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。

  1. 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

减小1+A’F倍

电流负反馈

增加1+A’F倍

串联负反馈

增加1+AF倍

并联负反馈

减小1+AF倍

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

 

  1. 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。

 

  1. 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。

 

  1. 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。

 

 

  1. 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。

 

  1. 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

 

  1. 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。

  1. 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。

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THE END
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