余 平，方 杰，張曉東

(皖西學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽六安237000)

負(fù)反饋在電子電路中有著廣泛的應(yīng)用，雖然它使放大器的放大倍數(shù)降低，但能夠在多方面改善放大器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，如穩(wěn)定放大倍數(shù)、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(shí)用放大器都帶有負(fù)反饋。

1 電路組成

帶有電壓串聯(lián)負(fù)反饋的放大器電路如圖1所示，負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)由電路中的C6、R11和開(kāi)關(guān)J2組成。在電路中通過(guò)把輸出電壓uo引回到輸入端，加在晶體管Q1的發(fā)射極上，在電阻R4上形成反饋電壓uf。若電路中沒(méi)有反饋網(wǎng)絡(luò)，稱為開(kāi)環(huán);若有反饋網(wǎng)絡(luò)存在，則能形成反饋，即為閉環(huán)。本電路中通過(guò)開(kāi)關(guān)J2控制電路處于開(kāi)環(huán)或閉環(huán)狀態(tài)。

圖1 帶有電壓串聯(lián)負(fù)反饋的放大器

2 靜態(tài)工作點(diǎn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)值

在實(shí)驗(yàn)室中按圖1連接實(shí)驗(yàn)電路，取UCC=12V，Ui=0，調(diào)整電位器使IC1=IC2=2mA，用直流電壓表分別測(cè)量第一級(jí)、第二級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)。

表1 靜態(tài)工作點(diǎn)實(shí)驗(yàn)值

表2 靜態(tài)工作點(diǎn)仿真值

2.2 仿真值

運(yùn)用Multisim分析靜態(tài)工作點(diǎn)，選擇三極管Q1和Q2各級(jí)作為輸出節(jié)點(diǎn)。輸出結(jié)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(jié)果表明，靜態(tài)工作點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值和軟件測(cè)量值是吻合的。

3 電壓放大倍數(shù)分析

3.1 實(shí)驗(yàn)值

實(shí)驗(yàn)測(cè)量中采用VPP=5mv，1KHz的正弦信號(hào)作為信號(hào)源，用示波器監(jiān)視輸出波形uo，在uo不失真的情況下，測(cè)量輸入和輸出電壓值計(jì)算得到:開(kāi)環(huán)時(shí)的電壓放大倍數(shù)為Au=495;閉環(huán)時(shí)的電壓放大倍數(shù)為Anf=70.2。

3.2 仿真值

在Multisim中采用VPP=5mV，1KHz的正弦信號(hào)作為信號(hào)源，對(duì)開(kāi)環(huán)和閉環(huán)放大電路分別運(yùn)行，仿真結(jié)果如圖2所示，可以看到輸入、輸出的波形同相位，波形無(wú)失真。

圖2 示波器波形

結(jié)果表明，電壓放大倍數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值和軟件測(cè)量值是吻合的，同時(shí)驗(yàn)證了理論中開(kāi)環(huán)和閉環(huán)電壓放大倍數(shù)之間的關(guān)系

4 頻率特性分析

4.1 實(shí)驗(yàn)值

實(shí)驗(yàn)測(cè)量中采用Vpp=5mV，1KHz的正弦信號(hào)作為信號(hào)源，測(cè)量數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 放大器通頻帶測(cè)量數(shù)據(jù)

4.2 仿真值

利用Multisim中的交流分析，可以得到閉環(huán)和開(kāi)環(huán)時(shí)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(fù)反饋對(duì)放大電路的頻率特性產(chǎn)生影響，使得電路的下限頻率降低、上限頻率升高，起到擴(kuò)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(jì)算值

通過(guò)對(duì)基本放大器交流通路的分析，得到輸入電阻的計(jì)算式:

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

利用開(kāi)環(huán)和閉環(huán)輸入電阻的關(guān)系得到閉環(huán)輸入電阻的計(jì)算式:

Rif=(1+AuFu)Ri=7.22KΩ.

5.2 實(shí)驗(yàn)值

5.3 仿真值

在輸入端加入VPP=50mV，1KHz的正弦信號(hào)源，用萬(wàn)用表測(cè)量輸入端的交流電壓和交流電流，開(kāi)環(huán)時(shí)輸入電壓和電流是13.23mV和2.2μA，輸入電阻為6KΩ;同理，閉環(huán)時(shí)分別是20.178mV和1.518μA，所以閉環(huán)輸入電阻為13.28KΩ。

綜上，利用三個(gè)不同方法驗(yàn)證了引入負(fù)反饋使放大電路輸入電阻增大。

6 輸出電阻分析

6.1 計(jì)算值

開(kāi)環(huán)時(shí)輸出電阻Ro≈Rc=2.4KΩ;閉環(huán)時(shí)輸出電阻滿足關(guān)系式

6.2 實(shí)驗(yàn)值

6.3 仿真值

輸出電阻的測(cè)量采用外加激勵(lì)法，將電路中的信號(hào)源置零(短路)，負(fù)載開(kāi)路，在輸出端接電壓源、電壓表、電流表。開(kāi)環(huán)時(shí)，電壓和電流分別為7.071mV、3.12μA，開(kāi)環(huán)輸出電阻2.27KΩ。同理閉環(huán)時(shí)電壓和電流分別 7.07mV、25.62μA，閉環(huán)輸出電阻為0.276KΩ。

綜上，利用三個(gè)不同方法驗(yàn)證了引入負(fù)反饋使放大電路輸出電阻減小。

7 負(fù)反饋對(duì)非線性失真的影響

開(kāi)環(huán)狀態(tài)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(hào)的幅度使輸出端出現(xiàn)非線性失真，如圖4所示。

圖4 閉環(huán)時(shí)輸入輸出電壓波形

圖5 開(kāi)環(huán)時(shí)輸入輸出電壓波形

通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)我們可以看到，對(duì)于相同的輸入電壓Ui，當(dāng)基本放大發(fā)生非線性失真時(shí)，負(fù)反饋放大并沒(méi)有發(fā)生失真，由此可以得出負(fù)反饋可以對(duì)非線性失真改善的結(jié)論。

8 結(jié)論

負(fù)反饋能夠改善放大電路的一些性能，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)可以根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)優(yōu)先選擇負(fù)反饋放大電路。同時(shí)通過(guò)比較可以看出，放大電路各個(gè)量的理論值、計(jì)算值、仿真值基本吻合。

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