4.负反馈放大电路的设计和调试

一、实验目的二、实验原理三、实验线路板五、预习要求四、实验内容与要求六、实验报告及思考题实验六负反馈放大电路的设计和调试1．加深理解负反馈放大电路的工作原理及负反馈对放大电路性能的影响；2．掌握负反馈放大电路的设计方法3．掌握负反馈放大电路性能指标的测试方法。4．验证负反馈对放大电路性能的影响。一、实验目的（一）反馈的基本原理凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反馈。•若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。•若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。这里所说的信号一般是指交流信号，所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与输入信号的相位关系，同相是正反馈，反相是负反馈。1反馈的定义二、实验原理放大器输出输入取+加强输入信号正反馈用于振荡器取-削弱输入信号负反馈用于放大器开环闭环负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；改善输入电阻和输出电阻；扩展通频带，改善输出信号波形。反馈网络±叠加反馈信号实际被放大信号2反馈电路框图3反馈的类型（1）电压反馈和电流反馈电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。电压负反馈：可以稳定输出电压、减小输出电阻。电流负反馈：可以稳定输出电流、增大输出电阻。根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。RLvoRLvo电压反馈采样的两种形式：采样电阻很大电流反馈采样的两种形式：RLioiERLioiERf采样电阻很小根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。串联反馈：反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入信号电压比较。并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流与输入信号电流比较。串联反馈使电路的输入电阻增大；并联反馈使电路的输入电阻减小。（2）串联反馈和并联反馈iifibib=i-if并联反馈vfvivbevbe=vi-vf串联反馈（3）交流反馈与直流反馈交流反馈：反馈只对交流信号起作用。直流反馈：反馈只对直流起作用。若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可以使其只对直流起作用。有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。增加隔直电容C后，Rf只对交流起反馈作用。注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECvovi+–T1T2RfRE1C增加旁路电容C后，Rf只对直流起反馈作用。C+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECvovi+–T1T2RfRE1•电压反馈与电流反馈判别方法：电压反馈一般从后级放大器的集电极采样。电流反馈一般从后级放大器的发射极采样。•并联反馈与串联反馈判别方法：并联反馈的反馈信号接于晶体管基极。串联反馈的反馈信号接于晶体管发射极。注意：直流反馈中，输出电压指UCE，输出电流指IE或IC。从输出端看：按电路结构、采样形式、输出端短路法分析。从输入端看：按电路结构、反馈信号性质、比较形式分析。4负反馈对放大电路的影响基本放大电路AvdXoX反馈回电路FvfXiX+–dovXXAofvXXFfidXXX负反馈电路的基本方程（1）对放大倍数的影响dovXXAofvXXFfidXXXvvviovfFAAXXA1Av开环放大倍数Avf闭环放大倍数vvFA1反馈深度定义：dfXX、同相，所以0vvFA则有：vvfAA负反馈使放大倍数下降。引入负反馈使电路放大倍数的稳定性提高。vvvvfFAAA1vvvvvfvfFAAAdAAd11②vvvvfFAAA1中，dfofdovvXXXXXXFA①③若1vvFA称为深度负反馈，此时FAvf1在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。（2）改善波形的失真Avvivo加反馈前加反馈后vfvivdAvFv+–改善uovo（3）对输入、输出电阻的影响①串联负反馈使电路的输入电阻增加：ivvifrFAr)1(②并联负反馈使电路的输入电阻减小：)1(vviifFArr例如:射极输出器理解：串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻，故输入电阻增加。理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路，故输入电阻减小。③电压负反馈使电路的输出电阻减小：)1(vvoofFArr例如:射极输出器理解：电压负反馈目的是阻止vo的变化，稳定输出电压。放大电路空载时可等效右图框中为电压源：输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。roesouoRL理解：电流负反馈目的是阻止io的变化，稳定输出电流。