2.5   多级负反馈放大器的研究

 一. 实验目的

（1）掌握用仿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、输出电阻、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、反馈网络的电压反馈系数和通频带。

  3）观察负反馈对非线性失真的改善。

二．实验原理

1. 实验基本原理及电路

（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出回路，用来影响其输出量（放大电路的输入电压或输入电流）的措施成为反馈。

     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；以电流形式相叠加，称为并联反馈。

    在分析反馈放大电路市，“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而反相比例器组成，在末级的输出端引入了反馈网络Cf、Rf2和       Rf1，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。将反馈支路的A点与P点断开，与B点相连，便可得到开环时的放大电路。由此可测出开环时放大电路的电压放大倍数Av、输入电阻Ri，输出电阻Ro、反馈网络的电压反馈系数Fv和通频带BW，即

式中：VN为N点对地的交流电压；Vo’为负载RL开路时的输出电压；Vi为B点对地的交流电压；fH和fL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倍时的频率值，即

  2）闭环参数。通过开环时放大电路的电压放大倍数，输入电阻，输出电阻，反馈网络的电压反馈系数和上、下限频率、，可以计算求得多级反馈放大电路的闭环电压放大倍数、输入电阻、输出电压和通频带的理论值，即

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，使输出电压（接入负载时的测量值）达到开环时的测量值，然后分别测出、、、及的大小，并由此得到负反馈放大电路闭环特性的实际测量值为

上述所得结果应与开环测试时由上式所计算的理论值近似相等，否则应该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

（一）计算机仿真部分

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

（2）调节J1，使开关A端与B端相连。测试电路的开环基本特性。

  1）将信号发生器输出调味1kHz、20mV（峰峰值）正弦波，然后接入放大器的输入端。得到网络的波特图如下图所示。

  2）保持输入信号不变，用示波器观察输入和输出波形。

  3）接入负载，用示波器分别测出，，，，记入表中。

  4）将负载开路，保持输入电压的大小不变，用示波器测出输出电压，记入表中

  5）从波特图上读出放大器的上限频率与下限频率记入表中。

  6）由上述测试结果，算出放大电路开环时的和的值，并由上式计算出放大器闭环时和的理论值，记入表中。

（3）调节J1，使开关A端与P端相连，测试电路的闭环基本特性。

  1）将信号发生器输出调味1kHz、20mV（峰峰值）正弦波，然后接入放大器的输入端，得到网络的波特度如图所示。

  2）接入负载，逐渐增大输入信号达到开环时的测量值，然后用示波器分别测出，使输出电压达到开环时的测量值，然后用示波器分写测出、和的值，记入表中。

  3）将负载开路，保持输入电压大小不变，用示波器分别测出的值，记入表中。

  4）闭环时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）由上述结果并根据上式计算出闭环时的、、和的实际值，记入表中。

  6）由波特图测出上、下限频率，计算通频带BW。

四．负反馈放大电路仿真测试数据

五．实验结论

（1）画出仿真实验开环网络与闭环网络的波特图，比较它们的异同并简要分析。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= c42.330kHz

     闭环时BW=146.022kHz

（3）比较电压放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带在开环闭环时的差别，得到相应结论。

     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。

第二篇：西工大模电实验报告 晶体管单级放大器

实验一 晶体管共射极单管放大器

一、实验目的

1、掌握用multisim仿真软件分析单级放大器主要性能指标的方法。

2、掌握晶体管放大器静态工作点的调试和调整方法，观察静态工作点对放大器输出波形的影响。

3、测量放大器的放大倍数、输入电阻和输出电阻。

二、实验原理

实验电路如图2.1－1所示，采用基极固定分压式偏置电路。电路在接通直流电源Vcc而未加入信号（Vi=0）时，三极管三个极电压和电流称为静态工作点，即

图2.1－1 晶体管单级放大器

VBQ=R2VCC/(R2+R3+R7)

ICQ=IEQ=(VBQ-VBEQ)/R4

IBQ=IEQ/β

VCEQ＝VCC－ICQ（R5＋R4）

1、 放大器静态工作点的选择和测量

放大器的基本任务是不失真的放大小信号。为了获得最大不失真输出电压，静态工作点应选在输出特性曲线上交流负载线的中点。若工作点选的太高，则容易引起饱和失真；而选的太低，又易引起截止失真。

静态工作点的测量是指在接通电源电压后放大器输入端不加信号时，

测量晶

体管的集电极电流ICQ和管压降VCEQ。其中VCEQ可直接用万用表直流电压档测C-E极间的电压既得，而ICQ的测量则有直接法和间接法两种：

（1） 直接法：将万用表电流档串入集电极电路直接测量。此法精度高，但要断开集电极回路，比较麻烦。

（2） 间接法：用万用表直流电压档先测出R5上的压降，然后根据已知R5算出ICQ，此法简单，在实验中常用，但其测量精度差。为了减小测量误差，应选用内阻较高的电压表。

