实验二多级负反馈放大电路的设计 一、实验目的 (学习多级放大电路的设计方法。 (2)掌握多级放大电路的安装、调试与测量。 (3)研究负反馈对放大电路性能的影响。 二、预习要求 ()参考教材中有关集成电路负反馈放大电路的工作原理，理解集成负反馈放大电路 的基本特点 (2)学握集成电路负反馈放大电路的主要性能指标及基本分析方法。 (3)根据设计任务，估算电路闭环时的性能指标，拟订实验方案，准备所需的实验记 录表格。 三、设计任务与要求 1. 设计任务 设计一个由运算放大器构成的两级负反馈放大电路。 已知以下条件 (1)闭环时中频电压放大倍数：AF=10O0。 (2)输入申阻：R=20kQ (3)负载电阻：RL=2k2。 (4上限频率：H≤20k (5)下限频率：L≤10kHz (6)最大不失真输出电压：Uo max=5V。 2,设计要求 1)确定负反馈放大申路的级数 (②)选择合适的反馈形式。 (3)根据设计要求选择集成运算放大器，计算所用的电阻值、耦合电容值。 (④)测量中频电压放大倍数、下限频率几、上限频率H。 四、设计原理与参考电路 1.多级负反馈放大电路的组成原则 ()如果需要组成具有较宽频带的交流放大电路，应选择宽带集成放大器，并使其处 于深度负反馈 (2)若要得到较高增益的宽带交流放大电路，可用两个或两个以上的单级交流放大电 路级联组成。 (3③)在设计小信号多级宽带交流放大电路时，输入到前级运算放大电路的信号幅值较 小，为了减小动态误差，应选择宽带运算放大电路 并使它处于深度负反馈。 (④加大负反馈深度，降低电压放大倍数，从而达到扩展频带宽度的目的， (⑤)由于输入到后级运算放大电路的信号幅度较大，因此，后级运算放大电路在大信 号的条件下工作时，影响误差的主要因素是运算放大电路的转换速率，运算放大电路的 转换速率越大，误差越小。 设计申路可参老下图：
实验二 多级负反馈放大电路的设计 一、实验目的 (1) 学习多级放大电路的设计方法。 (2) 掌握多级放大电路的安装、调试与测量。 (3) 研究负反馈对放大电路性能的影响。 二、预习要求 (1) 参考教材中有关集成电路负反馈放大电路的工作原理，理解集成负反馈放大电路 的基本特点。 (2) 掌握集成电路负反馈放大电路的主要性能指标及基本分析方法。 (3) 根据设计任务，估算电路闭环时的性能指标，拟订实验方案，准备所需的实验记 录表格。 三、设计任务与要求 1．设计任务 设计一个由运算放大器构成的两级负反馈放大电路。 已知以下条件。 (1) 闭环时中频电压放大倍数：AuF =1000。 (2) 输入电阻：Ri=20k。 (3) 负载电阻：RL=2k。 (4) 上限频率：fH ≤20kHz。 (5) 下限频率：fL ≤10kHz。 (6) 最大不失真输出电压：Uo max=5V。 2．设计要求 (1) 确定负反馈放大电路的级数。 (2) 选择合适的反馈形式。 (3) 根据设计要求选择集成运算放大器，计算所用的电阻值、耦合电容值。 (4) 测量中频电压放大倍数、下限频率 fL、上限频率 fH。 四、设计原理与参考电路 1．多级负反馈放大电路的组成原则 (1) 如果需要组成具有较宽频带的交流放大电路，应选择宽带集成放大器，并使其处 于深度负反馈。 (2) 若要得到较高增益的宽带交流放大电路，可用两个或两个以上的单级交流放大电 路级联组成。 (3) 在设计小信号多级宽带交流放大电路时，输入到前级运算放大电路的信号幅值较 小，为了减小动态误差，应选择宽带运算放大电路，并使它处于深度负反馈。 (4) 加大负反馈深度，降低电压放大倍数，从而达到扩展频带宽度的目的。 (5) 由于输入到后级运算放大电路的信号幅度较大，因此，后级运算放大电路在大信 号的条件下工作时，影响误差的主要因素是运算放大电路的转换速率，运算放大电路的 转换速率越大，误差越小。 设计电路可参考下图：
