负反馈放大电路课程设计

1、摘要 电子技术是一门实践性很强的课程，加强工程训练，特别是技能的培养， 对于培养工程人员的素质和能力具有十分重要的作用。在电子信息类本科教学 中，电子技术课程设计是一个重要的实践环节，它包括选择课题、电子电路设 计、组装、调试和编写总结报告等实践内容。负反馈在电子线路中有着非常广 泛的应用，采用负反馈是以降低放大倍数为代价的，目的是为了改善放大电路 的工作性能，如稳定放大倍数、改变输入和输出电阻、减少非线性失真、扩展 通频带等，所以在实用放大器中几乎都引入负反馈。负反馈放大电路是由基本 放大电路和负反馈网络组成。由电阻、电容、二极管、三极管等分立元件构成 共基极、共发射极、公集电极等基本放大电

2、路。将输出信号的一部分或全部引 回到输入端并使输入信号减小的某种电路称为负反馈网络。经过布线、焊接、 调试等工作后负反馈放大电路成形。通过负反馈放大电路课程设计可实现让学 生初步掌握电子线路的试验、设计方法和课程设计为后续的毕业设计打好基础。 关键词：关键词： 三极管放大级电路输出级电路负反馈网络 目录 第第 1 1 章章 技术指标技术指标.1 1 1.1 设计任务与要求 .1 1.1.1 设计内容.1 1.1.2 设计要求.1 第第 2 2 章章 原理设计与框图原理设计与框图.2 2 21 负反馈放大电路的基本框图 .2 2.2 反馈网络选择的一般原则 .2 2.3 放大管选择的一般原则 .

3、3 2.4 级数选择的一般原则 .3 第第 3 3 章章 设计方案及选定设计方案及选定.3 3 3.1 方案一 .3 32 方案二 .4 33 方案三 .4 3.4 电路的选择 .5 3.4.1 输入级选择的一般原则.5 3.4.2 中间级选择的一般原则.5 3.4.3 输出级选择的一般原则.5 35 方案选定及总框图 .5 第第 4 4 章章 单元电路的设计与参数计算单元电路的设计与参数计算.6 6 4.1 双管放大单元电路的计算 .6 4.1.1 确定第一级的电路参数.6 4.1.2 确定第二级的电路参数.7 4.2 输出级的计算 .8 4.2.1 确定 3E R及 Vcc.8 4.2.2

4、 确定 31B R及 32B R.9 4.2.3 确定 2 C及 3 C.9 4.3 反馈元器件的计算及 FF3 CR.10 第第 5 5 章章 核算技术指标核算技术指标.1010 51 核算 .10 5.1.1 核算射级术出器的电压放大倍数.10 512 核算第二级电压放大倍数.11 513 核算第一级电压放大倍数.11 52 核算输出电阻 .11 53 核算输入电阻 .11 第第 6 6 章章 元器件选择元器件选择( (清单清单) ).1212 第第 7 7 章章 总结与体会总结与体会.1313 附录附录 一一.1515 附录附录 二二.1616 附录附录 三三.1717 第 1 章 技术

5、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=30HZ30K HZ。 2、信号源：Ui=10mV（有效值） ，内阻 RS=50。 3、输出要求：UO1V（有效值） ，输出电阻小 于 10，输出电流 IO1mA（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%10 Au Au ，则。%1 Auf Auf 第 2 章 原理设计与框图 21 负反馈放大电路的基本框图 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

6、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+AF=10 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

7、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，应选用截止频率较高的管子。从集电极损的角度出发， T f 由于前几级放大的输出小，可选用小的管子，其静态工作点也要选得低一 CM P 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 E

8、I 都较大，故选用大的管子。 CM P 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 AF。 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

9、及选定 3.1 方案一 方案一为一三级负反馈放大电路，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。缺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。 32 方案二 如图（附录

10、 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。同时电阻与上级电路形成电流并联负反馈，稳定该 1B R 2C R 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 与第一级放大电路形成电压串联负反馈使整个 3F R 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

11、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。 33 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

12、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（1M）,可以采用场效应管，并采用自举电路或多级串 i r 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1mA,UCE=(12)V. E I 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 大的管子。其静态工作点一般为=（1

13、3）mA, U=(25)V. E I CE 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间级 高，具体数值要视输出电压和输出电流的大小而定。 35 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

14、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 4.1.1 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 0 5mA， E1 I 图 4.1.1 并选=50，则=+（1+）=300+（50+1） 1 be1 r be1 r 1 E1 T I U 50 26 95K2 利用同样的原则，可得 c1 be1 1 F11be1 c1 1 u1 R rR)1 (r R A F1 be1 1 R r 1 1 为了获得高输入电阻

