杜洁模电课程设计负反馈放大电路

1、电子工程系课程设计电子工程系课程设计专业名称专业名称： G11G11 电子信息工程技术电子信息工程技术 2 2 班班 课程名称课程名称： 模拟电子技术模拟电子技术 课题名称课题名称： 负反馈放大电路的设计负反馈放大电路的设计 设计人员设计人员： 杜杜 洁洁 指导教师指导教师： 肖肖 正正 洪洪 2012 年 6 月 8 号1负反馈放大电路设计任务书一、 课题名称：负反馈放大电路的课程设计二、 技术指标： 1、 工作频率：f=30Hz30kHz 2、信号源：Ui=10mV（有效值） ，内阻 RS=50。U 3、输出要求：UO1V（有效值） ，输出电阻小于 10，输出电流 IO 1mA（有效值）

2、。 4、输入要求：输入电阻大于 20K。 5、工作稳定性：当电路元器件改变时，若Au/Au=10，则Auf1。 三、要求： 1、根据技术指标要求及实验室条件自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，计算元件参数。 2、列出所用元、器件清单报实验室备件。 3、设计并制作负反馈放大电路 4、安装调试所设计的电路，使之达到设计要求。 5、 记录实验结果。 指导教师：肖正洪学 生：杜 洁 电子工程系 G11 电子信息工程技术 2班22012 年 6 月 8 日课程设计报告书评阅页课程名称：负反馈放大电路设计班 级：G11 电子信息工程技术 2 班姓 名：杜洁 2012 年 6 月 8 日指导教师评语：考

3、核成绩; 指导教师签名：32012 年 月 日内容摘要内容摘要 反馈放大电路的设计一般是根据技术指标的要求来确定放大电路的结构、级数、电路元器件的参数及型号，然后通过实验调试来实现的。负反馈放大电路能够有效的改善放大电路的性能，掌握反馈放大电路反馈组态的判断方法，可以了解放大电路的性能特点，提高分析问题、解决问题的能力，提高学习效率，为以后的学习打下坚实的基础。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。在以往的教学中发现，即使教

4、师对负反馈的概念、反馈的类型等都做了全面的分析。将输出信号的一部分或全部通过某种电路引入到输入端的过程叫做反馈。反馈主要有正负之分，在放大电路中主要引入负反馈。关键词：负反馈 三极管 放大倍数 通频带 负载4目目 录录负反馈放大电路设计负反馈放大电路设计.2第一章 设计任务与要求.2第二章 设计原理框图.22.1框图及基本公式.22.2 负反馈放大电路设计的一般原则.32.2.1 反馈方式的选择.32.2.2 放大管的选择.42.2.3 级数的选择.42.2.4 电路的确定.4第三章 计方案及选定.5方案一方案一.5方案二方案二.6第四章 多级放大电路设计.74.1 第一级.74.2 第二级.

5、94.3 第三级.10第五章 整体电路设计及工作原理.115.1 确定反馈深度.115.2 估算 A 值.125.3 放大管的选择.12第六章 多级放大电路的检测.136.1 分析多级负反馈放大电路.136.2 核算技术指标.13第七章第七章 元器件清单元器件清单.15附附 录录.16附图一.16附图二.17附图三.18第八章第八章 心得体会心得体会.19第九章第九章 参考文献参考文献.20课程设计报告书评阅页课程设计报告书评阅页.215负反馈放大电路设计第一章 设计任务与要求用分离元器件设计一个交流放大电路，用于只是仪表中放大弱信号，具体指标如下：（1） 信号源：i10mV（有效值） ，内阻

6、 Rs=50。（2） 输出要求：U01V（有效值） ，输出电阻小于 10，输出电流I01mA(有效值)。（3） 输入要求:输入电阻大于 20K。（4） 工作稳定性:当电路元器件改变时，若 Au/Au=10%,则 Auf1%。第二章 设计原理框图2.1 框图及基本公式6图中 X 表示电压或电流信号；箭头表示信号传输的方向；符号表示输入求和，+、表示输入信号 与反馈信号是相减关系（负反馈），即放大电路的净输入信号为 （1）基本放大电路的增益（开环增益）为 （2）反馈系数为 （3）负反馈放大电路的增益（闭环增益）为 （4）2.2 负反馈放大电路设计的一般原则2.2.1 反馈方式的选择根据负载的要求及

