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四川航天职业技术学院电子工程系课程设计专业名称飞行器电子装配技术课程名称模拟电子课程设计课题名称负反馈放大电路的设计设计人员****指导教师*******2010年6月25日《负反馈放大电路课程设计》任务书
一、课题名称负反馈放大电路课程设计
二、技术指标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=30HZ~30KHZ`能2信号源Us=10mV有效值.内阻Rs=50Ω.3输出要求Uo≥1V(有输入电阻大于20KΩ.)4输入要求输入电阻大于20KΩ.5工作稳定性当电路元器件改变时.若ΔAu/Au=10%.则ΔAuf1%.
三、要求1了解模拟电路设计思路设计方法和步骤2掌握放大电路的工作原理3了解负反馈放大电路的工作原理
3、论文格式按系下发的《课程设计格式要求》统一执行
4、要求原理图、印制板图、装配图三图齐全(印制板图和装配可合二为一)指导教师学生电子工程系2010年6月25日目录TOC\o1-3\h\z\u第一章性能指标
61.1放大倍数
61.2输入电阻
61.3输出电阻
61.4通频带与频率失真6第二章设计原理框图7第三章设计方案以及选定8方案一8方案二9方案三10确定方案12第四章电路参数的计算
124.1输出级的计算
124.2双管放大单元电路的计算14第五章核算技术的标准
165.1核算A
165.2核算输出电阻
175.3核算输入电阻
175.4核算放大电路是否稳定17第六章装配调试
186.1接装电路
186.2静态调试
186.3动态调试18心得体会18总结19附:材料清单19参考文献20附图21摘要此课题的设计是根据技术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,然后通过实验调试调试来实现的,并且由技术要求输出电流Io≤1mA的小电流和输入电阻Ro20KΩ的大电阻,所以我采用的是电压串联负反馈,我设计的放大电路主要是为了提高增益的稳定性,减小电路引起的非线性失真,使放大倍数下降,使放大倍数的稳定性提高,使通频带展宽,使内部噪声减小,负反馈放大电路在实际应用中极为广泛,电路形式繁多,根据反馈电路与输出电路,输入电路的连接方式不同,稳定的对象和稳定的程度也有所不同,需要进行具体分析,一般来说要稳定直流量,应引入直流负反馈,要改善交流特性,应引入交流负反馈,在负载变化时,若想使输出电压稳定,应引入电压负反馈若想使输出电流稳定,应引入年电流负反馈,而放大器中的负反馈就是把基本放大电路的输出量的一部分或全路来影响净输入量,对放大电路部按一定的方式反送回到输入回起自动调整的作用,使输出量趋向于维持稳定特别是放大电路引入负反馈可大大改善放大倍数的稳定性关键字放大电路、串联电压、负反馈第一章性能指标
1.1放大倍数放大倍数是横量放大电路放大能力的指标它有电压放大倍数、电流放大倍数和功率路放大倍数等表示方法其中电压放大倍数应用最多放大电路的输出电压与输入电压之比称为电压放大倍数Au即Au=uo/ui放大电路的输出电流与输入电流之比称为电流放大倍数Ai即Ai=io/ii放大电路的输出功率与输入功率只比称为功率放大倍数即Ap=po/pi
1.2输入电阻放大电路的输入电阻是从输入端向放大电路内看进去的等效电阻它等于放大电路输出端接实际负载电阻后输入电流与输入电流之比即Ri=ui/ii
1.3输出电阻对负载而言放大电路的输出端可等效为一个信号源将放大电路输出端断开接入一信号源电压求出由u产生的电流i则可得到放大电路的输出电阻为Ro=u/i
1.4通频带与频率失真一般情况下放大电路只用于某个频率范围内放大电路所需的通频带由输入信号的频带来确定为了不失真地放大信号要求放大电路的通频带应大于信号的通频带如果放大电路的通频带小于信号的频带由于信号低频段或高频段的放大倍数下降过多放大后不能出现原来的形状也就是原来的信号产生了失真第二章设计原理框图图中的箭头表示信号的传输方向由输入端到输出端趁为正向传输由输出端到输入端称反向传输.因为在实际的放大电路中输出信号经由基本放大电路的内部反馈产生的反向传输作用很微弱可略去所以可认为基本放大电路只能将净输入信号正向传入到输出端.第三章设计方案以及选定方案一方案分析这是一个有集成运放741构成的交直流放大电路,其中构成的电压串联负反馈由于集成运放开环增益很大,所以电路构成深度电压串联负反馈数据分析输入电阻电压放大倍数所以所以由数据可知该放大电路的输出电阻,由于是深度电压负反馈,故输出电阻近似为0由于同相比例运算电路引入了串联负反馈,使输入电阻大大提高,远远大于集成运放本身的输入电阻理想的情况下认为输入电阻无穷大,这是同相比例运算电路的主要优点又因为是电压负反馈,与反比例运算电路一样输出电阻很低,具有很强的带负载能力在同相比例运算电路中因为,即为集成运放的共模抑制比要求较高这也是含集成运放电路缺点方案二方案分析A、此电路为阻容耦合电路反馈信号再输入端是电压相减即.为串联反馈,电路再输出端电压短路为0时,反馈信号为0,即该电路为一个电压反馈B、电压负反馈具有稳定输出电压的作用若而引起,电路能自动调节,其具体过程是C、深度反馈条件由以上相应的数据分析可知电路为阻容耦合电路,其有优点是各静态工作点相互独立,由于电容的隔直作用,使得“零飘”问题基本得到解决交流负反馈可以改善动态性能如,它可以提高电路的放大倍数的稳定性,扩展通频带,减小非线性失真等但是,它的缺点是不能放大直流和变化缓慢的信号,此外不适应集成化的要求,因为集成电路中无法制作大电容方案三
