负反馈放大电路设计.docx
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负反馈放大电路设计
负反馈放大电路设计
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。
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。
一、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）工作频率：
（2）信号源：
Ui>10mV（有效值），内阻Rs=50Q。
（3）输出要求：
U0>1V（有效值），输出电阻小于10Q，输出电流
10<1mA（有效值）。
（4）输入要求：
输入电阻大于20KQ。
（5）工作稳定性：
当电路元器件改变时，若△Au/Au=10%,则△
Auf<1%。
.设计图文论证
、设计框图
反馈枚大电路的组咸
输入信巧
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，+、-表示输入信号匚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
Vfe■
上记
（1）
基本放大电路的增益（开环增益）为
（2）
反馈系数为
一；（3）
负反馈放大电路的增益（闭环增益）为
丄*丄（4）
二、反馈的方式选择
根据负载的要求及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。
三、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Pcm小的管子，其静态工作点要选得底一些（Ie
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较大，故Pcm大的管子
四、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，几百至千倍采用两级或三级，几千倍以上采用三级或四级（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。
五、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（「i<4M?
）,可采用场效应管，并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，可选择共射放大电路。
输入级的放大管的静态工作点一般取IeElmAUCe=（1〜2）V。
（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B电路，而且采用大的管子。
其静态工作点一般为IE=（1〜3）mA,Uce=（1〜5）V。
（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,女口负载为低阻，且在较大范围内变化时，贝咏用射级输出器。
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高，具体数值要视输出电压和输出电流的大小而定。
方案一
该设计采用集成运算放大器
以上即是电路图。
移动R2可以达到使得A3获得预期的的放大功效。
（1）方案采用集成运算放大器形成电压串联负反馈放大电路。
Ri>10A12Q,
Ro<1Q,BW=50KHz，闭环放大倍数AF>100。
（2）反馈元件Rf,起到反馈作用，增强电路稳定性。
（3）该电路设计有一定的缺陷性，电路也比较简单不适用于学生设计操作，故
此方案待定。
方案二
此方案采用INA102输入失调调节
（1）此方案采用INA102集成电路，是经过封装的元器件。
（2）其技术指标是Ri=10A4kQ,BW=3000KHz并可以放大1倍，10倍，100倍,1000倍，能完成预期的目的。
（3）此方案操作是高度的集成化的元器件完成的，故我们在实验中不需要太高的技术要求，我们对此方案待定。
方案三
采用个NPN型三级管放大
rf
（2）
第一级采用局部电流负反馈，所需反馈深度为：
1+AFJ
从放大性能稳定度确定反馈深度，
vAF代。
/代。
也Auf/Auf
（3）在Rf1和Rf2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
数
（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
方案比较
在以上三个个方案中比较选择一个最终确定方案
方案一是采用集成运放块连的电路，方案二是基于集成块的电路，方案三是采用三极管的电路。
虽然方案一的电路不是很复杂，然后也能完成预期的目的。
但是成本比较高。
方案二电路是高度集成化的，不具有很高的操作性能。
方案三的电路虽然最为复杂，但是元器件的成本较低，也具有一定的操作性。
综上所述，我们采用方案三的方案来进行我们这次试验。
多级放大电路设计
」、第一级
确定第1级的电路参数•电路如图所示
为了提高输入电阻而又不致使放大电路倍数太底，应取lEi=0.5mA,并选‘1=5°，
U26
%1fb（1「1）严=300（501）--2.95k1
则鼻1°.5
高输入电阻，而且希望Aui也不太小，并与第2级的阻值一致以减少元件的种类,
取Rfi=51?
代入Aui=30,可求得无=3.33,再利用RC1=只6〃心，求出
为了计算Rei,
Uei=1V，再利用Iei（Rfi+Rei）=1
为了确定去耦电阻Ri，需要求出Uc1二Ue2Rf2Ube^2.95V再利用
Uc1=Vcc-|ci（RiRci），可求得Ri=3.1K?
，取Ri为3.3K?
。
为了减少元器件的种类，Ci选用10uF,CEi及Ce2选用100uF，均为电解电容二、第二级
确定第二级的电路参数。
电路图如图所示
O-12V
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大倍数Au2因为lE2=1mA,且：
2=50，所以
U26
S二％（1」）产=300（501）—:
1.632
1E21E2
30.6RC2
40=—___
又由于预先规定了Au2=40,Rf2=51?
