负反馈放大电路的设计与仿真

负反馈放大电路的设计与仿真

一、实验元件

2N2222A 三极管（2个）、1mV 10KHz 正弦电压源、12V 直流电压源、10uF 电容（5个）、

5.1K Ω1%负反馈电阻、3.0K Ω5%集电极电阻（2个）、1.50K Ω1%电阻、1.40K Ω1%电阻、1.00K Ω1%负载电阻、100Ω1%电阻、20.0K Ω1%基极电阻（2个）、10.0K Ω1%基极电阻（2个）、开关、万用表、示波器等。

二、实验原理

由于电容对直流量的电抗为无穷大，因而阻容耦合放大电路各级之间的直流通路各不相通，各级的静态工作点相互独立，本次实验采用了实验一的数据，所以可不必重新调节静态工作点。在实验电路中引入电压串联负反馈，将引回的反馈量与输入量相减，从而调整电路的净输入量与输出量，改变电压放大倍数、输入电阻与输出电阻。

参数选择：为了使反馈达到深度负反馈，实验中选取了5.1K Ω的负反馈电阻，同时为了不会在引入负反馈后出现交流短路的现象，将Re1分为两个部分Re11（100）和Re12（1.4K Ω）。根据实验要求，设计的两级阻容耦合放大电路如图1：

图1 两级阻容耦合放大电路原理图

三、电路频率特性测试

1、未引入电压串联负反馈前的电路频率特性

将电路中的开关J1打开，则此时电路为未引入电压串联负反馈的情况，对电路进行频率仿真，得到如图2的电路频率特性图。

图2 未引入负反馈的频率特性曲线和通频带指针读数

根据上限频率和下限频率的定义——当放大倍数下降到中频的0.707倍对应的频率时，即将读数指针移到幅度为中频的0.707倍处，如图2，读出指针的示数，即下限频率f L =761.6815 Hz , 上限频率 f H =348.2346 KHz , 因此通频带为（348.2346×—761.6815）Hz 。

调节信号源的幅度，当信号源幅度为1mV 时，输出波形不失真，如图3：

图3 信号源幅度为1mV 时的不失真输出波形

继续调节信号源的幅度，当信号源幅度为2mV 时，输出波形出现了较为明显的失真，如图4：

图4 信号源幅度为2mV 时出现截止失真的输出波形

2、引入电压串联负反馈后的电路频率特性

将电路中的开关J1闭合，则此时电路引入电压串联负反馈，对电路进行频率仿真，得到如图5所示的引入电压串联负反馈后的电路频率特性图。

图5引入负反馈后的频率特性和通频带指针读数

将读数指针移到幅度为中频的0.707倍处，如图5，读出指针的示数，即下限频率f L =33.6584 Hz, 上限频率 f H =4.7302 MHz, 因此通频带为（4.7302×—33.6584）Hz ，明显比未引入负反馈前放宽！

再来观察引入电压串联负反馈后，整个电路的最大不失真电压值。当信号源幅度为1mV 时，可以被不失真放大，调节信号源幅度至24mV 时，输出波形仍未失真，如图6：

图6 信号源幅度为24mV 时的临界不失真输出波形

继续增大至25mV 时，输出波形开始出现了饱和失真，如图

7:

图7信号源幅度为25mV 时饱和失真的输出波形

可见加入负反馈后，电路的动态范围增大，即电路可不失真放大的最大信号幅度增大.

四、电路的放大倍数、输入和输出电阻

1、测量放大倍数

按图8，图9所示连接，分别测出J1打开和闭合时的输入电压U i 、输出电压U o ，放大倍数即为A u= U o/U i ，从而可分别算出引入负反馈前后的电压放大倍数。

a ）未引入负反馈的放大倍数

打开J1，如图9，测得输入电压U i ≈1mV ，输出电压U o=598.033mV，则A u= U o/U i =598.033。

图8测量无负反馈时的电压放大倍数的电路图

b ）引入负反馈后的放大倍数

闭合J1，如图9，测得输入电压U i ≈1mV ，输出电压U o=47.551mV，则A u= U o/U i =47.551。

图9测量有负反馈时的电压放大倍数的电路图

可见电压串联负反馈的引入，使得电压放大倍数明显减小，两者相差约12.6倍。

2、测量输入电阻

按图10，图11所示连接电路，分别测出J1打开和闭合时的输入电压U i 、输入电流I i ，输入电阻即为R i =Ui /Ii ，从而可分别算出引入负反馈前后的输入电阻。

a ）未引入负反馈的输入电阻

打开J1，如图10，测得输入电压U i ≈1mV ，输入电流I i =194.329 nA ，则R i =Ui /Ii =5.146K Ω 。

图10 测量无负反馈时的输入电阻的电路图

b ）引入负反馈后的输入电阻

闭合J1，如图11，测得输入电压U i ≈1mV ，输入电流I i =154.017 nA ，则R i =Ui /Ii =6.493K Ω 。

图11 测量有负反馈时的输入电阻的电路图

3、测量输出电阻

按图12，图13所示连接电路，分别测出J1打开和闭合时的输出电压Uo 、输出电流Io ，输出电阻即为Ro= Uo/Io，从而可分别算出引入负反馈前后的输出电阻。

a ）未引入负反馈的输出电阻

打开J1，如图12，测得输出电压Uo ≈1mV ，输出电流I i =353.57nA，则Ro= Uo/Io=2.828 K Ω 。

图12测量无负反馈时的输出电阻的电路图

b ）引入负反馈后的输出电阻

闭合J1，如图13，测得输出电压Uo ≈1mV ，输出电流I i =17.159 uA，则Ro= Uo/Io=58.278Ω 。

图13测量有负反馈时的输出电阻的电路图

五、AF ≈1/F的验证

按如图14所示连接电路，闭合J1。由于电压串联负反馈电路的A F =A uuf =U o/U i 、F=Fuu =U ƒ/U o ，因此，需要测量输出电压U o 、输入电压U i 、反馈电压U ƒ。

图14 A F ≈1/F 的验证电路

测得U i ≈1mV ，U o=47.551mV，U ƒ=991.747uF ，则A F =A uuf =U o/U i =47.551，F=Fuu =U ƒ/U o=0.02086，1/F=47.939，因此A F ≈1/F 得到验证。

六、实验结果分析

本实验通过对二级阻容耦合放大电路引入电压串联负反馈前后进行电路仿真，由实验结果可以得出这样的结论：对电路引入电压串联负反馈，会减小其下限频率，增大其上限频率，从而使其通频带变宽；引入电压串联负反馈，会减小电路的电压放大倍数，并增大电路可不失真放大的最大信号幅度，减小非线性失真；引入电压串联负反馈，会增大输入电阻，减小输出电阻。最后通过测量计算验证了A F ≈1/F 的结果，误差E =∣47.551-47.939∣/47.551×100%=0.816%.本次实验完成地比较成功。