實(shí)驗(yàn)四負(fù)反饋放大器

1、實(shí)驗(yàn)四負(fù)反饋放大器.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.加深理解負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響。2.學(xué)會(huì)測(cè)量放大器的輸入電阻、輸出電阻以及電壓放大倍數(shù)。.預(yù)習(xí)要求1. 復(fù)習(xí)教科書中有關(guān)負(fù)反饋的內(nèi)容，負(fù)反饋放大器的工作原理。2. 掌握輸入、輸出電阻的測(cè)量方法、測(cè)量步驟。放大器加入負(fù)反饋后，由于反饋信號(hào)是削弱輸入信號(hào)的，結(jié)果將使放大倍數(shù)降低，但卻提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性、擴(kuò)展了通頻帶、減小了非線性失真、并能抑制干擾和噪聲，變換圖1負(fù)反饋放大器的組成框圖放大器的輸入和輸出電阻等。1.負(fù)反饋對(duì)放大器放大倍數(shù)的影響負(fù)反饋放大器由基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成,如圖1所示。圖中的X表示信號(hào)，它即可代表電壓又可代表電流，箭頭表示信號(hào)傳輸?shù)姆较颉?/p>

2、反饋網(wǎng)絡(luò)從輸出信號(hào)Xo中取出反饋信號(hào)Xf,使Xf與外加輸入信號(hào)Xi相疊加，得到凈輸入信號(hào)Xdi。對(duì)于負(fù)反饋來說:Xdi=Xi-Xf(1)(2)(3)上式中，Xi與Xf的相位相同，故Xdi<Xj。從圖中可以看出，基本放大器（無反饋時(shí)）的放大倍數(shù)A（開環(huán)放大倍數(shù)）和反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)F分別為:/XoA=XdiXfF=一一Xo反饋放大器的放大倍數(shù)Af（閉環(huán)放大倍數(shù)）為:XoXi聯(lián)立求解式（1）、（2）、（3）、（4）便得到閉環(huán)放大倍數(shù)的一般表達(dá)式。(5)AAf=1AFA是在無反饋時(shí)，需考慮負(fù)載電阻Rl和反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載作用時(shí)基本放大器的放大倍數(shù)。從式（5）可知，加入負(fù)反饋后，放大器的放大倍數(shù)減小

3、到開環(huán)放大倍數(shù)的1/（1+AF）倍。（i+AF）稱為反饋深度。當(dāng)Af>>1,稱為深度負(fù)反饋，此時(shí)：A1AfF放大器的放大倍數(shù)只由反饋系數(shù)F決定，與晶體管的參數(shù)無關(guān)。2.負(fù)反饋的基本類型根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)在放大器輸出端的取樣信號(hào)是電壓還是電流，負(fù)反饋可分為電壓負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，根據(jù)反饋信號(hào)在放大器的輸入端與輸入信號(hào)是串聯(lián)還是并聯(lián)，負(fù)反饋又可分為串聯(lián)負(fù)反饋和并聯(lián)負(fù)反饋。因此可組合成四種類型的負(fù)反饋，分別為：電壓串聯(lián)負(fù)反饋，電流串聯(lián)負(fù)反饋，電壓并聯(lián)負(fù)反饋與電流并聯(lián)負(fù)反饋。對(duì)于不同類型的負(fù)反饋，A、F和Af具有不同的含義，分別為：U（Au=仁開環(huán)電壓放大倍數(shù)Udi,-Uf,一，一，電壓串聯(lián)負(fù)反

4、饋：<Fu=電壓反饋系數(shù)UcIAuf=3閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Io一廠Ag=開環(huán)互導(dǎo)放大倍數(shù)UdiUf電流串聯(lián)負(fù)反饋：<F=互阻反饋系數(shù)-LIAgf=-閉環(huán)互導(dǎo)放大倍數(shù)Ui電壓并聯(lián)負(fù)反饋:電流并聯(lián)負(fù)反饋:FgUo開環(huán)互阻放大倍數(shù)互導(dǎo)反饋系數(shù)Arf=U.0-Ii閉環(huán)互阻放大倍數(shù)fAiIo11di開環(huán)電流放大倍數(shù)F1fFi=I0電流反饋系數(shù)AifIoIi閉環(huán)電流放大倍數(shù)3.負(fù)反饋對(duì)放大器輸入電阻的影響負(fù)反饋對(duì)放大器輸入電阻的影響，取決于反饋信號(hào)在放大器的輸入端與凈輸入信號(hào)是串聯(lián)還是并聯(lián)，而與輸出端的取樣信號(hào)無關(guān)。(1)串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大圖2是串聯(lián)負(fù)反饋放大器的方框圖，按照輸入電阻的定義