7、信号情况来选择反馈方式在负载变化的情况下要求放大电路定压输出时，就需要电压负反馈：在负载变化的情况下，要求放大电路恒流输出时，就要采用电流负反馈。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出电阻而定。当要求放大电路具有高的输入电阻是，宜采用串联反馈：当要求放大电路具有底的输入电阻是，宜采用并联反馈。如仅仅为了提高输入电阻，降低输出电阻时，宜采用射极输出器。反馈深度主要根据放大电路的用途及指标要求而定。72.2.2 放大管的选择如果放大电路的极数多，而输入信号很弱（微伏级） ，必须考虑输入几件放大管的噪音所产生的影响，为此前置放大级应选用底噪声的管子。当要求放大电路的频带很宽时，应选用

8、截止频率较高的管子。从集电级损耗的角度出发，由于前几级放大的输入较小，可选用 p p小的管子，其静态工作点要选得底一cm些（I I 小） ，这样可减小噪声；但对输出级而言，因其输出电压和输出电流都E较大，故 p p大的管子。cm2.2.3 级数的选择 放大电路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 A A 及反馈深度 1+AF1+AF，然后确定所需的 A A 。ff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，几百至千倍采用两级或三级，几千倍以上采用

9、三级或四级（射极输出极不计，因其 A 约等于零一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，但反馈只加在两级之间也是可以的。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，但反馈只加在两级之间也是可以的。2.2.4 电路的确定（1（输入级。输入级采用什么电路主要取决于信号源的特点。如果信号源不允许取较大的电流。则输入级应具高的输入电阻，那么以采用射级输出器为宜。如要求有特别高的输入电阻（r 4M） ，可采用场效应管，并i采用自举电路或多级串联负反馈放大电路，如信号源要求放大电路具有底的输入电阻，则可采用电压并联反馈放大电路。如果无特殊要求，

10、可选择共射放大电路。8输入级的放大管的静态工作点一般取 I I1mA1mA，U U= =（1 12 2）V V。ECE（2）中间级。中间级主要是积累电压级电流放大倍数，多采用共射放大 电路，而且采用大的管子。其静态工作点一般为 I I = =（1 13 3）mA,mA, U U= =（1 15 5）V V。ECE（3）输出级。输出级采用什么样的电路主要决定于负载的要求。如负载电阻较大（几千欧左右） ，而且主要是输出电压，则可采用共射电路；反之，如负载为低阻，且在较大范围内变化时，则采用射级输出器。如果负载需要进行阻抗匹配，可用变压器输出。 因输出级的输出电流都较大，其静态工作点的选择要比中间级

11、高，具体数值要视输出电压和输出电流的大小而定。第三章 计方案及选定方案一方案一采用三个 NPN 型三级管放大(1)该设计采用电压串联负反馈(2)第一级采用局部电流负反馈，所需反馈深度为：1+AF=iifrr从放大性能稳定度确定反馈深度，ufufuouoAAAAAF/1估算 A 值根据指标的要求，计算电路闭环放大倍数：ioFUUA (3)在 R 和 R不加旁路电容以便引入局部负 反馈以稳定每一级的放大倍1f2f数9（4）放大管的选择：因设计中前两级放大对管子无特别要求，统一采用了3DG100根据以上分析确定电路图（5）输出到输入级的反馈是从的射级反馈到的射级组成电压串联负反馈的形式方案二方案二该

12、设计采用集成运算放大器(1)本方案采用差分放大电路原理与集成运算放大结合在一起形成电压串联负反馈放大电路(2)反馈元件，起到反馈作用，将集成运算放大器的输出电压反馈到FR102T的基级.(3)估算 A 值根据指标的要求，计算电路闭环放大倍数：ioFvvA (4)根据设计要求确定电路电路元件的各种参数方案比较方案比较在以上两个方案中比较选择一个最终确定方案 方案二与方案一比较:方案二采用了集成运算放大器,与差分放大电路,经过数据分析达到指标要求,但与方案一相比,方案一在实验室更易实现(集成运算放大器不仅价格贵,在实验中易损坏)，通过以上比较最终确定采用方案一。第四章第四章 多级放大电路设计4.1

