负反馈放大电路的设计和仿真
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一、实验目的加深理解放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大器各项性能指标的影响。
二、实验设备与器件1、+12V 直流电源2、函数信号发生器3、双踪示波器4、万用表5、晶体三极管3DG6×2(β=50~100)或9011×2 电阻器、电容器若干。
三、实验原理负反馈放大器有四种组态,即电压串联、电压并联、电流串联、电流并联。
本实验以电压串联负反馈为例,分析负反馈对放大器各项性能指标的影响。
1、图3-1为带有负反馈的两级阻容耦合放大电路,在电路中通过f R 把输出电压O U 引回到输入端,加在晶体管T1的发射极上,在发射极电阻1F R 上形成反馈电压f U 。
根据反馈的判断法可知,它属于电压串联负反馈。
带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器主要性能指标如下①闭环电压放大倍数:u u uuf F A 1A A +=其中I O u U U A /=——基本放大器(无反馈)的电压放大倍数,即开环电压放大倍数。
u u F A +1——反馈深度,它的大小决定了负反馈对放大器性能改善的程度。
②反馈系数:F1f F1u R R R F +=③输入电阻:i u u if R F A R )1(+=,i R ——基本放大器的输入电阻④输出电阻:uuO Oof F A 1R R +=,of R :基本放大器的输出电阻 uo A :基本放大器∞=L R 时的电压放大倍数 ①在画基本放大器的输入回路时,因为是电压负反馈,所以可将负反馈放大器的输出端交流短路,即令0=O U ,此时f R 相当于并联在1F R 上。
②在画基本放大器的输出回路时,由于输入端是串联负反馈,因此需将反馈放大器的输入端(T1管的射极)开路,此时)1F f R R +(相当于并接在输出端。
可近似认为f R 并接在输出端。
根据上述规律,就可得到所要求的如图3-2所示的基本放大器。
四、实验步骤1、测量静态工作点数模实验箱按图3-3连接实验电路,模拟电子技术实验箱按图3-4连接实验电 路,首先取 适量,频率为1KHz 左右,调节电位器使放大器的输出不出现失真,然后使 (即断开信号源的输出连接线),用万用表直流电压档分别测量第一级、第二级的静态工作点,记入表3-1。
负反馈放大电路实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过搭建和测试负反馈放大电路,加深对负反馈原理的理解,掌握负反馈放大电路的基本特性和工作原理。
二、实验原理。
负反馈放大电路是在放大器的输出端和输入端之间加入反馈电路,使得输出信号的一部分反馈到输入端,从而抑制放大器的增益,降低失真,提高稳定性和线性度。
三、实验器材。
1. 信号发生器。
2. 示波器。
3. 电阻、电容。
4. 电压表。
5. 万用表。
6. 负反馈放大电路实验箱。
四、实验步骤。
1. 按照实验箱上的示意图连接负反馈放大电路。
2. 调节信号发生器的频率和幅度,观察输出端的波形变化,并用示波器观察输入输出波形的相位差。
3. 测量输入端和输出端的电压、电流,计算增益和带宽。
4. 调节反馈电路的参数,观察输出波形的变化。
五、实验结果与分析。
通过实验我们观察到,在负反馈放大电路中,输出波形的失真明显降低,相位差减小,增益稳定性提高。
当调节反馈电路的参数时,输出波形的变化也相对灵活,这说明负反馈放大电路具有较好的调节性能。
六、实验结论。
负反馈放大电路可以有效地降低失真,提高稳定性和线性度,是一种常用的放大电路结构。
掌握负反馈放大电路的基本特性和工作原理,对于电子工程技术人员来说具有重要的意义。
七、实验总结。
通过本次实验,我们深入了解了负反馈放大电路的工作原理和特性,并通过实际操作加深了对其的理解。
在今后的学习和工作中,我们将更加熟练地运用负反馈放大电路,为电子技术的发展贡献自己的力量。
八、参考文献。
1. 《电子技术基础》,XXX,XXX出版社,200X年。
2. 《电子电路设计与仿真》,XXX,XXX出版社,200X年。
以上为负反馈放大电路实验报告的内容,希望对大家有所帮助。
