負反饋放大電路課程設(shè)計

1、摘要 電子技術(shù)是一門實踐性很強的課程，加強工程訓(xùn)練，特別是技能的培養(yǎng)， 對于培養(yǎng)工程人員的素質(zhì)和能力具有十分重要的作用。在電子信息類本科教學(xué) 中，電子技術(shù)課程設(shè)計是一個重要的實踐環(huán)節(jié)，它包括選擇課題、電子電路設(shè) 計、組裝、調(diào)試和編寫總結(jié)報告等實踐內(nèi)容。負反饋在電子線路中有著非常廣 泛的應(yīng)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。負反饋放大電路是由基本 放大電路和負反饋網(wǎng)絡(luò)組成。由電阻、電容、二極管、三極管等分立元件構(gòu)成 共基極、共發(fā)射極、公集電極等基本放大電

2、路。將輸出信號的一部分或全部引 回到輸入端并使輸入信號減小的某種電路稱為負反饋網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過布線、焊接、 調(diào)試等工作后負反饋放大電路成形。通過負反饋放大電路課程設(shè)計可實現(xiàn)讓學(xué) 生初步掌握電子線路的試驗、設(shè)計方法和課程設(shè)計為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計打好基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： 三極管放大級電路輸出級電路負反饋網(wǎng)絡(luò) 目錄 第第 1 1 章章 技術(shù)指標技術(shù)指標.1 1 1.1 設(shè)計任務(wù)與要求 .1 1.1.1 設(shè)計內(nèi)容.1 1.1.2 設(shè)計要求.1 第第 2 2 章章 原理設(shè)計與框圖原理設(shè)計與框圖.2 2 21 負反饋放大電路的基本框圖 .2 2.2 反饋網(wǎng)絡(luò)選擇的一般原則 .2 2.3 放大管選擇的一般原則 .

3、3 2.4 級數(shù)選擇的一般原則 .3 第第 3 3 章章 設(shè)計方案及選定設(shè)計方案及選定.3 3 3.1 方案一 .3 32 方案二 .4 33 方案三 .4 3.4 電路的選擇 .5 3.4.1 輸入級選擇的一般原則.5 3.4.2 中間級選擇的一般原則.5 3.4.3 輸出級選擇的一般原則.5 35 方案選定及總框圖 .5 第第 4 4 章章 單元電路的設(shè)計與參數(shù)計算單元電路的設(shè)計與參數(shù)計算.6 6 4.1 雙管放大單元電路的計算 .6 4.1.1 確定第一級的電路參數(shù).6 4.1.2 確定第二級的電路參數(shù).7 4.2 輸出級的計算 .8 4.2.1 確定 3E R及 Vcc.8 4.2.2

4、 確定 31B R及 32B R.9 4.2.3 確定 2 C及 3 C.9 4.3 反饋元器件的計算及 FF3 CR.10 第第 5 5 章章 核算技術(shù)指標核算技術(shù)指標.1010 51 核算 .10 5.1.1 核算射級術(shù)出器的電壓放大倍數(shù).10 512 核算第二級電壓放大倍數(shù).11 513 核算第一級電壓放大倍數(shù).11 52 核算輸出電阻 .11 53 核算輸入電阻 .11 第第 6 6 章章 元器件選擇元器件選擇( (清單清單) ).1212 第第 7 7 章章 總結(jié)與體會總結(jié)與體會.1313 附錄附錄 一一.1515 附錄附錄 二二.1616 附錄附錄 三三.1717 第 1 章 技術(shù)

5、指標 1.1 設(shè)計任務(wù)與要求 1.1.1 設(shè)計內(nèi)容 用分立元件設(shè)計一個交流放大電路，用于指示儀表中放大。 1.1.2 設(shè)計要求 1、工作頻率：f=30HZ30K HZ。 2、信號源：Ui=10mV（有效值） ，內(nèi)阻 RS=50。 3、輸出要求：UO1V（有效值） ，輸出電阻小 于 10，輸出電流 IO1mA（有效值） 。 4、輸入要求：輸入電阻大于 20K。 5、工作穩(wěn)定性：當電路元件改變時，若%10 Au Au ，則。%1 Auf Auf 第 2 章 原理設(shè)計與框圖 21 負反饋放大電路的基本框圖 2.2 反饋網(wǎng)絡(luò)選擇的一般原則 采用什么反饋方式，主要負載的要求及信號源內(nèi)阻的情況來考慮。在負

