西工大模电-多级负反馈放大器的研究-实验报告7

实验2.5 多级负反馈放大器的研究

一、实验目的

（1）掌握用仿真软件研究多级负反馈放大电路。

（2）学习集成运算放大器的应用，掌握多级集成运放电路的工作特点。

（3）研究负反馈对放大器性能的影响，掌握负反馈放大器性能指标的测试方法。1）测试开环和闭环的电压放大倍数、输入电阻、反馈网络的电压反馈系数和通频带；

2）比较电压放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带在开环和闭环时的差别；3）观察负反馈对非线性失真的改善。

二、实验原理及电路

（1）基本概念：

在电子电路中，将输出量（输出电压或输出电流）的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其输入量（放大电路的输入电压或输入电流）的措施称为反馈。

若反馈的结果使净输入量减小，则称之为负反馈；反之，称之为正反馈。若反馈存在于直流通路，则称为直流反馈；若反馈存在于交流通路，则称为交流反馈。

交流负反馈有四种组态：电压串联负反馈；电压并联负反馈；电流串联负反馈；电流并联负反馈。若反馈量取自输出电压，则称之为电压反馈；若反馈量取自输出电流，则称之为电流反馈。输入量、反馈量和净输入量以电压形式相叠加，称为串联反馈；以电流形式相叠加，称为并联反馈。

在分析反馈放大电路时，“有无反馈”决定于输出回路和输入回路是否存在反馈支路。“直流反馈或交流反馈”决定于反馈支路存在于直流通路还是交流通路；“正负反馈”的判断可采用瞬时极性法，反馈的结果使净输入量减小的为负反馈，使净输入量增大的为正反馈；“电压反馈或电流反馈”的判断可以看反馈支路与输出支路是否有直接接点，如果反馈支路与输出支路有直接接点则为电压反馈，否则为电流反馈；“串联反馈或并联反馈”的判断可以看反馈支路与输入支路是否有直接接点，如果反馈支路与输入支路有直接接点则为并联反馈，否则为串联反馈。

引入交流负反馈后，可以改善放大电路多方面的性能：提高放大倍数的稳定性、改变输入电阻和输出电阻、展宽通频带、减小非线性失真等。

实验电路如图所示。该放大电路由两级运放构成的反相比例器组成，在末级的输

出端引入了反馈网路C

f 、R

f2

和R

f1

，构成了交流电压串联负反馈电路。

（2）放大器的基本参数： 1）开环参数：

将反馈之路的A 点与P 点断开、与B 点相连，便可得到开环时的放大电路。由此可测出开环时的放大电路的电压放大倍数A V 、输入电阻R i 、输出电阻R o 、反馈网路的电压反馈系数F v 和通频带BW ，即：

1

'1i

i o

v i i N

o o L o f

V

o H L

V A V V R R V V V R R V V F V BW f f =?=

????

-??

???

=-?

????

??=?

?=-??? 式中：V N 为N 点对地的交流电压；V o ’为负载R L 开路时的输出电压；V f 为B 点对地的交流电压；f H 和f L 分别为放大器的上、下限频率，其定义为放大器的放大倍数下降为中频放大倍数的12时的频率值，即

()

(

)1

0.70721

0.7072V H

VI VI V

L VI VI A jf A A A jf A A ?=

=????=

=??

2）闭环参数：

通过开环时放大电路的电压放大倍数A v 、输入电阻R i 、输出电阻R o 、反馈网络的电压反馈系数F v 和上、下限频率f H 、f L ，可以计算求得多级负反馈放大电路的闭环电压放大倍数A Vf 、输入电阻R if 、输出电阻R of 和通频带BW f 的理论值，即

'

'

'

1(1)()1(1)()1V

Vf V V

if i V V o o of V v V i

Hf H V V f Hf Lf L Lf V V A A A F R R A F R V R A A F V f f A F BW f f f f A F

?=

?+?

=+?

??==?+?

?

=+???

=-??

=??+??

其中：其中：

测量放大电路的闭环特性时，应将反馈电路的A 点与B 点断开、与P 点相连，以构成反馈网络。此时需要适当增大输入信号电压Vi ，使输出电压V o （接入负载R L 时的测量值）达到开环时的测量值，然后分别测出V i 、V N 、V f 、BW f 和V o ’（负载R L 开路时的测量值）的大小，并由此得到负反馈放大电路闭环特性的实际测量值为 1

'1i

i o

vf i if N

o of L o f

V o f Hf Lf V A V V R R V V V R R V V F V BW f f =?=

????

-??

???=-? ????

??=

??=-?

??

上述所得结果应与开环测试时所计算的理论值近似相等，否则应找出原因后重新测量。

在进行上述测试时，应保证各点信号波形与输入信号为同频率且不失真的正弦波，否则应找出原因，排除故障后再进行测量。

三、实验内容 计算机仿真部分：

（1） 根据电路画出实验仿真电路图。其中得到的波特图绘制仪的命令为“Simulate →Instrument →Bode Plotter ”。

（2）调节J1将开关打到下面，测试电路的开环基本特性。

1）将信号发生器输出调为1kHz、10mVp（峰值）正弦波，然后接入放大器的输入端到网络的波特图如图。

2）保持输入信号不变，用示波器观察输入和输出的波形。

3）接入负载R

L ，用示波器分别测出V

i

、V

N

、V

f

、V

o

，记录表2.5—1中。

4）将负载R

L 开路，保持输入电压V

i

的大小不变，用示波器测出输出电压

记入表2.5—1中。

5）从波特图上读出放大器的上限频率f

H 与下限频率f

L

记入表中。

6）由上述测试结果，计算放大电路开环时的A

v 、R

i

、R

o

和F

v

的值，并计算出放

大器闭环式A

vf ，R

if

和R

of

的理论值。

（3）调节J1，将开关打到上面，测试电路的闭环基本特性。

1）将信号发生器输入调为1kHz、10mVp（峰值）正弦波，然后接入放大器的输入端，得到网络的波特图。

2）接入负载R

L ，逐渐增大输入信号V

i

，使输入电压V

o

达到开环时的测量值，

然后用示波器分别测出V

i 、V

N

和V

f

的值，记入表格。

3）将负载R

L 开路，保持输入电压V

i

的大小不变，用示波器分别测出V’

的值，

记入表中。

4)闭环式放大器的频率特性测试同开环时的测试，即重复开环测试（5）步。

5）有上述结果并根据公式计算出闭环时的A

vf 、R

if

、R

of

和F

v

的实际值，记入表中。

6)由波特图测出上下限频率，计算通频带BW 。 四、实验结果

表2.5—1 负反馈放大电路仿真测试数据

1)开环的通频带较窄，且上限频率较低；而闭环的通频带较宽，且上限频率高。 2)开环时BW=

H L

f f -=41.243kHz

理论值f Hf =f H (1+A V F v )=129.36kHz f Hf =f L /(1+A V F V )=1.12Hz

BW1=129.359kHz

i

V mV N

V mV

f V mV

'

o V V

o

V V

''V

Vf

A A

V

Vf A A

/i if R R Ω

/o of R R Ω

V F

开环 测试 19.990 0.128 0.148 3.982 3.285 198.8 164.33 10.06k

997.2

0.000045

理论 计算

53.06

31.2

276

闭环 测试

66.391 42.174

42.184

3.470 3.287 67.3 49.51 27.42k

261.67

0.013

3)闭环时BW=

H L

f f =137.783kHz

4）开环的电压放大倍数比闭环的大，输出电阻也比闭环的大，而输入电阻却是闭环的比开环的大，BW 则是闭环比开环大。