高分模电实验5-1 验证性实验–两级阻容耦合负反馈放大器实验

• 实验目的：

 

• 掌握多级级联基本放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的基本测量方法；
• 掌握负反馈放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的基本测试方法；
• 了解负反馈对放大器性能的影响。

 

• 实验仪器与器件

 

（1）实验仪器

函数信号发生器;双踪示波器;数字万用表;交流毫伏表。

（2）实验用器件

双极型晶体管两只；电阻、电容。

 

• 实验电路原理

 1.反馈电路对放大系数的影响：

当电路引入负反馈后，虽然降低了电压放大倍数，但能够提高电路的稳定性，同时会改变输入电阻、输出电阻。

放大倍数下降：

稳定性上升：

1+AF为反馈放大电路的反馈深度，当1+AF>>1时，可近似认为：

此时，电路的闭环放大倍数尽与反馈系数有关。

2. 反馈电路对输入输出电阻等电路指标的改变：

反馈组态可分为四种：电压串联、电压并联、电流串联、电流并联。对于不同的组态，反馈电路对整个电路指标的影响也不同。

组态对输入、输出电阻的影响：

	输入电阻	输出电阻
电压负反馈	无	减小1+A’F倍
电流负反馈	无	增加1+A’F倍
串联负反馈	增加1+AF倍	无
并联负反馈	减小1+AF倍	无

其中A’为基本放大电路的空载放大倍数，A为基本放大电路的带负载放大倍数。

对于实验中所用的电路图：

 

下图为考虑反馈负载时的基本放大器：在进行开环电路的相关测试时，应采用此电路。

 

 

图1

 

下图为闭环放大器：在进行与反馈有关的电路参数测量时，采用此电路。

 

图2

 

负载RL上的输出电压通过反馈电阻Rf传递给Q1三极管的发射极，净输入电压为Ui与Uf之和，所以为电压串联反馈电路；当输入电压增大时，Q1管的发射极电压升高，导致Ube减小，使得净输入电压减小，所以此电路为电压串联负反馈电路。

  对于以上两个电路电路的输出电压一样，都为Uo’。

根据上述分析，引入负反馈后对电路指标的影响如下：

闭环电压放大倍数：

电压放大倍数变化率：

深度负反馈情况下的闭环电压放大倍数：

通频带：

闭环输出电阻：

闭环输入电阻：

电压反馈系数：

 

四．实验内容及说明:

 

1. 静态工作点的测量：

实验步骤：

令Ui=0，测试电路的直流工作点。

 

实验结果：

	Uc1/V	Uc2/V	Ue1/V	Ue2/V	Ic1/mA	Ic2/mA
仿真值	8.21	8.75	2.92	2.42	1.31	1.56
测量值	8.10	8.80	3.07	2.56	1.32	1.60

 

2. 空载放大性能的分析：

实验步骤：

断开负载RL，接入Ui。

基本放大电路的分析：

如图1所示连接电路，输入信号Ui，用示波器测量Ui，Uo1’、Uo’，记录数据并分析基本放大电路的电压放大倍数Au’。

反馈放大电路的分析：

如图2所示连接电路，输入信号Ui，用示波器测量Ui、Uo1’、Uof’，记录数据并分析反馈放大电路的电压放大倍数Auf’。

 

实验结果：

	Ui/mV	Uo1’/mV	Uo’/mV	Au1’	Au2’	Au’	Uof’/mV	Auf’
仿真值	10	112	3562	11.2	31.8	356	213	21.3
测量值	9.7	116	3821	11.6	32.9	382	206	20.6

 

 

 

 

 

说明：

其中Ui为函数发生器的输出电压；

在基本放大电路中，Uo1’为第一极放大电路的输出电压，即为Re1对地电压，Au1’为第一极放大电路的电压放大倍数，Au1’=Uo1’/Ui’；Uo’为第二级放大电路的输出电压，也是真个电路的输出电压，Au2’为第二极放大电路的电压放大倍数，Au2’=Uo’/Uo1’；Au’=Au1’*Au2’=Uo’/Ui，为整个放大电路的放大倍数。

在反馈放大电路中，Uof’为反馈电路的反馈输出电压；反馈电路的电压放大倍数Auf’=Uof’/Ui。

 

3. 反馈深度的测量与计算

实验步骤：

测量反馈电路与基本放大电路的相关参数，计算电路的反馈系数与反馈深度。

 

实验结果：

	Ui/mV	U’e1/mV	Uo’/mV	Au’	F’	1+Au’F’
仿真值	10	295	3610	361.0	0.081	30.2
测量值	9.8	256	3821	389.8	0.067	27.1

