实验四负反馈放大器

1、实验四 负反馈放大器.实验目的1 .加深理解负反馈对放大器性能的影响。2 .学会测量放大器的输入电阻、输出电阻以及电压放大倍数。.预习要求1 .复习教科书中有关负反馈的内容，负反馈放大器的工作原理。2 .掌握输入、输出电阻的测量方法、测量步骤。三.实验原理放大器加入负反馈后，由于反馈信号是削弱输入信号的，结果将使放大倍数降低，但却 提高了放大倍数的稳定性、扩展了通频带、减小了非线性失真、并能抑制干扰和噪声，变换图1负反馈放大器的组成框图放大器的输入和输出电阻等。1.负反馈对放大器放大倍数的影响负反馈放大器由基本放大器和反馈网络组成,如图1所示。图中的X表示信号，它即可代表电压又可 代表电流，箭

2、头表示信号传输的方向。反馈网络从输出信号Xo中取出反馈信号 Xf ,使X f与外加输入信号 Xi相叠加，得到净输入信号Xdi 。对于负反馈来说:X di = X i - X f(1)上式中，Xi与Xf的相位相同，故 Xdi < Xi。从图中可以看出，基本放大器（无反馈时）的放大倍数 A （开环放大倍数）和反馈网络的反馈系数F分别为：A（2）XdiXfXo(3)反馈放大器的放大倍数 Af （闭环放大倍数）为:AfXoXi(4)联立求解式（1）、（2）、（ 3）、（4）便得到闭环放大倍数的一般表达式。AAf = (5)1 AFA是在无反馈时，需考虑负载电阻 Rl和反馈网络的负载作用时基本放大

3、器的放大倍数。从式（5）可知，加入负反馈后，放大器的放大倍数减小到开环放大倍数的（1+A F）称为反馈深度。当 A f>>1,称为深度负反馈，此时：A 1A f .二F1/ (1+ A F )倍。放大器的放大倍数只由反馈系数F决定，与晶体管的参数无关。2.负反馈的基本类型根据反馈网络在放大器输出端的取样信号是电压还是电流，负反馈可分为电压负反馈 和电流负反馈，根据反馈信号在放大器的输入端与输入信号是串联还是并联，负反馈又可分 为串联负反馈和并联负反馈。因此可组合成四种类型的负反馈，分别为：电压串联负反馈，电流串联负反馈，电压并联负反馈与电流并联负反馈。对于不同类型的负反馈，A、F和

4、Af具有不同的含义，分别为:开环电压放大倍数Udi,J- Uf电压串联负反馈：FFu =U n电压反馈系数AufU o Ui闭环电压放大倍数AgI o=一一Udi开环互导放大倍数电流串联负反馈:U fFrI o互阻反馈系数闭环互导放大倍数电压并联负反馈:电流并联负反馈:UAr 二 一 I,FgArfA Aidi-Uo=Uo 一 IiIo1-I diF I fF i 二I oAifI oIi开环互阻放大倍数互导反馈系数闭环互阻放大倍数开环电流放大倍数电流反馈系数闭环电流放大倍数3.负反馈对放大器输入电阻的影响负反馈对放大器输入电阻的影响，取决于反馈信号在放大器的输入端与净输入信号是 串联还是并联

5、，而与输出端的取样信号无关。（1）串联负反馈使输入电阻增大图2是串联负反馈放大器的方框图，按照输入电阻的定义，由该图可得：UiRif = -IiUdi U f Udi AFUdiIiIiU di _ _(1 - AF) =(1 . AF)RiIi(6)式（6）表明，加了串联负反馈后，放大器的输入电阻比未加反馈时增大了（ 倍，其中A、F的含义与反馈类型有关，若是电压串联负反馈，则；1+ AF )Rif =(1 AuFu)Ri若是电流串联负反馈，则:Rif=(1AgF”由于串联负反馈放大器的输入电阻比未 加反馈时增大了（ 1+AF，）倍，因此串联负 反馈常常用在需要提高输入电阻的电路中。（2）并联

6、负反馈使输入电阻减小图2串联负反馈放大器的方框图图3是并联负反馈放大器的方框图，其输入电阻为:UiUiUiRiIdi If I di AFIdi (1 AF)/(1 - AF)所以，并联负反馈放大器的输入电阻比未加反馈时减小了 1/ (1+AF )倍。在需要低输入电阻的的电路中，可以采用并联负反馈。A、F的含义同样与反馈类型 有关，若是电压并联负反馈，则：图3并联负反馈放大器的方框图RifRi(1ArFg)若是电流并联负反馈，则:4.负反馈对输出电阻的影响负反馈对放大器输出电阻的影响, 取决于对输出信号的取样是电流还是电压，而与输入端的反馈形式无直接关系。由于电压负反馈是对输出电压取样，因此，

