負(fù)反饋放大電路.doc

沈 陽(yáng) 工 程 學(xué) 院課 程 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)題目： 負(fù)反饋放大電路 系 別 電力學(xué)院 班級(jí) 電機(jī)本121 學(xué)生姓名 郭藝涵 學(xué)號(hào) 2012211102 指導(dǎo)教師張玉梅秦宏 職稱 講師教授 起止日期： 2014年 6月23日起至2014年6月27日止沈陽(yáng)工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)題目： 負(fù)反饋放大電路 系 別 電力學(xué)院 班級(jí) 電機(jī)本121 學(xué)生姓名 郭藝涵 學(xué)號(hào) 2012211102 指導(dǎo)教師 張玉梅 /秦宏 職稱 講師教授 課程設(shè)計(jì)進(jìn)行地點(diǎn)： F座 203 任 務(wù) 下 達(dá) 時(shí) 間： 2014年 6 月 20日起止日期：2014 年 6月23日起至 2014年 6月27日止教研室主任 曲延華 2014年 6月20日批準(zhǔn)I負(fù)反饋放大電路1 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求1.1 設(shè)計(jì)目的（1）掌握MOSFET及BJT負(fù)反饋放大電路的構(gòu)成、原理與設(shè)計(jì)方法；（2）熟悉模擬元件的選擇、使用方法。1.2 基本要求（1）空載放大增益10倍，帶寬10kHz；（2）輸入電阻1M，輸出電阻100kHz。（2） 差分式放大輸入級(jí)以減少干擾的措施。（3） 各部分直流限制電壓相同，便于集成。2 設(shè)計(jì)過程及論文的基本要求2.1 設(shè)計(jì)過程的基本要求（1）基本部分必須完成，發(fā)揮部分可任選2個(gè)方向：（2）符合設(shè)計(jì)要求的報(bào)告一份，其中包括邏輯電路圖、實(shí)際接線圖各一份；（3）設(shè)計(jì)過程的資料、草稿要求保留并隨設(shè)計(jì)報(bào)告一起上交；報(bào)告的電子檔需全班統(tǒng)一存盤上交。2.2 課程設(shè)計(jì)論文的基本要求（1）參照畢業(yè)設(shè)計(jì)論文規(guī)范打印，文字中的小圖需打印。項(xiàng)目齊全、不許涂改，不少于3000字。圖紙為A3，附錄中的大圖可以手繪，所有插圖不允許復(fù)印。（2）裝訂順序：封面、任務(wù)書、成績(jī)?cè)u(píng)審意見表、中文摘要、關(guān)鍵詞、目錄、正文（設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)框圖、各部分電路及參數(shù)計(jì)算（重要）、工作過程分析、元器件清單、主要器件介紹）、小結(jié)（致謝）、參考文獻(xiàn)、附錄（電路圖）。3 時(shí)間進(jìn)度安排順序階段日期計(jì) 劃 完 成 內(nèi) 容備注12014.6.23內(nèi)容講解，繪制流程圖打分22014.6.24原理圖繪制打分32014.6.25軟件介紹打分42014.6.26虛擬電路繪制及仿真打分52014.6.27報(bào)告書寫及上交打分2014.6.20I負(fù)反饋放大電路沈 陽(yáng) 工 程 學(xué) 院 模擬電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表系（部）： 電力學(xué)院 班級(jí)： 電機(jī)本121 學(xué)生姓名： 郭藝涵 指 導(dǎo) 教 師 評(píng) 審 意 見評(píng)價(jià)內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重評(píng) 分加權(quán)分調(diào)研論證能獨(dú)立查閱文獻(xiàn),收集資料；能制定課程設(shè)計(jì)方案和日程安排。0.15432工作能力態(tài)度工作態(tài)度認(rèn)真，遵守紀(jì)律，出勤情況是否良好，能夠獨(dú)立完成設(shè)計(jì)工作， 0.25432工作量按期圓滿完成規(guī)定的設(shè)計(jì)任務(wù)，工作量飽滿，難度適宜。