反馈放大电路设计实验报告模版

课程名称：          模拟电路              

实验名称：      负反馈放大电路设计       

学院：              信息工程学院                    

专业：     信息工程     班级：            

组号：            指导教师：  陈田明                 

报告人：           学号：                 

实验地点   N102   实验时间：                               

实验报告提交时间：                      

                      教务处制

一.实验名称:

负反馈放大电路设计

二.实验目的: 

加深对负反馈放大电路原理的理解.

学习集成运算反馈放大电路、晶体管反馈放大电路的设计方法.

掌握集成运算反馈放大电路、多级晶体管反馈放大电路的安装调试及测试方法.

三.实验仪器:

双踪示波器     一台/组

信号发生器         一台/组

直流稳压电源   一台/组

万用表        一台/组

四.实验内容:

设计一个多级晶体管负反馈放大电路或集成运算负反馈放大电路，性能要求如下：

闭环电压放大倍:30---120

输入信号频率范围:1KHZ-------10KHZ.

电压输出幅度 ≥1.5V

输出电阻≤3KΩ

五.实验步骤:

1.选择负反馈放大电路的类型，一般有晶体管负反馈放大电路、集成运算负反馈放大电路.

为满足上述放大倍数的要求，晶体管负反馈放大电路最少需要二级放大，其连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级静态工作点之间的影响，本设计采用两者相结合的方式；对于各级放大器，其组态有多种多样，有共发射极，共基极和共集电极。本设计可以采用共发射极-共基极-共集电极放大电路。对于负反馈形式，有电压串联、电压并联、电流串联、电流并联。本设计采用电压并联负反馈形式。

2.设计电路,画出电路图.

下面是电源输入电路，通过并联两个电容的滤波电路形式，以效消除干扰,保证电路稳定工作，否则容易产生自激振荡。

整体原理图如下：

从上图可以看出来，整个电路由三级放大和一路负反馈回路构成，第一级电路是NPN管构成的共发射极电路，通过直接耦合的方式输出给第二级的共基极电路，因此两级直接的静态工作点会相互影响。第二级放大电路通过电容输出给第三级。第三级放大电路是共集电极电路，射极跟随输出到负载。

整体参数设计：

假设输入电压峰峰值为50mv，输出电压峰峰值不小于1.5V，电压放大倍数>30 倍。因为存在负反馈，为达到设计要求，所以电压开环总放大倍数为1000倍左右。第一、第二级的开环电压放大倍数将近需要30-40倍。

下面，对各级放大进行分析：

第一级：

如图，TP3和TP4为信号输入接入点，信号通过C1耦合输入到Q1基极。Q1 型号9013为NPN三极管，电流增益带宽积Ft为60MHZ以上，电流增益β为100左右，满足设计要求。

前级采用共发射极组态，R1和R2设定基极静态工作点，使TP5电压为1.2V左右，那么TP7的静态电压为0.55V左右。设定集电极电阻R3，使得集电极静态电压TP6为4V左右。

理论值计算：

UBQ=VCC*R2/(R1+R2)=1.25V

UEQ=UBQ-VBE (on)=1.25-0.65=0.6V

IEQ=UEQ/R5=0.6mA

UCQ=VCC-ICQ*R3= VCC-IEQ*R3= VCC-0.6*3.9K=2.95V

rbe1=rbb’+(1+β)26(mV)/IEQ=300+4.2K=4.5K

AU1=UO1/Ui=-βR’L/rbe1=  -β(R3//R4//rbe2)/rbe1=-32

第二级：

如图， Q2 型号9012为PNP三极管，电流增益带宽积Ft为50MHZ以上，电流增益β为100左右，满足设计要求。

前级采用共基极组态，这里要注意的是，R4是这一级的输入电阻。通过R6和R7设定基极静态工作点，使TP8电压为3.8V左右，使TP12电压为4.5V左右再调节R8，使得集电极电压TP9为2V左右，这样，不容易出现失真。

