多级负反馈放大器的研究
一、实验目的
(1)掌握用仿真软件研究多级负反馈放大电路。
(2)学习集成运算放大器的应用,掌握多级集成运放电路的工作特点。
(3)研究负反馈对放大器性能的影响,掌握负反馈放大器性能指标的测试方法。 1) 2) 3)
测试开环和闭环的电压放大倍数、输入电阻、反馈网络的电压反馈系数和通频带; 比较电压放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带在开环和闭环时的差别; 观察负反馈对非线性失真的改善。
二、实验原理及电路 (1)基本概念:
在电子电路中,将输出量(输出电压或输出电流)的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路,用来影响其输入量(放大电路的输入电压或输入电流)的措施称为反馈。
若反馈的结果使净输入量减小,则称之为负反馈;反之,称之为正反馈。若反馈存在于直流通路,则称为直流反馈;若反馈存在于交流通路,则称为交流反馈。
交流负反馈有四种组态:电压串联负反馈;电压并联负反馈;电流串联负反馈;电流并联负反馈。若反馈量取自输出电压,则称之为电压反馈;若反馈量取自输出电流,则称之为电流反馈。输入量、反馈量和净输入量以电压形式相叠加,称为串联反馈;以电流形式相叠加,称为并联反馈。
在分析反馈放大电路时,“有无反馈”决定于输出回路和输入回路是否存在反馈支路。“直流反馈或交流反馈”决定于反馈支路存在于直流通路还是交流通路;“正负反馈”的判断可采用瞬时极性法,反馈的结果使净输入量减小的为负反馈,使净输入量增大的为正反馈;“电压反馈或电流反馈”的判断可以看反馈支路与输出支路是否有直接接点,如果反馈支路与输出支路有直接接点则为电压反馈,否则为电流反馈;“串联反馈或并联反馈”的判断可以看反馈支路与输入支路是否有直接接点,如果反馈支路与输入支路有直接接点则为并联反馈,否则为串联反馈。
引入交流负反馈后,可以改善放大电路多方面的性能:提高放大倍数的稳定性、改变输入电阻和输出电阻、展宽通频带、减小非线性失真等。
实验电路如图所示。该放大电路由两级运放构成的反相比例器组成,在末级的输出端引入了反馈网路Cf、Rf2和Rf1,构成了交流电压串联负反馈电路。 (2)放大器的基本参数: 1)开环参数:
将反馈之路的A点与P点断开、与B点相连,便可得到开环时的放大电路。由此可测出开环时的放大电路的电压放大倍数AV、输入电阻Ri、输出电阻Ro、反馈网路的电压反馈系数Fv和通频带BW,即:
Vi
ViR1
Ri
ViVN
Vo'Ro1RL
Vo
Vf
FV
Vo
BWfHfL
Av
Vo
式中:VN为N点对地的交流电压;Vo’为负载RL开路时的输出电压;Vf为B点对地的交流电压;fH和fL
分别为放大器的上、下限频率,其定义为放大器的放大倍数下降为中频放大倍数的
AVAV
jfHjfL
AVIAVI
0.707AVI
0.707AVI
2)闭环参数:
通过开环时放大电路的电压放大倍数Av、输入电阻Ri、输出电阻Ro、反馈网络的电压反馈系数Fv和上、下限频率fH、fL,可以计算求得多级负反馈放大电路的闭环电压放大倍数AVf、输入电阻Rif、输出电阻Rof和通频带BWf的理论值,即
1AVFV
RifRi(1AVFV)
'
RoV'o
Rof(其中:A) V'
1AvFVVi
fHffH(1AVFV)
BWffHffLf(其中:)fL
fLf
1AVFV
AVf
测量放大电路的闭环特性时,应将反馈电路的A点与B点断开、与P点相连,以构成反馈网络。此时需要适当增大输入信号电压Vi,使输出电压Vo(接入负载RL时的测量值)达到开环时的测量值,然后分别测出Vi、VN、Vf、BWf和Vo’(负载RL开路时的测量值)的大小,并由此得到负反馈放大电路闭环特性的实际测量值为
AV
Vi
ViR1
Rif
ViVN
Vo'
Rof1RL
Vo
Vf
FV
Vo
BWffHffLf
Avf
上述所得结果应与开环测试时所计算的理论值近似相等,否则应找出原因后重新测量。
在进行上述测试时,应保证各点信号波形与输入信号为同频率且不失真的正弦波,否则应找出原因,排除故障后再进行测量。 三、实验内容 计算机仿真部分: (1)
根据电路画出实验仿真电路图。其中得到的波特图绘制仪的命令为
