多级负反馈放大器实验报告

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
1
'
(1)o V e i 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：VN 为N 点对地的交流电压；V o ’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1/
11
11
1
()0.7071
()0.707V H V V V L V V 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
V A ，输入电阻i R ，输出电阻o R ，反馈网络的电压反馈系数V F 和上、下限频率
H f 、L f ，可以计算求
得多级反馈放大电路的闭环电压放大倍数Vf A 、输入电阻if R 、输出电压of R 和通频带f BW 的理论值，即
'
'V '
V 1(1)
A 1(1)
()1V Vf V V if i V V o o
of V i
Hf H V u f Hf
Lf L Lf V V A A A F R R A F R V R 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i V ，使输出电压o V （接
入负载L R 时的测量值）达到开环时的测量值，然后分别测出i V 、
N V 、f V 、f BW 及'
o V 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
'
(1)o
V e
i 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 =
=
-=-=
=-
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L R ，用示波器分别测出i V ，N V ，f V ，o V ，记入表中。

4）将负载L R 开路，保持输入电压i V 的大小不变，用示波器测出输出电压'
o V ，
记入表中
5）从波特图上读出放大器的上限频率
H f 与下限频率L f 记入表中。

6）由上述测试结果，算出放大电路开环时的,,V i o A R R 和V F 的值，并由上
式计算出放大器闭环时,Vf
if A R 和of R 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L R ，逐渐增大输入信号i V 达到开环时的测量值，然后用示波器分别测出i V ，使输出电压o V 达到开环时的测量值，然后用示波器分写测出i V 、
N V 和f
V 的值，记入表中。

3）将负载L R 开路，保持输入电压i V 大小不变，用示波器分别测出'
o V 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Vf A 、if R 、of R 和V F 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=H L f f - c42.330kHz 闭环时BW=H L f f -H f ≈=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。