两级交流放大电路参考电路 2。多级放大电路的设计方法 1)确定放大电路的级数n 根据多级放大电路的电压放大倍数A“和所选用的每级放大电路的放大倍数A,确定多 级放大电路的级数用。 一般同相放大电路的电压放大倍数在1~100之间，反相放大电路的电压放大倍数在 0.1一100之间。因此，此放大电路采用两级就可以满足设计要求 2)选择电路形式 由于同相放大电路的输入电阻比较高，在不接同相端的平衡电阻时，同相放大电路的输 入电阻在102~100M?之间，接了同相端的平衡电阻后，输入电阻主要由平衡电阻的 值决定。反相放大电路的输入电阻R=R1,R1的取值一般在1k2一IMQ之间。 3)最大不失真输出电流 可根据交流放大电路所要求的最大不失真输出电压max计算。对于普通运算放大器， 其输出电流一般都在十几毫安左右。 4)选择集成运算放大器 首先初步洗择一种类型的运算放大器，然后根据所洗坛算放大器的单位增益带宽BW 计算出每级放大器的带宽。 m A 多级放大电路的总带宽必须满足，若不能满足技术指标提出的带宽要求，此时 可再选择增益带宽积更高的运算放大器。当所选用的运算放大器满足带宽要求后，对未 级放大器所选用的运算放大器，其转换速率SR必须满足 Sn≥2rfU。m 否则会使输出波形严重失真。此设计电路的第一级可选用山A741,第二级可选用 LF347 5)选择供电方式 在交流放大器中的运算放大器可以采用单电源供电或正负双电源供电方式。单电源
两级交流放大电路参考电路 2．多级放大电路的设计方法 1) 确定放大电路的级数 n 根据多级放大电路的电压放大倍数 Au 和所选用的每级放大电路的放大倍数 Aui，确定多 级放大电路的级数 n。 一般同相放大电路的电压放大倍数在 1～100 之间，反相放大电路的电压放大倍数在 0.1～100 之间。因此，此放大电路采用两级就可以满足设计要求。 2) 选择电路形式 由于同相放大电路的输入电阻比较高，在不接同相端的平衡电阻时，同相放大电路的输 入电阻在 10～100M 之间，接了同相端的平衡电阻后，输入电阻主要由平衡电阻的 值决定。反相放大电路的输入电阻 Ri=R1，R1 的取值一般在 1k～1M 之间。 3) 最大不失真输出电流 可根据交流放大电路所要求的最大不失真输出电压 Uo max 计算。对于普通运算放大器， 其输出电流一般都在十几毫安左右。 4) 选择集成运算放大器 首先初步选择一种类型的运算放大器，然后根据所选运算放大器的单位增益带宽 BW， 计算出每级放大器的带宽 fHi。 多级放大电路的总带宽 fH 必须满足，若不能满足技术指标提出的带宽要求，此时 可再选择增益带宽积更高的运算放大器。当所选用的运算放大器满足带宽要求后，对末 级放大器所选用的运算放大器，其转换速率 SR 必须满足 否则会使输出波形严重失真。此设计电路的第一级可选用 A741，第二级可选用 LF347 5) 选择供电方式 在交流放大器中的运算放大器可以采用单电源供电或正负双电源供电方式。单电源 Hi Vi BW f A = 1 Hi Hi 2 1 n f f = − R max o max S f U ≥2
