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，$Q_1$Q1​的发射极电位等于$u_i$ui​，则$i_4=\frac{v_i}{R_4}$i4​=R4​vi​​则$R_f$Rf​两端电压为$(u_o-u_i)$(uo​−ui​),则$i_f=\frac{u_o-u_i}{R_f}$if​=Rf​uo​−ui​​
去掉负反馈时（将$R_f$Rf​连接输出的一段改为接地），设此时总增益为A，则$v^\prime_i=\frac{v_o}{A}$vi′​=Avo​​，则$i_e=\frac{v^\prime_i}{R_4//R_f}=\frac{v_o}{A}{\cdot}\frac{R_4+R_f}{R_4{\cdot}R_f}$ie​=R4​//Rf​vi′​​=Avo​​⋅R4​⋅Rf​R4​+Rf​​
$i_4=i_f+i_e$i4​=if​+ie​
联立上式得$\frac{v_i}{R_4}=\frac{u_o-u_i}{R_f}+\frac{v_o}{A}{\cdot}\frac{R_4+R_f}{R_4{\cdot}R_f}$R4​vi​​=Rf​uo​−ui​​+Avo​​⋅R4​⋅Rf​R4​+Rf​​
解得$A_u=\frac{v_o}{u_i}=\frac{1}{\frac{1}{A}+\frac{R_4}{R_4+R_f}}$Au​=ui​vo​​=A1​+R4​+Rf​R4​​1​
当A十分大时$A_u{\approx}\frac{R_4+R_f}{R_4}$Au​≈R4​R4​+Rf​​

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$12V电压电源。
2. 确定$R_3$R3​和$R_4+R_5$R4​+R5​
方法和之前讲的一样，这里静态集电极电流取$I_{CQ1}=2mA$ICQ1​=2mA。
静态集电极与发射极间电压取电源电压的一半$U_{CEQ1}=V_{CC}/2=6V$UCEQ1​=VCC​/2=6V,则$R_3+R_4+R_5=6V/2mA=3k\Omega$R3​+R4​+R5​=6V/2mA=3kΩ。
取$R_4+R_5$R4​+R5​的压降为2V，则$R_4+R_5=2V/2mA=1k\Omega$R4​+R5​=2V/2mA=1kΩ，则$R_3=2k\Omega$R3​=2kΩ。
3. 偏置电路的设计
方法在第一篇讲过，取标称电阻值得 $R_1=13k\Omega$R1​=13kΩ和$R_2=39k\Omega$R2​=39kΩ。
4. 确定PNP放大电路
$Q_1$Q1​的静态集电极电位$U_{CQ1}=2mA\times2k\Omega=4V$UCQ1​=2mA×2kΩ=4V，则 $Q_2$Q2​的静态发射极电位$U_{EQ2}=4V-0.7V=3.3V$UEQ2​=4V−0.7V=3.3V。
取$I_{CQ2}=2mA$ICQ2​=2mA，则$R_7=3.3V/2mA=1.65k\Omega$R7​=3.3V/2mA=1.65kΩ，取标称值电阻$1.6k\Omega$1.6kΩ。
为使$U_{CEQ2}=V_{CC}/2=6V$UCEQ2​=VCC​/2=6V，则$R_6=\frac{12V-3.3V-6V}{2mA}=1.35k\Omega$R6​=2mA12V−3.3V−6V​=1.35kΩ，取标称值电阻$1.3k\Omega$1.3kΩ。
5. 确定负反馈电路
由开篇讲的理论可知，取$R_f=10k\Omega$Rf​=10kΩ时，$R_4=\frac{10k\Omega}{100-1}=101\Omega$R4​=100−110kΩ​=101Ω，取标称值电阻值$100\Omega$100Ω，则$R_5$R5​取$910\Omega$910Ω。
然后耦合电容和旁路电容都取$22uF$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$A_u=\frac{776.246mV}{10mV}\approx77.6倍$Au​=10mV776.246mV​≈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$R_4$R4​取$75\Omega$75Ω时满足要求，如下图所示

此时电压放大倍数$A_u=\frac{1.017V}{10mV}\approx100倍=40dB$Au​=10mV1.017V​≈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