1、 四川天一学院 2012 年 9 月 26 日共 20 页 负反馈放大电路的设计 第 0 页负反馈放大电路的设计反馈放大电路的设计一般是根据技术指标的要求来确定放大电路的结构、级数、电路元器件的参数及型号，然后通过实验调试来实现的。一、 设计任务及要求用分立元器件设计一个交流放大电路，用于指示仪表中放大弱信号，具体指标如下：（1） 工作频率：f=30Hz30KHz。（2） 信号源： =10mv（有效值） ，内阻 =50UiRs（3） 输出要求： 1V（有效值） ，输出电阻小于 10 ，输出电流 1mA（有效值） 。00I（4） 输入要求：输入电阻大于 20K 。（5） 工作稳定性：当电路元器件
2、改变时，若 ，则 。10%Au1uf二、 负反馈放大电路设计的一般原则1.负反馈方式的选择采用什么反馈方式，主要根据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，就需要采用电压负反馈；在负载变情况下，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。对音频放大电路，主要是用负反馈减
3、小非线性失真，设计时一班取 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 为几十至几百。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，这时采用多级放大加深反馈容易产生自激，且在幅频特性的高、低频段易产生凸起的现象。因此首先要保证每一级有足够宽的频带，如在两级之间采用低输入电阻的接法（例如共射一共基的形式）去解决。2、放大管的选择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一些（ 小） ，这样可减小噪声；
4、但对输出级而言，因其输出电压和输出电流EI都较大，故需选用 大的管子。CMP3、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，因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 数值，放大电路的级数大致可用下列原则来确定：几十至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，几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四川天一学院 2012 年 9
5、 月 26 日共 20 页 负反馈放大电路的设计 第 1 页是可以的。4、电路的确定根据不同的要求，放大电路中各级所选用的电路也是不同的。（1）输入级。输入级采用什么电路主要决定于信号源的特点。如果信号源不允许取较大的电流，则输入级应具有高的输入电阻，那么以采用射极输出器为宜。如果信号源不允许取较大的电流，则输入级应具有高的输入电阻，那么以采用射极输出器为宜。让一个要求有特别高的输入电阻（ 1M ） ，可采ir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
6、般取 。1,(12)ECEImAUV（2）中间级。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 大的管子。其静态工作点一般为 。(3),(5)ECEI（3）输出级。输出级采用什么电路注意决定于负载的要求。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，可用变压器输出。因输出级的输出电压和输出电流都较大，其静态工作点的选择要比中间级为高，具体数值要视输出电压和输出电流的大小而定。三、设计过程1.确定方案（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
7、阻、输入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，故输出级应采用射级输出器，但它的输出电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 100，则所需反馈深度为011 0frAF另外，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，基本放大电路的输入电阻为 =2.5K （第一级可采用局部电流负反馈） ，则所需反馈深度ir为 201 8.5ifrAF最后从放大性能稳定度也可以确定出所需反馈深度
8、为 00/11 0uuffAFA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。四川天一学院 2012 年 9 月 26 日共 20 页 负反馈放大电路的设计 第 2 页（2）估算 A 值。根据指标的要求，放大电路的闭环凡达倍数应为 010fiUVm由此可以求出 (1)fAFA因输出级采用了射击输出器，其电压放大倍数近于 1，故需用两级共射放大才能达到 1000 倍。考虑到仪表对主和大电路稳定性能要求较高，故采用典型的两级直接耦合双管放大单元，如图 6.43 所示。其中 Rf1 和 Rf2 不加旁边电容是为了引入局部负反馈以稳定每一级的放大倍数。R1 和 C4 是去耦电路
9、，用以削弱由于电源存在内阻而在 Vcc3 出面的电压波动，使它发送可能少传到 Vcc1.（2）放大管的选择。由于 VT3 需要输出设备电流的最大值 ，为了保证不21.4LMLIImA失真，要求 ，因此它的射级电流 ，故选用小功率管 3DG100 即可，3ELMI321.43EImA其参数如下： ()0,5,0cBRCOCMmAUVPW因前两级放大对管子无特殊要求，为了统一起见，均采用 3DG100。根据以上考虑：方案一 (如图 1 所示)（1） 图中 A1,A2,A3 为 CF351 宽带集成运放。引脚功能与 uA741 相同,即 1、5 输入失调调节， 2 IN , 3 IN ， 4 V E
10、E， 6 OUT， 7 V CC， 8 增益带积 G 、BW:4MH Z（2）工作原理及分析Ui1-Ui2= 21Ro即 Uo1-Uo2= )(212ii输出电压：U0=- =-)(21ofR)(212iif UR令: R 2=800 .R=Rf=20K 时；R=10K)(0)(8.412121iiii=-102Uid其中，4 个 5PF 的瓷片电容是相位补偿电容，防止电路自激四川天一学院 2012 年 9 月 26 日共 20 页 负反馈放大电路的设计 第 3 页图 1（3）电路特点当 Ui 1=Ui 2=Ui C 时。U A=UB=Ui c （虚短） ，R 2 中电流为 0. Uo 1=U