供电与正负双电源供电的区别是：单电源供电的电位参考点为负电源端（此时负电源端接 地：而正负双电源供电的参考电位是总电源的中间值（当正负电源的电压值相等时，参 考 句计算各电阻值 根据性能指标要求，输入电阻为已知，因此第一级放大电路的输入电阻既是平 衡电阻，也是放大电路的输入电阻。因此取RPI=Ri,由RP1=R们R1和AF1=1+R门/R1 可得R1、R值。对于第二级放大电路，可先确定R2.根据AF2=.2/2求出R2 Rp2=R2//RI2, Ri2=R2. )计算耦台 交流同相放大器耦合电容： G=10 2πfR 第一级放大器与第二级放大器之间的榈合电容 2LR2 第二级放大器输出的榈合电容： 110 五、实验内容及步骤 ()按设计任务与要求设计具体多级负反馈放大电路。 (2)根据己知条件及性能指标要求，计算出有关参数，确定所用的运算放大器、电阻 和电容（以上两步要求在实验前完成）。 ()将设计电路在实验板上进行连接，确定连接无误后接上电源」 (4)调整第 级成大电路。 从第一级放大电路的输入瑞输入频率为1kHz,幅度m为5mV的交流信号，用示 波器在第一级放大电路的输出端测出输出电压的幅值Uoml,根据Uim和Uoml算出该 级的电压放大倍数AΣ。 将输入信号的频率改为202，输入信号的幅度保持5mV不变，测出对应的输出电 压，若，说明已达到指标要求， 若 说明C1、C2的值取得太小 应加大C的值。 后 时观察对应的输出电压，然后冉改变C2的值， 一直调到为止：若，说明C1、C2的但 取得太大，应减小C1的值，同时观察对应的输出电压，然后再改变C2的值，一直调到 U'=0.707U 为止 (⑤)调整第二级放大电路， 从第二级放大电路的输入端输入频率为1k ,幅度Uim为50mV的交流信号，用 示波器在第二级放大器的输出端测出输出电压的幅值om2,根据m和o2算出送 级的电压放大倍数AVF2: 将输入信号的频率改为20业，输入信号的幅度保持50mV不变，测出对应的输出 电压，若，说明已达到指标要求，若，说明C2、C3的值取得太小，应加大C2的值， 同时观察对应的输出电压，然后再改变C3的值， 一直调到为止：若，说明C2、C3的 值取得太大，应减小C2的值，同时观察对应的输出电压，然后再改变C3的值， 一直调 到U=0707U为止. (6)两级联调 在以上两级分别调试好的情况下，就可以将两级放大电路连接起来调试
供电与正负双电源供电的区别是：单电源供电的电位参考点为负电源端(此时负电源端接 地)；而正负双电源供电的参考电位是总电源的中间值(当正负电源的电压值相等时，参 考电位为零)。 6) 计算各电阻值 根据性能指标要求，输入电阻 Ri 为已知，因此第一级放大电路的输入电阻既是平 衡电阻，也是放大电路的输入电阻。因此取 RP1=Ri，由 RP1=Rf1//R1 和 AuF1 = 1+Rf1 / R1 可得 R1、Rf1 值。对于第二级放大电路，可先确定 R2，根据 AuF2 = -Rf2 / R2 求出 Rf2。 Rp2=R2//Rf2，Ri2=R2。 ) 计算耦合电容 交流同相放大器耦合电容 ： 第一级放大器与第二级放大器之间的耦合电容 ： 第二级放大器输出的耦合电容： 五、实验内容及步骤 (1) 按设计任务与要求设计具体多级负反馈放大电路。 (2) 根据已知条件及性能指标要求，计算出有关参数，确定所用的运算放大器、电阻 和电容(以上两步要求在实验前完成)。 (3) 将设计电路在实验板上进行连接，确定连接无误后接上电源。 (4) 调整第一级放大电路。 从第一级放大电路的输入端输入频率为 1kHz，幅度 Uim 为 5mV 的交流信号，用示 波器在第一级放大电路的输出端测出输出电压的幅值 Uom1，根据 Uim 和 Uom1 算出该 级的电压放大倍数 Au。 将输入信号的频率改为 20Hz，输入信号的幅度保持 5mV 不变，测出对应的输出电 压，若，说明已达到指标要求，若，说明 C1、C2 的值取得太小，应加大 C1 的值。