两级阻容耦合负反馈放大电路Multisim仿真分析一、实验目的:1.学习利用Multisim电子线路仿真软件构建自己的虚拟实验室。
2.学习多级共射极放大电路及其静态工作点、放大倍数的调节方法。
3.掌握多级放大电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻、频率特性的测量方法。
4.加深对负反馈放大电路放大特性的理解。
5.研究负反馈对放大电路各项性能指标的影响。
二、实验原理:反馈形式:电压串联负反馈三、实验内容:1.直流工作点分析择节点5、6、7、8、9、13作为输出节点,对开环和闭环电路仿真得到相同的输出结果2.负反馈对放大电路性能的影响主要有五个方面1.降低放大倍数2.提高放大倍数的稳定性3.改善波形失真4.展宽通频带5.对放大电路的输入电阻和输出电阻的影响2.1放大电路稳定性分析在电路输入端5、输出端10同时接入交流电压表,按B键选择有无引入负反馈,按A 键选择有无负载电阻R9接入。
表1 输出电压与电压放大倍数的测量结果U o、A u的测量J1U i (mV) U o (mV) A u= U o /U i无反馈(J2断开)断开97.207 2030 20.883 闭合105.452 1524 14.452负反馈(J2闭合)断开30.563 446.583 14.612闭合37.128 414.451 11.163从而稳定了电压放大倍数。
此外,基本放大电路在空载和负载状态下,得到的输出电压相差很大,而接入负反馈后,负载接入与否对输出电压影响很小。
2.2非线性失真分析按B键断开开关S2使电路处在开环状态,双击示波器观察输出波形。
如图所示,调节信号源电压的幅值(频率不变),使输出波形出现非线性失真,在输出端利用失真度测试仪测得其失真系数为18.484%。
开关S2闭合引入负反馈,可见输出波形幅度减小,失真度测试仪显示失真系数为0.158%,因此引入负反馈后非线性失真得到明显改善。
(a)开环输出电压非线性失真 (b)电压串联负反馈失真减小2.3 幅频特性分析打开S2开关,选择simulate→analyses→AC Analysis,在弹出的对话框的“Prequency Parameters”选项卡中将“开始频率”和“终止频率”分别设置为1Hz和1GHz,在“Output”选项卡中选择输出节点10进行仿真,得到无反馈的频率特性。
实验二负反馈放大器设计与仿真1.实验目的(1)熟悉两级放大电路设计方法。
(2)掌握在放大电路中引入负反馈的方法。
(3)掌握放大器性能指标的测量方法。
(4)加深理解负反馈对电路性能的影响(5)进一步熟悉利用Multisim仿真软件辅助电路设计的过程。
2.实验要求1)设计一个阻容耦合两极电压放大电路,要求信号源频率10kHz(峰值1mv),负载电阻1kΩ,电压增益大于100。
2)给电路引入电压串联负反馈:①测试负反馈接入前后电路的放大倍数,输入输出电阻和频率特性。
②改变输入信号幅度,观察负反馈对电路非线性失真的影响。
3.实验内容反馈接入前的实验原理图:1.放大倍数:Au=0.075V/0.707mV=106.0822.输入电阻:Ri=0.707mV/94.48nA=7.483kΩ3.输出电阻:Ro=0.707V/143.311nA=4.934kΩ4.频率特性:fL=357.094Hz,fH=529.108kHz输出开始出现失真时的输入信号幅度:19.807mV反馈接入后的实验电路:开关闭合之后:1.放大倍数:Af=7.005mV/0.707mV=9.9082.输入电阻:Ri=0.707mV/0.198uA=3.57kΩ3.输出电阻:Ro=0.707mV/0.096mA=7.364Ω4.频率特性:fL=67.134Hz,fH=6.212MHz输出开始出现失真时的输入信号幅度≈197mV4.理论值分析由于三极管2N2222A的β=220,所以反馈接入前第一级rbe1=rb+βVT/Ic=6.7kΩ第二级rbe2=rb+βVT/Ic=6.5kΩ第二级输入电阻Ri’=R8||(R7+40%R13)||rbe2=3.65kΩ放大倍数Au=βR4||Ri’*R9||R12/([rbe1+(1+β)R1]rbe2)=107.034输入电阻Ri=R3||(R2+30%R5)||[rbe1+(1+β)R1]=7.484kΩ输出电阻Ro=R9=5.1kΩ反馈接入后:F=0.101放大倍数Af=Au/(1+AuF)=9.056输入电阻Rif=R3||(R2+30%R5)||(1+AuF)Ri=3.621kΩ输出电阻Rof=Ro/(1+AoF)=7.425Ω所以可以得出结论Af≈1/F5.实验结果分析由仿真结果以及理论计算值可以看出,接入负反馈后,放大倍数明显下降,输入电阻变化不明显,输出电阻明显下降,原因是接入电压并联负反馈之后,输出电压基本稳定而输出电流由于负反馈的增加而变大,导致输出电阻变小。