代入Au2d公式则得130.60.051
由此可以解得Rc2=3.35小。
在利用Rc2二Rc2//Rl2代入rL2=6.6K?
则
选UcE2=討,L=1mA则由Vcc=1C2（RC*RF2+RE2）V^UCE2可得
12=1（6.80.051RE2）3。
由此可以得出RE2=2.15k?
，取RE2=2.2k?
第二级的输入电阻可以计算如下
ri2二（1：
2）Rf2=1.63510.051=4.232
三、第三级
■计算•由于输出电压Uo=1V（有效值）,输出电流lo=1mA（有效值），故负载电阻
r二竺=1心
Io
（1）确定RE3及Vcc。
在射级输出器中，一般根据Re=（1~2）Rl来选择Re,取系
数为2,则Re3=2Rl=2KQ,R'l=Re3//R=667Q.
在图6.44中，取Icmin=1mA,Ucmin=1V,可以求出
E3Cmin
Vccmin二UcminPlpTE3R3=11.43.122=8.64V式中，ULP是输出负载电压峰值。
为了留有余量，取IE3=3.5mA,Vcc=12V;由此可以求出Ue3=Ie3Re3=3.5x2=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
Ib3茫心二35-0.07mA
可知，Ub3=Ue3+Ube3=7+0.7=7.7V。
选用b3=50的管子，J则bs50
选用Irb=（5~10）lB3=0.35~0.7mA,为了提高本级输入电阻，取0.35mA，则得
=2k'1
Ub37.7
Rb31二二
IRb0.35
Rb32=（Vcc-Ub）/1rg（12-7.7）/0.35=12.3k」
式中忽略了rbe3的影响。
（3）确定C2及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
假设每级下限频率相同，贝咯级的下限频率应为
fL=严％15ZH
1.1
为了留有余地，忽略第二级的输出电阻（因为标出），贝U
C2:
（3~10）1'（4.82~16.1）16行=（4.82~16.1）」F
2*3.14fLRL2
因此，可选用10"F电解电容器。
同理，忽略射级输出器的输出电阻，则
16
C3（3~10）'（31.8~106.2）16』F=（31.8~106.2）
2汇3.14汉fL汇&2
因此，可选用100uF电容。
核算技术指标
（1）核算A:
1.
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
AJ3
rbe3=300（1「3）」=300（50T）-6=6791「680'.1
Ie33.5
因此得几3=0.978
2.核算第二级电压放大倍数
第二级放大倍数用下式求得
-2R2//RB31//RB32//ri3I
式中，G=「be3（1「3）R=0.68（150）0.59：
30.7K\rbe2=1.63K1，因此可
得A2=39.1
3.核算第一级电压放大倍数第一级电压放大倍数用下式求得
jRC2〃RB31〃ri21
RF^RF1//Rz3：
51「rbe1=2.96K「ri2=4.23K」，因此可得=29.7
因此可以求出Au=Aj1Aj2Aj^11361000
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
#「be3+（Rc2//Rb32〃Rb31）八…只丄
r。
=rE3〃旦兰竺^//Rf^81'J
1「3
故得r0f§-8.1'J
1+AF10
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ri二RBi〃rii，式中，
ri1=rbe1（V■-1）（Rf1//RF3）=2.96（150）0.05仁5.56K」由此可求出闭环
时的输入电阻为ri1f二环（1•AF）=5.5510=55.5K」
因此总输入电阻为rif=ri1f〃Rb1=55.5//51=26.6K」.20K」，可以满足要求。
（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），
总结：
经过以上分析，方案一符合电路设计指标
三.电路设计
1.电路如下图所示
2.指标验证
确定RE3及VCC在射极输出器中，一般根据RE=（1~2）RL来选择RE取系数为2.则RE3=2RL=2F欧。
RL=RE3//RL=667欧。
（如
+12
Rb32
RE3
VCC
在图中，取l=1mA,U=1V,可以求出
+上1+2^*1=3.12mARl0.667
V=U+uLP|E3*Re3=1+1.4+3.12*2=8.64V
