反饋放大電路

1、深 圳 大 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 課程名稱： 模擬電子技術(shù) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱： 負(fù)反饋放大電路設(shè)計(jì) 學(xué)院： 信息工程學(xué)院 專業(yè)： 指導(dǎo)教師： 報(bào)告人： 學(xué)號(hào)： 2014130 班級(jí)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 2015.11.16 實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交時(shí)間： 2015.12.30 教務(wù)處制實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求： （1） 加深對(duì)負(fù)反饋放大電路原理的理解；（2） 學(xué)習(xí)集成運(yùn)算反饋放大電路、晶體管反饋放大電路的設(shè)計(jì)方法；（3） 掌握集成運(yùn)算反饋放大電路、多級(jí)晶體管反饋放大電路的安裝調(diào)試及測試方法；實(shí)驗(yàn)儀器：1. 雙蹤示波器2 信號(hào)發(fā)生器3 直流穩(wěn)壓電源4 萬用表實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)多級(jí)晶體管負(fù)反饋放大電路或集成運(yùn)算負(fù)反饋放大電路，性能

2、要求如下：閉環(huán)電壓放大倍:30-120輸入信號(hào)頻率范圍:1KHZ-10KHZ.電壓輸出幅度 1.5V輸出電阻3K實(shí)驗(yàn)步驟：1. 選擇負(fù)反饋放大電路的類型，一般有晶體管負(fù)反饋放大電路、集成運(yùn)算負(fù)反饋放大電路.為滿足上述放大倍數(shù)的要求，晶體管負(fù)反饋放大電路最少需要二級(jí)放大，其連接形式有直接耦合和阻容耦合，阻容耦合可以消除放大器各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)之間的影響，本設(shè)計(jì)采用兩者相結(jié)合的方式；對(duì)于各級(jí)放大器，其組態(tài)有多種多樣，有共發(fā)射極，共基極和共集電極。本設(shè)計(jì)可以采用共發(fā)射極-共基極-共集電極放大電路。對(duì)于負(fù)反饋形式，有電壓串聯(lián)、電壓并聯(lián)、電流串聯(lián)、電流并聯(lián)。本設(shè)計(jì)采用電壓并聯(lián)負(fù)反饋形式。2. 設(shè)計(jì)電路,畫出

3、電路圖.下面是電源輸入電路，通過并聯(lián)兩個(gè)電容的濾波電路形式，以效消除干擾,保證電路穩(wěn)定工作，否則容易產(chǎn)生自激振蕩。整體原理圖如下：從上圖可以看出來，整個(gè)電路由三級(jí)放大和一路負(fù)反饋回路構(gòu)成，第一級(jí)電路是NPN管構(gòu)成的共發(fā)射極電路，通過直接耦合的方式輸出給第二級(jí)的共基極電路，因此兩級(jí)直接的靜態(tài)工作點(diǎn)會(huì)相互影響。第二級(jí)放大電路通過電容輸出給第三級(jí)。第三級(jí)放大電路是共集電極電路，射極跟隨輸出到負(fù)載。整體參數(shù)設(shè)計(jì)：假設(shè)輸入電壓峰峰值為50mv，輸出電壓峰峰值不小于1.5V，電壓放大倍數(shù)>30 倍。因?yàn)榇嬖谪?fù)反饋，為達(dá)到設(shè)計(jì)要求，所以電壓開環(huán)總放大倍數(shù)為1000倍左右。第一、第二級(jí)的開環(huán)電壓放大倍數(shù)

4、將近需要30-40倍。下面，對(duì)各級(jí)放大進(jìn)行分析：第一級(jí)：如圖，TP3和TP4為信號(hào)輸入接入點(diǎn)，信號(hào)通過C1耦合輸入到Q1基極。Q1 型號(hào)9013為NPN三極管，電流增益帶寬積Ft為60MHZ以上，電流增益為100左右，滿足設(shè)計(jì)要求。前級(jí)采用共發(fā)射極組態(tài)，R1和R2設(shè)定基極靜態(tài)工作點(diǎn)，使TP5電壓為1.2V左右，那么TP7的靜態(tài)電壓為0.55V左右。設(shè)定集電極電阻R3，使得集電極靜態(tài)電壓TP6為4V左右。理論值計(jì)算：UBQ=VCC*R2/(R1+R2)=1.25VUEQ=UBQ-VBE (on)=1.25-0.65=0.6VIEQ=UEQ/R5=0.6mAUCQ=VCC-ICQ*R3= VCC-

5、IEQ*R3= VCC-0.6*3.9K=2.95Vrbe1=rbb+(1+)26(mV)/IEQ=300+4.2K=4.5KAU1=UO1/Ui=-RL/rbe1= -(R3/R4/rbe2)/rbe1=-32第二級(jí)：如圖， Q2 型號(hào)9012為PNP三極管，電流增益帶寬積Ft為50MHZ以上，電流增益為100左右，滿足設(shè)計(jì)要求。前級(jí)采用共基極組態(tài)，這里要注意的是，R4是這一級(jí)的輸入電阻。通過R6和R7設(shè)定基極靜態(tài)工作點(diǎn)，使TP8電壓為3.8V左右，使TP12電壓為4.5V左右再調(diào)節(jié)R8，使得集電極電壓TP9為2V左右，這樣，不容易出現(xiàn)失真。理論值計(jì)算：UBQ2=VCC*R7/(R6+R7)

