实验六多级放大器的频率补偿和反馈

实验六多级放大器的频率补偿和反馈实验目的1.掌握多级放大器的设计，通过仿真了解集成运放放大器的内部核心电路结构2.掌握多级放大器基本参数的定义，掌握基本的仿真方法3.熟悉多级放大器频率补偿的基本方法4.掌握反馈对放大器的影响实验内容：1.多级放大器的基本结构及直流工作点设计电路如下所示：图一.基本的多级放大器实验任务：1)若输入信号的直流电压为2V，通过仿真得到图一中节点1，节点2和节点3的直流工作点电压。2)若输出级的PNP管值采用差分对管U3的一只管子，则放大器的输出直流电压为多少？结合仿真结果给出U3中采用两只管子的原因。仿真结果如下：表一两种输出下的直流工作点电压节点1电压节点2电压节点3电压输出为差分对管14.4295614.429588.38849输出为单管14.4122214.429587.07073分析：由表一的数据可以看出当输出的管子为差分对管时，节点1和节点2的电压比较对称。而当输出只有一个管子时，节点1和节点2的电压相差较大。而且采用差分对管时输出电压较大。而本题分析的是差分放大器的单端输出，所以应采用差分对管，这样可以稳定直流工作点，得到相对准确的仿真结果。2.多级放大器的基本电参数仿真实验任务：1）差模增益及放大器带宽将输入信号V2和V3的直流电压设置为2V，AC输入幅度都设置为0.5V，相位相差180度，通过AC分析得到电路的低频差模增益，并提交输出电压V(3)的幅频特性和相频特性仿真结果图，在幅频特性曲线中标记出上限频率，在相频曲线中标记出。通过仿真得到=99.4103dB。=1.3460k,0dB处的相位为158.5380.仿真所得曲线如下所示：2）共模增益将输入信号V2和V3的直流电压设置为2V，AC输入幅度都设置为0.5V，相位相同，采用AC分析得到电路的低频共模增益，结合上题仿真结果得到电路的共模抑制比,，并提交幅频特性仿真结果图。通过仿真得到=-6.6176dB=100084.08仿真所得曲线如下：3）差模输入阻抗用表达式得到差模输入阻抗，提交随频率变化曲线图，并在图上标记。仿真所得曲线如下图所示输入阻抗为：53.66k100HZ处的阻抗值：53.62k4）输出阻抗按如图2所示，得到输出阻抗随频率的变化曲线，并标记出100Hz处的阻抗值。图2多级放大器输出阻抗仿真电路仿真所得曲线如下图所示：Ro=V(9)/I(V4)输出阻抗为：32.78k100HZ处的阻抗值：32.68k思考：若放大器输出电压信号激励后级放大器，根据仿真得到的结果，后级放大器的输入阻抗至少为多少才能忽略负载的影响？若后级放大器输入阻抗较低，采取什么措施可以提高放大器的驱动能力？后级放大器的输入阻抗为326.8k时才能忽略负载的影响。若后级放大器的输入阻抗较低，可以给放大器的输出端并联一个小电阻来提高放大器的驱动能力。3.多级放大器的频率补偿实验任务1）简单电容补偿产生第一个极点角频率的节点一般是电路中阻抗最高的节点，本图中为输出端。因此补偿电容接在输出电压与地之间。电路图如下所示仿真得，最小Cφ为3.5μF。输出电压幅频相频特性如下。其上限频率为1.9995HZ，增益为0dB时的相位为-133.5285度。2）密勒补偿图3多级放大器的密勒补偿当输出电压为V(3)时，仿真所得幅频曲线见下图上限频率为226.3803Hz。0dB相位为-134.7283度。得到的C1=114pF。当输出电压为V(9)时，仿真所得幅频曲线见下图上限频率为134.5960Hz。0dB相位为-133.5879度。得到的C1=207pF。4.反馈放大器图4电压串联负反馈放大器1）AC仿真得到输出电压V(3)的幅频特性曲线和相频特性曲线，并在图中标注上限频率fH.上限频率为2.1813M2）AC仿真得到电路输出阻抗随频率变化曲线。解释变化原因。仿真所得图线如下所示100HZ时的电阻为:4.04欧没有施加负反抗时所得图线如下：在100HZ处的输出阻抗为240.12欧从电阻仿真结果可以看出加了负反馈电阻的输出阻值较小。该反馈类型为电压并联负反馈，所以加入负反馈电阻之后相当于在输出端并了一个电阻，所以加了负反馈电阻后输出电阻减小。3）修改反馈电阻的值，重复1）中仿真，得到瞬态波形。仿真所得幅频和相频曲线如下仿真所得的瞬态波形如下：从波形可以看出其失真比较严重可能是因为分压电阻减小，输入电压过大。思考：若图4所示反馈放大器电路改为单个15V供电，会存在什么问题？如何修改才能正常工作？可能会导致U2的基极与发射极之间电压太小难以导通。可以在R2与地之间加一个大电阻，将U2发射极电压拉低。