(1)确定反馈的深度从所给指标来看,设计中需要解决的主要是输出电阻、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入电阻较低,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示要求设级输出的输出电阻为100欧姆,则所需要反馈深度为另外,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,才能最后确定反馈渡的大小由于放大电路的输入电阻指示为20K欧姆,此数值不是很高,故可以采用电压串联负反馈的方式来实现假定无反馈时,基本放大电路的输入电阻为ri=
2.5K欧姆(第一级可采用局部电流负反馈),则所需反馈深度为最后从放性能稳定度也可以确定出所需反馈深度为综上所诉,在设计放大电路时所需反馈深度为10,故取1+AF=10
(2)估算A值根据指示的要求,放大电路的闭环放大倍数应为由此可以求出A≥(1+AF)Af=10×100=1000
(3)放大管的选择图
6.43放大电路的原理图方案分析因输出级采用了射级输出器,其电压放大倍数近于1,故需用两极共射放大才能达到1000倍考虑到仪表对放大电路稳定性要求高,故采用典型的两极直接耦合双管放大单元,如图643所示其中RF1和Rf2不加旁路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,用以削弱由于电源存在内阻而在Vcc3出现的电压波动,使它尽可能少传到Vcc1由于VT3需要输出电流的最大值为了保证不失真要求IE3≥2IlM因为它的射级电流的IE3≥2×
1.4MA≈3mA,故选用小工率管3DG100即可,其参数如下Icm=20MaUbrCEO=45VPnM=100Mw.因前两级放大对管子无特殊要求,为了统一起见,均才用3DG100根据以上考虑输出级到输入级的负反馈是从VT3的射级反馈到VT1的射级,组成电压串联负反馈的形式确定方案综合考虑,我认为以上方案只有方案三最合理第四章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放大单元的电压放大倍数应满足Au1Au2≥1000那么,如何分配Au1Au2那?由电路结构可知,为了使放大电路的输入阻抗阻高,工作性能稳定,在第1级和第2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AU1≈30Au2≈
40.Au3≈1这样总的电压放大倍数Au≈30×40×1=200,略大于1000(多出的数值是为了留有一定的余量)
4.1输出级的计算由于输出电压U=1V(有效值),输出电流I=1mA有效值,故负载电阻=1
①确定RE3和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L在图中,取可以求出式子中,Ulp是输出负载电压峰值为了留有余量,取Vcc=12V;由此可以求出
②确定RB31及RB32为了计算RE31及RB32,首先要求出UB3及IB3,由图可知,选用的管子,则选用RB=(5~10)B3=035~
0.7mA为了提高本级输入电阻,取
0.35mA,则得取取RB32=13K,因此可以求出输出级对2级的等效负载电阻约为式中忽略了影响因此,选用10uF电解电容器
③确定C2及C3由于有3级电容耦合,根据多极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2级的输出电阻(尚未标出),则因此,可选用10uF电解电容器同理,忽略射级输出器的电解电阻,则因此,可选用100uF电解电容器
4.2双管放大单元电路的计算
①确定第2级的电路参数为了稳定放大倍数,在电路中引入RF2如图
6.45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,故较小的RF2=51由此可求出这级的电压放大倍数为Au2==·Rc2选IE2=1mA且=50则rbe2=rbb2+1+=300+50+1又由于预先规定了Au2=40RF2=51代入Au2的公式则得40=由此可以解得Rc2=
3.
