试验4负反馈放大电路特性研究

1、实验4负反馈放大电路特性研究一、本实验分三个基本任务和测量1、连接一个电压并联负反馈电路，测量不同负载和负反馈时的闭环电压增益；2、测量电压并联负反馈条件下的输入电阻、输出电阻；3、测量负反馈电阻变化对输出波形和通频带的影响。二、实验目的1、掌握电压并联负反馈条件下的近似计算。2、掌握电压并联负反馈放大电路主要性能的测试方法3、加深理解负反馈电阻变化对放大器主要性能的影响。三、实验原理1、反馈的基本概念与分类(1)反馈的基本概念反馈就是电子电路输出量的一部分或全部通过一定的方式引回到输入回路，影响净输入量的大小变化。带反馈网络的方框图如图 4-1所示。其中x是反馈放大电路的输入信号， xf 是

2、反馈信号，Xid是净输入信号， A是输出信号。F是反馈网络，若电路无这个网络称为开 环，有这个网络称为闭环，A是基本放大电路 。图4-1反馈方框图(2)反馈的分类根据反馈到输入端的信号判定：交流反馈和直流反馈。根据净输入信号的增加和减小判定：正反馈和负反馈。根据反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定：串联反馈和并联反馈。根据反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定：电压反馈和电流反馈。一般放大电路采用的是负反馈，振荡电路采用的是正反馈。由此可得负反馈放大电路的四种类型：电压串联、电压并联、电流串联、电流并联。2、反馈与反馈类型的判别方法与步骤(1)反馈回路的判断一一找关系是否存在反馈必须看能否找

3、到一条或多条反馈的支路。反馈支路就应该是从放大电路的输出端引回到输入端的一条支路，这条支路通常是由电阻和电容构成，寻找这条回路时， 要特别注意不能直接经过电源端和接地端 。(2)交直流的判断一一看通路根据电容“隔直通交”的特点，我们可以判断出反馈的交直流特性。如果反馈支路中有 电容接地，则为直流反馈，其作用为稳定静态工作点；如果回路中串连电容，隔开直流，则为交流反馈，改善放大电路的动态特性；如果反馈回路中只有电阻或只有导线，则反馈为交直流共存。(3)正负反馈的判断一一看结果正负反馈的判断使用瞬时极性法。瞬时极性是一种假设的状态， 它假设在放大电路的输入端引入一瞬时增加的信号。这个信号通过放大电

4、路和反馈回路回到输入端。反馈回来的信号如果使引入的信号增加则为正反馈，否则为负反馈。对于BJT共发射极电路，输入端为基极，公共端为发射极，输出端为集电极，基极与 发射极同相，基极与集电极反相。其它组态的电路各极都是同相的。运算放大器的输出端和同相输入端的瞬时极性相同，和反相输入端的瞬时极性相反。依据以上瞬时极性判别方法，从放大电路的输入端开始用瞬时极性标识，沿放大电路、 反馈回路再回到输入端。这时再依据负反馈总是减弱净输入信号，正反馈总是增强净输入信号的原则判断出反馈的正负。在晶体管放大电路中，若反馈信号回到输入极的瞬时极性与原处的瞬时极性相同则为正 反馈，相反则为负反馈。其中注意共发射极放大

5、电路的反馈有时回到公共极-发射极，此时反馈回到发射极的瞬时极性与基极的瞬时极性相同(使得净输入信号减小) 则为负反馈，相反则为正反馈。(4)反馈类型的判断反馈类型是特指电路中交流负反馈的类型，所以只有判断电路中存在交流负反馈才判断反馈的类型。反馈依据取自输出信号的形式的不同分为电压反馈和电流反馈。依据它影响输入信号的形式分为串联反馈和并联反馈。(a)串联、并联反馈的判断一一看输入端反馈的串并联类型是指反馈信号影响输入信号的方式即在输入端的连接方式。串联反馈是指净输入电压和反馈电压在输入回路中的连接形式为串联。当断开反馈支路信号，则输入信号断开，无输入信号。并联反馈是指的净输入电流和反馈电流在输

