负反馈放大电路实验报告

负反馈放大电路实验报告班级姓名学号一、实验目的1．了解N沟道结型场效应管的特性和工作原理。2．熟悉两级放大电路的设计和调试方法。3．理解负反馈对放大电路性能的影响。4．学习使用Multisim分析、测量负反馈放大电路的方法。二、实验内容（一）必做内容设计和实现一个由共漏放大电路和共射放大电路组成的两级电压并联负反馈放大电路。1.测试N沟道结型场效应管2N5486的特性曲线（只做仿真测试）在Multisim设计环境下搭接结型场效应管特性曲线测试电路，利用“直流扫描分析（DCSweepAnalysis）”得到场效应管的输出特性和转移特性曲线。测出IDSS和使iD等于某一很小电流（如5μA）时的uGS(off)。2N5486的主要参数见附录。2.两级放大电路静态和动态参数要求（1）放大电路的静态电流IDQ和ICQ均约为2mA；结型场效应管的管压降UGDQ-4V，晶体管的管压降UCEQ=2～3V。（2）开环时，两级放大电路的输入电阻Ri要大于90kΩ；以反馈电阻作为负载时的电压放大倍数Au≥120。（3）闭环时，电压放大倍数Ausf=UO/US≈-10。3．参考电路（1）电压并联负反馈放大电路方框图如图1所示，R模拟信号源的内阻；Rf为反馈电阻。（2）两级放大电路的参考电路如图2所示。Rg1、Rg2取值应大于100kΩ。考虑到引入电压负反馈后反馈网络的负载效应，应在放大电路的输入和输出端分别并联反馈电阻Rf，理由详见附录。4．实验方法与步骤（1）两级放大电路的测试（a）调整放大电路静态工作点第一级电路：设计与调节电阻Rg1、Rg2、Rs参数，使IDQ约为2mA、UGDQ-4V，记录UGSQ、UA、US、UGDQ。第二级电路：调节Rb2，使ICQ约为2mA，UCEQ=2～3V。记录UCEQ。（b）测试放大电路的主要性能指标输入信号的有效值Us≈5mV，频率f为10kHz，测量Au1=UO1/US、Au=UO/US、Ri、Ro和幅频特性。（2）电压并联负反馈放大电路的测试在两级放大电路中引入电压并联负反馈，合理选取R的值，使闭环电压放大倍数约为10。输入信号的有效值Us≈50mV，f为10kHz。测量Ausf=UO/US、Rif、Rof和幅频特性。说明：幅频特性的测试只在仿真实验中进行。（二）选做内容实现一个由共源放大电路和共射放大电路组成的两级电流并联负反馈放大电路。参考实验电路如图3所示。输入信号的有效值Us≈50mV，f为10kHz。测量并记录Ausf=UO/US、Rif、Rof。三、理论计算参数选择如下Rg1Rg2RsRb2220k150k4.7k39k1．开环通过仿真结果得到𝐼𝐷𝑆𝑆=11.8𝑚𝐴，𝑈𝐺𝑆(𝑜𝑓𝑓)≈−3.8𝑉𝑔m=−2𝑈GS(off)√𝐼DSS𝐼DQ=23.8×√11.8×2≈2.56mS第一级输入电阻𝑅i1=𝑅f//(𝑅g3+𝑅g1//𝑅g2)≈90.8kΩ.rbe=rbb′+UTIBQ≈2.75kΩ第二级输入电阻Ri2=Rb1//Rb2//rbe≈2.19kΩ第二级输出电阻𝑅o2=𝑅c//𝑅f≈3.29kΩ.第一级电路的输出电阻为𝑅o1=𝑅s=4.7kΩ第一级电压放大倍数𝐴u1=𝑔m(𝑅o1//𝑅i2)1+𝑔m(𝑅o1//𝑅i2)≈0.79第二级电压放大倍数𝐴u2=−𝛽(𝑅o2//𝑅𝑓)𝑟be≈−189.0电路的电压放大倍数𝐴u=𝐴u1𝐴u2≈−149.3输入电阻𝑅i=𝑅i1=90.8kΩ输出电阻𝑅o=𝑅o2=3.29kΩ.2．