【东南大学模电实验】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算放大器内部核心电路结构。2.掌握多级放大器基本电参数的定义，掌握基本的仿真方法。3.熟悉多级放大器的频率补偿基本方法。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。基本的多级放大器如图.①若输入信号的直流电压为2V，通过仿真得到图1中得节点1，2和3的直流工作电压。V(1)V(2)V(3)14.42956V14.42958V8.38849V②若输出级PNP管只用差分对管U3的一只管子，则放大器的输出直流电压为多少？给出U3种采用两只管子的原因。V(1)V(2)V(3)14.41222V14.42958V7.0707V可见采用单管后，输出直流电压V（3）减小；而采用两只管子能提高直流工作点，并使工作点更稳定。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输入幅度设为0.5V，相差180，采用AC分析得到电路的低频差模增益Avd1，并提交输出电压V（3）的幅频特性和相频特性的仿真结果。在幅频特性中标出上限频率，相频特性中标出0dB的相位。Avd1=))4()5((2)3(VVV=93.3897dB=46718.08可知fH=1.3574kHz，φ(0dB)=09.159②共模增益将输入信号V2和V3的直流电压设为2V，AC输入幅度设为0.5V，相位相同。AC分析得到低频共模增益Avc，结合①中得仿真结果得到电路的共模抑制比KCMR，并提交幅频特性仿真图。仿真得，Avc=-6.61dB=0.4671KCMR=AvcAvd2/=100017.3③差模输入阻抗V2、V3设为2V，AC输入幅度0.5V，相差180，AC分析，用表达式Rid=)3()6(I(V2)5)(VVIV得到Rid。提交Rid随频率变化曲线图。标出100Hz的阻抗值。Rid=94.5860dB=53.62kΩ④输出阻抗如下图V2、V3直流电压设为2V，AC幅度为0，V4的AC幅度设为1，AC分析。得到输出阻抗Ro随频率变化曲线，并标出100Hz处的阻抗值。)1(IV9RoC100Hz处Ro=32.68kΩ。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R。至少为多少才可忽略负载影响？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？若后级放大器输入阻抗较低，可以在前级放大器的输出端并联电阻以减小其输出阻抗。3.多级放大器的频率补偿实验任务：简单电容补偿按图1所示电路，将输入信号V2和V3的直流电压设为2V，AC输入幅度设为0.5V，找出电路主极点位置，采用简单电容补偿方法进行频率补偿，仿真得到最少补偿电容值，使得单位增益处相位不低于0135-，提交补偿后V（3）的幅频特性相频特性曲线，标出fH和增益为0dB时的相位。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。单位增益即增益=1=0dB。仿真得，最小Cφ为3.5μF。输出电压幅频相频特性如下。上限频率为1.9297Hz。0dB相位为133.529-。简单密勒补偿按图3设计电路，得到最小补偿电容值，使得V（3）在单位增益处相位不低于0135-，提交补偿后V（3）的幅频特性相频特性曲线，标出fH和增益为0dB时的相位。若要求输出电压为V（9），补偿后相位要求相同，AC仿真得到所需要的最小补偿电容。●输出电压为V(3)的幅频特性相频特性曲线：上限频率为223.3064Hz。0dB相位为134.328-。得到的C1=115pF。●输出电压为V(9)的幅频特性相频特性曲线：可知上限频率为138.9495Hz。0dB相位为134.6076-。得到的C1=202pF。4.反馈放大器实验任务：将输入信号V2直流工作电压设为0V,AC输入幅度设为1V，AC仿真，得到V（3）的幅频特性曲线和相频特性曲线，并在图上fH。可知fH=2.1499MHz。按图2中的分析方法，得到输出阻抗随频率变化曲线，标注100Hz处的值，与未世家负反馈的输出阻抗对照，解释变化。V2的AC幅度设为0，V4的AC幅度设为1.仿真得到输出电阻随频率变化曲线。其中)2()5(VRoCI100Hz时，Rof=12.143=4.05Ω。对比与没加补偿的电路（去掉R3）：可见100Hz时Ro=47.607=240.0Ω。加了电压负反馈的电路与没有加的电路对比，输出阻抗大大减小。本图为电压负反馈，kA1RRof。，因此反馈越深，输出阻抗越小。R2=10Ω，R3=100Ω，R4=0.1Ω，重复；同时按图4中V2设置条件瞬态仿真，得到V（3）的波形，观察波形是否失真，并解释。可见V(3)的幅频相频特性曲线和R2、R3、R4修改前是一样的。这是因为它们的比例都相同，分压也相同。V(3)瞬时波形：显然有失真。这可能是因为R2、R3减小，导致差分对管基极电流过大，使三极管击穿，出现了截止失真。思考：若图4反馈放大器电路改为单个15V电源供电，存在什么问题？如何修改？存在的问题：基极和发射级之间电压不够导致U2无法工作在放大区。解决方法：在R2与地间串联大电阻R5，增大R2+R5的分压，进而增大基极电压，增大VBE。此外，这样还会使更多额外功率耗费在R5上。因此采用正负电源是更好的方法。