6、入回路中并联。当短路断开反馈支路信号， 则输入信号还存在。总之，用输入端断路法，判断串联还是并联。综合一下就是：在分立元件组成的放大电路中，若反馈信号引回到输入回路的发射极即为串联反馈，引回到基极即为并联反馈。在运算放大器负反馈电路中，反馈引回到输入的另一端则为串联反馈；如果引回到跟输入同一端则为并联反馈。(b)电压、电流的判断看输出电压、电流反馈是指反馈信号取自输出信号(电压或电流)的形式。反馈电压是输出电压的一部分，故是电压反馈。在判断电压反馈时，可以采用一种简便的方法，即根据电压反馈的定义-反馈信号与输出电压成比例，设想将放大电路的负载两端 短路，短路后如果反馈信号(电压或电流)为零，就

7、是电压反馈。仍存在为电流反馈。3、闭环放大电路增益的一般表达式x在图4-1中，定义开环增益 A =，反馈系数F=，闭环增益 Af = 并有 xidXoxiXi =Xf +Xid ,则闭环增益的一般表达式为： Xo _ XoXoAAfXiXid XfXo f -1 AF不Xo4、交流负反馈对放大器性能的影响(1)降低放大倍数，提高增益的稳定性当负反馈很深，即1+AF 1时，A 1Af -1 AF F说明了闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。在一般情况下，增益的稳定性常用有/无反馈时增益的相对变化量之比来衡量。即Af的相对变化量比 A的相对变化量减

8、少了1 +AF倍，方程式如下:二 A = dAf dAAf - 1 AF -Af1 AF A(2)减小非线性失真(3)扩展通频带(4)影响输入、输出电阻串联反馈使输入电阻增加；并联反馈使输入电阻减小；电压反馈使输出电阻减小， 稳定输出电压；电流反馈使输出电阻增大，稳定输出电流。5、电压并联负反馈放大电路工作原理分析电路原理图如图4-2所示。其中 R为反相输入端的隔离电阻，Rf为反馈电阻。信号从反相端2脚输入，从6脚输出。rlOOkQV -图4-2电压并联负反馈电路(1)电压并联负反馈对放大器内部输入电阻的影响放大器框图如图4-3所示。图4-3 电压并联负反馈对输入电阻影响框图按定义，开环输入电

9、阻 R =viid ,闭环输入电阻 Rf =Vi/ii o由 ii =iid +if =(1+AF)iid ,得R MRRf (1 AF)iid (1 AF)所以，引入电压并联负反馈后，放大器内部的输入电阻比开环减小了(1 + AF)倍。但在实际电路中，如图4-2所示，由于R与放大器内部的输入等效电阻 Rf串联，并R1ARf , 因此电路的输入电阻 R球R1,负反馈对放大电路输入电阻影响不大。(2)电压并联负反馈对放大器内部输出电阻的影响放大器框图如图4-4所示。闭环输出电阻 Rf =吊儿，忽略反馈网络对it的分流，Vt =itR+A)4 , Xd=Fv- 得，Vt =itR AFv-放大器内

10、部输出电阻为Ro uitRo1AnF所以，引入电压负反馈后，放大器内部的输出电阻比开环减小了1 + AoF倍，放大电路的输出电阻为Ro=RLRf。图4-4电压并联负反馈对输出电阻影响框图(3)电压并联负反馈放大电路的增益电路如图4-2所示。它的基本放大器是一个理想的运算放大器，根据虚断、虚地概念则有iid之0, Vp=0, if电ii ,根据虚短概念有Vn电Vp=0,闭环电压增益计算为Vi -VnVn - VoRf，比Rfr四、实验设备序号名称型号与规格数量备注1电子综合实验装置DZ-2 型12函数信号发生器EM164413交流毫伏表YB2172B14双踪示波器GOS-630FC/ADS102

