實(shí)驗(yàn)四 負(fù)反饋放大器

1、實(shí)驗(yàn)四 負(fù)反饋放大器一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1加深理解負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響。2學(xué)會(huì)測量放大器的輸入電阻、輸出電阻以及電壓放大倍數(shù)。二. 預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)教科書中有關(guān)負(fù)反饋的內(nèi)容，負(fù)反饋放大器的工作原理。2掌握輸入、輸出電阻的測量方法、測量步驟。三. 實(shí)驗(yàn)原理放大器加入負(fù)反饋后，由于反饋信號(hào)是削弱輸入信號(hào)的，結(jié)果將使放大倍數(shù)降低，但卻提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性、擴(kuò)展了通頻帶、減小了非線性失真、并能抑制干擾和噪聲，變換放大器的輸入和輸出電阻等。 1負(fù)反饋對(duì)放大器放大倍數(shù)的影響 基本放大器 負(fù)反饋放大器由基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成， 如圖1所示。 反饋網(wǎng)絡(luò) 圖中的X表示信號(hào)，它即可代表電壓又可 代表電流，箭頭表

2、示信號(hào)傳輸?shù)姆较?。反饋網(wǎng)絡(luò) 圖1 負(fù)反饋放大器的組成框圖 從輸出信號(hào)中取出反饋信號(hào)，使與外加輸入信號(hào)相疊加，得到凈輸入信號(hào)。對(duì)于負(fù)反饋來說： = - （1）上式中，與的相位相同，故1，稱為深度負(fù)反饋，此時(shí)： 放大器的放大倍數(shù)只由反饋系數(shù)決定，與晶體管的參數(shù)無關(guān)。2 負(fù)反饋的基本類型根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)在放大器輸出端的取樣信號(hào)是電壓還是電流，負(fù)反饋可分為電壓負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，根據(jù)反饋信號(hào)在放大器的輸入端與輸入信號(hào)是串聯(lián)還是并聯(lián)，負(fù)反饋又可分為串聯(lián)負(fù)反饋和并聯(lián)負(fù)反饋。因此可組合成四種類型的負(fù)反饋，分別為：電壓串聯(lián)負(fù)反饋，電流串聯(lián)負(fù)反饋，電壓并聯(lián)負(fù)反饋與電流并聯(lián)負(fù)反饋。對(duì)于不同類型的負(fù)反饋，、和具有不同的

3、含義，分別為： 開環(huán)電壓放大倍數(shù) 電壓串聯(lián)負(fù)反饋： 電壓反饋系數(shù) 閉環(huán)電壓放大倍數(shù) 開環(huán)互導(dǎo)放大倍數(shù) 電流串聯(lián)負(fù)反饋： 互阻反饋系數(shù) 閉環(huán)互導(dǎo)放大倍數(shù) 開環(huán)互阻放大倍數(shù) 電壓并聯(lián)負(fù)反饋： 互導(dǎo)反饋系數(shù) 閉環(huán)互阻放大倍數(shù) 開環(huán)電流放大倍數(shù)電流并聯(lián)負(fù)反饋： 電流反饋系數(shù) 閉環(huán)電流放大倍數(shù) 3 負(fù)反饋對(duì)放大器輸入電阻的影響負(fù)反饋對(duì)放大器輸入電阻的影響，取決于反饋信號(hào)在放大器的輸入端與凈輸入信號(hào)是串聯(lián)還是并聯(lián)，而與輸出端的取樣信號(hào)無關(guān)。（1） 串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大 圖2是串聯(lián)負(fù)反饋放大器的方框圖，按照輸入電阻的定義，由該圖可得： （6） 式（6）表明，加了串聯(lián)負(fù)反饋后，放大器的輸入電阻比未加反饋時(shí)

4、增大了（1+）倍，其中、的含義與反饋類型有關(guān)，若是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，則； 基本放大器 若是電流串聯(lián)負(fù)反饋，則： Ri Rif Ri 由于串聯(lián)負(fù)反饋放大器的輸入電阻比未 反饋網(wǎng)絡(luò)加反饋時(shí)增大了（1+）倍，因此串聯(lián)負(fù) 反饋常常用在需要提高輸入電阻的電路中。 （2）并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小 圖2串聯(lián)負(fù)反饋放大器的方框圖圖3是并聯(lián)負(fù)反饋放大器的方框圖，其輸入電阻為： （7）所以，并聯(lián)負(fù)反饋放大器的輸入電阻 基本放大器 比未加反饋時(shí)減小了1/（1+）倍。在 Ri 需要低輸入電阻的的電路中，可以采用并 Rif Ri 聯(lián)負(fù)反饋。、的含義同樣與反饋類型 反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)，若是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，則： 圖3 并聯(lián)負(fù)反饋放