放大电路空载时可等效为右图框中电流源：输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。④电流负反馈使电路的输出电阻增加：ovvofrFAr)1(roisoioRL（4）对通频带的影响引入负反馈使电路的通频带宽度增加：ovvfBFAB)1(fABoAoAFBF•以电压串联负反馈为例（二）负反馈电路的设计•课题设计要求：设计一个两级阻容耦合放大电路，并在其中引入电压串联负反馈。指标要求：Avf≥50，rif≥100kΩ，rof≤3kΩ，fw：20Hz~100kHz。200rbb负载RL=2kΩ，电源电压VCC＝＋12V。β1＝β2＝100，三极管采用9014,主要参数：1、电路结构VVfVAAF11•射极电阻Rf1不能太大，否则负反馈太强，使得放大器增益很小，一般取30~100Ω间。现以Rf1=56Ω。VVVVfFA1AAFv≈0.015设计要求Avf≥50，取Avf=60F1fF1VRRRFRf=4.7kΩ（1）反馈网络的设计。①Fv确定单级放大器增益一般设计可为20~40，由于第一级存在电流串联负反馈，且第二级输入阻抗较低，所以Av1可取15左右，第二级增益Av2取40左右。则基本放大器增益Av≈600。②电阻Rf1确定KrFArivif100)1(1Kri101•射极电阻Rf1不能太大，否则负反馈太强，使得放大器增益很小②电阻Rf1确定Av≈600Fv≈0.015•一般取50~100Ω间。现以Rf1=82Ω。•射极电阻Rf1不能太小，否则输入阻抗太小，无法满足反鐀放大器输入阻抗要求。f1ff1VRRRFRf=5.38kΩ取Rf=5.6kΩ（2）基本放大器设计•在画基本放大器的输入回路时，因为是电压负反馈，所以可将负反馈放大器的输出端交流短路，即令vO＝0，此时Rf相当于并联在RF1上。•在画基本放大器的输出回路时，由于输入端是串联负反馈，因此需将反馈放大器的输入端（T1管的射极）开路，此时（Rf＋RF1）相当于并接在输出端。①基本放大器的画法：②基本放大器③基本放大器的参数确定•RC耦合参数确定原则：SiSiTCRTCR2211输入阻抗信号周期另外，Ri1C1、Ri2C2取值太大会影响瞬态响应，一班取3~10TS•两级放大器的参数确定原则：参见实验四第一级要求：Av15,ri10KΩ第二级要求：Av40,ri10KΩKrFArofvo30)1(kFArrvvifi101注意：设计方法参见实验四三、线路板拨向I：基本放大器；拨向II：反馈放大器设计并确定参数，选取器件插入相应位置四、实验内容与要求1.设计并组装电路，测量静态工作点。连接实验电路，测试并调整电路第一级、第二级的静态工作点。测试项目VCQ1VEQ1VBQ1VCQ1VEQ2VBQ2理论值测试数据注意：要求晶体管工作在放大区，且动态范围比较大。否则，重新确定参数，重新测量。2.把级间反馈断开（开关置于I），对两级基本放大电路的Av、ri、ro、fw等技术指标进行测量，并与理论计算值进行比较，分析误差原因。①Av、ri、ro调节信号源频率f＝1KHz，调节信号源的输出大小使VS＝2mv，当RL=2K时，测出Vi1、VO1和RL=∞时VO1∞，并算出AV、Ri和Ro.无反馈RLVSViVO1VOAV1AV2AVRiRO2k∞--RVVVIVRiSiiiiLOROROORVVVRLL②频响曲线和fw（fL~fH）使VS＝2~3mv，按表要求改变信号源频率，测出放大器输出电压VO,算出AVS，画出其频率特性曲线，找出其上、下限频率fH、fL信号频率(Hz)1310301003001K…..1M无反馈ViVOAVS3.引入级间的电压串联负反馈，（开关置于II），再对上Av、ri、ro、fw进行测量，并与理论计算值进行比较，分析误差原因。方法同上，Vi＝10~20mv注意：由于信号发生器最高输出频率为1Mhz，若fH1Mhz时，只给出fH1Mhz即可。4.观察负反馈对非线性失真的改善1)实验电路改接成图5-2基本放大器形式（开关置于I），在输入端加入f＝1KHz的正弦信号，输出端接示波器，逐渐增大输入信号的幅度，使输出波形开始出现失真，记下此时的波形和输出电压的幅度。2)再将实验电路改接图5-2成负反馈放大器形式（开关置于II），增大输入信号幅度，使输出电压幅度的大小与1)相同，记下输出波形，比较有负反馈时，输出波形的变化，分析原因。五、预习要求及思考题1、复习教材中负反馈放大器电路的工作原理和性能指标。2、根据课题要求，设计出满足技术指标要求的两级负反馈放大器电路，计算并确定电路参数。3、用Pspise对设计进行仿真，并与理论计算进行比较，如有必要修改电路参数。（1）按图5-1连接实验电路，作静态分析，分析静态工作点是否合理；（2）按图5-2连接实验电路，作交流分析，测量基本放大器的Av、ri、ro、fw等参数，验证你的电路是否满足设计的要求。（3）按图5-2连接实验电路，作交流分析，测量反馈放大器的Av、ri、ro、fw等参数，验证你的电路是否满足设计的要求。4、设计实验步骤和测量技术指标的方法。六、实验报告及思考题vvFA1vvFA11.列出设计过程。2.整理实验数据，计算各种指标参数，并与理论设计值进行比较，分析误差原因。3.总结负反馈对放大电路性能的影响。4.回答思考题。1）电压串联负反馈对放大电路的性能有哪些改善？2）负反馈电路参数的改善与有关，但是否越大越好，为什么？3）如输入信号是一个失真的正弦波，能否用负反馈来改善？4）在做放大电路实验时，用示波器观察到输出波形产生了非线性失真。然后引入负反馈，发现输出信号幅度明显减小，并且消除了失真，这就是负反馈改善非线性失真的结果吗？