西工大模电实验报告

来源:m.fanwen118.com时间:2022.12.1

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

VoAV?Ve

ViR1Ri?Vi?VN

Vo'Ro?(?1)RLVo

FV?Vf

Vo

BW?fH?fL

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

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放大倍数下降为中频放大倍数的1/

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1AV(jfH)?AV1?0.707AV11AV(jfL)?AV1?0.707AV1

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,可以计算求得多级反馈放大电路的闭环电压放大倍数

通频带BWf的理论值,即 AVf、输入电阻Rif、输出电压Rof和

AVAVf?1?AVFV

Rif?Ri(1?AVFV)

'RoV'oRof?A=)V'1?AVFVVi

BWf?fHf

?fHf?fH(1?AVFu)??fLf(其中:)fL??fLf?1?AFVV?

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

Vf、BWfVN、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、

及Vo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 '

AV?Vo

Ve

ViR1Ri?Vi?VN

Vo'Ro?(?1)RLVo

FV?Vf

Vo

BW?fH?fL

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”。

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(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。

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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RL,用示波器分别测出Vi,VN,Vf,Vo,记入表中。

'VRV 4)将负载L开路,保持输入电压i的大小不变,用示波器测出输出电压o,

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。

AV,Ri,Ro和FV的值,并由上 6)由上述测试结果,算出放大电路开环时的

式计算出放大器闭环时AVf,Rif和Rof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RL,逐渐增大输入信号Vi达到开环时的测量值,然后用示波器分别测出Vi,使输出电压Vo达到开环时的测量值,然后用示波器分写测出Vi、VN和Vf的值,记入表中。

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3)将负载RL开路,保持输入电压Vi大小不变,用示波器分别测出Vo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记入表中。

6)由波特图测出上、下限频率,计算通频带BW。

'

AVf、Rif、Rof和FV的实际值,

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=fH?fL c42.330kHz 闭环时BW=fH?fL?fH?146.022kHz

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(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 2300字

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,

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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:

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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)

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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.

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(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.

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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。

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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。

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