0.25432說明書的質(zhì)量說明書立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理，文字通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符號(hào)統(tǒng)一，編號(hào)齊全，圖表完備，書寫工整規(guī)范。0.55432指導(dǎo)教師評(píng)審成績(jī)（加權(quán)分合計(jì)乘以12） 分加權(quán)分合計(jì)指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 年 月 日評(píng) 閱 教 師 評(píng) 審 意 見評(píng)價(jià)內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重評(píng) 分加權(quán)分查閱文獻(xiàn)查閱文獻(xiàn)有一定廣泛性；有綜合歸納資料的能力0.25432工作量工作量飽滿，難度適中。0.55432說明書的質(zhì)量說明書立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理，文字通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符號(hào)統(tǒng)一，編號(hào)齊全，圖表完備，書寫工整規(guī)范。0.35432評(píng)閱教師評(píng)審成績(jī)（加權(quán)分合計(jì)乘以8）分加權(quán)分合計(jì)評(píng) 閱 教 師 簽 名： 年 月 日課 程 設(shè) 計(jì) 總 評(píng) 成 績(jī)分III 摘 要本次課程設(shè)計(jì)的題目是負(fù)反饋放大電路。負(fù)反饋廣泛應(yīng)用于各種電子電路以及各類控制系統(tǒng)之中，起到穩(wěn)定輸出的重要作用。在模擬電子電路中，串聯(lián)負(fù)反饋有增大輸人電阻的作用；電壓負(fù)反饋可控制電壓恒定；故采用串聯(lián)電壓負(fù)反饋，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為了獲得較純凈的輸入信號(hào)，采用了差動(dòng)式放大器來消除共模噪聲。再送到下一級(jí)電路，即由MOSFET管構(gòu)成的核心放大模塊。由于共源組態(tài)的放大效果比較好，輸出倒相。可以利用其和前端差放共同放大，達(dá)到放大倍數(shù)要求，且信號(hào)輸出時(shí)與原相位相同。當(dāng)信號(hào)經(jīng)過核心放大部分后，被送入末端匹配電路。利用BIT共集電極組態(tài)輸出電阻趨于0的特性，搭建了末端匹配電路，達(dá)到輸出端對(duì)外較寬的匹配范圍。同時(shí)輸出信號(hào)再由反饋網(wǎng)絡(luò)回到差放的另一個(gè)輸入端，形成電壓串聯(lián)負(fù)反饋。這樣的反饋形式有著提高輸入電阻、穩(wěn)電壓、提高輸入電阻和拓寬通頻帶的特性，設(shè)計(jì)時(shí)正是考慮了這些特性，將其應(yīng)用于電路中，實(shí)際仿真效果也達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。在設(shè)計(jì)中，將各部分的直流限制電壓的電壓值歸一，使其更易集成，大大提高了應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞 差分式放大器，MOSFET管，電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻，輸出電阻，通頻帶，共集電極放大組態(tài)，輸出匹配特性，共模噪聲I目 錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)描述11.1 設(shè)計(jì)題目：負(fù)反饋放大電路11.2 設(shè)計(jì)要求11.2.1 設(shè)計(jì)目的11.2.2 基本要求11.2.3 發(fā)揮部分12 設(shè)計(jì)思路23 設(shè)計(jì)方框圖34 各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算44.1 單入單出差分式輸入電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算44.1.1 