负反馈放大电路的设计与仿真实验报告-V1【正文】负反馈放大电路的设计与仿真实验报告一、引言负反馈是现代电子学中常用的一种技术手段,可用于提高放大电路的稳定性、增加带宽、降低失真等。
本实验旨在通过设计和仿真一个负反馈放大电路,比较其与未加负反馈的放大电路的性能差异,并验证负反馈对电路的改善作用。
二、设计与仿真1.设计要求本实验设计的放大电路要求如下:①输入阻抗大于10kΩ;②输出阻抗小于1kΩ;③增益要求10倍左右;④带宽大于10kHz。
2.电路设计本实验采用非反相输入的共射极放大电路(图1),电路由电压放大和电流放大两部分构成。
图1 非反相输入共射极放大电路其中,Vi为输入信号,C1为耦合电容,R1为输入电阻,R2为电路的DC偏压电阻,Q1为NPN晶体管,Rc为集电极负载电阻,C2为旁路电容,Re为发射极电阻,VCC为电源电压,RL为输出负载电阻。
为了实现负反馈,本实验在放大电路中串联了一个反馈电阻Rf(图2)。
图2 负反馈放大电路3.电路仿真为了验证电路设计的正确性,本实验通过仿真软件Multisim对放大电路进行仿真。
结果显示,电路有很好的放大效果,输入输出波形相位相同,且波形幅值增益约为10倍。
经过仿真后,输出信号稳定,未出现失真等问题。
三、实验结果为了验证负反馈对电路的改善作用,本实验对比了带负反馈和不带负反馈两种放大电路的性能差异。
实验结果如下:1.带负反馈电路性能带入一个2V的正弦信号作为输入信号,测量输入电阻、输出电压、输出阻抗及增益等参数,结果如下:输入电阻:17.5kΩ输出电压:19.5V输出阻抗:751Ω增益:9.752.不带负反馈电路性能带入一个2V的正弦信号作为输入信号,测量输入电阻、输出电压、输出阻抗及增益等参数,结果如下:输入电阻:16.8kΩ输出电压:10.2V输出阻抗:3.04kΩ增益:5.1通过以上测量参数可知,带负反馈电路与不带负反馈电路相比,具有更高的增益、更低的输出阻抗和更好的稳定性。
目录摘要 (2)关键词 (2)Abstract (2)Keywords (2)一、引言 (3)1.1研究本课题的重要性 (3)1.2集成电路产业简介 (3)1.3 PSPICE软件的介绍 (3)二、放大电路介绍 (6)三、放大电路的设计与仿真 (10)3.1电路设计框图 (10)3.2 电路版图 (10)3.3局部电路分析 (11)3.4直流分析 (12)3.4.1直流工作点分析 (12)3.4.2温度对静态工作点的影响 (13)3.5瞬态分析 (14)3.6交流分析 (15)3.6.1输入电阻 (16)3.6.2输出电阻 (16)3.6.3放大电路的频响特性及其增益 (17)四、心得体会 (19)致谢 (20)参考文献 (21)附录 (22)电压串联负反馈放大电路的设计与仿真摘要:主要对电压串联负反馈放大电路进行了设计与仿真,主要利用其放大功能。
该放大器主要分为4个部分:输入级、中间级、输出级以及负反馈回路。
其主要核心思想是利用电压负反馈减小增益改变对电路频率特性的影响,同时获得较好的放大效果。
通过PSPICE 软件对其进行直流分析、瞬态分析、交流分析等等。
关键词:晶体管;放大器;电路设计;PSPICEAbstract: the main voltage series negative feedback amplifying circuit design and simulation, mainly use the zoom feature. That amplifier comprises 4 major components: input level, intermediate output, level and negative feedback circuit. Whose main core idea is using voltage negative