晶體管負(fù)反饋放大器

實(shí)驗二晶體管負(fù)反饋放大器一、實(shí)驗?zāi)康募由罾斫庳?fù)反饋對放大器性能的影響。學(xué)習(xí)對放大器的輸入、輸出電阻，增益及通頻帶的測試方法。二、實(shí)驗原理在放大器中引入負(fù)反饋，不僅可以穩(wěn)定靜態(tài)工作，還可以改善放大器的多種重要性能。因此，在實(shí)際應(yīng)用的各類電子線路中，幾乎沒有不引進(jìn)這種或那種負(fù)反饋的。這就是我們有必要對負(fù)反饋有一個透徹了解的原因。（一）負(fù)反饋對放大器性能的影響當(dāng)我們分析放大器中的反饋時，主要應(yīng)把握住三個基本要素：（1）反饋信號的極性，如果反饋信號是使放大器增益降低的，就是負(fù)反饋。反之就是正反饋；（2）反饋信號與輸出信號的關(guān)系，如果反饋信號正比于輸出電壓，就是電壓反饋，若反饋信號正比于輸出電流，就是電流反饋；（3）反饋信號與輸入信號的關(guān)系，如果反饋信號與輸入信號在輸入回路中是串聯(lián)的（凈輸入電壓等于輸入電壓與反饋電壓的代數(shù)和），就叫串聯(lián)反饋。如果反饋信號與輸入信號在輸入回路中是并聯(lián)的（凈輸入電流等于反饋電流與輸入電流的代數(shù)和）就叫并聯(lián)反饋。本實(shí)驗將以電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路為例：來研究負(fù)反饋對電路性能的影響。負(fù)反饋將使放大器增益降低反饋放大器，因為反饋電壓Uf是由輸出電壓Usc經(jīng)Rf和Re1分壓而得，故Uf正比于輸出電壓U。，在輸入回路中，Uf是與Us圖1是一個兩級阻容耦合反饋放大器。圖2是電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器的方塊圖。根據(jù)上述三要素，這是一個電壓串聯(lián)負(fù)圖1兩級阻容耦合負(fù)反饋放大器串聯(lián)后再加到T1的基極與發(fā)射極之間的，而且Uf又使凈輸入電壓U=U—Uf降低（也就是使放大器增益降低）所以這種反饋是電壓串聯(lián)負(fù)反饋?？捎脠D2所示的方塊圖來等效。圖2中F表示反饋網(wǎng)絡(luò)（在圖1中就是R1和Rf組成的分壓網(wǎng)絡(luò)）其傳輸系數(shù)F=Uf反饋放大器，因為反饋電壓Uf是由輸出電壓Usc經(jīng)Rf和Re1分壓而得，故Uf正比于輸出電壓U。，在輸入回路中，Uf是與Us圖1兩級阻容耦合負(fù)反饋放大器K=Uo='=、fUU+U1+KF（1）'此式表明，在放大器中引進(jìn)負(fù)反饋后，其閉環(huán)增益Kf要比沒有負(fù)反饋（Uf=0）時的開環(huán)增益K0降低7（1+K°F）倍。D=1+K0F就稱為放大器的“反饋深度”，K0F是在整個放大電路的環(huán)路增益。UK0F=寸圖2電壓串聯(lián)負(fù)反饋方框圖圖2電壓串聯(lián)負(fù)反饋方框圖負(fù)反饋可提高放大器增益的穩(wěn)定性（1）式為反饋放大器的閉環(huán)放大倍數(shù)，Kf為開環(huán)放大倍數(shù)K0之間的關(guān)系式。當(dāng)電源電壓、環(huán)境溫度或元件參數(shù)變化時，會引起放大器的放大倍數(shù)發(fā)生改變，通常用放大倍數(shù)的相對變化量來評價放大器的穩(wěn)定性。d1dK=0d1dK=0df1+K。FK。(2)dK此式表明，在引進(jìn)負(fù)反饋后，放大器閉環(huán)增益的相對變化量=比開環(huán)增益的相Kf對變化量h減小了（1+K0F）倍，即閉環(huán)增益的穩(wěn)定性提高了（1+K0F）倍。K000負(fù)反饋可擴(kuò)展放大器的通頻帶，改善頻率響應(yīng)阻容耦合放大器的放大倍數(shù)將隨頻率而變，高、頻段的放大倍數(shù)均會降低，如前所述，放大器接入負(fù)反饋可提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。由于頻率不同所引起的放大倍數(shù)的變化現(xiàn)象顯然也會減輕，即可使頻帶變寬，改善了頻率響應(yīng)。對于單級阻容耦合放大器，在引進(jìn)負(fù)反饋以后，放大器閉環(huán)時的高、低半功率點(diǎn)分別為:f=（1+、F）fH（3）(4)ff、(4)df（1+KF）0