單入單出差分式輸入電路的設(shè)計(jì)：44.1.2 差分式輸入的參數(shù)計(jì)算64.2 由 MOS 管構(gòu)成的核心放大電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算104.2.1 由 MOS 管構(gòu)成的核心放大電路的設(shè)計(jì)：104.2.2 由 MOS 管構(gòu)成的核心放大電路的參數(shù)計(jì)算104.3 共集電極放大電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算134.3.1 共集電極放大電路的設(shè)計(jì)：134.4 負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和計(jì)算：154.4.1 反饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)：154.4.2 增加反饋網(wǎng)絡(luò)后整體電路參數(shù)的測(cè)試與計(jì)算165 工作過程分析206 元器件清單217 主要元器件介紹227.1 關(guān)于 2N2222 NPN 型 BJT 的介紹：227.1.1 特性：227.1.2 主要用途227.1.3 封裝方式：237.2 關(guān)于 2N6758 型 MOSFET 管的介紹247.2.1 主要參數(shù)：247.2.2 封裝方式：24小 結(jié)25致 謝26參考文獻(xiàn)27附 錄 A1 邏輯電路圖281 設(shè)計(jì)任務(wù)描述1.1 設(shè)計(jì)題目：負(fù)反饋放大電路1.2 設(shè)計(jì)要求1.2.1 設(shè)計(jì)目的(1) 掌握MOSFET及BJT負(fù)反饋放大電路的構(gòu)成、原理與設(shè)計(jì)方法；(2) 熟悉模擬元件的選擇、使用方法。1.2.2 基本要求(1) 空載放大增益10倍，帶寬10kHz；(2) 輸入電阻1M，輸出電阻100kHz。(2) 差分式放大輸入級(jí)以減少干擾的措施。(3) 各部分直流限制電壓相同，便于集成。2 設(shè)計(jì)思路根據(jù)此次模擬電子課程設(shè)計(jì)的要求，兼顧基本要求和發(fā)揮部分，我設(shè)計(jì)的負(fù)反饋放大電路主要有四個(gè)模塊構(gòu)成。即，差分輸入部分、核心放大部分、反饋部分、輸出匹配部分?？偟乃悸肥?，將信號(hào)采用差分式輸入減小干擾，使電路更具實(shí)用性；核心放大部分由 MOSFET單管共源放大電路構(gòu)成，其具有成本低、以繼承、靜態(tài)功耗低等特點(diǎn)；為了實(shí)現(xiàn)較小的輸出電阻，獲得與負(fù)載更好的匹配特性，增加本電路的實(shí)用性，我們認(rèn)為應(yīng)利用共集電極三極管在放大狀態(tài)下，放大增益接近于 1，輸入電阻大輸出電阻小的特點(diǎn)，構(gòu)建末端匹配電路。故采用三極管共集電極放大電路作為負(fù)反饋放大電路的輸出端。 （1）差分式輸入電路的設(shè)計(jì)：由于差分式放大器的差模輸入，可以大大消除外界 干擾，故本電路在輸入端采用較為簡(jiǎn)單的，長(zhǎng)尾式單端輸入單端輸出的差分 式放大電路作為輸入電路。 （2）核心放大電路的設(shè)計(jì)：由于 MOSFET 的性能較優(yōu)于 BJT 管，故在構(gòu)建放大部 分時(shí)采用 MOSFET 管的單管共源放大電路。其具有放大倍數(shù)高，輸入輸出相 位相反的特點(diǎn)。其相位特點(diǎn)也決定了前端輸入的輸入端。（3）反饋環(huán)的設(shè)計(jì)：根據(jù)課設(shè)題目要求，為了拓寬通頻帶，增加輸入電阻、減小輸入電阻。希望通過設(shè)計(jì)一個(gè)電壓并聯(lián)負(fù)反饋，既可將本電路可以等效成為 一個(gè)理想電壓源，來達(dá)到這一目的。 （4）末端匹配電路的設(shè)計(jì)：利用 BJT 管單管共集電極放大電路，電壓跟隨，輸出 電阻大的特性，可以進(jìn)一步提升輸出電阻，改善電路輸出端電阻匹配特性。 達(dá)到精益求進(jìn)的目的。 