电子电路实验三实验报告

实验三负反馈放大电路实验报告一、实验数据处理1.实验电路图根据实际的实验电路，利用Multisim得到电路图如下：（1）两级放大电路（2）两级放大电路（闭环）（3）电流并联负反馈放大电路2.数据处理（1）两级放大电路的调试第一级电路：调整电阻参数，使得静态工作点满足：IDQ约为2mA，UGDQ-4V。记录并计算电路参数及静态工作点的相关数据（IDQ，UGSQ，UA，US、UGDQ）。IDQUGSQUAUSUGDQ2.014mA-1.28V5.77V7.05V-6.06V第二级电路：通过调节Rb2，使得静态工作点满足：ICQ约为2mA，UCEQ=2～3V。记录电路参数及静态工作点的相关数据（ICQ，UCEQ）。ICQUCEQ2.003mA2.958V输入正弦信号Us，幅度为10mV，频率为10kHz，测量并记录电路的电压放大倍数𝐴̇𝑢1=𝑈̇𝑜1𝑈̇𝑠、𝐴̇𝑢=𝑈̇𝑜𝑈̇𝑠及输入电阻Ri和输出电阻Ro。Au1AuRiRo0.783-152.790.75k3227.2（2）两级放大电路闭环测试在上述两级放大电路中，引入电压并联负反馈。合理选取电阻R的阻值，使得闭环电压放大倍数的数值约为10。输入正弦信号Us，幅度为100mV，频率为10kHz，测量并记录闭环电压放大倍数𝐴̇𝑢𝑠𝑓=𝑈̇𝑜/𝑈̇𝑠输入电阻Rif和输出电阻Rof。AusfRifRof-9.94638.2232.9（3）电流并联负反馈放大电路输入正弦信号Us，幅度为100mV，频率为10kHz，测量并记录闭环电压放大倍数𝐴̇𝑢𝑠𝑓=𝑈̇𝑜/𝑈̇𝑠输入电阻Rif和输出电阻Rof。AusfRifRof8.26335.0328003.误差分析利用相对误差公式：相对误差=仿真值−实测值实测值×100%得各组数据的相对误差如下表：仿真值实测值相对误差/%IDQ/mA2.0772.0143.13UA/V5.9945.7703.88UGDQ/V-5.994-6.060-1.09ICQ/mA2.0182.0030.75UCEQ/V2.9082.958-1.69Au10.7960.7831.66Au-154.2-152.70.98Ri/k90.7690.750.01Ro/2866.03227.2-11.2Ausf-10.03-9.940.91Rif/618.8638.2-3.04Rof/214.57232.90-7.87提高电路各组数据的相对误差如下表：仿真值实测值相对误差/%Ausf9.448.2614.29Rif305.4335.0-8.84Rof3470.73280.05.81误差分析：（1）由上表可得知，两级放大电路实验中，开环输出电阻Ro及闭环输出电阻Rof仿真值与实测值的相对误差较大；电流并联负反馈电路中，三组数据仿真值与实测值的相对误差均较大。（2）两级放大电路中，输出电阻测量的相对误差较大，原因可能是实际实验中使用的晶体管与仿真实验中的晶体管的特性相差较大，而且由理论分析知输出电阻会随温度的变化而变化（晶体管rbe阻值随温度的增大而增大），这导致了输出电阻实测值与仿真值相差较大。（3）电流并联负反馈电路中，电压放大倍数测量的相对误差较大，原因也应该是实际实验中的晶体管放大倍数与仿真中的不同，仿真实验中晶体管的为280，实际实验的相关参数达不到这么大，故电压放大倍数较小。二、实验现象分析与总结1.两级放大电路的调试第一级电路：（1）开始做实验时，Rg1、Rg2选择150k的电阻，Rs用两个阻值为2k的电阻串联等效为4k，测场效应管s极的电压，计算得IDQ与2mA相差较大（比2mA大）。（2）将Rs改为阻值为1.5k和2k串联，测得IDQ=2.014mA。Rs与初始设定的值不同的原因可能是场效应管的特性与仿真中的不完全一样，且实验室的各个同种的场效应管的特性也不完全一样，或者是直流电源电压略小于12V。（3）用万用表测UA、US、UD，其中测UA是为了间接地得到g极的电压UG，计算得UGSQ=-1.28V，UGDQ=-6.06V-4V。间接地测UG是因为g极电压不稳定，这是因为场效应管的输入电阻很大，与万用表的电阻可比，使得测到的电压不准。第二级电路：（1）与上一次实验相似，通过调节变阻器的阻值，将IC调至约为2mA；测得ICQ=2.003mA，UCEQ=2.658V，则2VUCEQ3V。（2）测第一级电路的放大倍数时，测的输出电压为场效应管s极的电压，得到放大倍数为0.783，与预期值相近。（3）测总的放大倍数时，一开始负载RL接的是5.1k，测得的放大倍数为一百二十多，后来发现错误后，将负载改为100k，测得的放大倍数为152.7；负载阻值较小时，由理论分析中电压放大倍数的表达式知，放大倍数较小，这与实际测得的结果相符。（4）测量输入电阻时，采用高输入电阻的测量方法，分别测量串联已知电阻与不串联已知电阻时的输出电压，得到输入电阻为90.75k；测输出电阻时，将负载Rf2=100k换为3.3k，得到输出电阻为3227.2。2.两级放大电路闭环测试（1）电压负反馈如Multisim电路图所示；经过试验，在输入回路中串联两个阻值均为4.7k的电阻时，测得闭环放大倍数接近-10（测晶体管的c极的电压）。