feedback reduces the gain change effects on circuit frequency characteristics, both better Zoom effect. By PSPICE software on its DC analysis, AC analysis, transient analysis, and so on.Keywords:transistors; amplifier circuit design; PSPICE1 / 28一、引言1.1研究本课题的重要性随着微电子技术、大规模集成电路和电子计算机计算的快速发展、电路设计规模的扩大、电路复杂程度的加深,传统的电路设计方法已经不能满足现代电路设计的要求。
负反馈放大电路的设计和仿真
一、实验目的
1、掌握阻容耦合放大电路的静态工作点的调试方法。
2、掌握多级放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测试方法。
3、掌握负反馈对电路的影响
二、实验要求
1、设计一阻容耦合两级电压放大电路,要求信号源频率10kHz(幅度1mv) ,负载电阻1kΩ,电压增益大于100。
2、给电路引入电压串联负反馈,并分别测试负反馈接入前后电路放大倍数、输入、输出电阻和频率特性。
改变输入信号幅度,观察负反馈对电路非线性失真的影响。
三、实验原理图
原理图中的滑动变组曲均为100k
图2.01 反馈接入前
图2.02 反馈接入后
四、实验过程
1、反馈接入前
(1)放大倍数:
77.703
109.893 707.078
v
mV
A
uV
==
(2)输入电阻:
707.078
7.484
94.475
i
uV
R k
nA
==Ω
(3)输出电阻:
707.080
4.934
143.311
o
uV
R k
nA
==Ω
(4)频率特性:f L=326.5512Hz,f H=525.3266kHz
图2.03 频率特性曲线(5)三极管参数的测量
①1
β与1be r的测量
111864.20800214.9 4.02151c b I u I u β=
== 111 4.1295 6.8547602.4295be be b V m r k I n
∆===Ω∆
图2.04 前级输入特性曲线
②2β与2be r 的测量
222890.64300215.54.13287c b I u I u β=
== 222 4.8465 6.7131721.9498be be b V m r k I n
∆===Ω∆
图2.05 后级输入特性曲线
(6)非线性失真的观察
①开始出现失真时
幅度:约1.3mV
波形:
图2.06 开始出现失真波形②失真较明显时
幅度:约16mV
波形:
图2.07 明显失真时波形2、反馈接入后
(1)放大倍数:
1.368
1.935
707.079
f
mV
A
uV
==
(2)输入电阻:
707.079
7.972
88.698
i
uV
R k
nA
==Ω
(3)输出电阻:
707.080
47.928
14.753
o
uV
R
uA
==Ω
(4)频率特性:f L=29.1507Hz,f H=90.0710MHz
图2.08 反馈接入后频率特性
(5)三极管参数的测量 ①1β与1be r 的测量
111 1.93811205.59.43256c b I m I u β=
== 111 4.7344 2.84501.6641be be b V m r k I u
∆===Ω∆
图2.09 反馈接入后前级输入特性曲线
②2β与2be r 的测量
对比接入负反馈前的数据可知,2β与2be r 的值未改变,即2215.5β=,
2 6.7131be r k =Ω
图2.10 反馈接入后后级输入特性曲线非线性失真的观察
①开始出现失真时
幅度:约250mV
波形:
图2.11 反馈接入后开始失真时波形②失真较明显时
幅度:约1V
波形:
图2.12 反馈接入后明显失真时波形
五、数据分析 1.数据误差分析 (1)反馈接入前
第一级的be r :11
6.665T
be b c V r r k I β=+=Ω 第二级的be r :22 6.491T
be b c
V r r k I β=+=Ω
第二级输入电阻:'
9762||(40%)|| 3.649i be R R R R r k =+=Ω
