负反馈放大电路的仿真与设计

负反馈放大电路的仿真与设计

一、实验目的

1. 掌握两种耦合方式的多级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. 掌握负反馈对放大电路动态参数的影响。

二、实验器材

2N2222A三极管（2个）、1mV 10KHz 正弦电压源、12V直流电压源、10uF电容（5个）、5.1KΩ1%负反馈电阻、3.0KΩ5%集电极电阻（2个）、1.50KΩ1%电阻、1.40KΩ1%电阻、1.00KΩ1%负载电阻、100Ω1%电阻、21.0KΩ1%基极电阻（2个）、11.0KΩ1%基极电阻（2个）、开关、万用表、示波器等。

三、实验原理与要求

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。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。

设计一个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，能不失真放大符合要求的交流信号，且电压增益大于100。给电路引入电压串联深度负反馈，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。

原理图如下：

四、实验内容与方法

1.电路频率特性的测试

1）未引入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，得到如下的电路频率特性图。

可知下限频率f L=755.4901 Hz, 上限频率f H=328.5528KHz。

调节信号源的幅度，当信号源幅度为1mV时，输出波形不失真，如下：

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，如下

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，得到如下图所示的引入电压串联负反馈后的电路频率特性图。

可知下限频率f L=194.0094 Hz, 上限频率f H=4.3860 MHz。

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20mV时，输出波形仍未失真，如下图：

继续增大至21mV时，输出波形开始出现了饱和失真，如下图：

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。

2.测量电压放大倍数

1）未引入负反馈的放大倍数

测得输入电压U i=0.999951mV，输出电压U o=618.169mV，则A u=U o/U i=618.199。

2）引入负反馈的放大倍数

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。

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13倍。

3.测量输入电阻

1）未引入负反馈时

测得输入电压U i=0.999951mV，输入电流I i=182.358 nA，则R i=U i/I i=5.483KΩ2）引入负反馈后

测得输入电压U i≈1mV，输入电流I i=167.05nA，则R i=U i/I i=5.986KΩ。

可见电压串联负反馈的引入，使得输入电阻增大。

4.测量输出电阻

1）未引入负反馈前

测得输出电压Uo=0.999959mV，输出电流I i=354.594nA，则Ro= Uo/Io=2.820KΩ。

2）引入负反馈后

测得输出电压Uo=0.999959mV，输出电流I i=14.03 uA，则Ro= Uo/Io=71.273Ω。

可见电压串联负反馈的引入，使得输出电阻减小。

5.AF ≈1/F的验证

按如下图所示连接电路，闭合J1。由于电压串联负反馈电路的A F=A uuf=U o/U i、F=F uu

=Uƒ/U o，因此，需要测量输出电压U o、输入电压U i、反馈电压Uƒ。

测得U i≈1mV，U o=47.552mV，Uƒ=991.916uF，则A F=A uuf=U o/U i=47.551，F=F uu =Uƒ/U o=0.02086，1/F=47.939，因此A F 1/F得到验证。

五、实验总结

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。