6、載變化 的情況下，要求放大電路定壓輸出時就需要采用電壓反饋；在負載變化的情況 下，要求放大電路恒流輸出時，就要求采用 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 入電阻的要求而定。當要求放大電路具有高的輸入電阻時，宜采用串聯(lián)反饋； 當要求放大電路具有低的輸入電阻時，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（即阻抗變換）時，宜采用射級輸出器。 反饋深度主要根據(jù)放大的用途及指標而定。 對音頻放大電路，主要是用負反饋減小非線性失真，設(shè)計時一般取 1+AF=10 左右。 對測量儀表中使用的放大電路，要求放大倍數(shù)要有較高的穩(wěn)定度，而采 用負反饋的目的主要是提高放大倍數(shù)

7、的穩(wěn)定度，因此根據(jù)不同的要求可取 1+AF 幾十至幾百。 對高放大倍數(shù)寬頻帶放大電路，采用負反饋的目的主要是展寬頻帶，這 是采用多級放大加深反饋容易產(chǎn)生自激，且在幅頻特性的高、低頻段宜產(chǎn)生凸 起的現(xiàn)象。 2.3 放大管選擇的一般原則 如果放大電路的級數(shù)多，而輸入信號很弱時（微伏級） ，必須考慮輸入級 放大管的噪聲所產(chǎn)生的影響，為此前置放大級應(yīng)選用低噪聲的管子。當要求放 大電路的頻帶很寬時，應(yīng)選用截止頻率較高的管子。從集電極損的角度出發(fā)， T f 由于前幾級放大的輸出小，可選用小的管子，其靜態(tài)工作點也要選得低一 CM P 些（?。?，這樣可以減小噪聲；但對輸出級而言，因其輸出電壓和輸出電流 E

8、I 都較大，故選用大的管子。 CM P 2.4 級數(shù)選擇的一般原則 放大電路的級數(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(shè)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) AF 及反饋深度 1+AF，然后確定所需的 AF。 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，幾百至千倍左右采用兩級或三級，千倍以上采用三級 或四級（射極輸出器不計，因其 A 約為 1） 。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，但如反饋只加在每兩級之間 也是可以的。 第 3 章 設(shè)計方案

9、及選定 3.1 方案一 方案一為一三級負反饋放大電路，信號從輸入級經(jīng)電容耦合后由第一個共 發(fā)射極的三極管放大，并從集電極輸出，經(jīng)電容耦合后作為下一級的輸入信號。 第二級放大電路同樣也是從集電極輸出信號，同時形成電流并聯(lián)負反饋作用與 第一級放大電路的輸入端。從第二級放大電路輸出的信號經(jīng)電容耦合后輸入第 三級共集電極的放大電路，放大后從發(fā)射極經(jīng)電容耦合后輸出。同時形成電流 串聯(lián)負反饋。因為基極與集電極，基極與發(fā)射間有電阻所以該電路的優(yōu)點是各 級放大電路的靜態(tài)工作點相互獨立，能很好的穩(wěn)定電路且輸入電阻大，放大倍 數(shù)高。缺點是不能放大變化緩慢的信號，輸出電阻很可能達不到要求。 32 方案二 如圖（附錄

10、 1）所示也是一個三級放大電路，信號從輸入級經(jīng)電容耦合與 一級放大電路的基極相連，放大后從集電極輸出直接和下一級放大電路的基極 相連。發(fā)射極的電阻和旁路電容保證了電路對交直流的反饋，集電極的電阻提 供合適的靜態(tài)工作點。信號經(jīng)二級放大電路放大后由集電極輸出經(jīng)電容耦合后 與下一級電路相連。同時電阻與上級電路形成電流并聯(lián)負反饋，穩(wěn)定該 1B R 2C R 級電路的靜態(tài)工作點。第三級為共集電極放大電路，所以信號由發(fā)射極輸出經(jīng) 電容耦合作用與負載。同時 與第一級放大電路形成電壓串聯(lián)負反饋使整個 3F R 電路穩(wěn)定。該電路的優(yōu)點在于使個級放大電路穩(wěn)定，輸入電阻大，輸出電阻小， 放大倍數(shù)高，能放大變化很小的

11、信號，結(jié)構(gòu)簡單易懂符合各項指標要求。缺點 在于一二級放大電路的靜態(tài)工作點不能相互獨立。 33 方案三 方案三為一個兩級放大電路,信號經(jīng)電容耦合后與共發(fā)射極的三級管基極 相連,放大后由集電極輸出直接與下一級放大電路的基極相連，屬于直接耦合。 同時發(fā)射極的電阻起反饋作用，影響輸入信號，加旁路電容是為了既要滿足交 流反饋，也要滿足直流反饋。經(jīng)第二級共集電極放大電路放大的信號從集電極 經(jīng)電容耦合后加在負載電阻上。電阻連接了輸入與輸出形成電壓串聯(lián)負反饋。 該電路的優(yōu)點是元件使用少，反饋效果明顯，缺點是各靜態(tài)工作點不能相互獨 立，不能保證輸出穩(wěn)定。 3.4 電路的選擇 根據(jù)不同的要求，放大電路中各級所選用