式中：f、fd表示放大器開環(huán)時的高、低半功率點(diǎn)。由此可見，在引進(jìn)負(fù)反饋后，低半功率點(diǎn)fdf向下擴(kuò)展了（1+K0F）倍，高半功率點(diǎn)ff向上擴(kuò)展了（1+K0F）倍。但是中頻段的閉環(huán)放大倍數(shù)Kf也降低了（1+K0F）倍，不過對多級放大器（3）、（4）式不一定成立，但是隨著負(fù)反饋的增加，通頻帶要擴(kuò)展的結(jié)論仍然是正確的。負(fù)反饋對輸入、輸出電阻的影響負(fù)反饋對放大器輸入、輸出電阻的影響比較復(fù)雜。不同的反饋方式對電阻的影響也不一樣，一般而言，凡是并聯(lián)負(fù)反饋，由于Uf與U是并聯(lián)的，使輸入電流加大，故放大器等效輸入電阻減小。凡是串聯(lián)負(fù)反饋，因Uf與U是串聯(lián)的，它使輸入電流減小，故放大器的等效輸入電阻增加。凡是電壓負(fù)反饋，因Uf正比于輸出電壓U，使輸出電壓U穩(wěn)定，接近于電壓源，故使放大器等效輸出電阻降低。凡是電流負(fù)反饋，因Uf正比于輸出電流，能使輸出曲流穩(wěn)定，接近電流源，故使放大器輸出電阻升高。對于圖1所示電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器，其R.f和Rf可以用圖2所示的方塊圖中求出:Rf=（1+%F）R1°對于圖1所示電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器，其R.f和Rf可以用圖2所示的方塊圖中求出:Rf=（1+%F）R1°（5）_R一(1+KF)0（6）Ro是放大器開環(huán)時的輸入、輸出電阻?？梢娨M(jìn)負(fù)反饋后，輸入電阻提高了（1+K0F）倍，輸出電阻降低了（1+式中：R.、K0F）倍:5.負(fù)反饋可減小輸出信號的非線性失真由于晶體管的非線性存在，放大器輸出波形也會產(chǎn)生畸變，即出現(xiàn)輸入信號中所沒有的諧波成分，利用負(fù)反饋，將輸出信號再引回至輸入端，可在一定程度上減小輸出波形的畸變。可以用圖3所示的兩級電壓串聯(lián)負(fù)反饋的方塊圖來說明。設(shè)：U在經(jīng)過第一級放大K01后，產(chǎn)生了非線性失真，即產(chǎn)生了高次諧波Ut，此諧波電壓Ut經(jīng)第二級放大k02后，也會和基波電壓U一樣通過反饋網(wǎng)絡(luò)F回送到輸入端，由圖可以寫出：U°=〔（U.-FU）常+U}k。2U=——^-e——U+—^-°2—U

o1+KF.1+KFt(7)sr++UKUKUO1O2oUFf圖3兩級電壓負(fù)反饋方塊圖OO式中：K0=K01?K02，此式表明，負(fù)反饋使輸出信號中的U.和Ut都減小了（1+K0F）倍，但是如果加大U.，使U恢復(fù)到開環(huán)時的輸出幅度，則開環(huán)后U中的基波U.將增加（1+K0F）倍，這樣U中的Ut就相對減小了，即輸出信號的非線性失真減小了。不過必須記住，只有當(dāng)放大器在閉環(huán)和開環(huán)時的輸出幅度相同的條0件下，負(fù)反饋才能改善輸出波形的非線性失真，而且負(fù)反饋并不能加大放大器的擺幅。綜合上述，在放大器中引進(jìn)負(fù)反饋后不僅可以提高放大器增益的穩(wěn)定性，而且還可以擴(kuò)展放大器的通頻帶，改善頻率特性，減小輸出信號的非線性失真，提高或降低放大器的輸入、輸出電阻，但是這一切都是用降低放大器的增益換來的，沒有增益的損失，就沒有上述的一切，如果我們只追求某一方面的需求而無限制地加深負(fù)反饋，不僅使放大器失去應(yīng)有的放大能力，還可能使放大器產(chǎn)生相位失真，產(chǎn)生自激振蕩根本無法正常工作。