负反馈放大电路的设计和仿真

负反馈放大电路的设计和仿真
一、实验目的
1、掌握阻容耦合放大电路的静态工作点的调试方法。

2、掌握多级放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测试方法。

3、掌握负反馈对电路的影响
二、实验要求
1、设计一阻容耦合两级电压放大电路，要求信号源频率10kHz(幅度1mv) ，负载电阻1kΩ，电压增益大于100。

2、给电路引入电压串联负反馈，并分别测试负反馈接入前后电路放大倍数、输入、输出电阻和频率特性。

改变输入信号幅度，观察负反馈对电路非线性失真的影响。

三、实验原理图
原理图中的滑动变组曲均为100k
图2.01 反馈接入前
图2.02 反馈接入后
四、实验过程
1、反馈接入前
（1）放大倍数：
77.703
109.893 707.078
v
mV
A
uV
==
（2）输入电阻：
707.078
7.484
94.475
i
uV
R k
nA
==Ω
（3）输出电阻：
707.080
4.934
143.311
o
uV
R k
nA
==Ω
（4）频率特性：f L=326.5512Hz,f H=525.3266kHz
图2.03 频率特性曲线（5）三极管参数的测量
①1
β与1be r的测量
111864.20800214.9 4.02151c b I u I u β=
== 111 4.1295 6.8547602.4295be be b V m r k I n
∆===Ω∆
图2.04 前级输入特性曲线
②2β与2be r 的测量
222890.64300215.54.13287c b I u I u β=
== 222 4.8465 6.7131721.9498be be b V m r k I n
∆===Ω∆
图2.05 后级输入特性曲线
（6）非线性失真的观察
①开始出现失真时
幅度：约1.3mV
波形：
图2.06 开始出现失真波形②失真较明显时
幅度：约16mV
波形：
图2.07 明显失真时波形2、反馈接入后
（1）放大倍数：
1.368
1.935
707.079
f
mV
A
uV
==
（2）输入电阻：
707.079
7.972
88.698
i
uV
R k
nA
==Ω
（3）输出电阻：
707.080
47.928
14.753
o
uV
R
uA
==Ω
（4）频率特性：f L=29.1507Hz,f H=90.0710MHz
图2.08 反馈接入后频率特性
（5）三极管参数的测量 ①1β与1be r 的测量
111 1.93811205.59.43256c b I m I u β=
== 111 4.7344 2.84501.6641be be b V m r k I u
∆===Ω∆
图2.09 反馈接入后前级输入特性曲线
②2β与2be r 的测量
对比接入负反馈前的数据可知，2β与2be r 的值未改变，即2215.5β=，
2 6.7131be r k =Ω
图2.10 反馈接入后后级输入特性曲线非线性失真的观察
①开始出现失真时
幅度：约250mV
波形：
图2.11 反馈接入后开始失真时波形②失真较明显时
幅度：约1V
波形：
图2.12 反馈接入后明显失真时波形
五、数据分析 1.数据误差分析 （1）反馈接入前
第一级的be r ：11
6.665T
be b c V r r k I β=+=Ω 第二级的be r ：22 6.491T
be b c
V r r k I β=+=Ω
第二级输入电阻：'
9762||(40%)|| 3.649i be R R R R r k =+=Ω
放大倍数：'
1421011122
11
||||108.656(1)i v be be R R R R A r R r βββ=
=++ 输入电阻：1231112||(30%)||[(1)]7.487i be R R R R r R k β=+++=Ω 输出电阻：10 5.1o R R k ==Ω
反馈接入前各测量量的误差分析见下表
1be r 2be r v A
i R
o R
测得值
/k Ω 6.8547 6.7131 109.893 7.484 4.934 理论值/k Ω 6.665 6.491 108.656 7.487 5.1 误差
2.85%
3.42%
1.14%
0.04%
3.24%
表2.01 反馈接入前各值误差分析
（2）反馈接入后
第一级的be r ：11
2.957T
be b c V r r k I β=+=Ω 第二级的be r ：22 6.491T
be b c
V r r k I β=+=Ω 放大倍数： 1.9641v
f v A A A F
=
=+ 输入电阻：123||(30%)||(1)7.846if v i R R R R A F R k =++=Ω
（注：串联负反馈放大输入电阻if R 的表达式为(1)1if v i
o
of o R A F R R R A F
=+=
+ 。

但在本负反馈放大电路中，由于12,b b R R 并联在输入端，并不在反馈环内，反馈对它不产生影响,故输入电阻应为上式。

v A 是带负载时的开环放大倍数）
输出电阻：1o
of o R R A F
=
+（注：o A 是R L 开路但考虑反馈网络负载效应时的开环电
压放大倍数，这里不予深究）
表2.02 反馈接入后误差分析
（3）误差分析结论
此次测量数据的误差相对较大，当然一些误差还包括了测量方法本身的不完善导致的误差，但总体来看，误差均在可接受的范围。

本题的0.5F =，理论上， 1.964f A =，而实际测得 1.935f A =，f A 的相对误差为1.48%，所以1/2f A F ≈=，以此为标准，测得值误误差为 3.25%，考虑到测量误差等，此结果是合理的，可以做这样近似。

故测量结果可验证1/f A F ≈。

表2.03 负反馈接入前后对比
由上表可看出，接入反馈后放大倍数降低，因为1f A A A F
•
•
••
=
+，而一般|1|1A F ••
+>（深
度负反馈条件下|1|1A F •
•
+>>），故一般放大倍数降低。

对于输入电阻，可以看出它是变大的，但变化不是很大，变大是因为电路是串联负反馈电路，反馈电路分流使输入电流减小进而使输入电阻变大；相对而言，输出变化则相当明显，
由原来的几千欧姆降到了几十欧姆，变化很大，这是由于电路是电压负反馈电路，输出电压基本稳定而输出电流由于负反馈的增加而变大，故输出电阻降低。

同样可以获得f L 减小，而f H 变大。

以f L 为例，()1/M
L A A j j ωωω
=
-，引入负反馈后，
()/(1)
()1()1/1/[(1)]
M M M F L M L M A j A A FA A j FA j j FA j FA ωωωωωωω+=
==
+-+-+。

因
而
，
/(1)LF L M f f FA =+，f L 接入反馈后变小， f H 是同样的道理，故引入负反馈可以拓宽通频
带。

最后讨论下负反馈对非线性是真的影响，由表中可得，引入负反馈后，开始出现失真时信号源幅度提高了，也就是说，负反馈使可正常放大的范围扩大了。

故引入负反馈可以稳定静态工作点，使非线性失真减小，可在无失真放大的前提下增大输入信号的幅度。

六、实验感想
第二个实验感觉要比第一个要难好多，首先是电路的设计，本次实验是两级放大，在这样的条件下使放大倍数达到要求且输出波形不失真对于初学者还是有一定难度的。

其次，要测的东西也多了些。

本次实验主要考察负反馈电路的电路设计，以及负反馈电路的电路特性。

经过这次实验，感觉负反馈的特性仿佛是印在了脑子里，以前很容易忘记的东西，像输入电阻“串大并小”，输出电阻“压小流大”，现在都记下了。

对于负反馈之于非线性失真的影响，也有了直观的理解，不感觉像以前那么抽象。

总之，做实验重温了一下模电知识，经过暑期淡忘的渐渐明朗起来。

现在，对于一般单级或多级放大电路的设计感觉挺熟悉的，出现的一些问题可以调整过来，这是一个进步。