西工大模电_多级负反馈放大器的研究_实验报告2

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：

Av=Ri=RoFVBW

VoVi



ViR1

Vi−V

N

Vo'=−1RVoVf=Vo

=fH−fL

L

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AVAV

(

(

jfHjfL

))

==

VIVI

=0.707A=0.707A

VI

VI

 

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



Rif=Ri(1+AVFV)

'

RoVo'

Rof=(其中：A= V

1+Av'FVVi



fHf=fH(1+AVFV)



BWf=fHf−fLf(其中：)fL

f=Lf1+AF

VV

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 AVf=

ViR1

Rif=

Vi−VN



Vo'Rof=−1RL

Vo

Vf

FV=

Vo



BWf=fHf−fLf

Avf=

Vo

Vi

AV

1+AVFV

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◊Bode Plotter”。

（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，

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=

fH−fL=41.243kHz

理论值fHf=fH(1+AVFv)=129.36kHz fHf=fL/(1+AVFV)=1.12Hz

BW1=129.359kHz

3)闭环时BW=

fH−fL=137.783kHz

4）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。