负反馈放大电路分析要点

课程设计报告

课程设计题目：负反馈放大电路的设计

要求完成的内容：设计一个负反馈放大电路，保证输出电压稳定。指标条件如下：电压放大增益|Av|≥10，反馈深度≥10，输入电阻R i≥1KΩ，输出电阻R o≤100Ω，

f L≤10HZ，f H≥1KHZ。所使用的元器件要求为：晶体管（9013或9014），电容（瓷片电容）、电阻（0.25瓦）等。

要求：（1）根据设计要求，确定电路的设计方案，估算并初步选取电路的元件参数。（2）选用熟悉的电路仿真软件，搭建电路模型进行仿真分析，由仿真结果进行参数调试、修改，直至满足设计要求。

（3）由选取的元件参数，精确计算和复核技术指标要求。

（4）满足设计要求后，认真按格式完成课程设计报告。

指导教师评语：

评定成绩为：

指导教师签名：年月日

负反馈放大电路的设计

一、 课程设计的目的

（1）初步了解和掌握负反馈放大器的设计、调试的过程。 （2）能进一步巩固课堂上学到的理论知识。 （3）了解负反馈放大器的工作原理。

（4）了解并掌握负反馈放大电路各项性能指标的测试方法。

（5）加深理解放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大器各项性能指标的影响。

二、 设计方案论证

2.1框图及基本公式

图1 负反馈放大电路原理框图

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:

id i f X X X =- 基本放大电路的增益（开环增益）为:

/o id A X X = 反馈系数为:

/f o F X X = 负反馈放大电路的增益（闭环增益）为:

/f o i A X X = 2.2负反馈对放大器各项性能指标的影响

负反馈的电路形式很多，但就基本形式来说，可以分为4种：即电流串联负反馈；电压串联负反馈 ；电流并联负反馈；电压并联负反馈。一个放大器，加入了负反馈环节后，虽

然会牺牲一部分增益，但对放大器一系列性能指标产生很大影响和提高。因此，可以根据实际情况的需要，引入任一形式的负反馈，从而使放大器的性能符合实际情况的需要。反馈对放大倍数的影响若无反馈时基本放大器的放大倍数为（Ao ），反馈系数为F ，则加反馈后的闭环增益为：

1o

F o A A A F

=

+

上式中的Ao 、Af 、F 等是泛指的，对于一个具体反馈电路，它具有特定的量纲。可见，加了反馈后，闭环增益比开环增益降低要注意了1+AoF 倍，其中D=1+AoF 称为反馈系数。放大器放大倍数的稳定性常用放大倍数的相对变化率反应。因此dA/A 的大小可以衡量增益的稳定性，显然该值越小，放大器的稳定性越高。放大增益的稳定性，是由于晶体管参数ρ随温度变化，工作条件变化带来的。对2-5进行微分可得：

11o F F

o o

dA dA A A F A =

+ 11o F F o o dA dA A A F A =+

引入负反馈后，闭环增益的稳定性比开环增益稳定性提高了1+AoF 倍。 2.2.1负反馈能使放大器的通频带展宽

可以证明，若无负反馈时的基本放大器的上限频率和下线频率分别为H F 和L F ，闭环时放大器的上下限频率为Hf F 和Lf F 则有：

()1Hf o H

F A F F =+)1Hf o H F A F F =+ 1

1LF L

o

F F A F =+1LF L o F F A F =+ 可见，加了负反馈后上限频率提高，下限频率降低，通频带展宽1+AoF 倍。

另外，负反馈还可以改善放大器的失真情况；还可以改变放大器的输入、输出阻抗等。 2.3 放大电路的幅频特性

在放大电路中，由于电抗元件（如电容、电感线圈等）及晶体管极间电容的存在，当输入信号的频率过低或过高时，不但放大倍数的数值会变小，而且还将产生超前或滞后的相移。说明放大倍数是信号频率的函数，这种函数关系称为频率响应或频率特性。 大电路的耦合电容，对信号构成了高通电路，即对于频率足够高的信号电容相当于短路，信号几乎毫无损失地通过；而当信号频率低到一定程度时，电容的容抗不容忽略，信号将在其上产生压降，从而导致放大倍数的数值减少且产生相移。与耦合电容相反，由于半导体管极间电容的存在，对信号构成了低通电路，即对于频率足够低的信号相当于开路，对电路不产生影响；而当信号频率高到一定程度时，极间电容将分流，从而导致放大倍数的数值减少且产生相移

动。对一个具体的放大电路来说，都存在某一个频带，在这一频带范围内，放大电路对信号的放大有较高的增益和较小的相移，这就是放大电路的通频带。若电路的中频电压放大倍数为us A ,当电压放大倍数下降到70.7%us A 时，所对应的低端频率称下限频率L f ；所对应的高端频率称上限频率H f 。上限频率H f 与下限频率L f 之差，就是它的通频带bw f ,即：

bw H L f f f =+1．输入级的放大管的静态工作点一般取I E ≤1mA ，U CE =（1～2）V ，不允许取较大的电流，所以输入级应具有较高的输入电阻，故采用共射放大电路。2. 输出级负载电阻较大，而且主要是输出电压，故采用共集放大电路。其特点为从信号源索取的电流小而且带负载能力强。 2.4元器件的选择 2.4.1放大管的选择

由于Q2需要输出电流的最大值mA I I L LM 4.12==，为了不失真，要求LM E I I 23≥，因此它的射极电流mA I E 4.123⨯≥≈3mA ，故均选用小功率管2N2222A ，其特性频率较高，导通截止特性良好。其参考如下：

()mA P V U mA I CM CEO BR CM 100,45,20=== 2.4.2电容的选择

由于电容对直流量的容抗无穷大，所以信号源与第一级放大电路、第一级与第二级、第二级与负载之间用耦合电容连接没有直流量通过。旁路电容可产生一个交流分路，将混有高频电流和低频电流的交流电中的高频成分旁路掉，把输入信号中的高频噪声作为率处对象滤除高频杂波，故将第一级的射极并联一个旁路电容。 2.5 电路设计

2.5.1第一级放大电路参数设定

确定第一级的电路参数.电路如图2所示。