Vo
“SimulateInstrumentBode Plotter”。
(2)调节J1,使开关A端与B端相连,测试电路的开环基本特性。
1)将信号发生器输出调为1kHz、20mV(峰峰值)正弦波,然后接入放大器的输入端到网络的波特图如图
2)保持输入信号不变,用示波器观察输入和输出的
波
形。
3)接入负载RL,用示波器分别测出Vi、VN、Vf、Vo’记入表中。
4)将负载RL开路,保持输入电压Vi的大小不变,用示波器测出输出电压Vo’ 记入表中。 5)从波特图上读出放大器的上限频率fH与下限频率fL记入表中。
6)由上述测试结果,计算放大电路开环时的Av、Ri、Ro和Fv的值,并计算出放大器闭环式Avf,Rif和Rof的理论值。
(3)调节J1,使开关A端与P端相连,测试电路的闭环基本特性。
1)将信号发生器输入调为1kHz、20mV(峰峰值)正弦波,然后接入放大器的输入端,得到网络的波特图。
2)接入负载RL,逐渐增大输入信号Vi,使输入电压Vo达到开环时的测量值,然后用示波器分别测出Vi、VN和Vf的值,记入表格。
3)将负载RL开路,保持输入电压Vi的大小不变,用示波器分别测出V’0的值,记入表中。 4)闭环式放大器的频率特性测试同开环时的测试,即重复开环测试(5)步。 5)有上述结果并根据公式计算出闭环时的Avf、Rif、Rof和Fv的实际值,记入表中。 6)由波特图测出上下限频率,计算通频带BW。 实验表格:
实验心得体会:
通过本次试验,对模电实验更加产生了浓厚的兴趣,可惜是最后一次实验了,本次试验,我学到了很多,基本上掌握用仿真软件研究多级负反馈放大电路。而且通过学习集成运算放大器的应用,了解并掌握多级集成运放电路的工作特点。通过研究负反馈对放大器性能的影响,学会并且能够基本掌握负反馈放大器性能指标的测试方法,测试开环和闭环的电压放大倍数、输入电阻、反馈网络的电压反馈系数和通频带······更重要的是通过几次的模电实验,我明白了理论结合实践的重要性,实践检验理论,理论指导实践。感谢实验课老师的每一次耐心讲解,和给我们指出错误,以便于我们能及时改正。
多级负反馈放大器的研究
一、实验目的
(1)掌握用仿真软件研究多级负反馈放大电路。
(2)学习集成运算放大器的应用,掌握多级集成运放电路的工作特点。
(3)研究负反馈对放大器性能的影响,掌握负反馈放大器性能指标的测试方法。 1) 2) 3)
测试开环和闭环的电压放大倍数、输入电阻、反馈网络的电压反馈系数和通频带; 比较电压放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带在开环和闭环时的差别; 观察负反馈对非线性失真的改善。
二、实验原理及电路 (1)基本概念:
在电子电路中,将输出量(输出电压或输出电流)的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路,用来影响其输入量(放大电路的输入电压或输入电流)的措施称为反馈。
若反馈的结果使净输入量减小,则称之为负反馈;反之,称之为正反馈。若反馈存在于直流通路,则称为直流反馈;若反馈存在于交流通路,则称为交流反馈。
交流负反馈有四种组态:电压串联负反馈;电压并联负反馈;电流串联负反馈;电流并联负反馈。若反馈量取自输出电压,则称之为电压反馈;若反馈量取自输出电流,则称之为电流反馈。输入量、反馈量和净输入量以电压形式相叠加,称为串联反馈;以电流形式相叠加,称为并联反馈。
在分析反馈放大电路时,“有无反馈”决定于输出回路和输入回路是否存在反馈支路。“直流反馈或交流反馈”决定于反馈支路存在于直流通路还是交流通路;“正负反馈”的判断可采用瞬时极性法,反馈的结果使净输入量减小的为负反馈,使净输入量增大的为正反馈;“电压反馈或电流反馈”的判断可以看反馈支路与输出支路是否有直接接点,如果反馈支路与输出支路有直接接点则为电压反馈,否则为电流反馈;“串联反馈或并联反馈”的判断可以看反馈支路与输入支路是否有直接接点,如果反馈支路与输入支路有直接接点则为并联反馈,否则为串联反馈。
引入交流负反馈后,可以改善放大电路多方面的性能:提高放大倍数的稳定性、改变输入电阻和输出电阻、展宽通频带、减小非线性失真等。
