模電課程設計負反饋放大電路

PAGE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、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，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。

目錄第一章設計任務與要求 0第二章設計原理框圖 12.1框圖及基本公式 12.2負反饋放大電路設計的一般原則 22.2.1反饋方式的選擇 22.2.2放大管的選擇 22.2.3級數的選擇 22.2.4電路的確定 3第三章計方案及選定 4第四章多級放大電路設計 64.1第一級 64.2第二級 74.3第三級 9第五章整體電路設計及工作原理 105.1確定反饋深度 105.2估算A值 115.3放大管的選擇 11第六章多級放大電路的檢測 116.1分析多級負反饋放大電路 116.2核算技術指標 12第七章元器件清單 14第八章心得體會 15第九章參考文獻 16附錄 17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：信號源：Ｕi≥10mV（有效值），內阻Rs=50Ω。輸出要求：U0≥1V（有效值），輸出電阻小于10Ω，輸出電流I0≤1mA(有效值)。輸入要求:輸入電阻大于20KΩ。工作穩(wěn)定性:當電路元器件改變時，若ΔAu/Au=10%,則ΔAuf<1%。第二章設計原理框圖2.1框圖及基本公式圖中X表示電壓或電流信號；箭頭表示信號傳輸的方向；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還是并聯方式，主要根據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，宜采用串聯反饋：當要求放大電路具有底的輸入電阻是，宜采用并聯反饋。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（I?。?，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。2.2.3級數的選擇放大電路級數可根據無反饋時的放大倍數而定，而此放大倍數又要根據所要求的閉環(huán)放大倍數和反饋深度而定，因此設計時首先要根據技術指標確定出它的閉環(huán)放大倍數A及反饋深度1+AF，然后確定所需的A。確定了A的數值，放大電路的級數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，并采用自舉電路或多級串聯負反饋放大電路，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。（2）中間級。中間級主要是積累電壓級電流放大倍數，多采用共射放大β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。（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(1)該設計采用電壓串聯負反饋(2)第一級采用局部電流負反饋，所需反饋深度為：1+AF=從放大性能穩(wěn)定度確定反饋深度，估算A值根據指標的要求，計算電路閉環(huán)放大倍數：(3)在R和R不加旁路電容以便引入局部負反饋以穩(wěn)定每一級的放大倍數（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合在一起形成電壓串聯負反饋放大電路反饋元件，起到反饋作用，將集成運算放大器的輸出電壓反饋到的基級.估算A值根據指標的要求，計算電路閉環(huán)放大倍數：根據設計要求確定電路電路元件的各種參數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,經過數據分析達到指標要求,但與方案一相比,方案一在實驗室更易實現(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.電路如圖所示。為了提高輸入電阻而又不致使放大電路倍數太底，應取IE1=0.5mA，并選，則利用同樣的原則，可得，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=51?,代入Au1=30,可求得,再利用，求出RC1=15K?。為了計算RE1，UEI=1V，再利用IE1（RF1+RE1）=1得出選RE1為2k?。為了計算RB1，可先求由此可得，所以選51K?。為了確定去耦電阻R1，需要求出再利用，可求得R1=3.1K?，取R1為3.3K?。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。電路圖如圖所示為了穩(wěn)定放大倍數，在電路中引入RF2=51?,由此可求出這級的電壓放大倍數Au2因為IE2=1mA,且，所以又由于預先規(guī)定了Au2=40,RF2=51?,代入Au2d公式則得由此可以解得。在利用代入RL2=6.6K?則由此可求。選，則由可得。由此可以得出RE2=2.15k?,取RE2=2.2k?。第二級的輸入電阻可以計算如下4.3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),故負載電阻確定RE3及Vcc。在射級輸出器中，一般根據RE=(1~2)RL來選擇RE，取系數為2，則RE3=2RL=2ＫΩ,R’L=RE3∥RL=667Ω.在圖6.44中，取Icmin=1mA,Ucmin=1V,可以求出式中，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，UB3=UE3+UBE3=7+0.7=7.7V。選用b3=50的管子，則選用IRB=(5~10)IB3=0.35~0.7mA,為了提高本級輸入電阻，取0.35mA，則得式中忽略了rbe3的影響。（3）確定C2及C3。由于有三級電容偶合，根據多級放大器下限截止頻率的計算公式假設每級下限頻率相同，則各級的下限頻率應為為了留有余地，忽略第二級的輸出電阻（因為標出），則因此，可選用10電解電容器。同理，忽略射級輸出器的輸出電阻，則因此，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===10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20K,此數值不是很高，故可采用電壓串聯負反饋的方式來實現。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?，此數的輸入電阻為r=2.5k?（第一級可采用局部電流負反饋），則所需反饋深度為1+AF==8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=綜上所述，在設計放大電路時所需反饋深度為10，故取1+AF=10。5.2估算A值根據指標的要求，放大電路的閉環(huán)放大倍數應為A≥由此可以求出A≥（1+AF）A=10×100=1000因輸出級采用射級輸出器，其電壓放大倍數近似為一，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，因此它的射級電流≈3mA，故選用小功率管3DG100即可，其參考如下；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的射級反饋到VT的射級，組成電壓串聯負反饋的形式。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，也記于表中根據測試結果，分別求出：AU1=Uo1/Ui，Au2=Uo2/Uo1，Au=Uo/Ui，Fu=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：eq\o\ac(○,1)核算射級輸出器的電壓放大倍數。射級輸出器的電壓放大倍數可用下式求得且因此得eq\o\ac(○,2)核算第二級電壓放大倍數第二級放大倍數用下式求得式中，，因此可得eq\o\ac(○,3)核算第一級電壓放大倍數第一級電壓放大倍數用下式求得，式中，，因此可得因此可以求出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)時的輸出電阻為故得因此可滿足要求。（3）核算輸入電阻。放大電路開環(huán)時的輸入電阻為，式中，由此可求出閉環(huán)時的輸入電阻為因此總輸入電阻為，可以滿足要求。（4）核算放大電路是否穩(wěn)定，可以判定本例電