放大倍数:'
1421011122
11
||||108.656(1)i v be be R R R R A r R r βββ=
=++ 输入电阻:1231112||(30%)||[(1)]7.487i be R R R R r R k β=+++=Ω 输出电阻:10 5.1o R R k ==Ω
反馈接入前各测量量的误差分析见下表
1be r 2be r v A
i R
o R
测得值
/k Ω 6.8547 6.7131 109.893 7.484 4.934 理论值/k Ω 6.665 6.491 108.656 7.487 5.1 误差
2.85%
3.42%
1.14%
0.04%
3.24%
表2.01 反馈接入前各值误差分析
(2)反馈接入后
第一级的be r :11
2.957T
be b c V r r k I β=+=Ω 第二级的be r :22 6.491T
be b c
V r r k I β=+=Ω 放大倍数: 1.9641v
f v A A A F
=
=+ 输入电阻:123||(30%)||(1)7.846if v i R R R R A F R k =++=Ω
(注:串联负反馈放大输入电阻if R 的表达式为(1)1if v i
o
of o R A F R R R A F
=+=
+ 。
但在本负反馈放大电路中,由于12,b b R R 并联在输入端,并不在反馈环内,反馈对它不产生影响,故输入电阻应为上式。
v A 是带负载时的开环放大倍数)
输出电阻:1o
of o R R A F
=
+(注:o A 是R L 开路但考虑反馈网络负载效应时的开环电
压放大倍数,这里不予深究)
表2.02 反馈接入后误差分析
(3)误差分析结论
此次测量数据的误差相对较大,当然一些误差还包括了测量方法本身的不完善导致的误差,但总体来看,误差均在可接受的范围。
本题的0.5F =,理论上, 1.964f A =,而实际测得 1.935f A =,f A 的相对误差为1.48%,所以1/2f A F ≈=,以此为标准,测得值误误差为 3.25%,考虑到测量误差等,此结果是合理的,可以做这样近似。
故测量结果可验证1/f A F ≈。
表2.03 负反馈接入前后对比
由上表可看出,接入反馈后放大倍数降低,因为1f A A A F
•
•
••
=
+,而一般|1|1A F ••
+>(深
度负反馈条件下|1|1A F •
•
+>>),故一般放大倍数降低。
对于输入电阻,可以看出它是变大的,但变化不是很大,变大是因为电路是串联负反馈电路,反馈电路分流使输入电流减小进而使输入电阻变大;相对而言,输出变化则相当明显,
由原来的几千欧姆降到了几十欧姆,变化很大,这是由于电路是电压负反馈电路,输出电压基本稳定而输出电流由于负反馈的增加而变大,故输出电阻降低。
同样可以获得f L 减小,而f H 变大。
以f L 为例,()1/M
L A A j j ωωω
=
-,引入负反馈后,
()/(1)
()1()1/1/[(1)]
M M M F L M L M A j A A FA A j FA j j FA j FA ωωωωωωω+=
==
+-+-+。
因
而
,
/(1)LF L M f f FA =+,f L 接入反馈后变小, f H 是同样的道理,故引入负反馈可以拓宽通频
带。
最后讨论下负反馈对非线性是真的影响,由表中可得,引入负反馈后,开始出现失真时信号源幅度提高了,也就是说,负反馈使可正常放大的范围扩大了。
故引入负反馈可以稳定静态工作点,使非线性失真减小,可在无失真放大的前提下增大输入信号的幅度。
六、实验感想
第二个实验感觉要比第一个要难好多,首先是电路的设计,本次实验是两级放大,在这样的条件下使放大倍数达到要求且输出波形不失真对于初学者还是有一定难度的。
其次,要测的东西也多了些。
本次实验主要考察负反馈电路的电路设计,以及负反馈电路的电路特性。
经过这次实验,感觉负反馈的特性仿佛是印在了脑子里,以前很容易忘记的东西,像输入电阻“串大并小”,输出电阻“压小流大”,现在都记下了。
对于负反馈之于非线性失真的影响,也有了直观的理解,不感觉像以前那么抽象。
总之,做实验重温了一下模电知识,经过暑期淡忘的渐渐明朗起来。
现在,对于一般单级或多级放大电路的设计感觉挺熟悉的,出现的一些问题可以调整过来,这是一个进步。