13、 第一级确定第 1 级的电路参数.电路如图所示。11为了提高输入电阻而又不致使放大电路倍数太底，应取 IE1=0.5mA，并选，则501kIUrrETbbbe95. 25 . 026) 150(300)1 (111利用同样的原则，可得，为了获得高输11)1 (111111111111EbeCbeFbeCURrRrRrRA入电阻，而且希望 Au1也不太小，并与第 2 级的阻值一致以减少元件的种类，取 RF1=51,代入 Au1=30,可求得 ,再利用，求出 RC1=15K。KRC3 . 31211/iCCrRR 为了计算 RE1，UEI=1V，再利用 IE1（RF1+RE1）=1得出选 RE1为

14、 2k。KRIRFEE95. 105. 05 . 011111 为了计算 RB1，可先求uAmAIICB1001. 011112 由此可得，所以选 51K。KIUURBBEB5101. 0)7 . 01 (12 . 21121 为了确定去耦电阻 R1，需要求出再利用VURUUBEFEC95. 22221，可求得 R1=3.1K，取 R1为 3.3K。)(1111CCCCCRRIVU 为了减少元器件的种类，C1 选用 10uF,CE1及 CE2选用 100uF，均为电解电容。4.2 第二级1 确定第二级的电路参数。电路图如图所示为了稳定放大倍数，在电路中引入 RF2=51,由此可求出这级的电压放

15、大倍数 Au2因为 IE2=1mA,且，所以50213KIIUrrEETbbbe63. 126) 150(300)1 (22222又由于预先规定了 Au2=40,RF2=51,代入 Au2d 公式则得051. 06 .3016 .30402CR由此可以解得。在利用代入 RL2=6.6K 则kRC35. 32222/LCCRRR由此可求。 226 . 66 . 635. 3CCRRkRC8 . 62选，则由可得mAIVUCCE1,322)222)(CEEFCCCCURRRIV。由此可以得出 RE2=2.15k,取 RE2=2.2k。3)051. 08 . 6(1122ER 第二级的输入电阻可以计

16、算如下kRrrFbei23. 4051. 05163. 1)1 (22224.3 第三级1.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kIoUoRL1(1) 确定 RE3及 Vcc。在射级输出器中，一般根据 RE=(12)RL来选择 RE，取系数为 2，则 RE3=2RL=2,RL=RE3RL=667.在图 6.44 中，取 Icmin=1mA,Ucmin=1V,可以求出mARUIILLpCE12. 3667. 012min3式中，ULP 是输出负载电压VRIUUVELPCCC64. 8212. 34 . 1133minmin峰值。为了留有余量，取

17、IE3=3.5mA,VCC=12V;由此可以求出 UE3=IE3RE3=3.52=7V.（2）确定 RB31及 RB32。为了计算 RB31及 RB32，首先要求出 UB3及 IB3,由图 6.44 可知，UB3=UE3+UBE3=7+0.7=7.7V。选用 b3=50 的管子，则mAbIICB07. 0505 . 3333选用 IRB=(510) IB3=0.350.7mA,为了提高本级输入电阻，取 0.35mA ，则得14 kIRbUbRb235. 07 . 7331kIrbUbVccRb3 .1235. 0/ )7 . 712(/ )(32式中忽略了 rbe3的影响。（3）确定 C2 及

18、 C3。由于有三级电容偶合，根据多级放大器下限截止频率的计算公式3222121 . 1LLLffff假设每级下限频率相同，则各级的下限频率应为1531 . 1lLff为了留有余地，忽略第二级的输出电阻（因为标出） ，则FFRfCLL) 1 .1682. 4(16) 1 .1682. 4(14. 321)103(622因此，可选用 10电解电容器。F同理，忽略射级输出器的输出电阻，则FFRfCLL)2 .1068 .31(16)2 .1068 .31(14. 321)103(623因此，可选用 100uF 电解电容器。第五章 整体电路设计及工作原理5.1 确定反馈深度从所给的指标来看，设计中需要

19、解决的主要是输出电阻，输出电阻及对放大性能稳定的要求等三个问题。由于要求输出电阻较低，故输入及应采用射级输出电器，但它的输出定阻大致为几十欧至几百欧，因此需要引入一定程度的电压负反馈才能达到指标要求。设射级输出器的输出电阻为本 100，则所需反馈深度为1+AF=10oforr10100此外，还要考虑输入电阻和放大性能的稳定性对反馈深度的要求，才能最15后确定反馈深度的大小。由于放大电路的输入电阻指标为 20K,此数值不是很高，故可采用电压串联负反馈的方式来实现。假定无反馈时，基本放大电路由于放大电路的输入电阻指标为 20K，此数的输入电阻为 r =2.5k（第一级可采用局部电流负反馈）i，则所