5、，由該圖可得：cUiUdiufUdiAFUdiUdiRif=一一=(1AF)=(1AF)RiIiIiIiIiIi(6)式(6)表明，加了串聯(lián)負(fù)反饋后，放大器的輸入電阻比未加反饋時(shí)增大了(倍，其中A、F的含義與反饋類型有關(guān)，若是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，貝U;1+AF)Rif=(1AuFM若是電流串聯(lián)負(fù)反饋，則:Rif=(1AgFQRi由于串聯(lián)負(fù)反饋放大器的輸入電阻比未加反饋時(shí)增大了(1+AF)倍，因此串聯(lián)負(fù)反饋常常用在需要提高輸入電阻的電路中。(2)并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小圖2串聯(lián)負(fù)反饋放大器的方框圖圖3是并聯(lián)負(fù)反饋放大器的方框圖，其輸入電阻為:UiUiRiUiURifIiIdiIfIdiAFIdi(1

6、AF)、(1AF)所以，并聯(lián)負(fù)反饋放大器的輸入電阻比未加反饋時(shí)減小了1/(1+AF)倍。在需要低輸入電阻的的電路中，可以采用并聯(lián)負(fù)反饋。A、F的含義同樣與反饋類型有關(guān)，若是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，貝U:(7)圖3并聯(lián)負(fù)反饋放大器的方框圖RiRif(1ArFg)若是電流并聯(lián)負(fù)反饋，則:4.負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響負(fù)反饋對(duì)放大器輸出電阻的影響,取決于對(duì)輸出信號(hào)的取樣是電流還是電壓，而與輸入端的反饋形式無直接關(guān)系。由于電壓負(fù)反饋是對(duì)輸出電壓取樣，因此，這種反饋能使輸出電壓保持穩(wěn)定。也就是說引入電壓負(fù)反饋RifRi圖4求電壓負(fù)反饋放大器輸出電阻的方框圖后，放大器的輸出電阻變小了。當(dāng)負(fù)載Rl發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓就

7、能保持穩(wěn)定。而電流負(fù)反饋是對(duì)輸出電流取樣，這種負(fù)反饋能使輸出電流保持穩(wěn)定。也就是說引入電流負(fù)反饋后，放大器的輸出電阻變大了。當(dāng)負(fù)載Rl發(fā)生變化時(shí)，輸出電流就能保持穩(wěn)定。(1)電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小求電壓負(fù)反饋放大器輸出電阻的方框圖如圖4所示。圖中Ao是不接負(fù)載Rl時(shí)基本放大器的放大倍數(shù)，A是接上負(fù)載Rl時(shí)基本放大器的放大倍數(shù)。圖中的放大器不接負(fù)載Rl,同時(shí)放大器的輸入端不加信號(hào)(Uj=0)。圖中的反饋網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)單純起反饋?zhàn)饔玫木W(wǎng)絡(luò)，其負(fù)載作用已被提入到開環(huán)放大器中。因此，這個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)只從放大器的輸出端獲得取樣信號(hào)。由于是電壓負(fù)反饋，因此，這個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)只是對(duì)放大器的輸出電壓取樣，而不取電流。當(dāng)

8、輸出端外加電壓U2后，若不加負(fù)反饋，貝u：Uf=0,Udi=-Uf=0,AoUdi=0。所以輸出電阻為：Ro=U212弓I入負(fù)反饋后，在輸入回路中雖然外加輸入信號(hào)U、i=0，但有反饋電壓Uf=FU”2加到輸入端，此時(shí)放大器的凈輸入信號(hào)Udi=Uf=-FU2,與此相應(yīng)，在放大器的輸出回路中存在著與Udi對(duì)應(yīng)的等效電壓源AoUdi=-AoFU2,此時(shí)輸出回路中的電流：U2-AoUdiU2AoFU2U2(1AoF)RoRoI2Ro因此，電壓負(fù)反饋放大器的輸出電阻為:RoRofU212(1AoF)(8)由(8)式可以看出，電壓負(fù)反饋使輸出電阻降低了(1+A°F)倍。其中Ao、F的含義與反饋類

9、型有關(guān)，若是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，則:RoRof(1-AouFu)若是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，貝U：RofRo(1AorFg)(2)電流負(fù)反饋使輸出電阻增大求電流負(fù)反饋放大器輸出電阻的方框圖如圖5所示。圖5求電流負(fù)反饋放大器輸出電阻的方框圖U2圖中As是負(fù)載Rl短路時(shí)基本放大器的放大倍數(shù)，外加輸入信號(hào)Ii=0,基本放大器的凈輸入信號(hào)Idi-Tf本放大器的輸出電阻=-FI2,U2是外加電壓源?；痉糯笃鞯刃橐粋€(gè)等值內(nèi)阻(等于基R。)和一個(gè)恒流源并聯(lián)。恒流源的電流值等于基本放大器的短路輸出電流(等于基本放大器的輸入電流Idi和它的短路放大倍數(shù)As的乘積AsIdi)。由圖5可知，當(dāng)輸出端外加電壓U2后，若不加負(fù)