7、这种反馈能使输出电压保持稳定。也就是说引入电压负反馈RifRi图4求电压负反馈放大器输出电阻的方框图后，放大器的输出电阻变小了。当负载Rl发生变化时，输出电压就能保持稳定。而电流负反馈是对输出电流取样，这种负反馈 能使输出电流保持稳定。也就是说引入电流负反馈后，放大器的输出电阻变大了。当负载 Rl发生变化时，输出电流就能保持稳定。(1)电压负反馈使输出电阻减小求电压负反馈放大器输出电阻的方框图如图4所示。图中Ao是不接负载Rl时基本放大器的放大倍数，A是接上负载Rl时基本放大器的放大倍数。图中的放大器不接负载Rl,同时放大器的输入端不加信号(Ui =。)。图中的反馈网络是一个单纯起反馈作用的网

8、络，其负载作用已被提入到开环放大器中。因此，这个反馈网络只从放大器的输出端获得取样信号。由于是电压负反馈，因此，这个反馈网络只是对放大器的输出电压取样，而不取电流。当输出端外加电压 U2后，若不加负反馈，则： U f =0 , Udi =-U f =。，AoU di =0。所以输出电阻为：Ro =U2I 2引入负反馈后，在输入回路中虽然外加输入信号Ui =0 ,但有反馈电压U f =FU'2加到输入端，此时放大器的净输入信号Udi =刀；=-fu'2,与此相应，在放大器的输出回路中存在着与Udi对应的等效电压源 AoU di = -AoFU 2 ,此时输出回路中的电流：,U2

9、-AoU di U2 A0FU2 U2(1A°F)I 2 =RoRoRo因此，电压负反馈放大器的输出电阻为:(8)c U2 RoRof =I2(1AoF)由（8）式可以看出，电压负反馈使输出电阻降低了（1 +A。F ）倍。其中A。、F的含义与反馈类型有关，若Rof是电压串联负反馈，则:Ro(1 . Aou Fu)若是电压并联负反馈，则:RofRoa(1 - Aor Fg )（2）电流负反馈使输出电阻增大 求电流负反馈放大器输出电阻的 方框图如图5所示。图5求电流负反馈放大器输出电阻的方框图U2图中As是负载Rl短路时基本放大器的放大彳§数，外加输入信号Ii =0,基本放大器

10、的净输入信号Idi =-I； =-F'I2, U2是外加电压源。基本放大器等效为一个等值内阻（等于基本放大器的输出电阻 Ro）和一个恒流源并联。恒流源的电流值等于基本放大器的短路输出电 流（等于基本放大器的输入电流I'di和它的短路放大倍数 As的乘积AsIdi）。由图5可知，当输出端外加电压 U2后，若不加负反馈，则: I f =0, Idi =T f =0 , As I di =°。此时，输出电阻为：Ro=U2I 2引入负反馈后，在输入回路中虽然外加输入信号I i =0 ,但有反馈电流I f =F'I2加到输入端，此时放大器的净输入信号Idi =；=_F&

11、#39;I2 ,与此相应，在放大器的输出回路中存在着与Idi对应的等效电流源 AsIdi =-AsFl2,由于是电流负反馈，反馈网络只从放大器的输出端 获取电流，而不取电压。因此： (9)U2 = I2 -AsIdi Ro = I2 AsFI2 Ro =I2 1 AsF RoRof U =1 AsF RoI 2式（9）说明，加了电流负反馈后， 放大器的输出电阻比未加负反馈时增加了（1+ AsF）倍。As、F的含义同样与反馈类型有关，若是电流串联负反馈，则:Rof =1 AsgFr Ro若是电流并联负反馈，则：Rof =1 AsiFi Ro5 .负反馈对放大器稳定性的影响由于晶体管参数及电源电压

12、等的变化，都会引起放大器的输出电压 （或电流）发生变化。引入负反馈后，如果输出电压（或电流）增大，则反馈信号也增大， 结果使净输入信号减小， 输出也趋于减小，从而起到自动调节输出的作用。考虑中频区的情况，此时放大器的交流参数为实数。假定开环放大倍数变化了dA,由于负反馈放大器的放大倍数为：AfA(1 FA)dAF 1FA1dA 1 , FA (1 FA)2(1 FA)2因此Af的绝对变化量为:Af的相对变化量为:dAdAF -2(1 - FA)dAF1 dAAf1 FA A(10)(11)(12)由上式可见加入负反馈后,Af的相对变化量比 A的相对变化量减小了（ 1 + FA）倍。6 .负反馈

