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1、長(zhǎng)春理工大學(xué)國(guó)家級(jí)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告2016 2017 學(xué)年 第 一 學(xué)期實(shí)驗(yàn)課程反饋放大電路的特性分析與仿真實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 學(xué) 院 專(zhuān) 業(yè) 學(xué) 號(hào) 姓 名 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目反饋放大電路的特性分析與仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)間11.14實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)A10預(yù)習(xí)成績(jī)報(bào)告成績(jī)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉利用軟件平臺(tái)來(lái)進(jìn)行電路頻率特性分析的方法;2、通過(guò)仿真特性曲線分析來(lái)驗(yàn)證在放大電路中引入負(fù)反饋對(duì)其性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理在應(yīng)用方框圖法分析反饋對(duì)放大電路性能的影響時(shí),需要將反饋放大電路分解成基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分,在分解時(shí)既要除去反饋,又要保留反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)基本放大電路的負(fù)載效應(yīng)。為了考慮反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)基本放大電路輸入端和輸

2、出端的負(fù)載效應(yīng),在畫(huà)出基本放大電路時(shí),應(yīng)按以下兩條法則進(jìn)行:1求輸入電路如果是電壓反饋,則令V0=0,即將輸出端對(duì)地短路;如果是電流反饋,則令I(lǐng)0=0,即將輸出回路開(kāi)路。2求輸出電路如果是并聯(lián)反饋,則令Vi=0,即將輸入端對(duì)地短路;如果是串聯(lián)反饋,則令I(lǐng)i=0,即將輸入回路開(kāi)路?!纠?電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路的性能分析與參數(shù)估算。 圖 2-1 電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路如圖2-1所示。 圖2-1由兩極放大單元組成。輸入信號(hào)電流為ii,輸出信號(hào)電流為i0=iC2。電阻R6,R4組成反饋網(wǎng)絡(luò),電流反饋系數(shù)Fi=if/i0-R6/(R6+R4)0.244。為了把圖2-1所示的反饋放

3、大電路分解成基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分,根據(jù)前面所述的兩條法則,可畫(huà)出基本放大電路如圖2-2所示。圖中直流電壓V3、直流電流IE2均為保證直流工作點(diǎn)不變而加入的直流偏置,其數(shù)值可由對(duì)反饋放大電路進(jìn)行直流分析得到。圖2-2 電路的基本放大電路三、預(yù)習(xí)內(nèi)容1、預(yù)習(xí)用PSPICE進(jìn)行電路頻率特性分析的語(yǔ)句描述方法。2、熟悉反饋放大器所對(duì)應(yīng)的基本放大器的等效原則。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、根據(jù)題目要求編寫(xiě)輸入網(wǎng)單文件,運(yùn)行程序,分別獲得負(fù)反饋電路和對(duì)應(yīng)的基本放大器的電流增益、電壓增益、輸入電阻、輸出電阻的頻率特性仿真波形。2、根據(jù)仿真波形測(cè)量?jī)煞N電路的電流增益、電壓增益、輸入電阻、輸出電阻及頻帶寬度(電流增益

4、)。 3、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。五、實(shí)驗(yàn)步驟 【例】參考輸入網(wǎng)單文件如下: A FEEDBACK AMP VI 1 0 AC 1 ;注:求輸出電阻時(shí)有* *VI 1 0 ; 注:求輸出電阻時(shí)使輸入源為0,無(wú)* RS 1 2 1K C1 2 3 10U Q1 5 3 4 MQ1 R1 3 0 5.6K R2 5 8 10K R3 4 0 470 C2 4 0 50U Q2 7 5 6 MQ1 R4 3 6 6.2K ;注:閉環(huán)時(shí)無(wú)*,開(kāi)環(huán)時(shí)有* *R4 3 10 6.2K ; 注:以下三行,閉環(huán)時(shí)有*,開(kāi)環(huán)時(shí)無(wú)* *R16 10 0 2K *IE2 0 10 1.214M R5 7 8 3

5、.9K R6 6 0 2K *R14 6 11 6.2K ; 注:以下二行,閉環(huán)時(shí)有*,開(kāi)環(huán)時(shí)無(wú)* *V3 11 0 0.9687 C3 7 9 10U RL 9 0 3.9K ;注:在求輸出電阻時(shí),加*。 *VOUT 9 0 AC 1 ; 注:在求輸出電阻時(shí)無(wú)*。在輸出端接入電壓源,代替RL。 VCC 8 0 9 .MODEL MQ1 NPN IS=2.5E-15 BF=120 RB=70 +CJC=2P TF=4E-10 VAF=80 .OP .AC DEC 10 10 100MEG .PROBE .END1、通過(guò)輸出文件可獲得圖2-1電路的靜態(tài)工作點(diǎn),其中V3=0.9687V,IEQ21