12、的電路也是不同的。 3.4.1 輸入級選擇的一般原則 輸入級采用什么電路主要取決于信號源的特點。如果信號源不允許較大的 電流，則輸入級應(yīng)具有較高的輸入電阻，那么應(yīng)采用射及輸出器為宜。如要求 有特別高的輸入電阻（1M）,可以采用場效應(yīng)管，并采用自舉電路或多級串 i r 聯(lián)負反饋放大電路。如信號源要求放大電路具有低的輸入電阻，則可用電壓并 聯(lián)反饋放大電路。如果無特殊要求，可選用一般的共射放大電路。 輸入級放大管的靜態(tài)工作點一般取1mA,UCE=(12)V. E I 3.4.2 中間級選擇的一般原則 中間級主要是積累電壓及電流放大倍數(shù)，多采用共射放大電路，而且選用 大的管子。其靜態(tài)工作點一般為=（1

13、3）mA, U=(25)V. E I CE 3.4.3 輸出級選擇的一般原則 輸出級采用什么電路主要決定于負載的要求。如負載電阻較大（幾個千歐 左右） ，而且主要是輸出電壓，則可用共射放大電路；反之，如負載為低阻，且 在較大范圍內(nèi)變化時，則用射極輸出器。如果負載需要進行阻抗匹配，則用變 壓器輸出。 因輸出級的輸出電壓和輸入電流都較大，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。 35 方案選定及總框圖 綜上所述：各種元器件構(gòu)成的負反饋放大電路都有自己的優(yōu)點，但是僅某 個單元電路性能優(yōu)越，并不代表整個電路就是最好的。我們應(yīng)總觀全局，考慮 到?jīng)]每個單元的性能指標擇優(yōu)

14、選擇。最后經(jīng)過我的反復(fù)論證，覺得第二種方案 能更好的達到各性能指標，并且線路簡單適用，所以我選擇了第二種方案。 第 4 章 單元電路的設(shè)計與參數(shù)計算 4.1 雙管放大單元電路的計算 4.1.1 確定第一級的電路參數(shù) 電路如圖 4.1.1 所示為了提高輸入電阻而又不致使放大倍數(shù)太低，應(yīng)取 0 5mA， E1 I 圖 4.1.1 并選=50，則=+（1+）=300+（50+1） 1 be1 r be1 r 1 E1 T I U 50 26 95K2 利用同樣的原則，可得 c1 be1 1 F11be1 c1 1 u1 R rR)1 (r R A F1 be1 1 R r 1 1 為了獲得高輸入電阻

15、，而且希望也不要太小，并與第二級的阻值一致以 u1 A 減少元器件的種類，取，代入，可求得，再 51RF130Au13K3Rc1 利用，求出。為了計算，選，則有 i2c1 c1 r/RR15KRc1 E1 R1VUE1 RE2 Rc1 RB1RE1 R1 Rc2 RF1 RF2 C1 CE3 C4 CE2 VT1VT2 +12v 得出K1)RR(I E1F1E1 951050 50 1 R I 1 R F1 E1 E1 選。為了計算，可先求出 2KRE1 B1 RA1001mA0 50 50I I 1 c1 B1 由此可得 K51 010 701122 I UU R B1 B1E2 B1 ）（

16、 選 51K 。為了確定去耦電阻，需先求出 1 R 再利用95V2URIUU BE2F2E2RE2c1 ，取為。），可求得（ c111ccc1 RRIVU1K3R1 1 R3K3 為了減少元器件的種類，選用 10，均為電解電 1 CFF100CC E2E1 選用及 容。有下限頻率可以驗證，。 L F11B1 1L R/R C 1 2 E1be2 F2 E2L Rr R C 1 4.1.2 確定第二級的電路參數(shù) 為了穩(wěn)定放大倍數(shù)，在電路中引入如圖 4.1.2 所示，一般取幾十歐至幾百,RF2 歐。 由于希望這一級的電壓放大倍數(shù)大些，故取較小的=51，由此可求出這級 F2 R 的 電壓放大為 圖

17、4.1.2 = u2 A 22 C2 *2 )1 ( R Fbe Rr ， F2 be2 2 C2 be2 2 F2 be2 2 C2 be 2 R r 1 1 R r R r 1 1 1 r R 選=1mA，=50，則 E2 I 2 63K . 1 I 26 ) 150(300 I U 1rr E2E2 T 2 bb2 be2 又由于預(yù)先規(guī)定了 051 . 0 6 . 301 6R.30 40 A,51R,40A C2 u2F2u2 的公式則得代入 由此可以解得3.35K。再利用=代入=6.6K， C2 R C2 R C2 R L2 R L2 R 則 3.35=選=3V，=1mA,則由 Vc