闭环Auf=−RfR1=−10010=−10𝐴uif=𝐴uf𝑅i1𝐹=−1𝑅f𝐴𝐹=−𝐴uf𝑅i1𝑅f=9.08Rif=Ri1+AF−R≈690ΩRof=Ro1+AF≈358Ω3．电流并联负反馈放大电路𝐹=𝑅𝑒1𝑅𝑒1+𝑅𝑓≈0.091𝐴𝑢𝑠𝑓=𝐼𝑂×𝑅𝐶𝐼𝑖×𝑅1=−𝑅𝐶𝐹×𝑅1≈−12.1𝑅𝑖≈𝑅g3=910kΩ𝑅𝑖𝑓=𝑅𝑖1+𝐴𝐹=𝑅𝑖×𝐴𝑓𝐴≈310Ω𝑅𝑂≈𝑅𝐶=3.6𝑘𝛺四、仿真1．测试N沟道结型场效应管2N5486的特性曲线𝐼𝐷𝑆𝑆≈11.8𝑚𝐴，𝑈𝐺𝑆(𝑜𝑓𝑓)≈−3.8𝑉2．两级放大电路静态工作点测试静态工作点UGSQUAUSUGDQUCEQ-2.32V7.13V9.45V-4.87V3.35V3．开环动态参数（1）AU1𝐴𝑢1=4.7657.028≈0.678（2）AU𝐴𝑢=−969.9827.028≈−138（3）Ri电路图如下：开关断开时：开关闭合时：𝑅𝑖=449.532930.184−449.532×100𝑘𝛺≈93.5𝑘Ω（4）RO负载为Rf时输出：空载时输出：𝑅𝑜=(957.283930.143−1)×100𝑘𝛺≈2.92𝑘Ω（5）幅频特性f𝐿≈178Hz，f𝐻≈4.16MHz4．闭环动态参数（1）𝑨𝒖𝒔𝒇电路图如下：𝐴𝑢𝑠𝑓=−702.49970.284≈−10.0（2）𝑹𝒊𝒇电路图如下：𝑅𝑖𝑓=(4.68111.113−4.681)×1𝑘𝛺≈728Ω（3）𝑹𝒐𝒇空载时接390Ω负载时𝑅𝑜𝑓=(701.209389.248−1)×390𝛺≈312.6Ω（4）幅频特性f𝐿≈15Hz，f𝐻≈28.4MHz5．电流并联负反馈电路（1）𝑨𝒖𝒔𝒇𝐴𝑢𝑠𝑓=−452.21170.284≈−6.43（2）𝑹𝒊𝒇电路图如下：𝑅𝑖𝑓=(33.86152.073−33.861)×3𝑘𝛺−3𝑘𝛺≈2.58𝑘Ω（3）𝑹𝒐𝒇空载带3.3k负载𝑅𝑜𝑓=(701.209389.248−1)×3.3𝑘𝛺≈312.6Ω仿真结果汇总：开环Au1AuRiROfLfH0.678-13893.5k2.92k178Hz4.16MHz闭环AusfRifRoffLfH-10.0728312.61528.4M电流并联AusfRifRof-6.432.58k2.64k五、硬件实验1．截图(上图为电压并联，下图为电流并联)2．实验数据（1）开环静态工作点UGSQUAUSUGDQUCEQ-2.91V6.57V9.48V-5.37V2.28V开环放大倍数USUO1UOAu1Au5.163.92872.3-0.76-169.1输入电阻串入电阻阻值开关闭合开关断开Ri100k872.3mV415.6mV91.0k输出电阻负载电阻开路有负载RO100k897.1mV872.3mV2.84k（2）电压并联负反馈闭环放大倍数USUOAusf49.83mV467.9mV-9.39输入电阻串入电阻阻值Ui’UiRif1k6.90mV2.74mV659输出电阻负载电阻开路有负载Rof390470.5mV305.6mV210.4（3）电流并联负反馈闭环放大倍数USUOAusf50.27mV471.5mV-9.38输入电阻串入电阻阻值Ui’UiRif3k39.91mV21.23mV409.5输出电阻负载电阻开路有负载Rof10k470.1mV351.4mV3.38k六、数据处理及分析1．