同 时观察对应的输出电压，然后再改变 C2 的值，一直调到为止；若，说明 C1、C2 的值 取得太大，应减小 C1 的值，同时观察对应的输出电压，然后再改变 C2 的值，一直调到 为止 (5) 调整第二级放大电路。 从第二级放大电路的输入端输入频率为 1kHz，幅度 Uim 为 50mV 的交流信号，用 示波器在第二级放大器的输出端测出输出电压的幅值 Uom2，根据 Uim 和 Uom2 算出该 级的电压放大倍数 AVF2。 将输入信号的频率改为 20Hz，输入信号的幅度保持 50mV 不变，测出对应的输出 电压，若，说明已达到指标要求，若，说明 C2、C3 的值取得太小，应加大 C2 的值， 同时观察对应的输出电压，然后再改变 C3 的值，一直调到为止；若，说明 C2、C3 的 值取得太大，应减小 C2 的值，同时观察对应的输出电压，然后再改变 C3 的值，一直调 到 为止。 (6) 两级联调 在以上两级分别调试好的情况下，就可以将两级放大电路连接起来调试。 1 L i (1 10) 2 C f R = ～ 2 L i2 (1 10) 2 C f R = ～ 3 L L (1 10) 2 C f R = ～ om1 om1 U U = 0.707 om2 om2 U U = 0.707
从放大电路的输入端输入频率为1kHz,幅度m为5mV的交流信号，用示波器在 放大电路的输出端测出输出电压的幅值Uom,根据Uim和om算出该级的电压放大倍 数4八，然后将输入信号的频 改为20，保持输入信号的幅度5mV不变，测出对 的输出电压，若，说明已达到指标要求，若，可适当加大C1的值，同时观察对应的输 出电压，然后再改变C2与C3的值，一直调到为止：若，可适当减小C的值，同时观 察对应的输出电压，然后再改变C2与C3的值，一直调到U”=0.707U为止。 (⑦)将修改后的元件参数值标在设计的电路图上，并对照计算值与实验值进行比较 六、实验报告 ()根据已知条件及性能指标要求，计算电路元件参数。 2)画出电路图。 (3)列出设计步赛和电路中各参数的计算结果 ④详细说明性能指标的测试过程 (⑤)整理实验数据，将实验值与理论值比较，分析产生误差的原因。 七、思考思 ()如何确定放大电路的级数？ (2)如何选择集成运算放大器？ (3)单电源供电与双电源供电有什么区别？ 电路的总带宽必 满足什么条件？ (⑤)为什么要单独对两级放大电路分别进行调试：
从放大电路的输入端输入频率为 1kHz，幅度 Uim 为 5mV 的交流信号，用示波器在 放大电路的输出端测出输出电压的幅值 Uom，根据 Uim 和 Uom 算出该级的电压放大倍 数 AV，然后将输入信号的频率改为 20Hz，保持输入信号的幅度 5mV 不变，测出对应 的输出电压，若，说明已达到指标要求，若，可适当加大 C1 的值，同时观察对应的输 出电压，然后再改变 C2 与 C3 的值，一直调到为止；若，可适当减小 C1 的值，同时观 察对应的输出电压，然后再改变 C2 与 C3 的值，一直调到 为止。 (7) 将修改后的元件参数值标在设计的电路图上，并对照计算值与实验值进行比较。 六、实验报告 (1) 根据已知条件及性能指标要求，计算电路元件参数。 (2) 画出电路图。 (3) 列出设计步骤和电路中各参数的计算结果。 (4) 详细说明性能指标的测试过程。 (5) 整理实验数据，将实验值与理论值比较，分析产生误差的原因。 七、思考题 (1) 如何确定放大电路的级数？ (2) 如何选择集成运算放大器？ (3) 单电源供电与双电源供电有什么区别？ (4) 多级放大电路的总带宽必须满足什么条件？ (5) 为什么要单独对两级放大电路分别进行调试？ om om U U = 0.707