上面算式中，ULP是输出负载电压峰值，为了留有余量，取IE3=3.5,V=12;由此可以求出UE3=7V
确定RB31及RB32为了计算RB31及RB32首先要求出UB3及IB3，由图可知，UB3=7.7V。
IB3GUA；
3
选用IRB=（5~10）IB3=0.35~0.7mA,为了提高本级输入电阻，取0.35，则可得
RB3仁2千欧；
三原件清单
此电路设计图应用原件有23个，需要原件有（电容，电阻，三极管与实验设计板）；
需要电容100欧三个，
电容10欧四个，
3极管三个，
电阻：
（1）
.3.3K一个一
—橙橙里棕
（2）
.15K一个一
—棕绿里红
（3）
.5K一个一
—绿棕里红
（4）
.22K一个一
红红里红
（5）
.13K一个一
—棕橙里红
（6）
68K—个一
监灰里棕
⑺
.5.1K一个一
绿棕里棕
（8）
.2.2K一个一
红红里棕
（9）
.2K二个一
—红里里棕
（10）
.1K一个一
—棕里里棕
（11）
.51K二个一
-一绿棕里银
四电路的制作
1.印制电路的设计与制作;
（1）由任课老师（向老师）提供的印制板，经过裁剪至大小为75*80的电路板。
（2）制作电路板需要的工具有刀片，毫米直尺，钳子，转孔机。
（3）根据电路设计图，由已制作好的印制板［75*80］,按比例大小在印制板上作图［电路线宽为2毫米，线路与线路间距为7毫米］。
（4）将制作还的印制电路板，用“沙子”去掉线路上的氧化层，之后用橡皮擦拭干净。
（5）去氧化层之后，擦拭干净，再用助焊剂涂抹在印制电路板的上，全面涂满。
（6）等待助焊剂干却，用打孔机给印制电路板打孔［打孔之前应该用铅笔在每条线路装配元件处标记好，标记在线路的中间位
置，打孔应为53个］。
（7）装配元件，首相应用万用表测试元件大小，根据电路设计图装配元件并形成引脚。
（8）首先应将电阻装配完毕，并用烙铁焊接［焊接时，应将烙铁加热之后，放至元件引脚处等待1秒，上锡1秒，等待1秒由引脚处向上将烙铁提起，形成引脚］。
（9）电阻装配完毕之后，装配电容，电容引脚高度应留置2mm电容装配完好，再来装配三极管，三极管高度应与电容高度齐平［与（8）相同方法焊接］等待兀件引脚成形。
（10）元件装配完毕，再将装配好的元件多余出来的引脚用
钳子剪掉［钳子应与电路板倾斜至45°方向剪短］。
（11）根据电路设计图在相应位置接上输出、输入电线
五电路的调试与测量
、静态调试:
在静态测试中，给电路板+12V的电压，测量得知UE=12V，
UA=10.3V，UB=1V，UC=2V，UD=7V左右，如若测试得到次数据，
即可进行动态测试。
在静态测试完毕之后，改由动态测试，在动态测试中，我们一样施加于电路板+12V电压，接上仪器接头示波器上显示放大倍数为正波。
三、Auf的测量：
通上12V的直流电，在AG方向加上fs=1KHE，Us=10mv的三倍波信号，用示波器观察Ui,Uo的波形，若无失真，用毫伏表测量
Ui,Uo的大小，则
Auf二
Uo
Ui
四、Ro的测量:
断开RL,测量Uoc，贝卩Ro二Uoc-Uo/Uo*RL
五、Ri的测量:
接入RL,将Us与Ui之间传入一个22千欧的电阻，RB测出
此时Ui,则Ri=Ui/Us-Ui*Rs
六、BW的测量:
保持Ui=10mv不变，令fs下降记录下Uo'0.7Uo是的fL.在令
fs上升，记录Uo'='.7>Uo的fH，贝S
BW=fH-fL.
六心得体会
回顾此次模电课程设计，从选题到定稿，从理论到实践，在整整八个星期的日子里，我学到了很多东西，同时巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计中遇到了很多问题，最后在同学们和指导老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。
在此我对给过我帮助的所有同学和指导老师表示衷心的感谢！
在这次的制作电路中，我感到对于材料，对于元件的一些认知还是太少，有太多的不足，对电路的理解不测底，一些简单的问题不能自己解决，往后我应该更加明确的学习巩固知识对元器件的人知也应该加深，不懂的地方应该经过自己的反复思考再去定夺。
七参考文献
（1）童诗白主编
社
（2）戴优生主编
业出版社.2002
（3）陈晓文主编社
（4）梁宗善主编
学出版社.
（5）康华光主编
《模拟电子技术基础》.北京：
高等教育出版《基础电子电路设计与实践》；北京.国防工《电子线路课程设计》；北京.电子工业出版《电子课程基基础设计》.北京.华中理工大《电子技术基础》.北京.高等教育出版社。
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