11、O 2=Ui C 输出电压 UO=0.可知电路放大差模信号抑制共模信号。当输入信号中有共模噪声时也将被抑制。输入阻抗可达 1012 。输出阻抗1 .当电源电压为 15V 时。最大差模信号输入电压为 12V.最大差模输入电压为 12V.当 Auf1=51 时。BW f1=80KHZ当 AUf2=2 时。BW f2=2MHZ 两级放大时,BW=0.64min(BW f1,BWf2)=0.648050KH Z参考资料：模拟电子技术基础简明电子元件手册模拟电子技术基础方案二1. 电路原理图（如图 2 所示）2. 工作原理：与上述图 1 三运放仪用放大器相同，不同的是它是制作在一块芯片上的，型号是INA
12、102，后一级是电压跟随器，型号是 CF741。3. 增益设定（如表 2-1 所示）表 2-1增益 引脚连接 增益 引脚连接1 6 和 7 100 3 和 6 和 710 2 和 6 和 7 1000 4 和 7,5 和 6四川天一学院 2012 年 9 月 26 日共 20 页 负反馈放大电路的设计 第 4 页图 23、.组成仪用放大器 （如图 3 所示）图 3两个 1 F 的电容为去耦电容。R w 为输入级失调调节电位器，将引脚 和和短接。A uf=100，A 1 为INA102， A2 为 CF741 集成运放，组成电压跟随器。由于无外接器件，故放大器的放大倍数的稳定性很好参考资料：童诗
13、白、华成英主编模拟电子技术基础第三版。P.368P.370方案三：由分立元件组成的负反馈放大器初步电路如图 6.43 所示。输出级到输入级的反馈是从 VT3 的射级反馈到 VT1 的射级，组成电压串联负反馈的形式。四川天一学院 2012 年 9 月 26 日共 20 页 负反馈放大电路的设计 第 5 页工作原理：由三级放大器组成。一、二级采用直接偶合方式，第三级为射随器，由于每级都引入了交（直）流负反馈。工作稳定，放大倍数稳定，经估算性能指标完全达标。 （详细分析计算在电路设计中给出。 ）综上所述：三方案均满足给定技术指标，但方案三由学校统一采购元器件，同时又能培养我们的动手能力，故选定方案三
14、为本次课程设计终选方案.2.电路参数的计算首先要初步确定出各级的电压放大倍数，然后才能根据它们来计算出各级的电路参数。前面已经指出双管方大单元的电压放大倍数应满足 AU1AU21000，那么，如何分配 Au1 及 Au2 呢？由电路结构可知，为了使放大电路的输入阻抗高，工作性能稳定，在第一级和第二级中都串入了 RF1 和 RF2 以便实现局部负反馈作用，因此它们的电压放大倍数都不会很高。各级的电压放大倍数可初步分配为Au230,Au240,Au31，这样总的电压放大倍数 Au30x40x1=1200，略大于 1000（多出的数值是为了留有一定的余量） 。（1）输出级的计算由于输出电压 UO =
15、1v（有效值）,输出电流 IO=1mA（有效值） ，故负载电阻UO/IO=1K LR四川天一学院 2012 年 9 月 26 日共 20 页 负反馈放大电路的设计 第 6 页.确定 及 Vcc。在射级输出器中，一般根据 来选择 ，取系数为 2，则3ERLER)21(E， =667。2,L/3LELR在图 6.44 中，取 =1mA， =1v，可以求出minCIinCU= +（ / )=1+( 1)= 3.12mA3EIinLP67.02= + + = 1+1.4+3.12 2=8.64V 式中，ULP 是输出负载的电压峰值。minCViULP3ER3I为了留有余量，取 =3.5mA,Vcc=1
16、2v；由此可以求出 =3.52 =7V. 3I 33EEIRU.确定 及 。为了计算 及 ，首先要求出 及 ，由图 6.44 可知， =31BR231BR23BUI 3BU=7+0.7=7.7V。选用 =50 的管子，则 =0.07mA=70 A，选用EU3CI=（ 510） =0.350.7mA,为了提高本级输入电阻，取 0.35mA，则得RBI3BI= / =7.7/0.35=2K31R=（ - ）/ =(12-7.7)/0.35=12.3K2BCV3BUI四川天一学院 2012 年 9 月 26 日共 20 页 负反馈放大电路的设计 第 7 页取 =13K，由此可以求出输出级对第二级的等
17、效负载电阻约为32BRRL2 = = (1+ ) =1322(51 0.67) 6.6K 式中忽略了 的影响。ir31B3LR3ber.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2CfL =1.1 f2L3L1假设每级下限频率相同，则各级的下限频率应为= HzfL31.5为了留有余地， 忽略第二级的输出电阻（因尚未标出） ，则（310） （31.8106.2） （4.8216.1）2CL2R1f610F因此，可选用 10 电解电容器。F同理，忽略射极输出器的输出电阻，则（310） （31.8106.2） （31.8106.2）CL2R1f610F因此，可选用 100
18、的电解电容器。F（2）双管放大单元电路的计算：四川天一学院 2012 年 9 月 26 日共 20 页 负反馈放大电路的设计 第 8 页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 6.45 所示，一般取几十欧,RF2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 =51，由此可求出这级的电压放大倍数为= =u2A2C*2)1(RFber， F2beC2beF2beC2be Rr1rRr1r 选 =1mA， =50，则E2I263K.1I2)50(3IU1r EE2Tb2e 又由于预先规定了 051.631R40 A,AC2u2Fu的 公 式 则 得代 入由此可以解得 3
19、.35K。再利用 = 代入 =6.6K，C2R2L22R则 3.35= 选 =3V， =1mA,则由 Vcc= 可得26.EUC2ICE22FC2UI3)0518(122由此可以得出 。取 K.R,.E2E2第二级的输入电阻可以计算如下 23.4051.63.1rF2be2i四川天一学院 2012 年 9 月 26 日共 20 页 负反馈放大电路的设计 第 9 页确定第 1 级的电路参数。电路如图 6.46 所示。为了提高输入电阻而又不致使放大倍数太低，应取 0 5 mA，并选 =50，则E1I1= +（1+ ） =300+（50+1）be1r 1ETIU269K利用同样的原则，可得 c1beF1be1cu Rr)(rAF1ber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u1A，代入 ，可求得 ，再利用 ，求出51RF30u13KRc i2c1 r/R。Kc为了计算 ，选 ，则有 E1VU1
