負(fù)反饋放大電路的設(shè)計與仿真課程

1、shanghai university課程論文course paper裝訂線題 目: 仿真設(shè)計與分析學(xué) 院 機(jī)自學(xué)院學(xué) 號 11122558學(xué)生姓名 于嚴(yán)嚴(yán)授課教師 邵勇一 功率放大電路仿真一. otl功率放大器的原理如圖1所示為otl功率放大器。其中由晶體三極管vt1組成推動級（也稱前置放大級），vt2、vt3是一對參數(shù)對稱的npn和pnp型晶體三極管，它們組成互補(bǔ)推挽otl功率放大電路。由于每一個管子都接成射極輸出器形式，因此具有輸出電阻低，負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于作功率輸出級。vt1管工作于甲類狀態(tài)，它的集電極電流ic1由電位器rp1(rp1)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 ic1 的一部分流經(jīng)電位器rp2

2、及二極管vd，給vt2、vt3提供偏壓。調(diào)節(jié)rp2，可以使vt2、vt3得到合適的靜態(tài)電流而工作于甲、乙類狀態(tài)，以克服交越失真。靜態(tài)時要求輸出端中點(diǎn)a的電位，可以通過調(diào)節(jié)pr1來實(shí)現(xiàn)，又由于rp1的一端接在a點(diǎn)，因此在電路中引入交、直流電壓并聯(lián)負(fù)反饋，一方面能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，同時也改善了非線性失真。c4和r 構(gòu)成自舉電路，用于提高輸出電壓正半周的幅度，以得到大的動態(tài)范圍。 圖1otl功率放大器當(dāng)輸入正弦交流信號ui時，經(jīng)vt1放大、倒相后同時作用于vt2、vt3的基極，ui的負(fù)半周使vt2管導(dǎo)通（vt3管截止），有電流通過負(fù)載rl，同時向電容c2(c2)充電，在ui的正半周，vt3導(dǎo)

3、通（vt2截止），則已充好電的電容器c2起著電源的作用，通過負(fù)載rl放電，這樣在rl上就得到完整的正弦波，其波形如圖所示。在仿真中若輸出端接喇叭，在仿真時只要輸入不同的頻率信號，就能在喇叭中能聽到不同的聲音。2. otl電路的主要性能指標(biāo)1）最大不失真輸出功率pom：理想情況下，在電路中可通過測量rl兩端的電壓有效值uo或rl的電流來求得實(shí)際的2）效率：pv-直流電源供給的平均功率，理想情況下，max 78.5 ?？蓽y量電源供給的平均電流idc，從而求得pvuccidc，負(fù)載上的交流功率已用上述方法求出，因而也就可以計算實(shí)際效率了。在仿真平臺上也可用功率表分別測出最大不失真功率和電源供給的平均

4、功率。二、虛擬實(shí)驗(yàn)儀器及器材雙蹤示波器、信號發(fā)生器、交流毫伏表、數(shù)字萬用表等儀器三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.如下圖2所示的電路圖圖2 otl功率放大電路2靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整分別調(diào)整r4和r1滑動變阻器器，使得萬用表xmm2和xmm3的數(shù)據(jù)分別為5-10ma和2.5v，然后測試各級靜態(tài)工作點(diǎn)填入下表：（注意，信號發(fā)生器的大小為0）ic1=ic2= 7.56ma，u12=2.5q1q2q3ub0.83v3.22v1.76uc1.76v5.00v2.51vue0.15v2.51v0v3測量最大不失真輸出功率理想情況下，最大不失真輸出功率，在實(shí)驗(yàn)中可通過測量rl兩端的電壓有效值，來求得實(shí)際的。或通過測量流過r

