【模电实验】【精简版】【验证性实验——两级阻容耦合负反馈放大器实验】
实验5-1 验证性实验——两级阻容耦合负反馈放大器实验
参照下图连接电路，在放大器输入端加入 Uim=10mV,f=1kHzU_{im} = 10mV, f = 1 kHzUim=10mV,f=1kHz 的正弦信号，并确认电路连接无误
- 测量静态工作点
令 ui=0u_i = 0ui=0, 接通电源，根据下表中的参数对电路直流工作点进行测量，将结果记入表中，并与仿真结果进行比较（估算值依旧取 β=100,rbb′=300Ω,UBE(on)=0.7V\beta = 100, r_{bb'} = 300 \Omega, U_{BE(on)} = 0.7Vβ=100,rbb′=300Ω,UBE(on)=0.7V）
| UC1/VU_{C1}/VUC1/V | UC2/VU_{C2}/VUC2/V | UE1/VU_{E1}/VUE1/V | UE2/VU_{E2}/VUE2/V | IC1/mAI_{C1}/mAIC1/mA | IC2/mAI_{C2}/mAIC2/mA | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 仿真值 | 8.35 | 8.00 | 2.93 | 2.50 | 1.21 | 0.827 |
| 估算值 | 8.13 | 7.86 | 3.09 | 2.65 | 1.29 | 0.88 |
| 测量值 | 8.10 | 7.78 | 3.14 | 2.65 | 1.30 | 0.89 |
总体仿真图如下：
实际电路如下：
静态工作点测量如下：
- 空载放大性能的分析
断开负载电阻, 分析电路在空载情况下的放大倍数，接入输入电压和电源
- 反馈放大电路的分析
用示波器或毫伏表测量电压，分析反馈放大电路的电压放大倍数，将结果记入下表
- 基本放大电路的分析
关闭电源，参照下图连接电路，检查无误后接通电源，保持输入电压为上一个步骤的值，用示波器或毫伏表测量电压，并分析基本放大电路的电压放大倍数
实际电路如下：
| Ui/mVU_{i}/mVUi/mV | Uo1′/mVU^{\prime}_{o1}/mVUo1′/mV | Uo′/mVU^{\prime}_{o}/mVUo′/mV | Au1′A_{u1}^{\prime}Au1′ | Au2′A_{u2}^{\prime}Au2′ | Au′A_u^{\prime}Au′ | Uof′/mVU^{\prime}_{of}/mVUof′/mV | Auf′A_{uf}^{\prime}Auf′ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 仿真值 | 1.0 | 7.24 | 432 | -7.23 | -59.8 | 432 | 24.92 | 24.92 |
| 测量值 | 1.6 | 16.24 | 1003 | -10.12 | -61.74 | 620 | 171 | 239 |
- 反馈深度的测量与计算
根据电路图估算反馈系数，再根据下表的测量参数由式 FU=UfUo=Ue1Uo2F_U = \dfrac {U_f}{U_o} = \dfrac {U_{e1}}{U_{o2}}FU=UoUf=Uo2Ue1 计算电路的反馈系数和反馈深度
| Ui/mVU_{i}/mVUi/mV | Ue1′/mVU_{e1}^{\prime}/mVUe1′/mV | Uo′/mVU^{\prime}_{o}/mVUo′/mV | Au′A_u^{\prime}Au′ | F′F^{\prime}F′ | 1+Au′F′1 + A_u^{\prime}F^{\prime}1+Au′F′ | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 估算值 | \ | \ | \ | 1042 | 0.0377 | 40 |
| 仿真值 | 1.0 | 0.9955 | 24.92 | 433 | 0.0401 | 18 |
| 实测值 | 7.1 | 7.0870 | 171 | 620 | 0.0411 | 26 |
- 有载放大性能的分析
接上负载电阻，分析电路在有载情况下的放大倍数，分析内容及方法步骤参照 2
| Ui/mVU_i/mVUi/mV | Uo1/mVU_{o1}/mVUo1/mV | Uo/mVU_o/mVUo/mV | Au1A_{u1}Au1 | Au2A_{u2}Au2 | AuA_uAu | Uof/mVU_{of}/mVUof/mV | AufA_{uf}Auf | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 仿真值 | 1 | 7.2 | 345.6 | -7 | -48 | 346 | 25 | 25 |