總的來說，基于本題目的基本要求，并兼顧發(fā)揮要求，采用差分輸入，和 MOSFET、BJT管在共源和共集電極兩種工作在線性區(qū)的放大電路，達(dá)到了該課設(shè)題目中掌握 MOSFET 及BJT 負(fù)反饋放大電路的構(gòu)成、原理與設(shè)計(jì)方法；熟悉模擬元件的選擇、使用方法的課設(shè)目的，滿足了這一題目的基本要求和發(fā)揮要求。3 設(shè)計(jì)方框圖共集電極末端 匹配部分單入單出式差分輸入由MOS管構(gòu)成核心放大部分反饋網(wǎng)絡(luò)4 各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算4.1 單入單出差分式輸入電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算4.1.1 單入單出差分式輸入電路的設(shè)計(jì)：圖 4.1.1 單入單出差分式輸入電路圖 4.1.2單入單出的差動(dòng)放大電路（原理圖）差分放大器也叫差動(dòng)放大器是一種將兩個(gè)輸入端電壓的差以一固定增益放大的電子放大器，有時(shí)簡(jiǎn)稱為“差放”。差分放大器通常被用作功率放大器（簡(jiǎn) 稱“功放”）和發(fā)射極耦合邏輯電路 (ECL, Emitter Coupled Logic) 的輸入級(jí)。如果Q1Q2的特性很相似，則Va，Vb將同樣變化。例如，Va變化+1V，Vb也變化+1V，因?yàn)檩敵鲭妷篤out= VaVb =0V即Va的變化與Vb的變化相互抵消。這就是差動(dòng)放大器可以作直流信號(hào)放大的原因。若差放的兩個(gè)輸入為Vin+Vin-,則它的輸出Vout為：其中Ad是差模增益（differential-mode gain ）， Ac是共模增益（common-mode gain）因此為了提高信噪比，應(yīng)提高差動(dòng)放大倍數(shù)，降低共模放大倍數(shù)。二者之比稱作共模抑制比（CMRR, common-mode rejection ratio）。共模放大倍數(shù) 可用下式求出：通常以差模增益和共模增益的比值共模抑制比（CMRR, common-mode rejection ratio）衡量查分放大器消除共模信號(hào)的能力：由上式可知，當(dāng)共模增益Ac0 時(shí)，CMRR。Re越大，Ac就越低，因此共模抑制比也就越大。因此對(duì)于完全對(duì)稱的差分放大器來說，其Ac= 0，故輸出電壓可表示為： 所謂共模放大倍數(shù)，就是Va Vb輸入相同信號(hào)似的放大倍數(shù)。如果共模放大倍數(shù)為0，則輸入噪聲對(duì)輸出沒有影響。 要減小共模放大倍數(shù)，加大Re即可，通常使用內(nèi)阻大的恒流電路來代替Re，本電路中采用了滑動(dòng)變阻器、直流電壓源和電阻來構(gòu)建恒流電路的。 差分式放大器是普通的單端輸入放大器的一種推廣，只要將差放的一個(gè)輸入端接地，即可得到單端輸入的放大器。在差分放大器的另一個(gè)輸入端輸入反饋信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋。在實(shí)用方面，常用于電機(jī)或者伺服電機(jī)控制，穩(wěn)壓電源，測(cè)量?jī)x器以及信號(hào)放大等。 當(dāng)Vo被在VT2或VT3的集電極C對(duì)地取出時(shí)，稱為單端Single ended或不平衡輸出Unbalance Output。單端較差動(dòng)輸出值幅度小一倍，使用單端輸出時(shí)，共模信號(hào)不能被抑制，因Vi1與Vi2同時(shí)增加，Vc1與則減少，而且Vc1=Vc2，但Vo=Vc2并非零（產(chǎn)生零點(diǎn)漂移）。但是加大Re阻值可以增大負(fù)回輸而抑制輸出，并抑制共模訊號(hào)，因Vi2=Vi1時(shí)，Ii1及Ii2 也同時(shí)增加， Ie亦上升而令Ve升高，這對(duì) VT2 和 VT3 產(chǎn)生負(fù)回輸，令 VT2 和 VT3 的增益減少，即Vo減少。 當(dāng)差動(dòng)信號(hào)輸入時(shí)，Vi1= Vi2 ，Ic1增加而Ic2減少，總電流 Ie=Ic1+Ic2不變，因此Ve也不變，加大Re阻值電路會(huì)將差動(dòng)信號(hào)放大，不會(huì)對(duì)VT2及VT3產(chǎn)生負(fù)回輸及抑制。 