模拟电路仿真实验

模拟电路仿真实验实验报告班级：学号：姓名：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的通频带；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：1.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。

2.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。

3.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。

4.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。

R110kΩR2100kΩR310kΩR43.9kΩR53.9kΩR63.9kΩR7200kΩR81kΩR94.7kΩR10300kΩU1ALM324N321141U1CLM324N 1091148C110uFC210uFC310uFJ1Key = Space J2Key = A VCC10VVEE-10V 141081112137365VEE VCC29（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AV 、输入电阻Ri 、输出电阻Ro 、反馈网路的电压反馈系数Fv 和通频带BW ，即：1'1ii o v i i No oLo f VoH LV A V V R R V V V R R V V F V BW f f =⎫=⎪⎪⎪⎪-⎪⎪⎛⎫⎪=-⎬ ⎪⎝⎭⎪⎪⎪=⎪⎪=-⎪⎪⎭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；Vf 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12时的频率值，即()()10.707210.7072V HVI VI VL 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Av 、输入电阻Ri 、输出电阻Ro 、反馈网络的电压反馈系数Fv 和上、下限频率fH 、fL ，可以计算求得多级负反馈放大电路的闭环电压放大倍数AVf 、输入电阻Rif 、输出电阻Rof 和通频带BWf 的理论值，即'''1(1)()1(1)()1VVf V Vif i V V o oof V v V iHf 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Vo （接入负载RL 时的测量值）达到开环时的测量值，然后分别测出Vi 、VN 、Vf 、BWf 和Vo ’（负载RL 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1'1ii ovf i if No of L o fV 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，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为1kHz 、20mV （峰峰值）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RL，用示波器分别测出Vi、VN、Vf、Vo’记入表中。

（4）将负载RL开路，保持输入电压Vi的大小不变，用示波器测出输出电压Vo’记入表中。

（5）从波特图上读出放大器的上限频率fH与下限频率fL记入表中。

（6）由上述测试结果，计算放大电路开环时的Av、Ri、Ro和Fv的值，并计算出放大器闭环式Avf，Rif和Rof的理论值。

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）将信号发生器输入调为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。

（2）接入负载RL，逐渐增大输入信号Vi，使输入电压Vo达到开环时的测量值，然后用示波器分别测出Vi、VN和Vf的值，记入表格。

（3）将负载RL开路，保持输入电压Vi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Avf、Rif、Rof和Fv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。

①闭环网络的通频带②闭环网络的通频带四、实验数据：表1负反馈放大电路仿真测试数据mv V i /mv V N /mv V f / '0V /VV V /0'V A 'vf AA v A vfΩ/if fR RΩ/of OR RV F开环测试 9.997 0.1O10 21.0361.900 1.644 190.438164.37810102.24 745.122 0.012827闭环测试 33.08121.014 21.0211.729 1.638 52.266 49.51527414.44 261.111 0.012829理论计算55.316 52.8831402.59 239.706相对误差 5.5％ 6.4％ 11.7％8.9％0.16‰误差分析：1、 理论计算采用近似估算，有较大误差2、 在进性多次计算，会损失精度3、 元器件本身会存在误差表2 负反馈放大电路上下限频率测试数据HfL fBW开环测试 43.32kHz3.64Hz43.316kHz 闭环测试 155.113kHz 3.323Hz 155.113kHz 理论计算135.034kHz 1.168Hz135.034kHz闭环时：fLf=3.323Hz ， fHf=155.113kHz ，通频带BW 值为BW = 155.113-0.003323=155.113kHz 开环时：fLf=3.64Hz ， fHf=43.32kHz ，通频带BW=43.3164kHz理论值：fHf=fH(1+AVFv)=135.034kHz ，fHf=fL/(1+AVFV)=1.168Hz, 通频带BW=135.034kHz 误差分析：1.相对于开环，闭环通频带扩宽了。

2.理论计算采用近似估算，有较大误差3.在进性多次计算，会损失精度4.元器件本身会存在误差5.当估算值比较小时，估算失效五、实验总结：通过本次试验，基本上掌握了如何用仿真软件研究多级负反馈放大电路，而且通过学习集成运算放大器的应用，了解并掌握多级集成运放电路的工作特点。

通过研究负反馈对放大器性能的影响，学会并且能够基本掌握负反馈放大器性能指标的测试方法，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，更重要的是通过几次的模电实验，我明白了理论结合实践的重要性，实践检验理论，理论指导实践。