10、反饋，貝U:If=0,Idi=Tf=0,AsIdi=0。此時(shí)，輸出電阻為：Ro=-I2弓I入負(fù)反饋后，在輸入回路中雖然外加輸入信號(hào)I；=0，但有反饋電流f=f'2加到輸入端，此時(shí)放大器的凈輸入信號(hào)=-If=-FI2，與此相應(yīng)，在放大器的輸出回路中存在著與Id對(duì)應(yīng)的等效電流源AsIdi=-AsF2,由于是電流負(fù)反饋，反饋網(wǎng)絡(luò)只從放大器的輸出端獲取電流，而不取電壓。因此：U2=I2-AsIdiRo=I2AsFI2Ro=I21AsFRo(9)Rof=-2=1AsFRoI2式（9）說明，加了電流負(fù)反饋后，放大器的輸出電阻比未加負(fù)反饋時(shí)增加了（1十AF）倍。As、F的含義同樣與反饋類型有關(guān)，若是

11、電流串聯(lián)負(fù)反饋，則:Rof=1AsgFrRo若是電流并聯(lián)負(fù)反饋，貝U：Rof-1AsiFi%5. 負(fù)反饋對(duì)放大器穩(wěn)定性的影響由于晶體管參數(shù)及電源電壓等的變化，都會(huì)引起放大器的輸出電壓（或電流）發(fā)生變化。引入負(fù)反饋后，如果輸出電壓（或電流）增大，則反饋信號(hào)也增大，結(jié)果使凈輸入信號(hào)減小，輸出也趨于減小，從而起到自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出的作用?？紤]中頻區(qū)的情況，此時(shí)放大器的交流參數(shù)為實(shí)數(shù)。假定開環(huán)放大倍數(shù)變化了dA,由于負(fù)反饋放大器的放大倍數(shù)為:AfA(1FA)dAF1FA1dA1'FA(1FA)2(1FA)2因此Af的絕對(duì)變化量為:Af的相對(duì)變化量為：dAdAF=2(1-FA)dAF1dA(10)(1

12、1)(12)由上式可見加入負(fù)反饋后,Af的相對(duì)變化量比A的相對(duì)變化量減小了（1+FA）倍。6. 負(fù)反饋對(duì)放大器頻率響應(yīng)的影響加了負(fù)反饋后，對(duì)于同樣大小的輸入信號(hào)，在中頻區(qū)由于輸出信號(hào)較大，因而反饋信號(hào)也較大，于是輸入信號(hào)被削弱得較多，從而使輸出信號(hào)降低較多，在高頻區(qū)和低頻區(qū)，由于輸出信號(hào)較小，反饋信號(hào)也較小，輸入信號(hào)也被削弱得較少，輸出信號(hào)也降低較少。這樣一來，在高、中、低三個(gè)頻區(qū)上的放大倍數(shù)就比較均勻，放大區(qū)的通頻帶也就被展寬了。對(duì)單級(jí)負(fù)反饋放大器，其高頻特性為：fHF=(1FA)fH低頻特性為:fLfLF一1FA加了負(fù)反饋后，將使放大器的上限頻率提高，下限頻率降低，結(jié)果使整個(gè)通頻帶得到展寬

13、。一般放大器的私"，所以通頻帶B可近似用上限頻率表示，沒加負(fù)反饋前，放大器的通頻帶為：B=fHfLJH加了負(fù)反饋后，放大器的通頻帶Bf為：Bf機(jī)1+FA)B(13)7.輸入電阻與輸出電阻的測(cè)量(1)輸入電阻的測(cè)量(用換算法求)本實(shí)驗(yàn)采用換算法測(cè)量，輸入電阻測(cè)量的框圖如圖6所示。在信號(hào)源與放大器之間串入一個(gè)已知電阻R,用交流毫伏表分別測(cè)出Us和Ui,因而輸入回路的電流Ii為：,UrUs-UiIi一一一RR圖6輸入電阻的測(cè)量框圖放大器的輸入電阻UiUiRUs-Ui(2)輸出電阻的測(cè)量輸出電阻的測(cè)量框圖如圖7所示。在放大器的輸入端輸入正弦信號(hào)Ui,用毫伏表分別測(cè)量負(fù)載Rl斷開時(shí)的輸出電壓U