20、需反馈深度为 1+AF1+AF=8iifrr最后从放大性能稳定度也可以确定出所需反馈深度为1+AF1+AF=10110ufufuouoAAAA 综上所述，在设计放大电路时所需反馈深度为 10，故取 1+AF=101+AF=10。5.2 估算 A 值根据指标的要求，放大电路的闭环放大倍数应为A f10011mVVUUio由此可以求出 A（1+AF）A =10100=1000f因输出级采用射级输出器，其电压放大倍数近似为一，故需用两极共射放大才能达到一千倍。考虑到仪表对放大电路稳定性能要求较高，故采用典型的两极耦合双管放大单元，5.3 放大管的选择由于 VT 需要输出电流的最大值，为了不失真，要求

21、3mAIILLM4 . 12，因此它的射级电流3mA，故选用小功率管 3DG100LMEII23mAIE4 . 123即可，其参考如下； mAPVUmAICMCEOBRCM100,45,20因前两极放大对管子无特别要求，为了统一起见，均采用 3DG100。根据以上考虑，初步电路如方案二图所示。输出级到输入级的负反馈是从 VT16的射级反馈到 VT 的射级，组成电压串联负反馈的形式。 31第六章 多级放大电路的检测6.1 分析多级负反馈放大电路 1.电路安装按图接线，经反复检查，确认没有错误后，接通直流电源电压10V2开环测试将 A 点与 P 点断开并与 B 点相接，使放大电路处于开环状态。将信

22、号发生器输出信号调至 1KHZ、30mV 左右，然后接入放大电路的输入端，用示波器观察输入电压 uo波形，应为不失真的正弦波。用交流毫伏表分别测出Ui、Un、Uo1、Uo2、Uo、Uf，并记于表中。断开 RL，测出 Uot，也记于表中根据测试结果，分别求出：AU1=Uo1/Ui，Au2=Uo2/Uo1，Au=Uo/Ui，Fu=Uf/Uo以及R,Ro。3.闭环测试将 A 点与 B 点断开并与 P 点相连，使放大电路处于闭环状态。适当增大输入信号 Ui幅度，使输出电压 Uo达到开环时的数值，然后分别测出Ui、Un、Uo1、Uo2、Uo、Uf，断开 RL测出 Uot，并记录在表格中。 6.2 核算技

23、术指标确定放大管的静态工作点及电路元器件，放大电路的各项技术指标是否能满足要求，尚需要最后核算。（1） 核算：UA 核算射级输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 1且3333)1 ()1 (LbeLURrRA59. 01 . 5/1/2)/(/133FFLELLRRRRRR6806795 . 326) 150(30026)1 (300333EbeIr17因此得978. 03UA核算第二级电压放大倍数 2第二级放大倍数用下式求得2)2233231222122221 (/)1 (FbeiBBCFbeCURrrRRRRrRA式中，因此可KrKRrrbeLbei63. 1,7 .

24、3059. 0)501 (68. 0)1 (2333得1 .392UA核算第一级电压放大倍数 3第一级电压放大倍数用下式求得，式中，1112312122121)1 (/)1 (FbeiBCFbeLURrrRRRrRA，因此可得KrKrRRRibeFFF23. 4,96. 2,51/213117 .291UA因此可以求出10001136321UUUUAAAA这说明放大电路元器件的选择是合适的。（2）核算输出电阻。放大电路开环时的输出电阻为81/1)/(/333132233FBBCbeEoRRRRrRr故得1 . 8108110AFrrof因此可满足要求。（3）核算输入电阻。放大电路开环时的输入电阻为，式中，11/iBirRr 由此可求出闭环,56. 5051. 0)501 (96. 2)/()1 (31111KRRrrFFbei时的输入电阻为KAFrrifi5 .551055. 5)1 (11因此总输入电阻为，可以满足要求。KKRrrBfiif206 .2651/5 .55/11（4）核算放大电路是否稳定，可以判定本例电路不会产生振荡以上是用分立元器件构成的负反馈放大电路，当上限截止频率不高时分（一般几百千赫以下） ，18总结:经过以上分析,方案一符合