5、l的電流有效值，來求得實(shí)際的。如下圖3所示。 圖(a) rl 兩端的電壓有效值 圖(b) 流過rl的電流圖 3 pom的測量4測量功率放大器的效率，其中是直流電源供給的平均功率。理想情況下，。在實(shí)驗(yàn)中，可測量電源供給的平均電流idc，如圖3.7-4所示，從而求得pvuccidc.。圖4 電源供給的平均電流idc在本例中也可用兩塊瓦特表分別測量電源供給的平均功率pv及最大不失真輸出功率pom，其圖標(biāo)和面板如圖5所示。該圖標(biāo)中有兩組端子，左邊兩個端子為電壓輸入端子，與所要測試電路并聯(lián)，右邊兩個端子為電流輸入端子，與所要測試電路串聯(lián)。圖5 瓦特表圖標(biāo)和面板5輸入靈敏度輸入靈敏度是指輸出最大不失真功率

6、時，輸入信號vi之值。6頻率響應(yīng)的測試實(shí)測幅頻率特性如下圖所示： 其中：fl=242hz，fh=3.45mhz。四、實(shí)驗(yàn)分析1理想情況下，最大不失真功率為，而實(shí)測功率只有1.25mw，主要原因是功率三極管的管壓降比較高，實(shí)際輸出最大電壓不到1v。2由于功率輸出電路直流工作電流較大，幾乎工作在甲類狀態(tài)，加上三極管管壓降較高，電源提供的功率大部分由三極管消耗了，所以實(shí)測效率較低。負(fù)反饋放大電路的仿真一、實(shí)驗(yàn)元件2n2222a三極管（2個）、1mv 10khz 正弦電壓源、12v直流電壓源、10uf電容（5個）、5.11%負(fù)反饋電阻、3.05%集電極電阻（2個）、1.501%電阻、1.401%電阻、

7、1.001%負(fù)載電阻、1001%電阻、20.01%基極電阻（2個）、10.01%基極電阻（2個）、開關(guān)、萬用表、示波器等。二、實(shí)驗(yàn)原理由于電容對直流量的電抗為無窮大，因而阻容耦合放大電路各級之間的直流通路各不相通，各級的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，本次實(shí)驗(yàn)采用了實(shí)驗(yàn)一的數(shù)據(jù)，所以可不必重新調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)電路中引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，將引回的反饋量與輸入量相減，從而調(diào)整電路的凈輸入量與輸出量，改變電壓放大倍數(shù)、輸入電阻與輸出電阻。參數(shù)選擇：為了使反饋達(dá)到深度負(fù)反饋，實(shí)驗(yàn)中選取了5.1的負(fù)反饋電阻，同時為了不會在引入負(fù)反饋后出現(xiàn)交流短路的現(xiàn)象，將re1分為兩個部分re11（100）和re12（1.4）

8、。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)計的兩級阻容耦合放大電路如圖1：圖1 兩級阻容耦合放大電路原理圖三、電路頻率特性測試 1、未引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋前的電路頻率特性將電路中的開關(guān)j1打開，則此時電路為未引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋的情況，對電路進(jìn)行頻率仿真，得到如圖2的電路頻率特性圖。圖2 未引入負(fù)反饋的頻率特性曲線和通頻帶指針讀數(shù)根據(jù)上限頻率和下限頻率的定義當(dāng)放大倍數(shù)下降到中頻的0.707倍對應(yīng)的頻率時，即將讀數(shù)指針移到幅度為中頻的0.707倍處，如圖2，讀出指針的示數(shù)，即下限頻率fl=761.6815 hz, 上限頻率 fh=348.2346 khz, 因此通頻帶為（348.2346761.6815）hz。調(diào)節(jié)信號源的

9、幅度，當(dāng)信號源幅度為1mv時，輸出波形不失真，如圖3：圖3 信號源幅度為1mv時的不失真輸出波形繼續(xù)調(diào)節(jié)信號源的幅度，當(dāng)信號源幅度為2mv時，輸出波形出現(xiàn)了較為明顯的失真，如圖4：圖4 信號源幅度為2mv時出現(xiàn)截止失真的輸出波形2、引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋后的電路頻率特性將電路中的開關(guān)j1閉合，則此時電路引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，對電路進(jìn)行頻率仿真，得到如圖5所示的引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋后的電路頻率特性圖。圖5引入負(fù)反饋后的頻率特性和通頻帶指針讀數(shù)將讀數(shù)指針移到幅度為中頻的0.707倍處，如圖5，讀出指針的示數(shù)，即下限頻率fl=33.6584 hz, 上限頻率 fh=4.7302 mhz, 因此通頻帶為（4.

