本科毕业设计论文--模电课程设计负反馈放大电路.doc

目 录
第一章 设计任务与要求 0
第二章 设计原理框图 1
2.1框图及基本公式 1
2.2 负反馈放大电路设计的一般原则 2
2.2.1 反馈方式的选择 2
2.2.2 放大管的选择 2
2.2.3 级数的选择 2
2.2.4 电路的确定 3
第三章 计方案及选定 4
第四章 多级放大电路设计 6
4.1第一级 6
4.2 第二级 7
4.3 第三级 9
第五章 整体电路设计及工作原理 10
5.1 确定反馈深度 10
5.2 估算A值 11
5.3 放大管的选择 11
第六章 多级放大电路的检测 11
6.1 分析多级负反馈放大电路 11
6.2 核算技术指标 12
第七章 元器件清单 14
第八章 心得体会 15
第九章 参考文献 16
附 录 17

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：Ｕi≥10mV（有效值），内阻Rs=50Ω。
（2） 输出要求：U0≥1V（有效值），输出电阻小于10Ω，输出电流I0≤1mA(有效值)。
（3） 输入要求:输入电阻大于20KΩ。
（4） 工作稳定性:当电路元器件改变时，若ΔAu/Au=10%,则ΔAuf<1%。
第二章 设计原理框图
2.1框图及基本公式

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。
2.2.2 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小的管子，其静态工作点要选得底一些（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较大，故p大的管子。
2.2.3 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及反馈深度1+AF，然后确定所需的A。
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。
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＜4MΩ），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I1mA，U=（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β电路，而且采用大的管子。
其静态工作点一般为I=（1～3）mA, U=（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，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
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=
从放大性能稳定度确定反馈深度，
估算A值根据指标的要求，计算电路闭环放大倍数：
(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
方案二
该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
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：
(4) 根据设计要求确定电路电路元件的各种参数
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 多级放大电路设计
4.1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IE1=0.5mA，并选，则
利用同样的原则，可得，为了获得高输入电阻，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=51Ω,代入Au1=30,可求得 ,再利用，求出RC1=15KΩ。
为了计算RE1，UEI=1V，再利用IE1（RF1+RE1）=1
得出选RE1为2kΩ。
为了计算RB1，可先求
由此可得，所以选51KΩ。
为了确定去耦电阻R1，需要求出再利用，可求得R1=3.1KΩ，取R1为3.3KΩ。
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=51Ω,由此可求出这级的电压放大倍数Au2
因为IE2=1mA,且，所以

又由于预先规定了Au2=40,RF2=51Ω,代入Au2d 公式则得
由此可以解得。在利用代入RL2=6.6KΩ则
由此可求。
选，则由可得
。由此可以得出RE2=2.15kΩ,取RE2=2.2kΩ。
第二级的输入电阻可以计算如下

4.3 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

(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=2ＫΩ,R’L=RE3∥RL=667Ω.
在图6.44中，取Icmin=1mA,Ucmin=1V,可以求出

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可知，UB3=UE3+UBE3=7+0.7=7.7V。选用b3=50的管子，则
选用IRB=(5~10) IB3=0.35~0.7mA,为了提高本级输入电阻，取0.35mA ，则得

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，则各级的下限频率应为

为了留有余地，忽略第二级的输出电阻（因为标出），则

因此，可选用10电解电容器。
同理，忽略射级输出器的输出电阻，则

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100Ω，则所需反馈深度为
1+AF===10
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20KΩ，此数的输入电阻为r=2.5kΩ（第一级可采用局部电流负反馈），则所需反馈深度为1+AF==8
最后从放大性能稳定度也可以确定出所需反馈深度为
1+AF=
综上所述，在设计放大电路时所需反馈深度为10，故取1+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≥
由此可以求出 A≥（1+AF）A=10×100=1000
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，因此它的射级电流≈3mA，故选用小功率管3DG100即可，其参考如下；

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VT的射级反馈到VT的射级，组成电压串联负反馈的形式。
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±10V
2．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：
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
且

因此得
核算第二级电压放大倍数
第二级放大倍数用下式求得

式中，，因此可得
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
，式中，，因此可得
因此可以求出
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

故得
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，
由此可求出闭环时的输入电阻为
因此总输入电阻为，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

第七章 元器件清单
三极管3DG100 2 个、 R1=3.3KΩ Rc1=15kΩ Rc2=6.8KΩ Rb32=13KΩ
Rf3=5.1KΩRb1=51KΩ Re1=2KΩ Rf2=51Ω Rb31=22KΩ Rf1=51Ω Re2=2.2Ω Re3=2kΩ RL=1K Ω C4=10uf C1=10uf Ce1=100uf C2=10uf Ce2=100uf Cf=10uf C3=100uf

第八章 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，在整整一星期的日子里，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！

第九章 参考文献
（1）童诗白主编 《模拟电子技术基础》.北京:高等教育出版社
（2）戴优生主编 《基础电子电路设计与实践》;北京.国防工业出版社.2002
（3）陈晓文主编 《电子线路课程设计》；北京.电子工业出版社
（4）梁宗善主编 《电子课程基基础设计》.北京.华中理工大学出版社.
（5）康华光主编 《电子技术基础》.北京.高等教育出版社

附 录
附图一
原理图

19

附图二
PCB图

附图三
电路装配图