對(duì)于單入單出的差動(dòng)放大器，其單端輸入總存在這一定的共模輸入，共模輸入為差模輸入幅度的一半，即通過單端輸入信號(hào)Vi，分解為差模信號(hào)Vi，和共模信號(hào)Vi 2后，可將單單輸入轉(zhuǎn)化為雙端輸入。這為計(jì)算其靜態(tài)參數(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。 本電路是由 BJT 為核心元件構(gòu)建的單入單出差分式放大電路，該電路可消除共模噪聲，即，在輸入時(shí)，一端輸入信號(hào)和噪聲，另一端由于接地只能輸入噪聲，又由于兩輸入端位置靠近，可近似認(rèn)為兩段噪聲干擾強(qiáng)度相同，輸入后信號(hào)做差，消除噪聲輸出純凈信號(hào)。4.1.2 差分式輸入的參數(shù)計(jì)算（1）輸出電阻的計(jì)算：根據(jù)戴維南定理，差分式放大電路的輸出端可等效為一電壓源V = Arir (Ar為互助增益)與一個(gè)等效輸出電阻ro相串聯(lián)。因此，輸出電阻：Vof是空載輸出電壓，Vof是帶負(fù)載的輸出電壓，io是帶負(fù)載時(shí)的輸出電流。將圖 4.1.1 在 MULTISIM 下仿真。 上圖從左至右依次為仿真下測(cè)得的Vof，Vof，io，故可由計(jì)算輸出電阻，即：（2）輸入電阻的計(jì)算：由輸入電阻定義，即輸入電阻等于無(wú)緣而端口的輸入電壓與輸入電流的比值,可得故,可根據(jù)公式得：（3）差分放大電路的空載放大增益計(jì)算：根據(jù)放大增益的定義可知：故可將差放在 MULTISIM 中仿真后獲得參數(shù)， 即：從左至右依次為仿真下空載輸出電壓Vo和輸入電壓Vi。故可由公式計(jì)算差放空載放大增益：（4）差分放大電路通頻帶的測(cè)試：通頻特性是描述電路承載信息能力的重要指標(biāo)，故對(duì)于通頻帶的測(cè)試也是重要一項(xiàng),可以在 MULTISIM 的仿真環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。 由以上兩圖可知，就差放（本文中為差分式放大電路的簡(jiǎn)稱）單獨(dú)而言，其通頻帶（5）單入單出差放的靜態(tài)參數(shù)分析及計(jì)算：差模放大倍數(shù)Ad：共模放大倍數(shù)Ac：4.2 由 MOS 管構(gòu)成的核心放大電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算4.2.1 由 MOS 管構(gòu)成的核心放大電路的設(shè)計(jì)圖 4.2.1由 MOS 管構(gòu)建的核心放大電路由于增強(qiáng)型 MOS 管的放大效果好，靜態(tài)功耗低，故選用 MOS 管搭建核心放大部分，增加旁路電容 Cs1可將電阻Rs1在交流通路中短路，又不影響其在直流通路中穩(wěn)定 BJT 靜態(tài)工作點(diǎn)的作用，進(jìn)一步提高放大倍數(shù)。在本模塊前后增加了級(jí)間電容C1C2，為了防止前后級(jí)的靜態(tài)通路電流相互影響。根據(jù)以上思路，搭建了如圖 4.2.1 的由 MOS 管構(gòu)成的共源放大電路。也達(dá)到了本次課程設(shè)計(jì)熟練運(yùn)用 MOS 管的目的。(注：本電路 MOS 管的型號(hào)為2N6758)4.2.2 由 MOS 管構(gòu)成的核心放大電路的參數(shù)計(jì)算（1）輸出電阻的計(jì)算圖 4.2.2 MOS 管構(gòu)成共源放大電路微變等效電路由圖 4.2.2 的微變等效電路可知，該部分的輸出電阻:輸出電阻較小具有較佳的輸出特性。（2）輸入電阻的計(jì)算根據(jù)可計(jì)算出輸入電阻，在 MULTISIM 下仿真后得。 故，可得輸入電阻 輸入電阻在兆級(jí)，較為理想，信號(hào)損失小。（3）放大增益Av的計(jì)算由增益公式可知:即可將電路在 MULTISIM 下仿真得到輸入輸出電壓，進(jìn)而求得空載放大增益。 圖 4.2.3 輸入電壓 圖 4.2.4 輸出電壓（4）通頻帶的測(cè)試由于通頻帶寬是傳輸信號(hào)的重要指標(biāo) ， 它的測(cè)試十分重要，可將放大電路在MULTISIM 中仿真，直接測(cè)試其高、低截止頻率，進(jìn)而可由公式求得通頻帶寬由上圖可知:可見其通頻帶非常理想，具有較佳的通頻特性。