理论值计算：

UBQ2=VCC*R7/(R6+R7)=3.75V

UEQ2=UBQ2+VBE (on)= 3.75V +0.7=4.45V

IEQ2=(VCC-UEQ2）/R4=0.55/4=0.14mA

UCQ2= ICQ2*R8= IEQ2*R8= 0.14*15K=2.1V

rbe2=rbb’+(1+β)26(mV)/IEQ2=300+18.3K=18.6K

AU2=UO2/UO1=βR’L2/rbe2

第二级交流负载R’L2=    R8//Ri3

第三级输入电阻Ri3=[rbe3+(1+β)R’e3]//R9

R’e3=R10//R11=260欧

rbe3=rbb’+(1+β)26(mV)/IEQ3

由后面的计算得IEQ3=1.1mA

因此rbe3=rbb’+(1+β)26(mV)/IEQ3=300+2.8K=3.1K

Ri3=[rbe3+(1+β)R’e3]//R9=34.3K//240K=30K

因此，第二级R’L2=    R8//Ri3=15K//30K=10K

第二级放大倍数AU2=UO2/UO1=βR’L2/rbe2

        =100*10/22.6=40

中间级的电压放大倍数约为40倍，输出同相。

第三级：

如图，中间级通过耦合电容输出到输出级，输出级Q3同样采用9013三极管，输出功率有1W ，最大集电极电流IC=500mA，满足设计需求。

通过设计R9和R10使得Q3基极静态电压TP10为3V左右，发射极电压VE为2.3V左右，输出幅度可以达到最大。

TP1和TP2为输出测试点，C5为交流输出耦合电容R11为输出电阻，300欧姆。

理论值计算：

β*IBQ3*R10+ IBQ3*R9=VCC- VBE (on)

得出IBQ3=0.009mA

IEQ3=1.1mA

UEQ3=R10* IEQ3=2.2V

UBQ3=2.2+ VBE (on)=2.9V

由上面的分析可以得到，开环放大倍数

AU= AU1* AU2=32*40=-1280

负反馈电路：

由上图可见，C4、R12和J3（J3为跳线帽接口，方便测量开环增益倍数）为负反馈电路，连接到第一级的基极TP5处，可见，反馈形式为电压并联负反馈。

由负反馈基本公式：Af=A/1+AF

本实验电路：Fiu=1/R12

在深度负反馈条件下：Auf=Uo/Ui=1/Fiu*Ri1=100/3.1=33

六、静态工作点测量及性能测试：

通过测量，发现静态工作点会与计算值有一定的差别，这是因为理论计算的时候，假设了三极管有很大的输入阻抗，忽略了流进去的电流造成了。但是，误差在允许的范围内。

开环工作状态，输出波形时大时小，不稳定，其原因是信号发生器输出不稳定所致。放大倍数绝对值相差47，误差在4%以内，加入负反馈后的增益绝对值相差为2，误差为6%。说明设计及调试非常正确，误差的原因是三极管参数、电阻误差引起的。

通过测试，实验误差在允许范围内，达到设计要求。

七、总结与体会

完成本设计性实验项目的收获.

   这是一个设计性实验项目，应用了很多方面的知识，如PNP和NPN两种三极管的使用，共发射极电路、共基极电路、共集电极电路静态工作点的设置，放大倍数的计算,负反馈放大电路反馈系数和闭环增益的计算等，本次试验对电路的设计和操作要求很高，遇到了很多问题，也通过老师和同学的指导解决了。

     此设计性实验最关键的部分还是反馈电路的设计，采用了电压并联负反馈的方式，因为加入了负反馈，虽然放大电路的放大倍数有所下降，但稳定性提高了，减少了失真。满足深度负反馈条件的公式：Af=A/1+AF，得到了验证，加深了对负反馈放大电路概念的理解。

    本次实验自己选择器件，焊接电路板，测试相关数据。让我的模拟电路的知识提高了很多。更熟悉了焊接技术和发生器、示波器的使用。