18、c=可 C2 C2 R6 . 6 R6 . 6 CE2 U C2 I CE2E2F2C2C2 URRRI 得3)R051. 08 . 6(112 E2 由此可以得出。取2K. 2R,15K . 2 R E2E2 第二級的輸入電阻可以計算如下 23K. 4051 . 0 5163. 1R1rr F22be2i2 4.2 輸出級的計算 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 UO/IO=1K L R 4.2.1確定及 Vcc 3E R 在射級輸出器中，一般根據(jù)來選擇，取系數(shù)為 2，則 LE RR)21 ( E R ， =667。在圖 4.1 中，取2

19、, 2 3 LE RR/ 3LEL RRR =1mA，=1v，可以求出=+（/)=1+(1)= minC I minC U 3E I minC I LP U L R 667 . 0 2 3.12mA =+ += 1+1.4+3.12 2=8.64V 式中，ULP 是輸出負 minCC V minC U LP U 3E R 3E I 載的電壓峰值。為了留有余量，取=3.5mA,Vcc=12v；由此可以求出 3E I =3.52 =7V. 333EEE IRU 4.2.2 確定及 31B R 32B R 為了計算及，首先要求出及，由圖 4.2 可知， 31B R 32B R 3B U 3B I =

20、7+0.7=7.7V。選用=50 的管子，則=0.07mA=70 3B U 33BEE UU 3 333 CB II A， 圖 4.2 選用=（510）=0.350.7mA,為了提高本級輸入電阻，取 0.35mA，則得 RB I 3B I =/=7.7/0.35=2K=（-）/=(12-7.7)/0.35=12.3K 31B R 3B U RB I 32B R CC V 3B U RB I 取=13K，由此可以求出輸出級對第二級的等效負載電阻約為 RL2 = = 32B R 3i r (1+) =1322(51 0.67)6.6K 式中忽略了的影響。 32B R 31B R 3 L R 3be

21、 r 4.2.3 確定及 2 C 3 C 由于有三級電容耦合，根據(jù)多級放大器下限截止頻率的計算公式 fL =1.1 fff 2 L3 2 L2 2 L1 假設(shè)每級下限頻率相同，則各級的下限頻率應(yīng)為 =Hz 為了留有余地， 忽略第二級的輸出電阻（因尚未標出） ，則 f L 31 . 1 fL 15 （310）（31.8106.2）（4.8216.1） 2 C L2 L R2 1 f 6 10F 因此，可選用 10電解電容器。F 同理，忽略射極輸出器的輸出電阻，則 （310）（31.8106.2）（31.8106.2） 3 C L2 L R2 1 f 6 10F 因此，可選用 100的電解電容器。

22、F 4.3 反饋元器件的計算及 FF3 CR 由于，又已知 A=1000，則 F=。再利用可求出10AF1 0 0 90 F3F1 F1 RR R F 。1K5,5K5RF3選 電容器，可以驗證。F10C4選用 1 4L R C 1 第 5 章 核算技術(shù)指標 確定放大管的靜態(tài)工作點及電路元件后，放大電路的各項技術(shù)指標是否能 滿足要求，尚需進行最后核算。 51 核算 5.1.1 核算射級術(shù)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 = = 3u A9730 1 ( )1 ( 33 3 L be L Rr R 512 核算第二級電壓放大倍數(shù) 第二級電壓放大倍數(shù)用下式求得 139 )1

23、 ( / )1 ( 222 3323122 222 2 2 2 Fbe iBBc Fbe c u Rr rRRR Rr R A 513 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 129 )1 ( )/( )1 (1 11 211 111 1 1 F be ic Fbe L u Rr rR Rr R A 因此可以求出10001136 321 uuuu AAAA 這說明放大電路元件的選擇是合適的。 52 核算輸出電阻 放大電路開路時的輸出電阻為 81 o r 故得 因此滿足要求 18 1AF r r o of 53 核算輸入電阻 閉環(huán)時的輸入電阻為Kri555 而總輸入電阻，可滿足要求。

24、KKRrr Biif 20626/ 1 第 6 章 元器件選擇(清單) 所用元器件如下表所示。 序號器件名稱數(shù)量備注 1 電阻 1 K33 2 電阻 3 K51 3 電阻 2K2 4 電阻 1 K22 5 電阻 1 K15 6 電阻 1 K86 7 電阻 1 K22 8 電阻 1 K13 9 電阻 1 K1 10 電阻 1 K15 11 電容 4 有極性電解電容F10 12 電容 3 有極性電解電容F100 13 3DG100 三極 管 3 功率小，不失真 第 7 章 總結(jié)與體會 經(jīng)過這段時間的艱苦奮斗，我的課程設(shè)計終于完結(jié)了。我在這次課程設(shè) 計中可以說是受益匪淺，不僅將書本上的理論知識進行了深入理解，同時也明