负反馈放大电路课程设计与uiiii

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。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： 三极管　放大级电路　输出级电路　负反馈网络 目录 TOC \o "1-3" \h \z \u 第1章 技术指标 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2章 原理设计与框图 2 2．1 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 2.4级数选择的一般原则 3 第3章 #设计#及选定 3 3.1 方案一 3 3．2方案二 4 3．3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 3．5方案选定及总框图 5 第4章 单元电路的设计与参数计算 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 及Vcc 8 4.2.2确定 及 9 4.2.3确定 及 9 4.3反馈元器件 10 第5章 核算技术指标 10 5．1核算 10 5.1.1核算射级术出器的电压放大倍数 10 5．1．2核算第二级电压放大倍数 11 5．1．3核算第一级电压放大倍数 11 5．2核算输出电阻 11 5．3核算输入电阻 11 第6章 元器件选择(清单) 12 第7章 总结与体会 13 附录 一 15 附录 二 16 附录 三 17 第1章 技术指标 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电压增益：Gv=40dB±3 dB（含增益控制）； ②输出幅度：VoP-P≥7V； ③通频带：f=50Hz~20KHz±3 dB； ④输入阻抗：Ri≥100KΩ； ⑤输出阻抗：Ro≤600Ω； ⑥输出噪声：VoP-P≤10mV（输入短路）。 （2）发挥部分 ①增益提高到：Gv=60dB±3 dB； ②通频带：f=20Hz~100KHz±3 dB； ③自制电源。 第2章 原理设计与框图 2．1 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，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都较大，故选用 大的管子。 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。 3.2方案二 如图（附录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。 3.3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Ｒ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（r ＜4MΩ）,可以采用场效应管，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I 1mA，U =（1～2）V。 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β大的管子。其静态工作点一般为I =（1～3）mA, U =（1～5）V。 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。 3．5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， 图4.1.1 并选 =50，则 = +（1+ ） =300+（50+1） 利用同样的原则，可得 为了获得高输入电阻，而且希望 也不要太小，并与第二级的阻值一致以 减少元器件的种类，取 ，代入 ，可求得 ，再利用 ，求出 。为了计算 ，选 ，则有 得出 K 选 。为了计算 ，可先求出 由此可得 K 选51K 。为了确定去耦电阻 ，需先求出 再利用 ，取 为 。 为了减少元器件的种类， 选用10 ， ，均为电解电容。有下限频率 可以验证 ， 。 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欧。 由于希望这一级的电压放大倍数大些，故取较小的 =51Ω，由此可求出这级的 电压放大为 图4.1.2 = = 选 =1mA， =50，则 又由于预先规定了 { 由此可以解得 3.35KΩ。再利用 = ∥ 代入 =6.6KΩ， 则3.35= 选 =3V， =1mA,则由Vcc= 可得 由此可以得出 第二级的输入电阻可以计算如下 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=1KΩ 4.2.1确定 及Vcc 在射级输出器中，一般根据 来选择 ，取系数为2，则 ， =667Ω。在图4.1中，取 =1mA， =1v，可以求出 = +（ / ′)=1+( 1)= 3.12mA = + + = 1+1.4+3.12 2=8.64V式中，ULP是输出负载的电压峰值。为了留有余量，取 =3.5mA,Vcc=12v；由此可以求出 =3.52 =7V. 4.2.2确定 及 为了计算 及 ，首先要求出 及 ，由图4.2可知， = =7+0.7=7.7V。选用 =50的管子，则 =0.07mA=70 A， 图4.2 选用 =（5~10） =0.35~0.7mA,为了提高本级输入电阻，取0.35mA，则得 = / =7.7/0.35=2KΩ =（ - ）/ =(12-7.7)/0.35=12.3KΩ取 =13KΩ，由此可以求出输出级对第二级的等效负载电阻约为RL2 = = ∥ ∥(1+ ) =13∥22∥(51 0.67) 6.6KΩ式中忽略了 的影响。 4.2.3确定 及 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 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 （3~10） （31.8~106.2） （4.82~16.1） 因此，可选用10 电解电容器。 同理，忽略射极输出器的输出电阻，则 （3~10） （31.8~106.2） （31.8~106.2） 因此，可选用100 的电解电容器。 4.3反馈元器件 由于 ，又已知A=1000，则F= 。再利用 可求出 。 电容器，可以验证 。 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。 5．1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 = 5．1．2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 5．1．3核算第一级电压放大倍数 第一级电压放大倍数用下式求 因此可以求出 这说明放大电路元件的选择是合适的。 5．2核算输出电阻 放大电路开路时的输出电阻为 故得 因此满足要求 5．3核算输入电阻 闭环时的输入电阻为 而总输入电阻 ，可满足要求。 所用元器件如下表所示。第6章 元器件选择(清单) 序号 器件名称 数量 备注 1 电阻 1 2 电阻 3 3 电阻 2 4 电阻 1 5 电阻 1 6 电阻 1 7 电阻 1 8 电阻 1 9 电阻 1 10 电阻 1 11 电容 4 有极性电解电容 12 电容 3 有极性电解电容 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，同时也明白了实践的重要性。要想设计出一个较好的电路，光靠书本上的知识还远远不够，要结合实际情况全方面的去思考，经过多次不断修改验证后使其达到需要的性能指标。在设计的过程中方案的选择尤为重要，不经要考虑到是否满足设计的性能指标，还要尽量使其电路结构简单。设计的过程中难免会遇到许多问题，这时则需要我们开动脑筋，查阅资料，结合所学知识去分析解决问题。课程设计不仅是一门任务，更多的是教会我们怎样灵活运用书本上所学的知识，培养我们善于调查研究，勤于创造思维，勇于大胆开拓的自主学习和工作作风。虽然这段时间设计非常辛苦，但更多的是收获的喜悦。 附录 一 （原理图） 附录 二 （PCB图） 附录 三 （装配图）