当按照上述要求搭好电路，在输入端引入正弦信号，用示波器观察输出。静态工作点具体的调节步骤如下：

根据示波器上观察到的现象，做出不同的调整动作，反复进行。当加大输入信号，两种失真都出现，减小输入信号，两种失真同时消失，可以认为此时的静态工作点正好处于交流负载线的中点，就是最佳的静态工作点。去掉输入信号，测量此时的VCQ,就得到了静态工作点。

2.电压放大倍数的测量

电压放大倍数是指放大器的输入电压Ui输出电压Uo之比

Au=Uo/Ui （2.1-5）

用示波器分别测出Uo和Ui，便可按式（2.1-5）求得放大倍数，电压放大倍数与负载Rl有关。

3.输入电阻和输出电阻的测量

（1）输入电阻Ri用电流电压法测得，电路如图2.1-3所示。在输入回路中串接电阻R=1kΩ，用示波器分别测出电阻两端电压Ui和Us，则可求得输入电阻Ri为

Ri=Ui/Ri=Ui×R/（Us-Ui） （2.1-6）

图2.1-3

电阻R不宜过大，否则引入干扰；也不宜过小，否则误差太大。通常取与Ri同一数量级。

（2）输出电阻Ro可通过测量输出端开路时的输出电压Uo1，带上负载Rl后的输出电压Uo2。

Ro=（Uo1/Uo2-1）×Rl （2.1-7）

三、实验内容

(一）计算机仿真部分

1.静态工作点的调整和测量

(1)如图所示,介入函数发生器和示波器,示波器A通道接放大器输入信号,B通道接放大器输出信号.按Run键开始仿真.

（2）在输入端加入1kHz,幅度为20mV(峰-峰值)的正弦波,双击函数信号发生器设置信号为正弦波,频率1kHz,幅度为10mV.按A或shift+A调节电位器,使示波器所显示的输出波形达到最大不失真.如图所示.

(3)侧掉信号发生器,使输入信号电压Vi=0,用万用表测量三极管三个极分别对地

的电压VE，VB，VC，VCEQ，IEQ，根据 IEQ?VEQRE,算出ICQ?IEQ.

将测量值记录于表2.1-2中,并与估算值进行比较.

2.电压放大倍数的测量

输入信号是1kHz，幅度是20mVpp正弦信号，利用实验原理中的公式（2.1-5）分别计算输出端开路和Rl=2kΩ时的电压放大倍数，并用示波器双踪观察Uo和Ui的相位关系。

3.输入电阻和输出电阻的测量

（1）用示波器分别测出电阻两端的Us和Ui，用式（2.1-6）便可计算Ri的大小。如图2.1-11所示。

图2.1-11

（2）根据测得的负载开路时的电压Uo1和接上2kΩ电阻时的输出电压Uo2，用式（2.1-7）可算出输出电阻Ro。

（二）实验室操作部分

1、静态工作点的调整和测量

（1）按照实验电路在面包板上连接好，布线要整齐、均匀，便于检查；镜检查无误接通12V直流电源。

（2）在放大电路输入端加入1KHz、幅度为20mV的正弦信号，输出端接示波器，调节电位器，使示波器所显示的输出波形不失真，然后关掉信号发生器的电源，使输入电压Vi=0，用万用表测量三极管三个极分别对地电压，VE，VB，VC，VCEQ，ICQ,根据I=V/R算出I=I。记录测量值，并与估算值进行比较。

2、电压放大倍数的测量 (1)打开信号发生器的电源，输入信号频率为1KHz、幅度为20mV的正弦信号，输出端开路时，用示波器分别测出Vi,Vo’的大小，然后根据式（2.1-5）算出电压放大倍数。

（2）放大器输入端接入2kΩ的负载电阻R6，保持输入电压Vi不变，测出此时的输出电压Vo，并算出此时的电压放大倍数，分析负载对放大电路电压放大倍数的影响。

（3）用示波器双踪观察Vo和Vi的波形，比较它们之间的相位关系。

3、输入电阻和输出电阻的测量

（1）用示波器分别测出电阻两端的电压V和V，利用式（2.1-6）便可算出放大电路的输入电阻Ri的大小。

（2）根据测得的负载开路时输出电压Vo’和接上负载时的输出电压Vo，利用式（2.1-7）便可算出放大电路的输出电阻Ro。记录实验数据。