（二）放大器的測試放大器輸入電阻的測量按定義：輸入電阻R.增益的損失，就沒有上述的一切，如果我們只追求某一方面的需求而無限制地加深負(fù)反饋，不僅使放大器失去應(yīng)有的放大能力，還可能使放大器產(chǎn)生相位失真，產(chǎn)生自激振蕩根本無法正常工作。（二）放大器的測試放大器輸入電阻的測量按定義：輸入電阻R.=U./I.，因此最簡單的測試方法是“串聯(lián)電阻法”如圖4所示。在信號源與放大器之間串入一個已知電阻R，只要分別測出UR和U.就可求出：r=Un=UriIURU但是要直接甫交流毫伏^h或示波器測量UR是困難的，因R兩端都不接地，因此，測量儀器與信號源和放大器沒有公共地線，干擾太大，不能準(zhǔn)確測試。為此，通常是直接測出Us和U.后，計算出輸入電阻。R=UiRiU-Us測量時，U不應(yīng)取得過大，否則將使晶體管工作在非線性狀態(tài)，從而使R.的測量誤差增加，因此最好用示波器監(jiān)視放大器的輸出波形，在不失真的情況下測試。放大器輸出電阻的測量廣叩信』__L-1:放R1ri號UUE大源sI11TO1器■.7(8)(9)圖4放大器輸入電阻的測試RsUs圖5放大器輸出電阻的測試放大器輸出端可以等效成一個理想電壓源與輸出電阻R相串聯(lián)，如圖5所示，輸出電阻的大小反映了放大器帶負(fù)載的能力，因此，也可以通過測量放大器接入負(fù)載前后的電壓變化來求出輸出電阻R，o為此，在放大器輸入端加入一固定電壓，先不接入負(fù)載電阻RL測出放大器的輸出電壓（開路電壓）UL'。顯然此時UJ=U，然后接入負(fù)載電阻rl，再測出輸出電壓ul〃，從而可算出輸出電阻：o

U，-U〃U，-U〃》lRL[U[u〃(10)R.——LLLoIU〃Ko0.707Ko0[U[u〃(10)R.——LLLoIU〃Ko0.707Ko0fdfgf圖6放大器的幅頻特性曲線(11)1—?111Rc1rtR…>—?—Rc2rL2K2KE1+12VC322p【C22.5mAAK2-In12aT2

9013Rb2210KR

10KT19013C122口C222pK1在測試時應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)rl過大或過小都將加大測試誤差，應(yīng)取Rl^R為宜，也可用電位器R來代替RL，調(diào)整電位器R使UL〃=1/2UL，則R=R,而R之值可直接萬用表電阻檔測出；(2)最好用示波器監(jiān)視輸出波形/要在日：接入前后輸出波形都不失真的條件下測試；(3)測試過程中，必須保持輸入信號固定不變。放大器增益的測試測試多級放大器的增益與單級放大器一樣，只要測出輸入與輸出信號之大小，即可求出放大器的增益。叱U叱U—o^或—oP-PiiP-P測試時應(yīng)注意到，多級放大器的增益一般都比較高，為了保證放大器輸出波形不產(chǎn)生非線性失真，其輸入信號一般都調(diào)在毫伏級或微伏級。如果信號源沒有準(zhǔn)確的輸出電壓指示和衰減器，則輸入信號的測試就必須有靈敏度較高的毫伏表或微伏表。本實(shí)驗我們用示波器監(jiān)視輸出波形，用音頻綜合測試儀作信號發(fā)生器與毫伏表測量U.及U。頻率響應(yīng)曲線的測試1°圖6是某放大器的幅頻特性曲線，從圖中可以看出，要測放大器的幅頻曲，只要測試不同信號頻率時的增益。幅頻曲線的坐標(biāo)一般都用相對變化量K(f)來標(biāo)度，但如果信號K源的幅'頻特性很好(即在所有測量頻率上，其輸出幅度都能保持不變)，則就沒有必要每改變一個頻率都要測出其增益，而只要測出其時應(yīng)的輸出幅度即可，從而可大大減少計算量。此時可用曲線串代替K(f)曲線。注意：以上均在放大器輸出信號不失真的情況下測試。否則將引起較大的測試誤差。實(shí)驗電路實(shí)驗電路見圖7。這是一個兩級阻容耦合放大器。元件參數(shù)如圖所注。