模拟电路仿真实验报告——仿真探究负反馈对放大电路的影响

北京邮电大学
实 验
报 告
实验名称：仿真探究负反馈对多级放大电路的影响
学 班 姓 学
院：____信息与通信工程学院 ____ 级：__________________________ 名：__________________________ 号：__________________________
任课教师 ：__________________________ 实验日期 ：_______2009 年 12 月________
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电子电路仿真实验报告
3.负反馈对电路增益的影响分析
如图 8，采用电压串联负反馈，根据反馈基本方程式 Ȧv = Ȧ ̇̇ 1 + AF
可知引入负反馈之后闭环增益将减小。 当深度负反馈时， Ȧv = 1/Ḟ 。 深度负反馈时， 由电路图得： Rv = 反馈深度： D = AF ≈ 220 × 0.1k ≫1 R13 + 0.1k R9 R 9 + R13
引入负反馈后电路电压增益稳定性有所改善，具体为：
dAv 1 dA = Av 1 + AF A
可见，稳定性提高了 |1 + AF|倍。
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电子电路仿真实验报告
五、仿真测试 第一部分测试：未接入反馈时电路性能测试
1、电路增益： 如图 3 所示，实测电路中频（1kHz）电压增益 Av = 225.56； 2、频带宽度： 如图 4 所示，频带宽度为 BW = 858.50 kHz； 3、输入输出电阻： 如图 5、 图 6， 中频(1kHz)输入电阻为 R i = 20.00k Ohm， 输出电阻 R o = 4.60k Ohm。 （注： 为与后续带反馈测试形成对比，此处测试的 R i 是从三极管 Q1 看过去的输入电阻。 ） 4、动态范围： 由图 7 估计知动态范围大约为 -10mV ~ +10mV 。 5、稳定性： 由图 8，输入 5mV 变化 20%（即 1mV）时增益变化 1.41 × 10−2 % 。 （注：出于仿真图视 图精度考虑，便于直接观察变化，以输出电压代替增益进行打印。 ）
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取 D > 10 则 R13 < 2.20k Ohm， 此时满足深度负反馈的条件， 这时增益最大约为 23.0 。
4.负反馈对电路通频带的影响分析
引入负反馈后， 中频增益下降为原来的 增益带宽乘积基本不变。
1 |1+AF|
， 上限截止频率扩展为原来的 |1 + AF|倍，
5.负反馈对输入输出电阻的影响分析
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闭环电压增益
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六、仿真数据分析
1、引入反馈为：Rf = 2k Ohm ，反馈深度取为： D = 1 + AF ≈ 11.7 ，满足深度负反 馈条件。为便于分析，将仿真测试数据整理如下表：
对比项目
中频增益 Av 频带宽度 BW 中频输入电阻R i 中频输出电阻R 0 动态范围
由此，电路开环增益：
βR 'L2 rbe2 (1 ) R12
R 'L2 R 5 //R 11
Au
uo uo1 / ui Au1 Au 2 225 ui uo / uo1
输入电阻： R i = (R 2 // R3 ) // [rbe1 + (1 + β)R9 ] ≈ 9k Ohm 输出电阻： R o ≈ R 5 = 4.7k Ohm
电路稳定性
增益变化 1.41 × 10−2 %
图8
增益变化 1.81 × 10−6 %
图 15
2、 针对仿真数据的分析： ①深度负反馈时中频增益 Av 下降为开环增益的 1/11 ,与理论值 11.7 吻合度很好。 ②深度负反馈时通频带 BW 展宽 11.2 倍，与理论值 11.7 吻合较好。 ③带深度负反馈时：反馈环环输入电阻增大 8.25 倍，基本符合理论分析；输出电阻减小 为原来的约 1/40，与理论值 1/11 存在误差。误差原因分析：一方面，测试时反馈环外 电 阻的 影 响 不能 忽 略 ；另 一 方 面 ，为 保 证 增益 不 致 下降 过 多 ， 负 反馈 深 度 取为 D = 1 + AF ≈ 11.7，与 1 只有约十倍的关系，负反馈的深度还不够大，理论计算产生 的误差也相对增大。如要增大反馈深度，需要进一步抬高电路开环增益，但仅两级放 大，不适宜把增益做得过高。 ④深度负反馈时，仿真动态范围扩大了 6 倍，与理论分析相符。 ⑤深度负反馈的引入使得增益随输入的变化改变度变小，电路增益稳定性提高了近 1000 倍。但与理论分析的 11.7 倍相差较大。分析原因：两级共射都引入了级内负反馈，进 一步稳定了电路静态工作点；反馈深度 D 的值不够大，理论估算存在误差。