说明：

Ui为函数发生器的输出电压；

其中Ue1’即为反馈电路的输出电压；

Uo’为两个电路的输出电压；

反馈系数F’=Ue1’/Uo’；

Au’为基本放大电路的电压放大倍数，可由实验2获得。

 

4. 有载放大性能的分析：

实验步骤：

接上负载电阻重复步骤三

 

实验结果：

	Ui/mV	Uo1’	Uo	Au1	Au2	Au	Uof	Auf
仿真值	10	115	3320	11.5	28.8	332	286	28.6
测量值	9.8	116	2980	11.60	25.69	298	292	29.5

测试量与试验三中的相同。

 

 

5. 放大电路输出电阻的分析

实验步骤：

根据实验三、实验四测得的输出电压，计算基本放大电路与反馈放大电路的输出电阻。

 

实验结果：

	RL/KΩ	基本放大电路			反馈放大电路
		Uo/mV	Uo’/mV	Ro/KΩ	Uof/mV	U’of/mV	Rof/KΩ
仿真值	10k	3320	3610	2.44	286	213	0.188
测量值	10k	2980	3821	2.36	292	206	0.172

各电压为实验三、四的数值。

 

6. 放大电路输入电阻的分析

 

实验步骤：

在信号源与电路之间接入电阻10K的Rs，测量第一个三极管的基极对地电压最大值，即为Uim；测量信号源输出电压最大值，即为Usm。分别计算基本放大电路与反馈放大电路的输入电阻。

实验结果：

Usm/mV	基本放大电路			反馈放大电路
	Uim/mV	Rs/KΩ	Ri/KΩ	Uim/mV	Rs/KΩ	Ri/KΩ
10	3.37	20	10.21	4.29	20	15.08

 

7. 放大电路的频率特性分析

实验步骤：

将电路恢复到初始状态，测量不同频率下的放大倍数，包括基本放大电路的放大倍数与反馈放大电压的放大倍数，记录放大倍数降低至中频段放大倍数0.707倍时的上限频率与下限频率，计算同频带宽度。

 

实验结果：

	10Hz	100Hz	1KHz	10KHz	100kHz	500kHz	700kHz	1MHz	10MHz	100MHz
反馈前	9.5	85	385	380	268	95	75	49	6	5.6
反馈后	3.6	24.5	29.2	29	29	25.2	25.4	24.5	5.7	3.6

 

基本放大电路			反馈放大电路
fL/KHz	fH/KHz	BW	fLf/KHz	fHf/KHz	BWf
396	553k	553k	115	3.6M	3.6M

 

 

 

 

实验总结与思考：

实验总结：

1. 在实验中存在两个电路，一个是基本放大电路，一个是反馈放大电路。为了避免在实验时来回切换造成的时间浪费精力损失，可以将实验分为两部分：在连接基本放大电路时，就把相关的测试量都测出来；在连接反馈放大电路时，同样这样做。
2. 在实验过程中，出现了T1管始终在饱和区的情况。经过研究发现，是因为分压偏置电路的24K电阻断路，导致电路的Uceq发生变化。

假设此时电路仍正常工作，则：

带入数据算的Uceq小于0，所以三极管饱和，静态管压降很小。在更换电阻后实验正常进行。

3. 在实验过程中，开始时忘记耦合电容C1的连接，导致在交流通路中T1被近似短路，造成深度截止。

 

实验思考：

 

1.反馈放大电路的1+AF是不是越大越好？为什么？

     反馈电路的1+AF在一定程度内越大越好，使得放大倍数越趋近于1/F，电路稳定性更好；但是1+AF过大会引起自激震荡，应避免。

 

2.解析为什么负反馈能改善放大电路的波形失真？

    由于半导体元件的非线性特性，在输入较大时，输出不是标准的正弦波。假设在输入级三极管的be级间输入正弦电压，由于三极管非线性导致ib不是正弦波，正半周期大，负半周期小，会造成输出电压的失真，要使得ib为正弦波，就要使得Ube为非正弦波。在引入负反馈后，输出量与输入量同相，且产生正半周期大的失真，反馈量也产生同样的失真；因为输入量是一个标准正弦波，净输入量是输入量与反馈量之差，这使得净输入量成为一个不标准的正弦波，从而达到纠偏的目的。

 

3.电路中有无直流反馈？作用？

电路的三极管使用的分压偏置，引入直流反馈稳定静态工作点。

 

4.反馈电阻如果接到T1的基级，会发生什么？

原电路为电压串联负反馈，若按照要求变化，则成为电压并联负反馈，通过反馈电流影响三极管基极电流，从而实现电路的稳定。

进行变化后，反馈电路的输入电阻会变为基本放大电路的1/(1+AF)倍。