4.3 共集電極放大電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算4.3.1 共集電極放大電路的設(shè)計(jì)：圖 4.3.1 共集電極組態(tài)放大電路設(shè)計(jì)思路：共集電極電路有著 Av 1Rin很大Rout很小，這些特點(diǎn)使得共集電極組態(tài)有著良好的輸入輸出匹配特性。在本電路中，利用其輸出電阻小的特性，減小整體電路的輸出電阻?；谶@樣的思路，設(shè)計(jì)了圖 4.3.1 共集電極組態(tài)放大電路。（1）靜態(tài)工作點(diǎn)Q的計(jì)算： 由KVL：（2）輸入電阻Ri的計(jì)算共集電極組態(tài)放大電路微變等效電路如下：圖 4.3.2 共集電極組態(tài)放大電路微變等效電路由上式：該級(jí)與 MOS 管構(gòu)成的核心放大電路級(jí)聯(lián)，MOS 管輸出電阻與 BJT 輸入電阻之比大于 50%有較佳的匹配特性。（3）輸出電阻Rout的計(jì)算可用實(shí)驗(yàn)法，根據(jù)公式:其中Vof 為開路輸出電壓，Vof 為帶負(fù)載時(shí)輸出電壓，io 為帶負(fù)載時(shí)的輸出電流。將圖 4.3.1 在 MULTISIM 中仿真后得到公式中參數(shù)。輸出電阻較小，起到了其降低整體電路輸出電阻的作用。將其與其他模塊配合，可進(jìn)一步減小輸出電阻。在后續(xù)增加負(fù)反饋后，又可進(jìn)一步大幅度減小輸出電阻，最終可將輸出電阻降至 50 以下，達(dá)到本次課程設(shè)計(jì)的要求。（4）放大增益Av的計(jì)算根據(jù)放大增益定義,即放大增益等于輸出量與輸入量的比值：實(shí)驗(yàn)中Vof 略小于Vo ，是由于該部分有內(nèi)阻，占據(jù)一小部分電壓，導(dǎo)致輸出電壓下雨輸入電壓。但是，放大增益Av近似等于 1，與理論中共集電極放大組態(tài)Av= 1結(jié)論一致。（6）通頻帶的測(cè)試通頻特性是衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的放大能力，是電路性能的重要指標(biāo)之一，對(duì)其進(jìn)行測(cè)試可以更好的了解各部分電路對(duì)信號(hào)的選擇范圍。將該部分在 MULTISIM 下仿真，用波特儀得到其波特圖，既通頻特性曲線如下：由上圖可知，共集電極放大電路的波特圖，在1.32Hz,9.3MHz頻率之間均平坦，有較寬的帶寬，同時(shí)也拓寬了整體電路的通頻帶。4.4 負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和計(jì)算：4.4.1 反饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)：圖 4.4.1 反饋網(wǎng)絡(luò)上圖中電阻Rf將輸入輸出聯(lián)通構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)。由瞬時(shí)極性法可知，差分式放大電路共射輸出，倒像；MOS 管共源放大組態(tài)，倒像輸出；共集電極放大組態(tài)，不改變相位；反饋網(wǎng)絡(luò)由電阻構(gòu)成不改變相位。根據(jù)以上分析可知，信號(hào)正相輸入后經(jīng)過兩次倒像，最終輸出和反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同相。故，可以判斷形成的反饋類型是電壓串聯(lián)負(fù)反饋。這種類型的反饋有著增大輸入電阻，穩(wěn)定輸出電壓，拓寬通頻帶，降低輸出電阻的特點(diǎn)?？蛇M(jìn)一步完善整體電路的輸入輸出電阻，通頻等性能。4.4.2 增加反饋網(wǎng)絡(luò)后整體電路參數(shù)的測(cè)試與計(jì)算（1）輸入電阻Ri的計(jì)算：由輸入電阻定義可知，輸入電阻即為將網(wǎng)絡(luò)中電壓源和電流源不作用，外加電源后，電壓源與輸入電流的比值，在本電路中，由于只有一個(gè)電壓源輸入，只要測(cè)得輸入電流即可。并帶入公式： 求得。下面即是 MULTISIM 下仿真的測(cè)試結(jié)果。 輸入電壓 = 3mV 輸入電流 = 2.808nA 綜上，代入公式可求得輸入電阻。即： 該輸入電阻滿足本次課程設(shè)計(jì)的基本要求。在實(shí)際應(yīng)用中，該輸入電阻值大，較為理想，具有較好的前段匹配特性，可以連接多種帶內(nèi)阻的實(shí)際電壓源。