【东南大学模电实验】实验六多级放大器的频率补偿和反馈

实验六多级放大器的频率补偿和反馈

实验目的：

1.掌握多级放大器的设计，通过仿真了解集成运算放大器内部核心电路结构。

2.掌握多级放大器基本电参数的定义，掌握基本的仿真方法。

3.熟悉多级放大器的频率补偿基本方法。

4.掌握反馈对放大器的影响。

实验内容

1.多级放大器的基本结构及直流工作点设计。

基本的多级放大器如图.

①若输入信号的直流电压为2V，通过仿真得到图1中得节点1，2和3的直流工作电压。

V(1) V(2) V(3) 14.42956V

14.42958V

8.38849V

②若输出级PNP 管只用差分对管U3的一只管子，则放大器的输出直流电压为多少？给出U3种采用两只管子的原因。

V(1) V(2) V(3) 14.41222V 14.42958V

7.0707V

可见采用单管后，输出直流电压V （3）减小；而采用两只管子能提高直流工作点，并使工作点更稳定。

2.多级放大器的基本电参数仿真。 实验任务：

①差模增益及放大器带宽

将输入信号V2和V3的直流电压设置为2V ，AC 输入幅度设为0.5V ，相差180，采用AC 分析得到电路的低频差模增益A vd1，并提交输出电压V （3）的幅频特性和相频特性的仿真结果。在幅频特性中标出上限频率，相频特性中标出0dB 的相位。

Avd1=))4()5((2)

3(V V V =93.3897dB=46718.08

可知f H =1.3574kHz ，φ(0dB)= 09.159

②共模增益

将输入信号V2和V3的直流电压设为2V ，AC 输入幅度设为0.5V ，相位相同。AC 分析得到低频共模增益A vc ，结合①中得仿真结果得到电路的共模抑制比K CMR ，并提交幅频特性仿真图。

仿真得，A vc =-6.61dB=0.4671

K CMR =Avc Avd 2

/=100017.3

③差模输入阻抗

V2、V3设为2V ，AC 输入幅度0.5V ，相差180，AC 分析，用表达式R id =

)

3()

6(I(V 2)5)(V V I V

得到R id 。提交R id 随频率变化曲线图。标出100Hz 的阻抗值。

Rid=94.5860dB=53.62k Ω

④输出阻抗

如下图V2、V3直流电压设为2V ，AC 幅度为0，V4的AC 幅度设为1，AC 分析。得到输出阻抗R o 随频率变化曲线，并标出100Hz 处的阻抗值。

)

1(I V 9

Ro C

100Hz 处Ro=32.68k Ω。

思考：若放大器输出电压信号激励后级放大器，根据仿真得到的结果，后级放大器R 。至少为多少才可忽略负载影响？若后级放大器输入阻抗较低，采取什么措施可以提高放大器的驱

动能力？

若后级放大器输入阻抗较低，可以在前级放大器的输出端并联电阻以减小其输出阻抗。

3.多级放大器的频率补偿

实验任务：

简单电容补偿

按图1所示电路，将输入信号V2和V3的直流电压设为2V，AC输入幅度设为0.5V，找出电路主极点位置，采用简单电容补偿方法进行频率补偿，仿真得到最少补偿电容值，使得单位增益处相位不低于0

135

-，提交补偿后V（3）的幅频特性相频特性曲线，标出f H和增益为0dB时的相位。

产生第一个极点角频率的节点一般是电路中阻抗最高的节点，本图中为输出端。因此补偿电容接在输出电压与地之间。

单位增益即增益=1=0dB。

仿真得，最小Cφ为3.5μF。输出电压幅频相频特性如下。

上限频率为1.9297Hz 。 0dB 相位为 133.529-。

简单密勒补偿

按图3设计电路，得到最小补偿电容值，使得V （3）在单位增益处相位不低于0

135-，提交补偿后V （3）的幅频特性相频特性曲线，标出f H 和增益为0dB 时的相位。若要求输出电压为V （9），补偿后相位要求相同，AC 仿真得到所需要的最小补偿电容。

●输出电压为V(3)的幅频特性相频特性曲线：

上限频率为223.3064Hz 。 0dB 相位为 134.328-。 得到的C1=115pF 。

●输出电压为V(9)的幅频特性相频特性曲线：

可知上限频率为138.9495Hz 。

0dB 相位为 134.6076-。 得到的C1=202pF 。

4.反馈放大器 实验任务：

将输入信号V2直流工作电压设为0V,AC输入幅度设为1V，AC仿真，得到V（3）的幅频特性曲线和相频特性曲线，并在图上f H。

可知f H=2.1499MHz。

按图2中的分析方法，得到输出阻抗随频率变化曲线，标注100Hz 处的值，与未世家负反馈的输出阻抗对照，解释变化。

V2的AC 幅度设为0，V4的AC 幅度设为1.仿真得到输出电阻随频率变化曲线。 其中)

2()5(V Ro C I

100Hz 时，Rof=12.143=4.05Ω。

对比与没加补偿的电路（去掉R3）：

可见100Hz 时Ro=47.607=240.0Ω。

加了电压负反馈的电路与没有加的电路对比，输出阻抗大大减小。 本图为电压负反馈，kA

1R R of +=

。，因此反馈越深，输出阻抗越小。

③R2=10Ω，R3=100Ω，R4=0.1Ω，重复①；同时按图4中V2设置条件瞬态仿真，得到V（3）的波形，观察波形是否失真，并解释。

可见V(3)的幅频相频特性曲线和R2、R3、R4修改前是一样的。这是因为它们的比例都相同，分压也相同。

V(3)瞬时波形：

显然有失真。这可能是因为R2、R3减小，导致差分对管基极电流过大，使三极管击穿，出现了截止失真。

思考：若图4反馈放大器电路改为单个15V电源供电，存在什么问题？如何修改？