验证参数要求是否满足参数要求：（1）放大电路的静态电流IDQ和ICQ均约为2mA；结型场效应管的管压降UGDQ-4V，晶体管的管压降UCEQ=2～3V。（2）开环时，两级放大电路的输入电阻Ri要大于90kΩ；以反馈电阻作为负载时的电压放大倍数Au≥120。（3）闭环时，电压放大倍数Ausf=UO/US≈10。𝐼DQ=𝑈S𝑅S≈2.02mA𝐼CQ≈𝑉CC−𝑈CEQ𝑅C+𝑅e=2.16mA𝑈GDQ=−5.37V−4V𝑈CEQ=2.28V，介于2~3V之间开环时𝑅i=91kΩ90kΩ以反馈电阻作为负载时的电压放大倍数|𝐴u|=169.1120闭环时𝐴usf=−9.38≈−10经验证，实验数据均能满足参数设计要求。2．数据比较及误差分析（1）开环Au1AuRiROfLfH理论值0.79-149.390.8k3.29k//仿真值0.678-13893.5k2.92k178Hz4.16MHz实测值-0.76-169.191.0k2.84k//两级电压放大倍数Au的误差较大，其余各动态参数误差较小。影响电路整体放大倍数的因素较多。（2）电压并联负反馈AusfRifRoffLfH理论值-10.0690358//仿真值-10.0728312.615Hz28.4MHz实测值-9.39659210.4//闭环中Rof的硬件实验值与仿真和理论计算存在较大误差，可能原因包括电阻值偏差，耦合旁路电容影响，示波器内阻影响等。（3）电流并联负反馈AusfRifRof理论值-12.13103.6k仿真值-6.432.58k2.64k实测值-9.38409.53.38k仿真值与理论值和实测值偏差较大，基本可以断定是仿真出了问题，但经过多次检查未能找到原因。七、实验总结与思考题1．实验总结电路引入负反馈后对于电路的性能产生了较大的影响，包括电压放大倍数，输入输出电阻等。一般来说，引入深度负反馈可以稳定放大倍数，但可能比开环放大倍数小。引入串联负反馈会使输入电阻增大，引入并联负反馈会使输入电阻减小，引入电压负反馈会使输出电阻减小，引入电流负反馈会使输出电阻增大。理论计算时采取的交流等效模型及深度负反馈的计算方法可能会与实验值有较大的差异。负反馈电路性能指标的测试大体上与单管放大电路一致，但须注意由于反馈网络的负载效应，测试开环性能指标时，输入输出端可能需要加上等效负载，而测试闭环时将它们断开。当输入电阻很大时应采用高输入阻值的测量方法。2．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：由仿真结果得到𝐼𝐷𝑆𝑆=11.8𝑚𝐴，𝑈𝐺𝑆(𝑜𝑓𝑓)≈−3.8𝑉。由场效应管的转移特性可得ID=IDSS(1−UGSUGS(off))2，又UGS=UA−RSID解得当静态工作电流为1.5mA~2.5mA时有Rs为4.59~4.79kΩ（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：考虑输出级，若引电压反馈，那么反馈网络从晶体管的集电极引出，根据瞬时极性法判断此时实际上是正反馈，不满足题意。所以只能引入电流负反馈。在不改变电路结构的前提下，电流负反馈引回至场效应管的输入端，此时由于电压恒为电源电压，故只能引入串联负反馈。综上，只能引入电流串联负反馈。（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：因此本实验中两级放大电路为阻容耦合。