6、.21mA。這個(gè)數(shù)據(jù)是獲得到圖2-2的依據(jù)。2、理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較(1)圖2-3、圖2-4分別為電路的開(kāi)環(huán)電流、電壓增益幅頻特性和閉環(huán)電流、電壓增益幅頻特性曲線。圖2-5、圖2-6分別為電路的閉環(huán)電流、電壓增益幅頻特性曲線??蓽y(cè)出中頻開(kāi)環(huán)電流增益AiM=i0/ii,上限截止頻率fH,下限截止頻率fL。 中頻開(kāi)環(huán)源電壓增益AVSM=0/s,上限截止頻率fH,下限截止頻率fL。中頻閉環(huán)電流增益Aif,上限截止頻率fHF,下限截止頻率fLF0。中頻閉環(huán)源電壓增益AVSF,上限截止頻率fHF,下限截止頻率fLF。圖 2-4 開(kāi)環(huán)電壓增益的幅頻特性圖 2-3 開(kāi)環(huán)電流增益的幅頻特性(2)理論上,

7、因?yàn)殡娏鞣答佅禂?shù)Fi-R6/(R4+R6),所以反饋深度D=1+AiMFi。按方框圖法,可計(jì)算閉環(huán)電流增益Aif=AiM/D,把這個(gè)結(jié)果與對(duì)圖2-1所示電路直接計(jì)算所得結(jié)果進(jìn)行比較,看兩者是否很接近。閉環(huán)源電壓增益AVSf=0/s =-i0RL/(RS+Rif)ii=- AifRL/(RS+Rif),輸入電阻Rif由下面的圖2-8分析獲得,則計(jì)算出的| AVSf|(上面的計(jì)算忽略了Q2管的rCe的影響),與圖2-6計(jì)算所得結(jié)果是否接近。圖 2-5 閉環(huán)電流增益的幅頻特性 圖 2-6 閉環(huán)電壓增益的幅頻特性 (3)輸入電阻圖2-7及圖2-8分別為開(kāi)環(huán)輸入阻抗與閉環(huán)輸入阻抗特性曲線。可得到在中頻區(qū)

8、,開(kāi)環(huán)輸入電阻Ri,閉環(huán)輸入電阻Rif的值。按方框圖法計(jì)算,閉環(huán)輸入電阻Rif=Ri/D,判斷其值與直接計(jì)算結(jié)果是否相近??墒欠衲茏C明電流并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻下降(下降至開(kāi)環(huán)輸入電阻的1/D)。 圖 2-7 開(kāi)環(huán)輸入阻抗特性 圖 2-8 閉環(huán)輸入阻抗特性 (4) 輸出電阻圖2-9所示為開(kāi)環(huán)輸出阻抗特性曲線。其中圖(a)是由晶體管Q2集電極看進(jìn)去的阻抗特性(不包括集電極電阻R5),可測(cè)得中頻下輸出電阻R0,該值較大其原因是基本放大電路中Q2射極下接有負(fù)反饋電阻R6/R141.51K的原因。圖(b)是從輸出端往左看進(jìn)去的輸出阻抗特性,包括R5,在測(cè)得中頻下R0R0=R0/R5R5。圖2-10所示為

9、閉環(huán)輸出阻抗特性曲線。其中圖(a)是晶體管Q2集電極看進(jìn)去的輸出阻抗特性,中頻下輸出電阻Rof6.31M。圖(b)是從輸出端往左看進(jìn)去的輸出阻抗特性,中頻Rof3.90K,即Rof= Rof/ R5R5。圖 2-9 開(kāi)環(huán)輸出電阻 圖 2-10 閉環(huán)輸出電阻 由上面數(shù)據(jù)可看出,圖2-1所示的電流并聯(lián)負(fù)反饋,提高了從Q2集電極看進(jìn)去的輸出電阻(穩(wěn)定輸出電流i0)。由于ROfR5,所以反饋放大電路的總輸出電阻RofR5。數(shù)據(jù)處理:(1) 圖1-1、圖1-2分別為電路的開(kāi)環(huán)電流、電壓增益幅頻特性和閉環(huán)電流、電壓增益幅頻特性曲線。圖2-5、圖2-6分別為電路的閉環(huán)電流、電壓增益幅頻特性曲線。可測(cè)出中頻開(kāi)