| 测量值 | 1.6 | 16.2 | 803.5 | -10 | -49 | 495 | 170 | 26 |
- 放大电路输出电阻的分析
根据2和3的结果，参照2,3对应的表分析并计算基本放大电路和负反馈放大电路的输出电阻，将结果记入下表。计算输出电阻
| RL/kΩR_L/k\OmegaRL/kΩ | 基本放大电路 | 反馈放大电路 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Uo/mVU_o/mVUo/mV | Uo′/mVU_o^{\prime}/mVUo′/mV | Ro/kΩR_o/k\OmegaRo/kΩ | Uof/mVU_{of}/mVUof/mV | Uof′/mVU_{of}^{\prime}/mVUof′/mV | Rof/kΩR_{of}/k\OmegaRof/kΩ | ||
| 仿真值 | 10 | 977 | 1225 | 2.5 | 69.6 | 70.5 | 0.12 |
| 实测值 | 10 | 804 | 1002 | 2.5 | 169.6 | 170.8 | 0.01 |
- 放大电路输入电阻的分析
关闭直流电源和信号源，在信号源与电路之间接入阻值为 10kΩ 的电阻，接通直流电源和信号源，参照下表中的参数进行测量，将结果记入表中，并与仿真比较，计算输入电阻
| Usm/mVU_{sm}/mVUsm/mV | 基本放大电路 | 反馈放大电路 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Uim/mVU_{im}/mVUim/mV | Rs/kΩR_s/k\OmegaRs/kΩ | Ri/kΩR_i/k\OmegaRi/kΩ | Uim/mVU_{im}/mVUim/mV | Rs/kΩR_s/k\OmegaRs/kΩ | Ri/kΩR_i/k\OmegaRi/kΩ | ||
| 仿真值 | 10 | 634 | 10 | 11 | 43 | 10 | 16 |
| 实测值 | 10 | 195 | 10 | 12 | 4.4 | 10 | 17 |
- 放大电路频率特性的分析
关闭直流电源和信号源，将电路恢复为下图形式（拆掉RsR_sRs），按照下表中的参数进行测量，将测量结果记入表中。
从表中找到使电压放大倍数降为中频段时的0.707倍时的上限频率和下限频率，记入下下表中，并计算放大电路反馈前后的通频带宽度
| 频率 | 10Hz | 100Hz | 1kHz | 10kHz | 100kHz | 500kHz | 700kHz | 1MHz | 10MHz | 100MHz |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 反馈前增益 | 11 | 76 | 431 | 508 | 308 | 90 | 57 | 35 | 11 | 3 |
| 反馈后增益 | 2 | 16 | 24 | 25 | 25 | 20 | 17 | 13 | 6 | 1 |
| 反馈前 | 反馈后 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| fL/kHzf_L/kHzfL/kHz | fH/kHzf_H/kHzfH/kHz | BWBWBW | fLf/kHzf_{Lf}/kHzfLf/kHz | fHf/kHzf_{Hf}/kHzfHf/kHz | BWfBW_fBWf | |
| 仿真值 | 0.24 | 169 | 169kHz | 0.09 | 2500 | 25000kHz |
| 测量值 | 0.61 | 110 | 110kHz | 0.11 | 730 | 730kHz |
思考题
- 负反馈越深，在一些频率下产生的附加相移可能使原来的负反馈变成了正反馈,甚至会产生自激振荡,使放大电路无法正常工作。所以1+AF并不是越大越好
- 负反馈是反馈信号与输入信号极性相反或变化方向相反（反相），叠加的结果将使净输入信号减弱，它影响着放大器输入和输出阻抗，电压混合使输入阻抗增高，电流混合使输入阻抗降低; 电流取样使输出阻抗增高，电压取样使输出阻抗降低。利用负反馈还可大大减少放大器在稳定状态下所产生的失真，并可减弱放大器内部各种干扰电平
- 电路中在发射极接入了ReR_eRe构成了长尾式放大电路，所以在这里存在着直流负反馈。使输出电流稳定，稳定静态工作点
- 最开始反馈电路左端接在三极管发射级的情况下，反馈为电压串联负反馈，而后左端接在基极，电路变成了电压并联正反馈。由于串联改为并联所以相应的等效回路发生了变化，经过分析后等效的输入电阻公式变化，输入电阻减小，等效的输出电阻公式由于仍为电压反馈，所以输出电阻等效公式不变，所以RofR_{of}Rof不变
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