具有廣闊的應(yīng)用范圍。另外，與未加負(fù)反饋前的電路相比，由 4.1.2（2）可知，前端輸入電阻只有一百千歐左右，遠(yuǎn)達(dá)不到理想效果，但是通過加串聯(lián)負(fù)反饋大大提升了輸入電阻使其提高了三個(gè)數(shù)量級(jí)，這與理論中串聯(lián)負(fù)反饋可以提高輸入電阻相一致，也達(dá)到了設(shè)計(jì)串聯(lián)負(fù)反饋進(jìn)一步大幅提升輸入電阻的設(shè)計(jì)初衷。（2）輸出電阻Rout的計(jì)算：根據(jù)戴維南定理，任意一電路的輸出端可等效為一電壓源V = Arir (Ar為互助增益)與一等效輸出電阻ro相串聯(lián)。因此，輸出電阻：其中，Vof 是空載輸出電壓，Vof 是帶負(fù)載的輸出電壓，io 是帶負(fù)載時(shí)的輸出電流。故，可將如圖 4.4.1 電路在 MULTISIM 下仿真，測(cè)出公式中各參數(shù)： 空載輸出電壓V 帶負(fù)載的輸出電壓V 帶負(fù)載時(shí)的輸出電流i代入公式：本次課程設(shè)計(jì)的基本要求之一，即輸出電阻小于50，所以再添加負(fù)反饋后輸入電阻為43.02小于 50 。未加負(fù)反饋前輸入電阻： 相比，是原輸入電阻的 1/3，可見通過負(fù)反饋大大減低了輸出電阻。從反饋類型來看，本電路屬于電壓串聯(lián)負(fù)反饋，由電壓負(fù)反饋可知，該反饋類型可穩(wěn)定輸出電壓，從輸出端看可相當(dāng)于理想電壓源，輸入電阻理想情況趨近于 0。故本電路與理論情況吻合，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果。（3）空載放大增益Av的測(cè)試和計(jì)算：根據(jù)放大增益定義,即放大增益等于輸出量與輸入量的比值：其中 Vo為空載輸出電壓； Vi為空載輸入電壓，將圖 4.4.1 中電路在 MULTISIM 下仿真，即可測(cè)出空載時(shí)輸出輸入電壓，再帶入公式即可求得空載放大增益Av?？蛰d輸出電壓Vo 空載輸出電壓Vi 故，可求得空載放大增益：由上式可知Av=10.51210,滿足本次課程設(shè)計(jì)對(duì)空載放大倍數(shù)的要求。在本次設(shè)計(jì)的電路中，采用多級(jí)放大，這樣可以保證整體電路有一個(gè)良好的輸入輸出匹配特性，而不是一級(jí)放大，這樣無(wú)法即保證較大的輸入電阻，又保證較小的輸出電阻和放大倍數(shù)是很難實(shí)現(xiàn)的，也是沒有實(shí)際價(jià)值的。故設(shè)計(jì)多級(jí)放大，利用不同組態(tài)的不同特性構(gòu)建前端，中間，末端電路。這樣使得電路即滿足各種要求，又具有一定的實(shí)用性。（4）通頻帶的測(cè)試：在 MULTISIM 下仿真圖 4.4.1 電路，可用Bode儀測(cè)出其Bode圖，再由得出通頻帶寬。由于 2MHz100KHz10KHz,所以帶寬方面既滿足了本次課設(shè)的基本要求又達(dá)到了發(fā)揮要求。通頻帶用于衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的放大能力。由于放大電路中電容、電感及半導(dǎo)體器件結(jié)電容等電抗元件的存在，在輸入信號(hào)頻率較低或較高時(shí)，放大倍數(shù)的數(shù)值會(huì)下降并產(chǎn)生相移。通常情況下，放大電路只適用于放大某一個(gè)特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。較寬的通頻帶，有著更廣闊的使用頻率，對(duì)信息的反應(yīng)速度也更快。故，本電路的實(shí)際仿真效果達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)的目標(biāo)。5 工作過程分析本次課程設(shè)計(jì)的課題是負(fù)反饋放大電路，實(shí)現(xiàn)空載放大增益大于 10，通頻帶寬大于 100KHz，輸入電阻大于 1M，輸出電阻小于 50 ，并在輸入端采用差分輸入的多級(jí)放大負(fù)反饋電路。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由差分式輸入模塊、MOS構(gòu)建核心放大模塊、共集電極放大組態(tài)末端匹配模塊、電壓串聯(lián)負(fù)反饋模塊四部分構(gòu)成。