负反馈放大器的研究
负反馈放大器的研究
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实验目的：
1、加深理解负反馈对放大器性能的影响
2、掌握负反馈放大器各项性能指标的测量
3、学习Multisim软件中基本虚拟仪器的使用
实验原理：
带有反馈网络的放大器称为负反馈放大器，其方框图如下
Xi为输入信号，Xi‘为净输入信号，Xf为反馈信号，Xo为输出信号，A为基本放大器，F为反馈网络
因为输入连接形式有并联或串联，输出取样有电压或电流，所以负反馈放大器有四种，分别是：
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，使净输入量变大了，提高了系统的增益。负反馈引入反馈后，使净输入量变小了，降低系统的增益。
基本放大器实验原理图：
负反馈放大器实验原理图：
根据负反馈放大器得出基本放大器时，因为是电压负反馈，所以可以将负反馈放大器的输出端交流短路；由于输入端是串联负反馈，因此需将负反馈放大器输入端开路。
实验内容：
1、负载静态工作点的测量与调整
按实验原理图连接基本放大器电路图如下：
调节电位器阻值，使T2管Ve=0.43V，使用虚拟软件直流工作点分析方法测出各点电压值
数据记录于下表：
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%
因为本身理论计算采用了近似处理的办法，如分压法求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、基本放大器动态指标的测量
按实验原理图连接基本放大器电路图如下：
调节函数发生器输出频率f=1kHz，有效值Ui=20mV的正弦信号，并用示波器监视波形不失真
波特测试仪读出中频增益为82.1，所以截至点为82.1*0.707=58.05
调节波特测试仪读数指针至增益为58.05，分别读出fH=2.83MHz、fL=17.12Hz
所以BW=fH=2.83MHz
断开RL，使用万用表交流电压档测出Uo=1.629V
将RL接入电路，使用万用表交流电压档测出UL=1.217V
Au=Uo/Ui=81.5
使用电流表测量输入电流Ii=2.295uA，所以Ri=Ui/Ri=7.7kΩ
根据戴维南等效，所以有
RL/(Ro+RL)Uo=UL
Ro=(UoRL-ULRL)/UL=3.39kΩ
数据记录于下表：
3、负反馈放大器动态指标的测量
按负反馈放大器实验原理图连接实验电路图如下：
调节函数发生器输出频率f=1kHz，有效值Ui=20mV的正弦信号，并用示波器监视波形不失真
波特测试仪读出中频增益为45.4，所以截至点为45.4*0.707=32.1
调节波特测试仪读数指针至增益为58.05，分别读出fHf=5.425MHz、fLf=17.12Hz
所以BWf=fHf=5.425MHz
断开RL，使用万用表交流电压档测出Uo=906.5mV
将RL接入电路，使用万用表交流电压档测出UL=760.1mV
Au=Uo/Ui=0.6.5/20=45.3
使用电流表测量输入电流Ii=2.221uA，所以Ri=Ui/Ri=9kΩ
根据戴维南等效，所以有RL/(Ro+RL)Uo=UL，Ro=(UoRL-ULRL)/UL=1.92kΩ
记录于下表：
相比于基本放大器，负反馈放大器的通带宽度BW更大、中频带增益相对减小，输入电阻更大，输出电阻更小
这有利于从前一级电路获得电压信号，有利于对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
在考虑负载效应基础上，接成基本放大器。输入频率f=1kHz的交流信号，加大输入信号的幅值，直到示波器上出现失真的情况，波形记录如下：
然后接上负反馈网络形成闭环，观察输出波形变化情况，记录如下：
记录Uo峰峰值为2.209V
可以看到基本放大器输出波形刚刚出现失真时，改为负反馈放大器的输出波形形态良好，说明带有反馈网络形成闭环的放大器能够更好的保证信号不失真。
思考题：
1、 总结负反馈对放大器放大性能的影响？
（1）负反馈虽然使放大器的电压放大倍数下降，但是它提高了放大器的稳定性、改善输出波形的非线性失真
（2）负反馈能改变输入电阻，如串联反馈使输入电阻变大，并联反馈使输入电阻变小，有助于放大器从一级电路获取电压或者电流信号
（3）负反馈可以改变输出电阻，如电压反馈使输出电阻减小，电流反馈使输出电阻增大，有利于输出信号的稳定
（4）负反馈展宽了通频带，使上限频率更高，下限频率更低，提高了放大器的频率特性
（5）负反馈使输出起到与输入相反的作用，使系统输出与系统目标的误差减小，系统趋于稳定
2．影响放大器高频特性fH和低频特性fL的因数有哪些？采用什么措施使fL降低？
fH和fL跟很多参数有关，包括三极管T1、T2的参数，是否引入负反馈、以及引入负反馈的反馈深度、耦合电容等。fL主要取决于耦合电容和隔直电容，在低频情况下电容容抗较大，会产生分压作用，使低频得到衰减。可以适当的加大电容容量来改善低频特性
实验总结：
1、基本放大器并不是负反馈放大器简单的断开反馈网络得到的，考虑负载效应，应当把反馈网络的影响考虑到基本放大器中去
2、实验中需要一直使用示波器监视输出波形不失真，这应该成为一个良好的习惯
3、负反馈放大器的诸多优点，如稳定性、改善失真等都以增益减小为代价，所以两级的负反馈放大器增益只能达到基本放大器的一级增益