13、对放大器频率响应的影响加了负反馈后，对于同样大小的输入信号，在中频区由于输出信号较大，因而反馈信号 也较大，于是输入信号被削弱得较多，从而使输出信号降低较多，在高频区和低频区，由于 输出信号较小，反馈信号也较小，输入信号也被削弱得较少，输出信号也降低较少。这样一 来，在高、中、低三个频区上的放大倍数就比较均匀，放大区的通频带也就被展宽了。对单 级负反馈放大器，其高频特性为：fHF =(1 FA)fH低频特性为：fLF =fA没加负反馈前，放大器的加了负反馈后，将使放大器的上限频率提高，下限频率降低，结果使整个通频带得到展 宽。般放大器的 床>> 屈,所以通频带B可近似用上限频率表示

14、,通频带为:B = A- TL & A加了负反馈后，放大器的通频带 Bf为:Bf 定(1+FA)B(13)7.输入电阻与输出电阻的测量(1)输入电阻的测量(用换算法求) 本实验采用换算法测量，输入电阻测量的框图如图6所示。在信号源与放大器之间串入一个已 知电阻R,用交流毫伏表分别测出 I Ui,因而输入回路的电流Ii为：Us和图6输入电阻的测量框图放大器的输入电阻UiUs -UiRUii- RUs -Ui(2)输出电阻的测量输出电阻的测量框图如图7所示。在放大器的输入端输入正弦信号Ui,用毫伏表分别测量负载 Rl断开时的输出 电压U。和负载Rl接上时的输出电压 U°l。 由于

15、：Uol = U ° Rl图7 输出电阻的测量框图RoRl所以放大器的输出电阻为:(15)在以上测量时要注意：1）由于R两端没有接地点，而毫伏表测量的是交流电压对地的有效值，所以当测量R两端的电压Ur时，必须测量 R两端对地的电压 Us和5,同时，R的数量级应与 R相同。2）测量之前，毫伏表应先校零，Us和5最好用同一量程档进行测量。3）用示波器监视输出波形，要求在波形不失真的条件下进行上述测量（测Ri时，要接上 Rl）。4）测量条件是：信号频率小于1MHz;毫伏表的内阻Riv必须满足：Riv>>Ro和Riv>>Ri。四.实验仪器名 称型号或规格数 量函数信号

16、发生器GFG-8016G1示波器日立V 2521低频毫伏表DA 161万用表YX 960TR或其它型号1直流稳压电源JWD-21五.实验内容与方法1 .测量电流串联负反馈放大器的性能参数 （1）测量无反馈时放大器的电压放大倍数 按图8所示电路（图中元件值分别取：R =1k, Rb1 = 180k, Rb2 = 56kAu、输入阻抗Ri和输出阻抗RoRc = 3.3k, Re = 1k , Rf = 100 ,RL=1k , Ci = C2 =30F, Ce=100F,+Ec= +12V,晶体管用3DG6）,将元 件安装在实验板上，开关 Si接在1点， S2接通Rl,检查无误后，接通直流电 源，

17、用万用表的直流电压档测量Ue,则静态工作电流为：G-IERe在放大器的输入端接入低频信号发图8电流串联负反馈实验电路图生器和毫伏表，调节信号发生器的输出频率和输出电压，向放大器输入f = 1kHz, Ui =10mV的信号电压，用示波器观察输出电压 u。的波形，在波形不失真的情况下，用毫伏表测出输出 电压的有效值U°l,算出开环电压放大倍数 Au。测量低频信号发生器的输出电压Us,根据（14）式，算出输入电阻 R。断开S2,测出不接负载 Rl时的输出电压 Uo,按式（15）算出输出电阻 Ro。将以上测量数据与计算结果填入表1中。（2）测量有电流串联负反馈时放大器的电压放大倍数Auf、

18、输入电阻Rif和输出电阻Rofo将图8中的开关S1接至2点后，按（1）的步骤测量有负反馈时的 A"、Rif和Rofo将测1中。基本 放大器UsUiUoUoLA uRiRo电流串联负 反馈放大器UsUiUoUoLA ufRifRof量数据与计算结果填入表表1+Ec2.测量电压并联负反馈放大器的性能参数（1）测量无反馈时放大器的电压放 大倍数Au、输入阻抗Ri和输出阻抗RoRbiRc按图9所小电路（图中：Rf =10k 其余元件的值与图8电路相同），将元 件安装在实验板上，开关 &断开，S2接 通Rl,检查无误后，接通直流电源。用万用表的直流电压档测量 Ue,则 静态工作电流为：a-+ +U sU iC1Rb2CeFRlRfReC211f-03DG6 , Si . S2Uo, UeI C , » I E =Re图9电压并联负反馈实验电路图在放大器的输入端接入低频信号发生器和低频毫伏表， 出电压，向放大器输入 了=1kHz , Ui = 10mV的信号电压, 形，在波形不失真的情况下，用毫伏表测出输出电压的有效值 Au。调节信号发生器的输出频率和输用示波器观察输出电压Uo的波UoL,算出开环电压放大倍数测量低