交流電壓源 3mV，1KHz，作為本電路的電壓源，由輸入端輸入通過差分電路消除信號(hào)噪聲，同時(shí)，由于差放中BJT為共發(fā)射級(jí)組態(tài)，將信號(hào)倒相通過隔直流的級(jí)間電容送到由MOS管構(gòu)建的共源組態(tài)放大電路，對(duì)信號(hào)進(jìn)行核心放大，同時(shí)，由于MOSFET管處于共源放大組態(tài)，輸出與輸入相位差為180，信號(hào)經(jīng)過兩次倒相，又以原相位輸入到下一級(jí)（與電壓源相位相同），即信號(hào)通過級(jí)間電容輸入到由BJT共集電極組態(tài)構(gòu)成放大電路，由共集電極組態(tài)特性，放大倍數(shù)近似等于1，輸出電阻趨于無(wú)窮，非常適合作為末端電路，以降低整體電路的輸出電阻，達(dá)到良好的對(duì)外匹配特性；信號(hào)經(jīng)過這一模塊是由于是共集電極組態(tài)，故不會(huì)改變信號(hào)的相位，信號(hào)最終將以原相位輸出。輸出信號(hào)經(jīng)過由反饋電阻構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)返回到差分輸入模塊的另一輸入端，完成反饋，總的來看，該反饋的反饋類型為電壓串聯(lián)負(fù)反饋；從反饋效果上看，該反饋起到了很好的降低輸出電阻、抬高輸出電阻、拓寬通頻帶和增強(qiáng)差分輸入的降噪功能。到達(dá)了畫龍點(diǎn)睛的效果，順利的滿足了各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求，并到達(dá)了三項(xiàng)發(fā)揮要求。6 元器件清單序號(hào)元件名稱規(guī)格及用途數(shù)量1三極管（BTJ）2N2222:構(gòu)建差動(dòng)和匹配電路32MOSFET管2N6758:放大13交流電壓源3mVrms，1kHz，0Deg；輸入14直流電壓源+15V：限制電壓15直流電壓源-15V：構(gòu)成電流源16電容50F:級(jí)及間隔電流37電阻64.9k28電阻50 k29電阻27 k110電阻500M111電阻300 k112電阻5 k113電阻25 k114電阻240 k115電阻20 k116電阻60 k117電阻1.25 M118滑動(dòng)變阻器500 17 主要元器件介紹7.1 關(guān)于 2N2222 NPN 型 BJT 的介紹：9013 是一種最常用的普通NPN三極管,它是一種低電壓,大電流,小信號(hào)的NPN型硅三極管。7.1.1 特性：最大電流 High current(max.800mA)集電極-基極電壓 Vcbo：40V工作溫度：-65 to +150和 2N2222A（PNP）相對(duì)Collector cut-off current: Ie=0;Vcb=60v；Tamb=150CEmitter cut-off current: Ic=0;Veb=3v;Iebo=10nA7.1.2 主要用途射頻放大開關(guān)應(yīng)用7.1.3 封裝方式： 7.2 關(guān)于 2N6758 型 MOSFET 管的介紹7.2.1 主要參數(shù)：7.2.2 封裝方式：小 結(jié)負(fù)反饋放大電路是模擬電子技術(shù)中一種基礎(chǔ)的典型的常用的應(yīng)用。采用不同種類的負(fù)反饋，可以達(dá)到不同設(shè)計(jì)要求的電路效果。由于本次課程設(shè)計(jì)的要求是電壓信號(hào)的放大，故我采用了負(fù)反饋中具有穩(wěn)壓，提高輸出電阻的電壓串聯(lián)負(fù)反饋。整體電路在反饋類型上可以等效為一恒壓源，理論中具有很大的輸入電阻和很小的輸出電阻且輸出電壓信號(hào)穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。為了獲得較純凈的輸入信號(hào)，送給核心放大部分放大，故采用了差動(dòng)式放大器來消除共模噪聲，獲得純凈的信號(hào)，再送到下一級(jí)電路，即由MOSFET管構(gòu)成的核心放大模塊。增強(qiáng)型MOSFETS管的放大效果好，靜態(tài)功耗低。故核心放大部分由MOS管來構(gòu)建。MOS管有著不同的放大組態(tài)，不同的放大組態(tài)對(duì)應(yīng)不同的特