（2）在输入回路中串联一阻值为680的电阻，用示波器测量其两端的电压，得到输入电阻为638.2。（）在输出回路上（C2与Rf之间）并联两个阻值均为390的电阻，并将信号源电压有效值调为10mV，测得输出电阻为232.9。将信号源电压调小是因为当其有效值为100mV且输出回路并联了电阻时，输出电压波形会失真。3.电流并联负反馈放大电路（1）按照所给电路图搭电路时，由于场效应管的s极和d极相距较近，将图中电容C2接到了场效应管的s极上，后发现错误，将它改接到d极上时，输出电压波形异常，发生跃动的、周期性的变化，这时场效应管已烧坏。原因可能是改接过程中，场效应管的d极电流突变，超过了场效应管的正常电流范围。这说明改接电路时，最好先关闭电源，仔细检查电路后再接通电源，以避免器件的损坏。（2）测电压放大倍数时，按示波器的AutoScale按键后，输出电压（c极电压）波形为一条宽度较窄的直线，且将其沿纵轴放大时，得到了杂乱无章的波形。再沿横轴调整时间轴时，发现时间轴单位长度内的点数太少，即波形太宽，这导致了波形的“杂乱无章”。将扫描时间充分变长时，便能得到清晰美观的波形。（3）得到清晰的电压波形后，测得电压放大倍数小于8而大于7，这说明晶体管的放大倍数较小。换了几次场效应管后，发现放大倍数总小于8，之后改为换晶体管，成功地得到大于8的电压放大倍数。电路稳定下来后，电压放大倍数接近8且大于8。（4）测输入电阻时，在输入回路中串联一阻值为390的电阻，测得输入电阻为335.0。在c极与地之间并联一阻值为3.3k的电阻，测得输出电阻为3280.0。4.负反馈对电路性能的影响总结（1）由两级放大电路闭环测试实验可知，当电路引入电压并联负反馈时，电路的电压放大倍数、输入电阻及输出电阻均变小，这说明引入负反馈时，电路电压放大倍数的数值会减小；引入并联反馈时，电路输入电阻会减小；引入电压反馈时，电路的输出电阻会减小。（2）由电路并联负反馈放大电路实验可知，当电路引入电流并联负反馈时，电路的电压放大倍数由四十多变为接近八，这说明负反馈使电路电压放大倍数减小。三、思考题1.在图2中，为了使场效应管放大电路的静态工作电流为1.5mA~2.5mA，源极电阻Rs应该在什么范围内取值？请结合仿真结果进行分析。答：由仿真结果可知，源极电阻Rs应在3.25k~5.7k范围内取值。2.已知实验室配备的万用表内阻约为1M，实验中调试图2所示共漏放大电路的静态工作点时，为什么通过测量A点电位来得到栅极电位，而不直接测栅极电位？答：因为场效应管的输入电阻很大，与电压表的内阻可比，直接测栅极电位就会不准确，而由于输入电阻大，场效应管的栅极电流几乎为0，故A点的电位与栅极电位相近，通过测量A点电位可间接得到栅极电位。3.在图2所示共漏放大电路的设计中，分压电阻Rg1和Rg2应该如何合理取值？取几k、几十k、几百k还是几M？答：为了减小电路的静态功耗，应使Rg1和Rg2尽量大，但考虑到Rg远小于栅源极电阻，以保证栅极电流几乎为0，Rg1、Rg2不能太大（几兆欧），故Rg1、Rg2取几百千欧。4.在图2所示的两级放大电路中，可以引入哪些组态的交流负反馈？说明理由。答：可以引入电压并联负反馈和电压串联负反馈。因为若采取电流负反馈，则反馈网络输入端智能接到晶体管的发射极与地之间，而在交流信号作用时，旁路电容Ce视为短路，反馈网络无法得到输出电流，故只能采用电压负反馈。反馈网络的输入端接到晶体管的集电极与地之间，输出端接到节点8即为串联负反馈，接到节点9即为并联负反馈。5.在本实验中，两级放大电路级连后，静态工作点基本保持不变，为什么？答：两级电路之间用电容相连，即采用阻容耦合方式，这使得两级电路之间不会有直流分量的传递，故两级放大电路的静态工作点互不影响。6.若单独测试时，第一级的电压放大倍数为Au1，第二级的电压放大倍数为Au2，则级连后的电压放大倍数是Au1*Au2吗？为什么？答：不是；因为第二级电路的放大倍数与第一级的输出电阻（即第二级电路的输入电阻）有关，故级联后，第二级电路的电压放大倍数会发生变化，这使得级联后电路的电压放大倍数不等于Au1*Au2。8.当两级放大电路引入电压并联负反馈时，为什么在开环测试中将反馈电阻Rf作为负载，而在闭环测试中将其断开？答：在开环测试中，将反馈电阻作为负载是为考虑反馈的负载效应，即将接入负反馈对电路的影响等效为并联在输入、输出端的两个电阻的作用，而在闭环测试中实际地引入了反馈，不需要接模拟这种影响的电阻。9.在并联负反馈中，信号源与放大电路之间必须串联一个电阻，为什么？如果没有这个电阻，会出现什么现象？答：串联的电阻等效为信号源的内阻，使电压放大倍数减小，以免失真；没有这个电阻，会使输出电压的波形失真。10.在图2所示电路中，第一级为场效应管放大电路，输入电阻很大，引入并联负反馈后，输入电阻很小，为什么？答：引入并联负反馈，可以使输入电阻减小，且由理论分析知，输入电阻减小为原来的（1+AF）分之一，其中A为基本放大电路的放大倍数，F为反馈系数，一般AF很大，故引入并联负反馈的输入电阻很小。