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$v_i^{\prime }=\frac{v_o}{A}$，则$$i_e=\frac{v_i^{\prime }}{R_4//R_f}=\frac{v_o}{A}\cdot \frac{R_4+R_f}{R_4\cdot R_f}$$
$$i_4=i_f+i_e$$
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$U_{CQ1}=2mA\times 2k\Omega =4V$，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$A_u=\frac{776.246mV}{10mV}\approx 77.6倍$，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$A_u=\frac{1.017V}{10mV}\approx 100倍=40dB$，输出电压波形如下图所示

其他负反馈电路以后再写