說明：開關(guān)K1控制電阻R是否接入電路。測試放大器輸入阻抗時用。開關(guān)K2控制Rl是否接入電路，測試放大器輸出阻抗時用，開關(guān)K3是控制負(fù)反饋是否接入電路用的，拔向“1”時，構(gòu)成兩級電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器，拔向“2”時，為無反饋的基本放大器。實(shí)際上，第一級本身還存在電流負(fù)反饋，但可將它的作用計入在無反饋的基本放大器內(nèi)。當(dāng)構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋時，K4可設(shè)變放大器的“反饋深度”。實(shí)驗內(nèi)容和步驟熟悉儀器的使用，操作規(guī)程和注意事項，特別是毫伏表的使用應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：在使用毫伏表時，應(yīng)先選擇在較大量程，然后根據(jù)被測信號的大小逐步減小量程達(dá)到所需量。在使用毫伏表過程中，不要用手碰到毫伏表輸入端的金屬部分，以免很強(qiáng)的人體感應(yīng)電壓注入毫伏表，使指針打向滿度而損壞。特別是毫伏表處在小量程時更要注意。毫伏表輸入端的兩根引線，有使用時應(yīng)先接地線。在進(jìn)行測量之前，應(yīng)先把毫伏表輸入端的二根引線短路，然后調(diào)節(jié)“零點(diǎn)調(diào)節(jié)”旋鈕，使毫伏表在各量程上表頭指針都指零(自動調(diào)零表可免除這個步驟)，然后才能將二根引線分開，連接到被測線路上，應(yīng)先連接“地線”再連接“信號輸入律”。RkU.11口K32Re1'RkU.11口K32Re1'100Rfi30K17o2圖7兩級阻容耦合放大器實(shí)驗電路圖調(diào)整各級靜態(tài)工作點(diǎn)合上K1,斷開K2。K3拔至“2”，K4撥至“1”，使放大器處在無反饋情況，在放大器輸入端加入較小的f=1KHz的U4.測量無反饋時中頻段的K、4.測量無反饋時中頻段的K、R、R.oo1（1）斷開K1和K2，將K3拔至“2”，K4拔至“1”，在放大器輸入端加入較小的f=1KHz的U信號電壓，用示波器在so，在無反饋測量基礎(chǔ)上，斷開K2,o，在無反饋測量基礎(chǔ)上，斷開K2,將K3拔至“1”，（這時可看到示波器上的輸出波形的幅度有了改變，為什么？）逐漸A端監(jiān)視放大器輸出電壓波形，逐漸加大輸入信號，使示波器上的輸出電壓波形較大且又不失真，然后用毫伏表分別測出U加大輸入信號，使示波器上的輸出電壓波形仍然較大而且不失真，然后用毫伏表分別測出有反饋時的uof（ul;）、usf、uif，再合上K2，用毫伏表測出ULf〃。同樣，，根據(jù)（9）、（10）、（11）可計算出有負(fù)反饋時的Kof、Rof、R1f。。，S1UUfU，LfU〃LfR=—RifU-UsiR=of"J:UJRlooinK=UofU12拔動K4測出不同Rf時負(fù)反饋對放大器性能的影響。測量無反饋時的頻率響應(yīng)合上K1，斷開K2，將K3拔至“2”，K4拔至“1”，放大器輸入端加f=1KHz的信號，用示波器在A端監(jiān)視放大器輸出電壓波形，逐漸加大輸入信號，使示波器上的輸出波形較大而且不失真，確定后，用毫伏表在A端測量其值，此時的U為無反饋時中頻段的輸出電壓。為了便于觀察，此時的U一般可調(diào)在毫伏表某檔刻度的“10”上，即指針滿幅（此時示波形上的波形不應(yīng)失真）。然后改變輸入信號的頻率（注意：不是改變輸入信號的幅度）。頻率向高端改變和向低端改變都會使輸出合上K1，斷開K2，將K3拔至“1”，K4拔至“1”，在放大器輸入端加入f=1KHz信號，使放大器輸出Uf在毫伏表某一檔刻度的“10”上即指針在滿幅位置，這時示波器上的輸出波形不應(yīng)失真，然后改變輸入信號的頻率，分別測出各頻率點(diǎn)所合上K1，斷開K2，將K3拔至“1”，K4拔至“1”，在