6、=3.75VUEQ2=UBQ2+VBE (on)= 3.75V +0.7=4.45VIEQ2=(VCC-UEQ2）/R4=0.55/4=0.14mAUCQ2= ICQ2*R8= IEQ2*R8= 0.14*15K=2.1Vrbe2=rbb+(1+)26(mV)/IEQ2=300+18.3K=18.6KAU2=UO2/UO1=RL2/rbe2第二級(jí)交流負(fù)載RL2=R8/Ri3第三級(jí)輸入電阻Ri3=rbe3+(1+)Re3/R9Re3=R10/R11=260歐rbe3=rbb+(1+)26(mV)/IEQ3由后面的計(jì)算得IEQ3=1.1mA因此rbe3=rbb+(1+)26(mV)/IEQ3=30

7、0+2.8K=3.1KRi3=rbe3+(1+)Re3/R9=34.3K/240K=30K因此，第二級(jí)RL2=R8/Ri3=15K/30K=10K第二級(jí)放大倍數(shù)AU2=UO2/UO1=RL2/rbe2 =100*10/22.6=40中間級(jí)的電壓放大倍數(shù)約為40倍，輸出同相。第三級(jí)：如圖，中間級(jí)通過耦合電容輸出到輸出級(jí)，輸出級(jí)Q3同樣采用9013三極管，輸出功率有1W ，最大集電極電流IC=500mA，滿足設(shè)計(jì)需求。通過設(shè)計(jì)R9和R10使得Q3基極靜態(tài)電壓TP10為3V左右，發(fā)射極電壓VE為2.3V左右，輸出幅度可以達(dá)到最大。TP1和TP2為輸出測試點(diǎn)，C5為交流輸出耦合電容R11為輸出電阻，3

8、00歐姆。理論值計(jì)算：*IBQ3*R10+ IBQ3*R9=VCC- VBE (on)得出IBQ3=0.009mAIEQ3=1.1mAUEQ3=R10* IEQ3=2.2VUBQ3=2.2+ VBE (on)=2.9V由上面的分析可以得到，開環(huán)放大倍數(shù)AU= AU1* AU2=32*40=-1280負(fù)反饋電路：由上圖可見，C4、R12和J3（J3為跳線帽接口，方便測量開環(huán)增益倍數(shù)）為負(fù)反饋電路，連接到第一級(jí)的基極TP5處，可見，反饋形式為電壓并聯(lián)負(fù)反饋。由負(fù)反饋基本公式：Af=A/1+AF本實(shí)驗(yàn)電路：Fiu=1/R12在深度負(fù)反饋條件下：Auf=Uo/Ui=1/Fiu*Ri1=100/3.1=

9、33靜態(tài)工作點(diǎn)測量及性能測試：VBQ1VCQ1VEQ1VBQ2VCQ2VEQ2VBQ3VEQ3單位測試點(diǎn)TP5TP6TP7TP8TP9TP12TP10TP11理論值1.252.850.553.752.14.452.92.2V實(shí)際值1.203.00.523.82.154.472.872.2V1. 開環(huán)增益測量（跳線帽J3不連接）輸入信號(hào)第三級(jí)輸出開環(huán)放大倍數(shù)測試點(diǎn)TP3TP1理論值3mV3.84V1280實(shí)際值3mV3.7V12332 閉環(huán)增益測量（跳線帽J3連接）輸入信號(hào)第三級(jí)輸出閉環(huán)放大倍數(shù)測試點(diǎn)TP3TP1理論值50mV1.65V33實(shí)際值50mV1.75V353. 性能測試誤差分析通過測

10、量，發(fā)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)會(huì)與計(jì)算值有一定的差別，這是因?yàn)槔碚撚?jì)算的時(shí)候，假設(shè)了三極管有很大的輸入阻抗，忽略了流進(jìn)去的電流造成了。但是，誤差在允許的范圍內(nèi)。開環(huán)工作狀態(tài)，輸出波形時(shí)大時(shí)小，不穩(wěn)定，其原因是信號(hào)發(fā)生器輸出不穩(wěn)定所致。放大倍數(shù)絕對(duì)值相差47，誤差在4%以內(nèi)，加入負(fù)反饋后的增益絕對(duì)值相差為2，誤差為6%。說明設(shè)計(jì)及調(diào)試非常正確，誤差的原因是三極管參數(shù)、電阻誤差引起的。通過測試，實(shí)驗(yàn)誤差在允許范圍內(nèi)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。實(shí)驗(yàn)總結(jié)與體會(huì)：這是一個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，應(yīng)用了很多方面的知識(shí)，如PNP和NPN兩種三極管的使用，共發(fā)射極電路、共基極電路、共集電極電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置，放大倍數(shù)的計(jì)算,負(fù)反饋放大電路反饋系數(shù)和閉環(huán)增益的計(jì)算等，本次試驗(yàn)對(duì)電路的設(shè)計(jì)和操作要求很高，遇到了很多問題，也通過和同學(xué)討論解決了。此設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)最關(guān)鍵的部分還是反饋電路的設(shè)計(jì)，采用了電壓并聯(lián)負(fù)反饋的方式，因?yàn)榧尤肓素?fù)反饋，雖然放大電路的放大