10、環(huán)電流增益AiM=i0/ii,上限截止頻率fH,下限截止頻率fL。 中頻開(kāi)環(huán)源電壓增益AVSM=0/s,上限截止頻率fH,下限截止頻率fL。中頻閉環(huán)電流增益Aif,上限截止頻率fHF,下限截止頻率fLF0。中頻閉環(huán)源電壓增益AVSF,上限截止頻率fHF,下限截止頻率fLF。圖1-1圖1-2(1) 理論上,因?yàn)殡娏鞣答佅禂?shù)Fi-R6/(R4+R6),所以反饋深度D=1+AiMFi。閉環(huán)源電壓增益AVSf=0/s =-i0RL/(RS+Rif)ii=- AifRL/(RS+Rif),輸入電阻Rif由下面的圖1-6分析獲得,則計(jì)算出的| AVSf|(上面的計(jì)算忽略了Q2管的rCe的影響),與圖1-3

11、計(jì)算所得結(jié)果接近。圖1-3圖1-4(3)輸入電阻圖1-5及圖1-6分別為開(kāi)環(huán)輸入阻抗與閉環(huán)輸入阻抗特性曲線??傻玫皆谥蓄l區(qū),開(kāi)環(huán)輸入電阻Ri,閉環(huán)輸入電阻Rif的值。按方框圖法計(jì)算,閉環(huán)輸入電阻Rif=Ri/D,其值與直接計(jì)算結(jié)果相近。證明電流并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻下降(下降至開(kāi)環(huán)輸入電阻的1/D)。圖1-5圖1-6(4) 輸出電阻圖1-7,1-8所示為開(kāi)環(huán)輸出阻抗特性曲線。其中圖1-7是由晶體管Q2集電極看進(jìn)去的阻抗特性(不包括集電極電阻R5),可測(cè)得中頻下輸出電阻R0,該值較大其原因是基本放大電路中Q2射極下接有負(fù)反饋電阻R6/R141.51K的原因。圖1-8是從輸出端往左看進(jìn)去的輸出阻抗特

12、性,包括R5,在測(cè)得中頻下R0R0=R0/R5R5。圖1-9,1-10所示為閉環(huán)輸出阻抗特性曲線。其中圖1-9是晶體管Q2集電極看進(jìn)去的輸出阻抗特性,中頻下輸出電阻Rof6.31M。圖1-10是從輸出端往左看進(jìn)去的輸出阻抗特性,中頻Rof3.90K,即Rof= Rof/ R5R5。圖1-7圖1-8圖1-9圖1-10 由上面數(shù)據(jù)可看出,圖2-1所示的電流并聯(lián)負(fù)反饋,提高了從Q2集電極看進(jìn)去的輸出電阻(穩(wěn)定輸出電流 i0)由于ROfR5,所以反饋放大電路的總輸出電阻RofR5。 六、思考題1、說(shuō)明電流并聯(lián)負(fù)反饋使電流增益如何變化?答:相對(duì)比于開(kāi)環(huán)增益,電流并聯(lián)負(fù)反饋使電流增益減小。2、說(shuō)明電流并聯(lián)

13、負(fù)反饋使輸入電阻如何變化?答:相對(duì)比于開(kāi)環(huán)增益,電流并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小了。3、說(shuō)明電流并聯(lián)負(fù)反饋使輸出電阻如何變化?答:相對(duì)比于開(kāi)環(huán)增益,電流并聯(lián)負(fù)反饋使輸出電阻增大了。4、說(shuō)明電流并聯(lián)負(fù)反饋的電流增益的頻帶如何變化?答:相對(duì)比于開(kāi)環(huán)增益,電流并聯(lián)負(fù)反饋的電流增益的頻帶增大了。5、說(shuō)明電流并聯(lián)負(fù)反饋的電壓增益如何變化?其變化的程度與哪些因素有關(guān)? 答:相對(duì)比于開(kāi)環(huán)增益,電流并聯(lián)負(fù)反饋的電壓增益減小了,通頻帶變寬,提高了增益穩(wěn)定性,它的變化程度與負(fù)反饋的深度有關(guān),即與反饋單元的反饋系數(shù)有關(guān)。七、總結(jié)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論:通過(guò)實(shí)驗(yàn),更清晰的看到了負(fù)反饋對(duì)放大電路的影響:1、 提高了增益的穩(wěn)定性;2、 它可以改變輸入、輸出電阻,是電路的性能得到提升,減小了功率的損耗;3、

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