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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，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R_L，用示波器分别测出V_i、V_N、V_f、V_o’记入表中。

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V_o’ 记入表中。

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，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。

h

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。

实验表格：

开环BW=39.548kHz;闭环BW=155.11kHz

实验心得体会：

    通过最后一次的模拟仿真模电实验，我对模电负反馈的理解更深了，对Multism 12更加熟悉了，同时也知道了许多元器件及模拟工具的调控。仿真实验相对与传统的电路板来说快捷又方便，又不用担心烧毁芯片，真是一种极好的实验方法！

 

第二篇：负反馈放大器完整实验报告

负反馈放大器

一、实验目的

1.进一步了解负反馈放大器性能的影响。

2.进一步掌握放大器性能指标的测量方法。

二、实验原理

放大器中采用负反馈，在降低放大倍数的同时，可以使放大器的某些性能大大改善。所谓负反馈，就是以某种方式从输出端取出信号，再以一定方式加到输入回路中。若所加入的信号极性与原输入信号极性相反，则是负反馈。

根据取出信号极性与加入到输入回路的方式不同，反馈可分为四类：串联电压反馈、串联电流反馈、并联电压反馈与并联电流反馈。如图3-1所示。

从网络方框图来看，反馈的这四种分类使得基本放大网络与反馈网络的联接在输入、输出端互不相同。

从实际电路来看，反馈信号若直接加到输入端，是并联反馈，否则是串联反馈，反馈信号若直接取自输出电压，是电压反馈，否则是电流反馈。

1.负反馈时输入、输出阻抗的影响

负反馈对输入、输出阻抗的影响比较复杂，不同的反馈形式，对阻抗的影响也不一样，一般而言，凡是并联负反馈，其输入阻抗降低；凡是串联负反馈，其输入阻抗升高；设主网络的输入电阻为Ri，则串联负反馈的输入电阻为

                    Rif=（1+FAV）Ri

设主网络的输入电阻为Ro，电压负反馈放大器的输出电阻为

                     Rof=

可见，电压串联负反馈放大器的输入电阻增大（1+AVF）倍，而输出电阻则下降到1/（1+AVF）倍。

2.负反馈放大倍数和稳定度

负反馈使放大器的净输入信号有所减小，因而使放大器增益下降，但却改善了放大性能，提高了它的稳定性。

反馈放大倍数为

                  Avf=（Av为开环放大倍数）

反馈放大倍数稳定度与无反馈放大器放大倍数稳定度有如下关系：

               =

式中AVf/AVf称负反馈放大器放大倍数的稳定度。称无反馈时的放大器放大倍数的稳定度。可见，负反馈放大器比无反馈放大器放大倍数提高了（1+AVF）倍。

3.负反馈可扩展放大器的通频带。

4.负反馈可减小输出信号的非线性失真

                 图3-1反馈放大电路的四种类型

三、 实验内容分析

（1）   闭环增益

（2）闭环电压增益

（2）闭环输入电阻

（3）闭环输出电阻

四、实验内容、步骤及结果：

1. 调整静态工作点,按图3-2接线。

2. 闭合开关K1，断开开关K2，接通电源后，调节RP，用万用表直流电压档测量URC=3V，使放大器的静态集电极电流ICQ1mA。

3. 测量无反馈时放大器的电压放大倍数AV、输入电阻Ri、和输出电阻Ro。

（1）在放大器的输入端US处输入f=1KHZ，有效值Us=15mv的正弦信号，用示波器观察输出电压Uo的波形，在波形不失真的情况下，用毫伏表测出输出电压的有效值UOL，算出开环放大倍数AV。

（2）测量Ui处的电压，按输入电阻的计算公式计算出输入电阻Ri。

（3）断开开关K1，测出不接负载电阻RL时的输出电压Uo，按输出电阻的公式计算出输出电阻Ro。

将以上的测量结果填入表3-1中。

 

图3-2电压并联负反馈放大电路Ω

4. 测量电压并联负反馈时放大器的电压放大倍数Auf、输入电阻Rif和输出电阻Rof。

将开关K2接通后，按3的步骤测量有负反馈时的Auf、Rif和Rof，测量结果填入表3-1中。

表3-1

5. 研究放大倍数的稳定性

保持原输入信号，将负载电阻RL由5.1K变为1K，测出无反馈和有反馈时的输出电压UOL，计算稳定度，测量结果记录表3-2中。

表3-2

6. 去掉电路中Ce电容，观察并记录波形，并分析其变化原因。

 

3-2去掉电路中Ce电容，放大器输出波形

五、 实验结果分析、小结：

1、从实验电路来看，放大器中采用的是电压并联负反馈。在降低放大倍数的同时，可以使放大器的某些性能大大改善。

2、负反馈对输入、输出阻抗的影响，从实验结果来看，其输入阻抗降低；而输出电阻则下降到1/（1+AVF）倍。

3、负反馈使放大器的净输入信号有所减小，因而使放大器增益下降，但却改善了放大性能，提高了它的稳定性。称无反馈时的放大器放大倍数的稳定度。可见，负反馈放大器比无反馈放大器放大倍数提高了（1+AVF）倍。

4、负反馈可扩展放大器的通频带。

5、负反馈可减小输出信号的非线性失真

6、去掉电路中Ce电容，观察并记录波形如图3－3。电路中Ce电容为旁路电容，这时AV=，去掉电路中Ce电容，AV=，的存在，使得电压增益下降了，且，越大下降越多。

六、实验预习要求

1. 复习负反馈对放大器性能影响的原理。

2. 试判断如图3-2所示电路的反馈类型、反馈元件

3. 计算无反馈时，放大器的电压放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro。

4. 计算有反馈时，放大器的电压放大倍数Auf、输入电阻Rif和输出电阻Rof。

七、实验报告要求

1.整理实验数据，分别求出开环和闭环时放大倍数、输入、输出电阻和放大倍数稳定度。

2.讨论负反馈对放大电路的影响。

八、实验设备

1．示波器                              一台

2．函数信号发生器                      一台

3．交流毫伏表                          一台

4．直流稳压电源                        一台

5．万用表                              一只

6．实验箱                              一台