrFbei23. 4051. 05163. 1)1 (22224.3 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kIoUoRL1(1) 確定 RE3及 Vcc。在射級輸出器中，一般根據(jù) RE=(12)RL來選擇 RE，取系數(shù)為 2，則 RE3=2RL=2,RL=RE3RL=667.在圖 6.44 中，取 Icmin=1mA,Ucmin=1V,可以求出mARUIILLpCE12. 3667. 012min3式中，ULP 是輸出負載電壓VRIUUVELPCCC64. 8212. 34 . 1133minmin峰值。為了留有余量，取

17、IE3=3.5mA,VCC=12V;由此可以求出 UE3=IE3RE3=3.52=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，UB3=UE3+UBE3=7+0.7=7.7V。選用 b3=50 的管子，則mAbIICB07. 0505 . 3333選用 IRB=(510) IB3=0.350.7mA,為了提高本級輸入電阻，取 0.35mA ，則得14 kIRbUbRb235. 07 . 7331kIrbUbVccRb3 .1235. 0/ )7 . 712(/ )(32式中忽略了 rbe3的影響。（3）確定 C2 及

18、 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3222121 . 1LLLffff假設每級下限頻率相同，則各級的下限頻率應為1531 . 1lLff為了留有余地，忽略第二級的輸出電阻（因為標出） ，則FFRfCLL) 1 .1682. 4(16) 1 .1682. 4(14. 321)103(622因此，可選用 10電解電容器。F同理，忽略射級輸出器的輸出電阻，則FFRfCLL)2 .1068 .31(16)2 .1068 .31(14. 321)103(623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5.1 確定反饋深度從所給的指標來看，設計中需要

19、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 100，則所需反饋深度為1+AF=10oforr10100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15后確定反饋深度的大小。由于放大電路的輸入電阻指標為 20K,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 20K，此數(shù)的輸入電阻為 r =2.5k（第一級可采用局部電流負反饋）i，則所

20、需反饋深度為 1+AF1+AF=8iifrr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+AF1+AF=10110ufufuouoAAAA 綜上所述，在設計放大電路時所需反饋深度為 10，故取 1+AF=101+AF=10。5.2 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 f10011mVVUUio由此可以求出 A（1+AF）A =10100=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?？紤]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，5.3 放大管的選擇由于 VT 需要輸出電流的最大值，為了不失真，要求

21、3mAIILLM4 . 12，因此它的射級電流3mA，故選用小功率管 3DG100LMEII23mAIE4 . 123即可，其參考如下； mAPVUmAICMCEOBRCM100,45,20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 VT16的射級反饋到 VT 的射級，組成電壓串聯(lián)負反饋的形式。 31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

22、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、Uo2、Uo、Uf，并記于表中。斷開 RL，測出 Uot，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 Ui幅度，使輸出電壓 Uo達到開環(huán)時的數(shù)值，然后分別測出Ui、Un、Uo1、Uo2、Uo、Uf，斷開 RL測出 Uot，并記錄在表格中。 6.2 核算技

23、術(shù)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(shù)指標是否能滿足要求，尚需要最后核算。（1） 核算：UA 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 1且3333)1 ()1 (LbeLURrRA59. 01 . 5/1/2)/(/133FFLELLRRRRRR6806795 . 326) 150(30026)1 (300333EbeIr17因此得978. 03UA核算第二級電壓放大倍數(shù) 2第二級放大倍數(shù)用下式求得2)2233231222122221 (/)1 (FbeiBBCFbeCURrrRRRRrRA式中，因此可KrKRrrbeLbei63. 1,7 .

24、3059. 0)501 (68. 0)1 (2333得1 .392UA核算第一級電壓放大倍數(shù) 3第一級電壓放大倍數(shù)用下式求得，式中，1112312122121)1 (/)1 (FbeiBCFbeLURrrRRRrRA，因此可得KrKrRRRibeFFF23. 4,96. 2,51/213117 .291UA因此可以求出10001136321UUUUAAAA這說明放大電路元器件的選擇是合適的。（2）核算輸出電阻。放大電路開環(huán)時的輸出電阻為81/1)/(/333132233FBBCbeEoRRRRrRr故得1 . 8108110AFrrof因此可滿足要求。（3）核算輸入電阻。放大電路開環(huán)時的輸入電阻為，式中，11/iBirRr 由此可求出閉環(huán),56. 5051. 0)501 (96. 2)/()1 (31111KRRrrFFbei時的輸入電阻為KAFrrifi5 .551055. 5)1 (11因此總輸入電阻為，可以滿足要求。KKRrrBfiif206 .2651/5 .55/11（4）核算放大電路是否穩(wěn)定，可以判定本例電路不會產(chǎn)生振蕩以上是用分立元器件構(gòu)成的負反饋放大電路，當上限截止頻率不高時分（一般幾百千赫以下） ，18總結(jié):經(jīng)過以上分析,方案一符合