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 多级负反馈放大器的研究

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：

 

  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

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

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“SimulateàInstrumentàBode 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’₀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