实验电路如图所示。该放大电路由两级运放构成的反相比例器组成,在末级的输出端引入了反馈网路Cf、Rf2和Rf1,构成了交流电压串联负反馈电路。 (2)放大器的基本参数: 1)开环参数:
将反馈之路的A点与P点断开、与B点相连,便可得到开环时的放大电路。由此可测出开环时的放大电路的电压放大倍数AV、输入电阻Ri、输出电阻Ro、反馈网路的电压反馈系数Fv和通频带BW,即:
Vi
ViR1
Ri
ViVN
Vo'Ro1RL
Vo
Vf
FV
Vo
BWfHfL
Av
Vo
式中:VN为N点对地的交流电压;Vo’为负载RL开路时的输出电压;Vf为B点对地的交流电压;fH和fL
分别为放大器的上、下限频率,其定义为放大器的放大倍数下降为中频放大倍数的
AVAV
jfHjfL
AVIAVI
0.707AVI
0.707AVI
2)闭环参数:
通过开环时放大电路的电压放大倍数Av、输入电阻Ri、输出电阻Ro、反馈网络的电压反馈系数Fv和上、下限频率fH、fL,可以计算求得多级负反馈放大电路的闭环电压放大倍数AVf、输入电阻Rif、输出电阻Rof和通频带BWf的理论值,即
1AVFV
RifRi(1AVFV)
'
RoV'o
Rof(其中:A) V'
1AvFVVi
fHffH(1AVFV)
BWffHffLf(其中:)fL
fLf
1AVFV
AVf
测量放大电路的闭环特性时,应将反馈电路的A点与B点断开、与P点相连,以构成反馈网络。此时需要适当增大输入信号电压Vi,使输出电压Vo(接入负载RL时的测量值)达到开环时的测量值,然后分别测出Vi、VN、Vf、BWf和Vo’(负载RL开路时的测量值)的大小,并由此得到负反馈放大电路闭环特性的实际测量值为
AV
Vi
ViR1
Rif
ViVN
Vo'
Rof1RL
Vo
Vf
FV
Vo
BWffHffLf
Avf
上述所得结果应与开环测试时所计算的理论值近似相等,否则应找出原因后重新测量。
在进行上述测试时,应保证各点信号波形与输入信号为同频率且不失真的正弦波,否则应找出原因,排除故障后再进行测量。 三、实验内容 计算机仿真部分: (1)
根据电路画出实验仿真电路图。其中得到的波特图绘制仪的命令为
Vo
“SimulateInstrumentBode Plotter”。
(2)调节J1,使开关A端与B端相连,测试电路的开环基本特性。
1)将信号发生器输出调为1kHz、20mV(峰峰值)正弦波,然后接入放大器的输入端到网络的波特图如图
2)保持输入信号不变,用示波器观察输入和输出的
波
形。
3)接入负载RL,用示波器分别测出Vi、VN、Vf、Vo’记入表中。
4)将负载RL开路,保持输入电压Vi的大小不变,用示波器测出输出电压Vo’ 记入表中。 5)从波特图上读出放大器的上限频率fH与下限频率fL记入表中。
6)由上述测试结果,计算放大电路开环时的Av、Ri、Ro和Fv的值,并计算出放大器闭环式Avf,Rif和Rof的理论值。
(3)调节J1,使开关A端与P端相连,测试电路的闭环基本特性。
1)将信号发生器输入调为1kHz、20mV(峰峰值)正弦波,然后接入放大器的输入端,得到网络的波特图。
2)接入负载RL,逐渐增大输入信号Vi,使输入电压Vo达到开环时的测量值,然后用示波器分别测出Vi、VN和Vf的值,记入表格。
3)将负载RL开路,保持输入电压Vi的大小不变,用示波器分别测出V’0的值,记入表中。 4)闭环式放大器的频率特性测试同开环时的测试,即重复开环测试(5)步。 5)有上述结果并根据公式计算出闭环时的Avf、Rif、Rof和Fv的实际值,记入表中。 6)由波特图测出上下限频率,计算通频带BW。 实验表格:
实验心得体会:
通过本次试验,对模电实验更加产生了浓厚的兴趣,可惜是最后一次实验了,本次试验,我学到了很多,基本上掌握用仿真软件研究多级负反馈放大电路。而且通过学习集成运算放大器的应用,了解并掌握多级集成运放电路的工作特点。通过研究负反馈对放大器性能的影响,学会并且能够基本掌握负反馈放大器性能指标的测试方法,测试开环和闭环的电压放大倍数、输入电阻、反馈网络的电压反馈系数和通频带······更重要的是通过几次的模电实验,我明白了理论结合实践的重要性,实践检验理论,理论指导实践。感谢实验课老师的每一次耐心讲解,和给我们指出错误,以便于我们能及时改正。