负反馈放大器的研究

研究负反馈放大器

厚

实验目的：

1.加深对负反馈对放大器性能影响的理解
2.掌握负反馈放大器各项性能指标的测量
3、学习Multisim使用软件中的基本虚拟仪器

实验原理：

带反馈网络的放大器称为负反馈放大器，其方框图如下

Xi输入信号，Xi为净输入信号，Xf反馈信号，Xo输出信号，A基本放大器，F为反馈网络
由于输入连接形式并联或串联，输出取样有电压或电流，因此负反馈放大器有四种：
电压串联反馈、电压并联反馈、电流串联反馈、电流并联反馈
反馈分为正反馈和负反馈：正反馈引入反馈后，净输入量增加，系统增益增加。负反馈引入反馈后，净输入量减少，系统增益减少。
基本放大器实验原理图：

负反馈放大器实验原理图：

当基本放大器根据负反馈放大器得到时，负反馈放大器的输出端可以短路，因为它是负电压反馈；因为输入端是串联的负反馈，所以负反馈放大器的输入端需要打开。

实验内容：

1.负载静态工作点的测量和调整
基本放大器电路图按实验原理图连接如下：

调整电位器电阻值T2管Ve=0.43V，利用虚拟软件直流工作点分析法测量各点电压值

下表记录数据：

理论计算：
T1管Vb=1215/((47 15))=2.90V
误差为2.90-2.80=0.1V
相对误差为0.1/2.90=3.4%
Ve=2.90-0.7=2.20V
误差为2.20-2.16=0.04V
相对误差为0.04/2.20=1.8%
Ie=Ic=2.20/(100 1000)=2mA
Vc=12-0.0022400=7.2V
误差为7.31-7.2=0.11
相对误差为0.11/7.2=1.5%
T2管Vb=123/((3 10 20.68))=1.069V
误差为1.069-1.06=0.009V
相对误差为0.009/1.069=0.8%
Ve=1.069-0.7=0.369V
误差为0.43-0.369=0.061V
Ie=Ic=0.369/430=0.8.6mA
Vc=12-0.000865100=7.61V
误差为7.61-6.92=0.69V
相对误差为0.69/7.61=9%
由于本身的理论计算采用了分压法等近似处理方法Vb，近似认为Vbe=0.7V，Ie=Ic等；且实验器材存在制造误差，读数存在保留有效位误差，所以实验值和理论计算之间存在一定误差

2.测量基本放大器动态指标
基本放大器电路图按实验原理图连接如下：

调节函数发生器输出频率f=1kHz，有效值Ui=20mV用示波器监视波形不失真的正弦信号

读取波特测试仪中频增益82.所以截止点是82.1*0.707=58.05
调整波特测试仪读数指针的增益为58.05，分别读出fH=2.83MHz、fL=17.12Hz
所以BW=fH=2.83MHz
断开RL，用万用表测量交流电压档Uo=1.629V
将RL用万用表交流电压齿轮测量接入电路UL=1.217V
Au=Uo/Ui=81.5
用电流表测量输入电流Ii=2.295uA，所以Ri=Ui/Ri=7.7kΩ
根据戴维南的等效，所以有
RL/(Ro RL)Uo=UL
Ro=(UoRL-ULRL)/UL=3.39kΩ

下表记录数据：

3.测量负反馈放大器动态指标
连接实验电路图的负反馈放大器实验原理图如下：

调节函数发生器输出频率f=1kHz，有效值Ui=20mV用示波器监视波形不失真的正弦信号

读取波特测试仪中频增益45.4，所以截至点为45.4*0.707=32.1
调整波特测试仪读数指针的增益为58.05，分别读出fHf=5.425MHz、fLf=17.12Hz
所以BWf=fHf=5.425MHz
断开RL，用万用表测量交流电压档Uo=906.5mV
将RL用万用表交流电压齿轮测量接入电路UL=760.1mV
Au=Uo/Ui=0.6.5/20=45.3
用电流表测量输入电流Ii=2.221uA，所以Ri=Ui/Ri=9kΩ
根据戴维南的等效，所以有RL/(Ro RL)Uo=UL，Ro=(UoRL-ULRL)/UL=1.92kΩ

下表记录：

与基本放大器相比，负反馈放大器的通带宽度BW中频带增益相对，输入电阻较大，输出电阻较小
这有利于前一级电路获取电压信号，有利于后一级输出更稳定的信号

4.观察负反馈对非线性失真的影响
基本放大器在考虑负载效应的基础上连接。输入频率f=1kHz波形记录如下：

然后连接负反馈网络形成闭环，观察输出波形的变化，记录如下：

记录Uo峰峰值为2.209V
可以看出，当基本放大器的输出波形刚刚失真时，负反馈放大器的输出波形状良好，表明反馈网络形成的闭环放大器可以更好地确保信号不失真。

思考题：

1、 总结负反馈对放大器放大性能的影响？
(1)负反馈虽然降低了放大器的电压放大倍数，但提高了放大器的稳定性，改善了输出波形的非线性失真
（2）负反馈可以改变输入电阻，如串联反馈增加输入电阻，并联反馈减小输入电阻，有助于放大器从一级电路获取电压或电流信号
（3）负反馈可以改变输出电阻，如电压反馈降低输出电阻，电流反馈增加输出电阻，有利于输出信号的稳定性
(4)负反馈扩大了通频带，使上限频率更高，下限频率更低，增加了放大器的频率特性
(5)负反馈使输出与输入相反，减少系统输出与系统目标的误差，使系统趋于稳定
2.影响放大器的高频特性fH和低频特性fL有哪些因素？采取什么措施？fL降低？
fH和fL与包括三极管在内的许多参数有关T1、T是否引入负反馈、负反馈深度、耦合电容等参数。fL主要取决于耦合电容器和隔直电容器。在低频情况下，电容器具有较大的抗性，会产生分压作用，使低频衰减。可适当增加电容量，提高低频特性

实验总结：

1.基本放大器不仅仅是通过切断负反馈放大器的反馈网络获得的。考虑到负载效应，应考虑反馈网络的影响
2.在实验中，应始终使用示波器监测输出波形不失真，这应该是一个好习惯
3.负反馈放大器的许多优点，如稳定性和失真改善，都是以减少增益为代价的。因此，两级负反馈放大器的增益只能达到基本放大器的一级增益