不带负反馈
225.56 858.50 kHz 20.00k Ohm 4.60k Ohm -10mV ~ +10mV 输入变化 20%，
仿真图 图3 图4 图5 图6 图7
带深度负反馈
20 9.61 MHz 165.00k Ohm 112.3 Ohm -60mV ~ +60mV 输入变化 20%，
仿真图 图 10 图 11 图 12 图 13 图 14
电子电路仿真实验报告
一、实验目的：
1. 根据提出的设计要求，进行理论计算，进一步熟悉电路分析计算。 2. 通过实际操作仿真软件，熟悉并掌握仿真软件的使用。 3. 在实际仿真过程中，加深对电子电路基本理论中关于多级放大和负反馈对电路性能影 响的理解，增强分析问题和解决问题的能力。
二、仿真环境：
OrCAD 16.2 Capture CIS with Pspice
四、理论分析： 1.静态工作点的计算
T1 管： VBQ1 =
R3 V R2+R3 cc
= 3.8 V
，
ICQ1 ≈ IEQ1 =
VBQ1 −VBEQ R9+C − ICQ1 (R 4 + R 2 + R 3 ) = 2.27 mV 由于采用阻容耦合，故 T2 管计算同 T1 管，可知： T2 管： VBQ2 = 2.9 V ， ICQ2 = 1.44 mA ， VCEQ2 = 2.93 mV
三、设计思路：
为简化分析并使得仿真重点突出，以两级共射放大电路作为基本电路进行测试，采用 阻容耦合连接，并在两级共射中分别引入级内反馈以稳定静态工作点。如图 1 所示，经 理论计算，将各元件参数一并标示于图中。引入负反馈为电压串联负反馈，电路图如图 9 所示。 进一步的测试分为两部分，分别是未接入反馈和接入反馈后的电路性能测试。测试 的性能主要包括电路的增益、频带宽度、动态范围、输入输出电阻、增益稳定性这五项 指标。再由两部分测试结果相对比，同时与理论计算比较，得出并验证关于负反馈特别 是深度负反馈对多级放大电路性能影响的结论。
为检验理论计算的可行性，以交流小信号输入进行测试，测试中各支路电压以及电流 值标示于图 2。可得出结论：理论计算是可行的。可进行进一步的测试。
2.交流小信号分析
一级增益：
A u1
βR 'L1 rbe1 (1 ) R 9
二级增益：
A u2
R 'L1 R 4 //R 6 //R 7 //r be2
七、实验总结与心得
1、初始用理论估算值仿真，存在工作点设置偏离的情况，后经修改测试使得设计值趋于 合理。 测试结论中仍然存在与理论分析有误差的地方， 需要进一步思考其中的的原因。 2、 结合书后的仿真例题和仿真软件介绍， 并查阅了相关资料， 学习仿真软件的基本操作， 随着实验的深入进行，逐步由不会到会，再到熟练，并能够在结合相关资料的情况下 分析错误和误差产生的原因，及时进行修正和调整。这个探索、求知、思考的过程收 获是很多的，也是很有益的。 3、实验中通过反复对比理论估计值和仿真值，加深了对器件模型和参数的认识，由理性 到感性，再回归理性。 4、实验中虽然产生了很多迷惑和困难，但正是探求着去解决问题，消除迷惑给我带来了 很多的乐趣。电子电路是一门神奇而精致的学科。 <正文结束，后续页码附录仿真图>
第二部分测试：接入负反馈时电路性能测试
1、电路增益： 如图 10，当 Rf 依次增大时，电路增益减小幅度将减小，也即反馈深度越深，增益下降越 多。 当 Rf<2k Ohm 时进入深度负反馈。 后续将以 Rf=2k （增益约为 20 倍 , 反馈深度 D ≈ 11.7） 为反馈电阻值进行其他各项分析。 反馈电阻值 闭环电压增益 200 Rf （k Ohm） Av 150 0.2 2 0.5 5 100 1.0 10 50 2.0 20 5.0 40 0 10.0 65 0 20 40 60 20.0 100 反馈电阻值(k Ohm) 50.0 150 2、频带宽度： 如图 11 所示，频带宽度为 BW = 9.61038 MHz 。 3、输入输出电阻： 如图 12、图 13，由于输入端偏置电阻 R 2 、R 3 在反馈环外，为使得实验结论不受环外电 阻干扰，仿真时测试的输入电阻为反馈环输入电阻 R if 。中频(1kHz)输入电阻为 R if = 165.00k Ohm，输出电阻 R 0 = 112.3 Ohm。 4、动态范围： 由图 14 估计知动态范围大约为 -60mV ~ +60mV。 5、稳定性： 如图 15，输入 5mV 变化 20%（即 1mV）时增益变化 1.81 × 10−6 % ≈ 0 。 （注：出于仿真 图视图精度考虑，便于直接观察微小变化，以输出电压代替增益进行打印。 ）
电压取样的负反馈具有稳定输出电压的能力，使得输出电阻减小：
R of =
Ro 1 + ȦḞ
若为深度负反馈，则 R of → 0 ，可认为近似恒压源。 串联负反馈将提高输入电阻（严格来讲是反馈环输入电阻） ：
̇ Ri R if = (1 + ȦF)