西工大模电_多级负反馈放大器的研究_实验报告7

实验2.5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：1'1iioviiNooLofVoHLVAVVRRVVVRRVVFVBWff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10.707210.7072VHVIVIVLVIVIAjfAAAjfAA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)()1VVfVVifiVVooofVvViHfHVVfHfLfLLfVVAAAFRRAFRVRAAFVffAFBWffffAF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1'1iiovfiifNoofLofVofHfLfVAVVRRVVVRRVVFVBWff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BodePlotter”。（2）调节J1将开关打到下面，测试电路的开环基本特性。1）将信号发生器输出调为1kHz、10mVp（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，记录表2.5—1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记入表2.5—1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，将开关打到上面，测试电路的闭环基本特性。1）将信号发生器输入调为1kHz、10mVp（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。四、实验结果表2.5—1负反馈放大电路仿真测试数据1)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=HLff=41.243kHz理论值fHf=fH(1+AVFv)=129.36kHzfHf=fL/(1+AVFV)=1.12HzBW1=129.359kHziVmVNVmVfVmV'oVVoVV''VVfAAVVfAA/iifRR/oofRRVF开环测试19.9900.1280.1483.9823.285198.8164.3310.06k997.20.000045理论计算53.0631.2276闭环测试66.39142.17442.1843.4703.28767.349.5127.42k261.670.0133)闭环时BW=HLff=137.783kHz4）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。