负反馈放大电路与Multisim仿真学习笔记

前言

今天写负反馈放大电路的设计

负反馈放大电路基本原理

下图为采用NPN+PNP直接耦合的负反馈放大电路

交流通路如下图所示

交流来看，\(Q_1\)的发射极电位等于\(u_i\)，则\[i_4=\frac{v_i}{R_4}\]则\(R_f\)两端电压为\((u_o-u_i)\),则\[i_f=\frac{u_o-u_i}{R_f}\]
去掉负反馈时（将\(R_f\)连接输出的一段改为接地），设此时总增益为A，则\(v^\prime_i=\frac{v_o}{A}\)，则\[i_e=\frac{v^\prime_i}{R_4//R_f}=\frac{v_o}{A}{\cdot}\frac{R_4+R_f}{R_4{\cdot}R_f}\]
\[i_4=i_f+i_e\]
联立上式得\[\frac{v_i}{R_4}=\frac{u_o-u_i}{R_f}+\frac{v_o}{A}{\cdot}\frac{R_4+R_f}{R_4{\cdot}R_f}\]
解得\[A_u=\frac{v_o}{u_i}=\frac{1}{\frac{1}{A}+\frac{R_4}{R_4+R_f}}\]
当A十分大时\[A_u{\approx}\frac{R_4+R_f}{R_4}\]

100倍电压放大电路设计

设计NPN+PNP直接耦合的100倍电压放大电路

1. 确定直流电源电压
这里选\(12V\)电压电源。
2. 确定\(R_3\)和\(R_4+R_5\)
方法和之前讲的一样，这里静态集电极电流取\(I_{CQ1}=2mA\)。
静态集电极与发射极间电压取电源电压的一半\(U_{CEQ1}=V_{CC}/2=6V\),则\(R_3+R_4+R_5=6V/2mA=3k\Omega\)。
取\(R_4+R_5\)的压降为2V，则\(R_4+R_5=2V/2mA=1k\Omega\)，则\(R_3=2k\Omega\)。
3. 偏置电路的设计
方法在第一篇讲过，取标称电阻值得 \(R_1=13k\Omega\)和\(R_2=39k\Omega\)。
4. 确定PNP放大电路
\(Q_1\)的静态集电极电位\(U_{CQ1}=2mA\times2k\Omega=4V\)，则 \(Q_2\)的静态发射极电位\(U_{EQ2}=4V-0.7V=3.3V\)。
取\(I_{CQ2}=2mA\)，则\(R_7=3.3V/2mA=1.65k\Omega\)，取标称值电阻\(1.6k\Omega\)。
为使\(U_{CEQ2}=V_{CC}/2=6V\)，则\(R_6=\frac{12V-3.3V-6V}{2mA}=1.35k\Omega\)，取标称值电阻\(1.3k\Omega\)。
5. 确定负反馈电路
由开篇讲的理论可知，取\(R_f=10k\Omega\)时，\(R_4=\frac{10k\Omega}{100-1}=101\Omega\)，取标称值电阻值\(100\Omega\)，则\(R_5\)取\(910\Omega\)。
然后耦合电容和旁路电容都取\(22uF\)。
6. Multisim仿真验证
设置好参数进行仿真，如下图

测得此电路电压放大倍数\(A_u=\frac{776.246mV}{10mV}\approx77.6倍\)，离计算的值有偏差，调整R4的阻值使电压放大倍数为100倍，测得\(R_4\)取\(75\Omega\)时满足要求，如下图所示

此时电压放大倍数\(A_u=\frac{1.017V}{10mV}\approx100倍=40dB\)，输出电压波形如下图所示

其他负反馈电路以后再写