35.再利用Rc2=Rc2∥RL2代入RL2=
6.6K则
3.35=由此可求出Rc2=
6.8k.选UCE2=3VIc2=1mA则由Vcc=Ic2Rc2+RF2+RE2+UCE2可得12=1×(
6.8+
0.051+R)+3由此可以得出RE2=
2.15k取RE2=
2.2k第2级的输入电阻可以计算如下Ri2=rbe2+1+RF2=
1.63+51×
0.051=
4.23k
②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IE1=05mA并选,则rbe1=rbb1+1+300+50+
12.95k利用同样的原则,可得Au1=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器件的种类,取RF1=51,代入Au1=30,可求得Rc1=
3.3再利用Rc1=Rc1∥ri2,求出Rc1=15k.为了计算RE1,选UE1=1V,则有IE1(RF1+RE1)=1得出RE1=-RF1=-
0.05=
1.95k选RE1为2k为了计算RB1,可先求IB1===
0.01(mA)=10uA由此可得RB1===51k选51k为了确定去耦电阻R1,需先求出UC1=URE2+IE2×RF2+UBE2=
2.95V再利用UC1=VCC-IC1(R1+RC1),可求得R1=
3.1k,取R1为
3.3k为了减少元器件的种类,C1选用10uFCE1及CE2选用100uF,均为电解电容由下限频率L可以验证<<RF1∥1∥RF1,<<RF1+
③反馈元器件RF3及CF的计算由于1+AF=10,又以知A=1000,则F=
0.9%再利用F=可求出RF3=
5.5k,选
5.1kC4选用10uF电解电容,可以验证<<R1第五章核算技术的标准确定放大管的静态工作及电路元件后,放大电路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A
①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Au3=式中,RLRLRE3//RL//(RF3+RF1)=2//1//
5.
10.59k因此可得
②核算第2级电压放大倍数第2级电压放大倍数用下式求得式中rb2=
1.63因此可得
③核算第1级电压放大倍数第1级电压放大倍数用下式求得=式中,R因此可得因此可求出>1000这说明放大电路元器件的选择是合适的
5.2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
5.3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r因此,总输入电阻为>20,可满足要求
5.4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电路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(一般几百千赫一下),也可以利用通用集成运算放大器实现第六章装配调试
6.1接装电路按原理图连接线路,输入信号源30HZ~30KHZ中频段的某一频率,信号源Ui=10MV有效值,测试放大电路输出电压有效值,并计算电压放大倍数
6.2静态调试测试输出级的静态工作点
6.3动态调试测试放大电路的输出电阻、输入电阻附图(原理图)(电路PCB图)电路装配图参考文献胡宴如主编,模拟电子技术北京高等教育出版社陈小文主编,电子线路课程设计北京电子工业出版社李树雄主编,电路基础与模拟电子技术北京航空航天大学出版路勇主编,电子电路实验及仿真[M].清华大学出版社,2003胡宴如主编,模拟电子技术[M].北京高等教育出版社,2000周跃庆主编,模拟电子技术基础教程[M].天津大学出版社,2001附:材料清单电阻13个阻值不等三极管NPN型3个电容7个3DG100三极管2个R1=
3.3KΩRb1=51KΩRb31=22KΩRb32=13KΩRc1=15kΩRc2=
6.8KΩRe1=2KΩRe2=
2.2KΩRe3=2kΩRf1=51ΩRf2=51ΩRf3=
5.1KΩRL=1KΩC1=10ufC2=10ufC3=100ufC4=10ufCe1=100ufCe2=100ufCf=10uf心得体会通过本次对负反馈放大电路的设计,使得我们对负反馈和多级放大电路有了更深层次的了解,通过该课程设计,全面系统的理解了负反馈放大电路的构造的一般原理和基本实现方法把死板的课本知识变得生动有趣,激发了学习的积极性把学过的负反馈放大原理的知识强化,能够把课堂上学的知识通过自己设计的程序表示出来,加深了对理论知识的理解以前对负反馈放大电路的认识在概念上是模糊的,现在通过自己动手做实验,从实践上认识了负反馈放大电路是如何对弱信号进行放大的,如何稳定放大的信号的,对负反馈放大的原理的认识更加深刻在这次课程设计中,我就是按照实验指导的思想来完成加深了理解负反馈放大电路的内部功能及实现,培养实践动手能力和逻辑思维开发能力的目的并且学会了根据任务指标计算设计电路参数,并对元器件进行正确的估算和对元器件的正确选择,能够正确的运用放大电路的放大功能和负反馈的反馈作用(改善单纯放大电路的性能指标),静态工作点会受温度的影响,从而使输出特性曲线向上平移可以运用固定偏置共射放大电路来稳定能将原理图转化为PCB图将所学理论知识运用到实践中,达到了技能训练的目的。