串联电压负反馈电子电路实验报告

实验报告实验名称：电压串联负反馈放大电路实验目的：1.了解反馈放大器的分类和判别方法2.加深理解负反馈对放大器性能的改善作用3.进一步熟悉放大器性能指标的测量方法实验仪器：1.直流稳压电源2.函数信号发生器3.数字示波器4.串联电压负反馈放大电路板实验原理：1.反馈放大电路的概念与分类：将放大器电路的输出的电信号（电压或电流）的一部分或全部，通过一定的方式（烦馈网络）引回到放大器输入电路中，并与输入信号一起参与控制的电路称为反馈放大电路。（如下图1-10）从反馈的极性划分，反馈分为正反馈和负反馈。负反馈削弱了净输入信号，降低了放大电路的增益，但负反馈的引入改善了放大器的性能。比如负反馈提高了放大器电路的工作稳定性，减小了非线性失真，抑制了内部的噪声和干扰，展宽通频带。正反馈增强了净输入信号，在信号产生电路中有着广泛的使用。按照反馈网络对输出信号的采样划分，分为电压反馈和电流反馈。按照反馈信号和输入信号在输入回路中的连接方式，分为串联反馈和并联反馈。本实验使用并联电压放大电路。2.负反馈网络的性能参数和对开环电路的影响如上图1-10，设X为输入信号，表示电压或电流，iX表示输入信号，fX表示反馈信号，则净输入信号X=iX-fX。开环放大器的放大倍数（开环增益为）：00XAX反馈网络的反馈系数为0fXFX所以反馈放大器的放大倍数即闭环增益为：0ofiXAX=001AFA可见，加入负反馈放大器的增益减小了01FA倍。令反馈深度D=01FA，把FA称为环路增益。当01FA1时，称为深度反馈。得到：0111fAFAF，可见在深度反馈中，放大系数取决于反馈网络决定的反馈系数，几乎与开环放大电路无关。而反馈网络通常由性能稳定的无源原件R，C组成，所以负反馈放大器较开环放大器较为稳定。参数D可直观显示反馈电路对放大电路的影响：稳定性的影响：开环放大电路稳定性为00AA，闭环放大电路为00fffAAD，稳定性提高了D倍。负反馈电路可以展宽放大电路的通频带：设开环放大电路的上限截止频率和下限截止频率分别为Hf和Lf。而在加入反馈电路后，上限截止频率扩大为原来的D倍，下限截止频率缩小了D倍。对输入输出电阻的影响：设开环放大器的输入电阻为：iiVRA，输入电阻为000VRI加入负反馈电路后，若为串联电压负反馈（即本实验所用电路），则ifiRDR00fRRD对电路失真的影响：加入负反馈电路后，可以减小电路的非线性失真，提高信号质量。3.实验电路如下图：实验步骤与实验数据处理：1.接通直流电源Ucc=+12V，接通电路中Ａ、Ｂ两点，K1置“断”，Ui输入1KHz的正弦波，自选合适的幅度值，调节RW1，使两级放大电路增益最大不失真，测量电压串联负反馈放大器的开环总增益AV。测量得到：4.8ippVmV660oppVmV计算可得：开环放大器总增益为137.5oppVippVAV2.RW1保持不变，K1置“通”，调节Ui幅度至合适值，使输出信号最大不失真，测量反馈系数F及闭环总增益AVf,计算反馈深度D=1+AVF值。闭环电路下，测得16.0ippVmV620oppVmV620fppVmV计算闭环总增益38.75oppVfippVAV，0.0188fppoppVFV闭环增益小于开环增益，可见负反馈的引入使得电路放大系数变小。反馈深度可算出：13.585DAF3.分别测量电压串联负反馈放大器的开环输入阻抗Ri及闭环输入阻抗Rif（R=10KΩ，RL=2.4KΩ）（此步测试信号加至Us）测量得到7.2sumV1.872iumV2.125sumV则计算得开环输入阻抗3.5iisiuRRKuu闭环输入阻抗4.2ififsifuRRKuu闭环和开环输入阻抗的关系有ifiRDR此处误差稍大，可能是因为测量时电路系统不稳定，未找到合适测量点所致。