负反馈放大电路实验报告

实验二 由分立元件构成的负反馈放大电路
一、实验目的
1．了解N 沟道结型场效应管的特性和工作原理； 2．熟悉两级放大电路的设计和调试方法； 3．理解负反馈对放大电路性能的影响。

二、实验任务
设计和实现一个由N 沟道结型场效应管和NPN 型晶体管组成的两级负反馈放大电路。

结型场效应管的型号是2N5486，晶体管的型号是9011。

三、实验内容
1. 基本要求：利用两级放大电路构成电压并联负反馈放大电路。

（1）静态和动态参数要求
1）放大电路的静态电流I DQ 和I CQ 均约为2mA ；结型场效应管的管压降U GDQ < - 4V ，晶体管的管压降U CEQ = 2～3V ；
2）开环时，两级放大电路的输入电阻要大于90kΩ，以反馈电阻作为负载时的电压放大倍数的数值 ≥ 120；
3）闭环电压放大倍数为10s
o sf -≈=U U A u 。

（2）参考电路
1）电压并联负反馈放大电路方框图如图1所示，R 模拟信号源的内阻；R f 为反馈电阻，取值为100 kΩ。

图1 电压并联负反馈放大电路方框图
2）两级放大电路的参考电路如图2所示。

图中R g3选择910kΩ，R g1、R g2应大于100kΩ；C 1～C 3容量为10μF ，C e 容量为47μF 。

考虑到引入电压负反馈后反馈网络的负载效应，应在放大电路的输入端和输出端分别并联反馈电阻R f ，见图2，理由详见“五 附录－2”。

图2 两级放大电路
实验时也可以采用其它电路形式构成两级放大电路。

3.3k Ω
（3）实验方法与步骤 1）两级放大电路的调试
a. 电路图：（具体参数已标明）
¸
b. 静态工作点的调试
实验方法：
用数字万用表进行测量相应的静态工作点，基本的直流电路原理。

第一级电路：调整电阻参数， 4.2s R k ≈Ω，使得静态工作点满足：I DQ 约为2mA ，U GDQ
< - 4V 。

记录并计算电路参数及静态工作点的相关数据（I DQ ，U GSQ ，U A ，U S 、U GDQ ）。

实验中，静态工作点调整，实际4s R k =Ω 第二级电路：通过调节R b2，240b R k ≈Ω，使得静态工作点满足：I CQ 约为2mA ，U CEQ
= 2～3V 。

记录电路参数及静态工作点的相关数据（I CQ ，U CEQ ）。

实验中，静态工作点调整，实际241b R k =Ω
c. 动态参数的调试
输入正弦信号U s ，幅度为10mV ，频率为10kHz ，测量并记录电路的电压放大倍数
s o11U U A u =、s
o U U A u =、输入电阻R i 和输出电阻R o 。

o1U s U o U 1u A
输入电阻：测试电路：
¸
开关闭合、打开，分别测输出电压
1o
V和
2
o
V，代入表达式：
2
1
12
o
i
o o
V
R R
V V
=
-
输出电阻：
测试电路：
¸
记录此时的输出：0.79V ol V =
1.57(1)=3
2.960.79
o o L o V R R k V '=-⨯Ω=Ω（-1）k
2）两级放大电路闭环测试
在上述两级放大电路中，引入电压并联负反馈。

合理选取电阻R （9.4k Ω）的阻值，使得闭环电压放大倍数的数值约为10。

电路图：
¸
输入正弦信号U s ，幅度为100mV ，频率为10kHz ，测量并记录闭环电压放大倍数
s
o sf U U A u =、输入电阻R if 和输出电阻R of 。

实验中，取R=10kom 。

电压放大倍数：（直接用示波器测量输入输出电压幅值）
s U
o U
输入电阻： 测试电路：
¸
测量原理为：1i
i i i
V R R V V =
'-（R1此时为10kom ）
i V
i V '
输出电阻： 测试电路：
¸
记录此时的输出：0.75V ol V =
0.95
(1)=0.75
o o L o V R R V '=-⨯ΩΩ（-1）1k =267
提示1：闭环测试时，需将输入端和输出端的等效负载R f 断开。

提示2：输入电阻R if 指放大电路的输入电阻，不含R 。

2. 提高要求：电流并联负反馈放大电路
参考实验电路如图3所示，其中第一级为N 沟道结型场效应管组成的共源放大电路；第二级为NPN 型晶体管组成的共射放大电路。

输入正弦信号U s ，幅度为100mV ，频率为10kHz ，测量并记录闭环电压放大倍数
s
o sf U U A u 、输入电阻R if 和输出电阻R of 。

图3 电流并联负反馈放大电路
s U
o U
输入电阻： 测试电路：
¸
测量原理为：f 1i
i i i
V R R V V =
'- i V
i V '
输出电阻： 测试电路：
¸
记录此时的输出：0.50V ol V =
f 0.91
(1)(1)4 3.280.50
o o L o V R R k k V '=-=-⨯Ω=Ω
四、负反馈对电路性能的影响
电压放大倍数：
负反馈电路可以稳定放大倍数，因为其放大倍数仅决定于反馈网络，但是相比开环放大电路，负反馈电路会减小电压放大倍数。

改变输入电阻：
串联负反馈增大输入电阻；并联负反馈减小输入电阻。

改变输出电阻：
电压负反馈减小输出电阻；电流负反馈增大输出电阻。

频率响应：
负反馈电路可以展宽频带。

五、思考题
1．在图2中，为了使场效应管放大电路的静态工作电流为1.5mA~2.5mA，源极电阻R s应该在什么范围内取值？请结合仿真结果进行分析。

答：
仿真结果如下：
则为了使场效应管放大电路的静态工作电流为1.5mA~2.5mA ，源极电阻R s 取值范围是： 3.2~5.7k Ω
2．已知实验室配备的万用表内阻约为1MΩ，实验中调试图2所示共漏放大电路的静态工作点时，为什么通过测量A 点电位来得到栅极电位，而不直接测栅极电位？
答：
因为当内阻约为1MΩ的万用表接在场效应管的栅源之间时，其内阻与场效应管的输入电阻（很大）可比，因此输入电流会部分流过万用表而改变场效应管的静态工作点，因此会改变其栅极电位，使测量结果错误。

而测量A 点电位时，因旁路电阻仅为150k Ω左右，大部分电流仍流过旁边的支路，因此并上万用表不会影响其工作状态。

六、附录
1．N 沟道结型场效应管型号和主要参数
实验中采用的2N5486为N 沟道结型场效应管，参数典型值为： U GS （off ） =－3～－4V ，I DSS ＝8～14mA 。

2N5486采用TO-92封装，俯视图如图4所示。

图4 2N5486俯视图 2．反馈网络的负载效应
在图1所示电路中，反馈电阻R f 的电流
说明：R f 的电流既取自于输入信号，又取自于输出信号；即表明反馈网络对负反馈放大电路的基本放大电路具有负载效应。

根据网络叠加原理，在考虑反馈网络对输入端的负载效应时，令输出量的作用为零，即输出端接地；在考虑反馈网络对输出端的负载效应时，令输入量的作用为零，即输入端接地，如图5所示。

)
(f
o f
i
f
o i f
R U R U R U U I R -
+=
-=
图5 电压并联负反馈放大电路反馈网络的负载效应。