11、2c15数子力用表UT39A16集成运算放大器“74117电容、电阻与连接线若吓五、实验内容及步骤按图4-5所示电路接线，完成如下实验内容。1、测量反馈电阻与负载电阻对闭环电压增益影响(1)负反馈电阻Rf变化对闭环电压增益的影响Vs端接函数信号发生器， 输入Vi端、输出Vo端分别接双踪示波器， 在1KHZ输出波形 不失真的情况下，若负载Rl =5.1kQ不变，负反馈电阻分别为 Rf =51kQ和Rf =100kQ两种情况，用交流毫伏表测量电路的输入、输出电压，根据公式计算闭环电压增益，并与理论计算值进行比较，将实验结果填入表4-1中。并分析RF变化对Af有何影响。Ku100 kQ图4-5 实验

12、接线原理图(2)负载电阻 R变化对闭环电压增益的影响实验电路图及接线方法同上，若负反馈电阻 Rf =100kQ不变，负载电阻分别为R =5.1kQ和Rl =51kQ两种情况，用交流毫伏表测量电路的输入、输出电压，根据公式 计算闭环电压增益，并与理论值进行比较， 将实验结果填入表4-1中。并分析RF变化对 Af 有何影响2、测量电路的输入、输出电阻电路如图4-5所示，仪器接线方法同上，取Rf =100kC R=10kQ不变，在输出波形不失真的情况下，用交流毫伏表测量vs、M和vo各端电压，根据如下公式计算输入与输出电阻。 TOC o 1-5 h z ViVoR=R, R=L1)RlVs - Vi

13、Vl其中Vo为空载时输出电压，Vl为负载时输出电压，将实验结果分别填入表4-2中。3、测量负反馈放大电路的频率特性按图4-5所示电路接线，Vs端接函数信号发生器，输入 M端、输出Vo端分别接双踪示 波器探头，在负载电阻不变的情况下，分别在Rf =51kC和Rf =100kQ两种情况下。调节函数信号发生器，使放大电路为最大不失真信号输出(频率为1kHz),用交流毫伏表测量并记录此时的输出电压 Uom,保持输入信号的幅度不变，逐步增大信号频率，直到输出波形的幅值减小为70%Uom,记录此时放大电路的上限频率fH ；用同样的方法，减小输入信号的频率，输出波形的幅值减小为 70%U 0m，记录此时的下

14、限频率 fL。将实验结果填入表 4-3 中。4、负反馈电阻对波形失真的改善作用(1)按图4-3所示电路接线，取 Rf =1000,缓慢增大函数信号发生器的输出幅度(频率1KHZ不变)，当观察到输出信号波形出现轻度失真时，记录此时失真波形的幅值。(2)在上述其它都不变的情况下，只将电路中的负反馈电阻改为Rf =51kQ ,观察并记录输出幅值和波形的变化情况，将实验结果填入表4-4中。六、实验数据处理1、列表整理实验数据，将动态参数的实测值和理论估算值列表进行比较。2、根据实验结果，总结电压并联负反馈对放大器性能的影响。七、思考题将实验值与理论值比较，分析误差产生的原因？实验报告：实验4负反馈放大

15、电路特性研究学号： 姓名： 系部： 专业： 成绩： 预约实验时间： 年 月 日 第 节至 节 指导教师： 一、画出实验电路连接示意图1、画出电压并联负反馈放大电路的实验接线图（要标出常用仪器设备接线位置）2、画出电压串联负反馈放大电路的实验接线图、实验数据记录、处理及结论1、测量反馈电阻与负载电阻对闭环电压增益影响表4-1测试条件：f =1kHz,输入信号的幅度不变。岸ZkQR/kCUmVUo/mVAf测量值Avf理论计算值515.11005.110051结论：根据实验结果分析， RF变化对Av有 影响。RL变化对Af有影响。2、测量输入电阻与输出电阻表4-2测试条件：f =1kHz ,输入信号幅度不变。R = 10kC , RL =5.1kQ 。Rf/0Us/mVUi/mVUL/mVUo/mVRi/kQRo/kQ51100结论： 输入电阻与 无关。输出电阻与 有关。3、测量负反馈放大电路的频率特性表4-2测试条件：输入信号幅度不变。R=10kQ, RL=5.1kQ。Rf /kQU