但可以看出，闭环的引入使得输入阻抗变大。4.分别测量电压串联负反馈放大器的开环输出阻抗Ro及闭环输出阻抗Rof（RL=2.4KΩ）。测量得到：0980umV0560LumV0540fumV0440LfumV算出开环输出阻抗为000(1)1.8LLuRRKu闭环输出阻抗为000(1)0.54ffLLfuRRKu闭环和开环输入阻抗的关系有00fRRD，001.83.330.54fRKRKD=3.585，基本满足可以看出，电压负反馈使得输入阻抗增大了D倍。5.测量电压串联负反馈放大器的开环通频带BW及闭环通频带BWf。（RL=2.4KΩ）（采用逐点法，先在中频区测出Uom；然后，保持Ui幅值不变，增加或减小Ui频率，找到对应0.707Uom的fL和fH,计算BW=fH-fL。注意：改变Ui频率时维持幅值不变且要求输出波形不失真。）（1）测量开环通频带：0543.5mUmV出现在信号为1.4KHZ处，则00.707384.3mUmV则由所测得的实验数据，找到260LfHz6900HfHz则开环通频带6640HLBWffHz（2）测量闭环通频带:0317.9mfUmV出现在信号为1KHZ处，则00.707222mfUmV由实验所测得的实验数据，找到23.5LffHz77000HffHz则闭环通频带76976.5fHfLfBWffHz由闭环电路和开环电路的关系可得，LfLffHfHff，满足理论分析。由实验测得的数据可画出图像：由图形可明显看出，闭环电路即负反馈的引进，极大的展宽了通频带，且稳定范围变大，使得信号频率可在更广的范围内在放大器中得到放大。实验总结：实验中出现的一些问题：1.在用示波器测量输出信号以观察波形是否失真时，发现在波形失真时，波形较为稳定，缓慢调节使波形不失真的时候，波形出现不稳定现象，示波器显示闪动较多。可能是因为处于失真和不失真的临界状态时，输入信号往往较小，容易受到回路中噪声的干扰，导致图像不稳定，重叠等现象。2.在测量输入阻抗时，将闭环电路和开环电路的作比较，虽得到闭环电路输出阻抗大于开环电路的结论，但比值小于D，可能是因为01FA即反馈深度D不是远大于1，无法将此电路做深度反馈近似，不能直接得到闭环输入阻抗和开环输入阻抗的倍数关系。3.在测量输入输出信号时，用数字示波器观察并测量和用同时实验室提供的交流电压表测量所得数据不同。交流电压表测得数据比示波器的数据要小，实验中为解决此问题，统一采用示波器来进行测量。可能原因是电路输出阻抗较大，交流电压表测量时影响了原电路，使得测量结果不同。实验心得：本次实验通过对串联电压负反馈电路的研究，通过简单的电路的通和断，比较了开环电路和闭环电路的不同，直接体现了闭环电路的优越性即负反馈引入给放大电路带来的稳定性的提升。实验收获较多。思考题：1.为稳定静态工作点应引入何种反馈？为改善电路动态性能应引入何种反馈？欲增大带负载能力应引入何种反馈？答：为了稳定静态工作点，应该引入直流负反馈；为改善电路动态性能，应该引入交流负反馈；增大带负载能力应引入电压负反馈；2.反馈网络的负载效应是如何体现在开环放大器中的？答：反馈网络通过将原输出信号的一部分经反馈网络流入输入信号端，从而改变了开环放大器的放大倍数，稳定了放大器的放大性能。同时，与原开环放大器相比，引入电压串联负反馈使得等效电路输入电阻变大，输出电阻变小，改变了原电路的等效负载，体现了反馈网络的负载效应。