10、730233.6584）hz，明顯比未引入負(fù)反饋前放寬！再來觀察引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋后，整個電路的最大不失真電壓值。當(dāng)信號源幅度為1mv時，可以被不失真放大，調(diào)節(jié)信號源幅度至24mv時，輸出波形仍未失真，如圖6：圖6 信號源幅度為24mv時的臨界不失真輸出波形繼續(xù)增大至25mv時，輸出波形開始出現(xiàn)了飽和失真，如圖7:圖7信號源幅度為25mv時飽和失真的輸出波形可見加入負(fù)反饋后，電路的動態(tài)范圍增大，即電路可不失真放大的最大信號幅度增大.四、電路的放大倍數(shù)、輸入和輸出電阻1、測量放大倍數(shù)按圖8，圖9所示連接，分別測出j1打開和閉合時的輸入電壓ui、輸出電壓uo，放大倍數(shù)即為au= uo/ui，從而可

11、分別算出引入負(fù)反饋前后的電壓放大倍數(shù)。a）未引入負(fù)反饋的放大倍數(shù)打開j1，如圖9，測得輸入電壓ui1mv，輸出電壓uo=598.033mv，則au= uo/ui=598.033。圖8測量無負(fù)反饋時的電壓放大倍數(shù)的電路圖b）引入負(fù)反饋后的放大倍數(shù)閉合j1，如圖9，測得輸入電壓ui1mv，輸出電壓uo=47.551mv，則au= uo/ui=47.551。圖9測量有負(fù)反饋時的電壓放大倍數(shù)的電路圖 可見電壓串聯(lián)負(fù)反饋的引入，使得電壓放大倍數(shù)明顯減小，兩者相差約12.6倍。2、測量輸入電阻按圖10，圖11所示連接電路，分別測出j1打開和閉合時的輸入電壓ui、輸入電流ii，輸入電阻即為ri=ui/ii，

12、從而可分別算出引入負(fù)反饋前后的輸入電阻。a）未引入負(fù)反饋的輸入電阻打開j1，如圖10，測得輸入電壓ui1mv，輸入電流ii=194.329 na，則ri=ui/ii=5.146 。圖10 測量無負(fù)反饋時的輸入電阻的電路圖b）引入負(fù)反饋后的輸入電阻閉合j1，如圖11，測得輸入電壓ui1mv，輸入電流ii=154.017 na，則ri=ui/ii=6.493 。圖11 測量有負(fù)反饋時的輸入電阻的電路圖可見電壓串聯(lián)負(fù)反饋的引入，使得輸入電阻增大。3、測量輸出電阻按圖12，圖13所示連接電路，分別測出j1打開和閉合時的輸出電壓uo、輸出電流io，輸出電阻即為ro= uo/io，從而可分別算出引入負(fù)反饋

13、前后的輸出電阻。a）未引入負(fù)反饋的輸出電阻打開j1，如圖12，測得輸出電壓uo1mv，輸出電流ii=353.57na，則ro= uo/io=2.828 。圖12測量無負(fù)反饋時的輸出電阻的電路圖b）引入負(fù)反饋后的輸出電阻閉合j1，如圖13，測得輸出電壓uo1mv，輸出電流ii=17.159 ua，則ro= uo/io=58.278 。圖13測量有負(fù)反饋時的輸出電阻的電路圖可見電壓串聯(lián)負(fù)反饋的引入，使得輸出電阻減小。五、af 1/f的驗(yàn)證 按如圖14所示連接電路，閉合j1。由于電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路的af =auuf =uo/ui、f=fuu =u/uo，因此，需要測量輸出電壓uo、輸入電壓ui、反饋電壓u。圖14 af 1/f的驗(yàn)證電路測得ui1mv，uo=47.551mv，u=991.747uf，則af =auuf =uo/ui=47.551，f=fuu =u/uo=0.02086，1/f=47.939，因此af 1/f得到驗(yàn)證。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析本實(shí)驗(yàn)通過對二級阻