15、，而且希望也不要太小，并与第二级的阻值一致以 u1 A 减少元器件的种类，取，代入，可求得，再 51RF130Au13K3Rc1 利用，求出。为了计算，选，则有 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 选。为了计算，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、 选 51K 。为了确定去耦电阻，需先求出 1 R 再利用95V2URIUU BE2F2E2RE2c1 ，取为。），可求得（ c111ccc1 RRIVU1K3R1 1 R3K3 为了减少元器件的种类，选用 10，均为电解电 1 CFF100CC E2E1 选用及 容。有下限频率可以验证，。 L F11B1 1L R/R C 1 2 E1be2 F2 E2L Rr R C 1 4.1.2 确定第二级的电路参数 为了稳定放大倍数，在电路中引入如图 4.1.2 所示，一般取几十欧至几百,RF2 欧。 由于希望这一级的电压放大倍数大些，故取较小的=51，由此可求出这级 F2 R 的 电压放大为 图

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 选=1mA，=50，则 E2 I 2 63K . 1 I 26 ) 150(300 I U 1rr E2E2 T 2 bb2 be2 又由于预先规定了 051 . 0 6 . 301 6R.30 40 A,51R,40A C2 u2F2u2 的公式则得代入 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 则 3.35=选=3V，=1mA,则由 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 第二级的输入电阻可以计算如下 23K. 4051 . 0 5163. 1R1rr F22be2i2 4.2 输出级的计算 由于输出电压 UO =1v（有效值）,输出电流 IO=1mA（有效值） ，故负载电 阻 UO/IO=1K L R 4.2.1确定及 Vcc 3E R 在射级输出器中，一般根据来选择，取系数为 2，则 LE RR)21 ( E R ， =667。在图 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 是输出负 minCC V minC U LP U 3E R 3E I 载的电压峰值。为了留有余量，取=3.5mA,Vcc=12v；由此可以求出 3E I =3.52 =7V. 333EEE IRU 4.2.2 确定及 31B R 32B R 为了计算及，首先要求出及，由图 4.2 可知， 31B R 32B R 3B U 3B I =

20、7+0.7=7.7V。选用=50 的管子，则=0.07mA=70 3B U 33BEE UU 3 333 CB II A， 图 4.2 选用=（510）=0.350.7mA,为了提高本级输入电阻，取 0.35mA，则得 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，由此可以求出输出级对第二级的等效负载电阻约为 RL2 = = 32B R 3i r (1+) =1322(51 0.67)6.6K 式中忽略了的影响。 32B R 31B R 3 L R 3be

21、 r 4.2.3 确定及 2 C 3 C 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 fL =1.1 fff 2 L3 2 L2 2 L1 假设每级下限频率相同，则各级的下限频率应为 =Hz 为了留有余地， 忽略第二级的输出电阻（因尚未标出） ，则 f L 31 . 1 fL 15 （310）（31.8106.2）（4.8216.1） 2 C L2 L R2 1 f 6 10F 因此，可选用 10电解电容器。F 同理，忽略射极输出器的输出电阻，则 （310）（31.8106.2）（31.8106.2） 3 C L2 L R2 1 f 6 10F 因此，可选用 100的电解电容器。

22、F 4.3 反馈元器件的计算及 FF3 CR 由于，又已知 A=1000，则 F=。再利用可求出10AF1 0 0 90 F3F1 F1 RR R F 。1K5,5K5RF3选 电容器，可以验证。F10C4选用 1 4L R C 1 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。 51 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 = = 3u A9730 1 ( )1 ( 33 3 L be L Rr R 512 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 139 )1

23、 ( / )1 ( 222 3323122 222 2 2 2 Fbe iBBc Fbe c u Rr rRRR Rr R A 513 核算第一级电压放大倍数 第一级电压放大倍数用下式求 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 这说明放大电路元件的选择是合适的。 52 核算输出电阻 放大电路开路时的输出电阻为 81 o r 故得 因此满足要求 18 1AF r r o of 53 核算输入电阻 闭环时的输入电阻为Kri555 而总输入电阻，可满足要求。

24、KKRrr Biif 20626/ 1 第 6 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 1 K33 2 电阻 3 K51 3 电阻 2K2 4 电阻 1 K22 5 电阻 1 K15 6 电阻 1 K86 7 电阻 1 K22 8 电阻 1 K13 9 电阻 1 K1 10 电阻 1 K15 11 电容 4 有极性电解电容F10 12 电容 3 有极性电解电容F100 13 3DG100 三极 管 3 功率小，不失真 第 7 章 总结与体会 经过这段时间的艰苦奋斗，我的课程设计终于完结了。我在这次课程设 计中可以说是受益匪浅，不仅将书本上的理论知识进行了深入理解，同时也明