負反饋放大電路性能的研究

余 平，方 杰，張曉東

(皖西學院機械與電子工程學院，安徽六安237000)

負反饋在電子電路中有著廣泛的應用，雖然它使放大器的放大倍數降低，但能夠在多方面改善放大器的動態指標，如穩定放大倍數、改變輸入和輸出電阻、減小非線性失真等。因此，幾乎所有的實用放大器都帶有負反饋。

1 電路組成

帶有電壓串聯負反饋的放大器電路如圖1所示，負反饋網絡由電路中的C6、R11和開關J2組成。在電路中通過把輸出電壓uo引回到輸入端，加在晶體管Q1的發射極上，在電阻R4上形成反饋電壓uf。若電路中沒有反饋網絡，稱為開環;若有反饋網絡存在，則能形成反饋，即為閉環。本電路中通過開關J2控制電路處于開環或閉環狀態。

圖1 帶有電壓串聯負反饋的放大器

2 靜態工作點分析

2.1 實驗值

在實驗室中按圖1連接實驗電路，取UCC=12V，Ui=0，調整電位器使IC1=IC2=2mA，用直流電壓表分別測量第一級、第二級的靜態工作點。

表1 靜態工作點實驗值

表2 靜態工作點仿真值

2.2 仿真值

運用Multisim分析靜態工作點，選擇三極管Q1和Q2各級作為輸出節點。輸出結果如表2所示，UB1=2.98V，UE1=2.23V，UC1=7.19V;UB2=2.80V，UE2=2.06V，UC2=7.12V。結果表明，靜態工作點的實驗測量值和軟件測量值是吻合的。

3 電壓放大倍數分析

3.1 實驗值

實驗測量中采用VPP=5mv，1KHz的正弦信號作為信號源，用示波器監視輸出波形uo，在uo不失真的情況下，測量輸入和輸出電壓值計算得到:開環時的電壓放大倍數為Au=495;閉環時的電壓放大倍數為Anf=70.2。

3.2 仿真值

在Multisim中采用VPP=5mV，1KHz的正弦信號作為信號源，對開環和閉環放大電路分別運行，仿真結果如圖2所示，可以看到輸入、輸出的波形同相位，波形無失真。

圖2 示波器波形

結果表明，電壓放大倍數的實驗測量值和軟件測量值是吻合的，同時驗證了理論中開環和閉環電壓放大倍數之間的關系

4 頻率特性分析

4.1 實驗值

實驗測量中采用Vpp=5mV，1KHz的正弦信號作為信號源，測量數據如表3所示。

表3 放大器通頻帶測量數據

4.2 仿真值

利用Multisim中的交流分析，可以得到閉環和開環時的頻率特性如圖3所示。

圖3 幅頻特性曲線

從圖3中可以看出，負反饋對放大電路的頻率特性產生影響，使得電路的下限頻率降低、上限頻率升高，起到擴大通頻帶作用，即能夠改善頻響特性。

5 輸入電阻分析

5.1 計算值

通過對基本放大器交流通路的分析，得到輸入電阻的計算式:

Ri=R13//(R10+R12)//［rbe1+(1+ β)R4］≈ 1.04KΩ.

利用開環和閉環輸入電阻的關系得到閉環輸入電阻的計算式:

Rif=(1+AuFu)Ri=7.22KΩ.

5.2 實驗值

5.3 仿真值

在輸入端加入VPP=50mV，1KHz的正弦信號源，用萬用表測量輸入端的交流電壓和交流電流，開環時輸入電壓和電流是13.23mV和2.2μA，輸入電阻為6KΩ;同理，閉環時分別是20.178mV和1.518μA，所以閉環輸入電阻為13.28KΩ。

綜上，利用三個不同方法驗證了引入負反饋使放大電路輸入電阻增大。

6 輸出電阻分析

6.1 計算值

開環時輸出電阻Ro≈Rc=2.4KΩ;閉環時輸出電阻滿足關系式

6.2 實驗值

6.3 仿真值

輸出電阻的測量采用外加激勵法，將電路中的信號源置零(短路)，負載開路，在輸出端接電壓源、電壓表、電流表。開環時，電壓和電流分別為7.071mV、3.12μA，開環輸出電阻2.27KΩ。同理閉環時電壓和電流分別 7.07mV、25.62μA，閉環輸出電阻為0.276KΩ。

綜上，利用三個不同方法驗證了引入負反饋使放大電路輸出電阻減小。

7 負反饋對非線性失真的影響

開環狀態下，在放大電路的輸入端，輸入VPP=50mV，1KHz的正弦波。然后增大輸入信號的幅度使輸出端出現非線性失真，如圖4所示。

圖4 閉環時輸入輸出電壓波形

圖5 開環時輸入輸出電壓波形

通過仿真和實驗我們可以看到，對于相同的輸入電壓Ui，當基本放大發生非線性失真時，負反饋放大并沒有發生失真，由此可以得出負反饋可以對非線性失真改善的結論。

8 結論

負反饋能夠改善放大電路的一些性能，我們在設計電路時可以根據設計指標優先選擇負反饋放大電路。同時通過比較可以看出，放大電路各個量的理論值、計算值、仿真值基本吻合。

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