14、o和負(fù)載Rl接上時(shí)的輸出電壓Uol。由于：UoL=UoRl圖7輸出電阻的測(cè)量框圖RoRl所以放大器的輸出電阻為:Ro=-1rl(15)在以上測(cè)量時(shí)要注意：1）由于R兩端沒有接地點(diǎn)，而毫伏表測(cè)量的是交流電壓對(duì)地的有效值，所以當(dāng)測(cè)量R兩端的電壓UR時(shí)，必須測(cè)量R兩端對(duì)地的電壓Us和Ui,同時(shí)，R的數(shù)量級(jí)應(yīng)與Ri相同。2）測(cè)量之前，毫伏表應(yīng)先校零，Us和Ui最好用同一量程檔進(jìn)行測(cè)量。Ri時(shí)，要接3）用示波器監(jiān)視輸出波形，要求在波形不失真的條件下進(jìn)行上述測(cè)量（測(cè)上Rl）。4）測(cè)量條件是：信號(hào)頻率小于1MHz;毫伏表的內(nèi)阻Riv必須滿足：Riv>>Ro和Riv>>Ri。四. 實(shí)驗(yàn)

15、儀器名稱型號(hào)或規(guī)格婁攵量函數(shù)信號(hào)發(fā)生器GFG8016G1示波器日立V2521低頻毫伏表DA161萬用表YX960TR或其它型號(hào)1直流穩(wěn)壓電源JWD21實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1. 測(cè)量電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器的性能參數(shù)（1）測(cè)量無反饋時(shí)放大器的電壓放大倍數(shù)按圖8所示電路（圖中元件值分別取：R=1k,Rb1=180k,Rb2=56kRc=3.3k,Re=1k,Rf=100RL=1k,C1=C2=30F,Ce=100+Ec=+12V，晶體管用3DG6）,將元件安裝在實(shí)驗(yàn)板上，開關(guān)&接在1點(diǎn)，&接通Rl,檢查無誤后，接通直流電源，用萬用表的直流電壓檔測(cè)量Ue,則靜態(tài)工作電流為：Au、輸入阻抗Ri和

16、輸出阻抗RoO1+R二II'+UsUiblSiRb2ReF,|rc1+11n3DG6C2疽Rf2Uo+EcRl:,UeICIE=Re在放大器的輸入端接入低頻信號(hào)發(fā)圖8電流串聯(lián)負(fù)反饋實(shí)驗(yàn)電路圖生器和毫伏表，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率和輸出電壓，向放大器輸入/=1kHz,Ui=10mV的信號(hào)電壓，用示波器觀察輸出電壓uo的波形，在波形不失真的情況下，用毫伏表測(cè)出輸出電壓的有效值UoL，算出開環(huán)電壓放大倍數(shù)Au。測(cè)量低頻信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓Us,根據(jù)（14）式，算出輸入電阻尺。斷開&,測(cè)出不接負(fù)載Rl時(shí)的輸出電壓U。，按式（15）算出輸出電阻R。將以上測(cè)量數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果填入表1中。（2

17、）測(cè)量有電流串聯(lián)負(fù)反饋時(shí)放大器的電壓放大倍數(shù)Auf、輸入電阻Rif和輸出電阻R°f。將圖8中的開關(guān)S1接至2點(diǎn)后，按（1）的步驟測(cè)量有負(fù)反饋時(shí)的Auf、Rif和Ro*將測(cè)量數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果填入表1中?；痉糯笃鱑sUiUoUoLAuRiRo電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器UsUiUoUoLAufRifRof表1+Ec2.測(cè)量電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器的性能參數(shù)（1）測(cè)量無反饋時(shí)放大器的電壓放大倍數(shù)Au、輸入阻抗Ri和輸出阻抗Ro按圖9所示電路（圖中：Rf=10k,其余元件的值與圖8電路相同），將元件安裝在實(shí)驗(yàn)板上，開關(guān)&斷開，S2接通Rl,檢查無誤后，接通直流電源。用萬用表的直流電壓檔測(cè)量Ue,則靜態(tài)工作電流為：RC1aczjHj十十UsUiRbZlUeIcTe=一Re圖9電壓并聯(lián)負(fù)反饋實(shí)驗(yàn)電路圖在放大器的輸入端接入低頻信號(hào)發(fā)生器和低頻毫伏表，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率和輸出電壓，向放大器輸入/=1kHz,Ui=10mV的信號(hào)電壓，用示波器觀察輸出電壓Uo的波形，在波形不失真的情況下，用毫伏表測(cè)出輸出電壓的有效值U°L,算出開環(huán)電壓放大倍數(shù)Au。測(cè)量低頻信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓Us,根據(jù)（14）式，算出輸入電阻Ri。斷