5、大器的方框圖 若是電流并聯(lián)負(fù)反饋，則： 4負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響 基本放大器 負(fù)反饋對(duì)放大器輸出電阻的影響，= 0 Ro取決于對(duì)輸出信號(hào)的取樣是電流還是 電壓，而與輸入端的反饋形式無直接 關(guān)系。由于電壓負(fù)反饋是對(duì)輸出電壓 Ro Rof取樣，因此，這種反饋能使輸出電壓 反饋網(wǎng)絡(luò)保持穩(wěn)定。也就是說引入電壓負(fù)反饋 后，放大器的輸出電阻變小了。當(dāng)負(fù) 圖4 求電壓負(fù)反饋放大器輸出電阻的方框圖 載RL發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓就能保持穩(wěn)定。而電流負(fù)反饋是對(duì)輸出電流取樣，這種負(fù)反饋能使輸出電流保持穩(wěn)定。也就是說引入電流負(fù)反饋后，放大器的輸出電阻變大了。當(dāng)負(fù)載RL發(fā)生變化時(shí)，輸出電流就能保持穩(wěn)定。 （1）電壓負(fù)反饋

6、使輸出電阻減小求電壓負(fù)反饋放大器輸出電阻的方框圖如圖4所示。圖中是不接負(fù)載RL時(shí)基本放大器的放大倍數(shù)，是接上負(fù)載RL時(shí)基本放大器的放大倍數(shù)。圖中的放大器不接負(fù)載RL，同時(shí)放大器的輸入端不加信號(hào)（）。圖中的反饋網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)單純起反饋?zhàn)饔玫木W(wǎng)絡(luò)，其負(fù)載作用已被提入到開環(huán)放大器中。因此，這個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)只從放大器的輸出端獲得取樣信號(hào)。由于是電壓負(fù)反饋，因此，這個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)只是對(duì)放大器的輸出電壓取樣，而不取電流。當(dāng)輸出端外加電壓后，若不加負(fù)反饋，則：，。所以輸出電阻為： 引入負(fù)反饋后，在輸入回路中雖然外加輸入信號(hào)，但有反饋電壓加到輸入端，此時(shí)放大器的凈輸入信號(hào)，與此相應(yīng)，在放大器的輸出回路中存在著與對(duì)應(yīng)的等效

7、電壓源=，此時(shí)輸出回路中的電流： 因此，電壓負(fù)反饋放大器的輸出電阻為： （8） 由（8）式可以看出，電壓負(fù)反饋使輸出電阻降低了倍。其中、的含義與反饋類型有關(guān)，若是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，則： 基本放大器 =0 Ro 若是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，則： 反饋網(wǎng)絡(luò) Ro Rof （2）電流負(fù)反饋使輸出電阻增大 求電流負(fù)反饋放大器輸出電阻的 方框圖如圖5所示。 圖5 求電流負(fù)反饋放大器輸出電阻的方框圖 圖中是負(fù)載RL短路時(shí)基本放大器的放大倍數(shù)，外加輸入信號(hào)，基本放大器的凈輸入信號(hào)，是外加電壓源?；痉糯笃鞯刃橐粋€(gè)等值內(nèi)阻（等于基本放大器的輸出電阻Ro）和一個(gè)恒流源并聯(lián)。恒流源的電流值等于基本放大器的短路輸出電流（等

8、于基本放大器的輸入電流和它的短路放大倍數(shù)的乘積）。由圖5可知，當(dāng)輸出端外加電壓后，若不加負(fù)反饋，則：，。 此時(shí)，輸出電阻為： 引入負(fù)反饋后，在輸入回路中雖然外加輸入信號(hào)，但有反饋電流加到輸入端，此時(shí)放大器的凈輸入信號(hào)，與此相應(yīng)，在放大器的輸出回路中存在著與對(duì)應(yīng)的等效電流源，由于是電流負(fù)反饋，反饋網(wǎng)絡(luò)只從放大器的輸出端獲取電流，而不取電壓。因此： （9） 式（9）說明，加了電流負(fù)反饋后，放大器的輸出電阻比未加負(fù)反饋時(shí)增加了倍。、的含義同樣與反饋類型有關(guān)，若是電流串聯(lián)負(fù)反饋，則： 若是電流并聯(lián)負(fù)反饋，則： 5負(fù)反饋對(duì)放大器穩(wěn)定性的影響由于晶體管參數(shù)及電源電壓等的變化，都會(huì)引起放大器的輸出電壓（或電

9、流）發(fā)生變化。引入負(fù)反饋后，如果輸出電壓（或電流）增大，則反饋信號(hào)也增大，結(jié)果使凈輸入信號(hào)減小，輸出也趨于減小，從而起到自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出的作用。 考慮中頻區(qū)的情況，此時(shí)放大器的交流參數(shù)為實(shí)數(shù)。假定開環(huán)放大倍數(shù)變化了dA，由于負(fù)反饋放大器的放大倍數(shù)為： （10） 因此AF的絕對(duì)變化量為： （11） AF的相對(duì)變化量為： （12）由上式可見加入負(fù)反饋后，AF的相對(duì)變化量比A的相對(duì)變化量減小了（1FA）倍。6負(fù)反饋對(duì)放大器頻率響應(yīng)的影響加了負(fù)反饋后，對(duì)于同樣大小的輸入信號(hào)，在中頻區(qū)由于輸出信號(hào)較大，因而反饋信號(hào)也較大，于是輸入信號(hào)被削弱得較多，從而使輸出信號(hào)降低較多，在高頻區(qū)和低頻區(qū)，由于輸出信號(hào)較小，

10、反饋信號(hào)也較小，輸入信號(hào)也被削弱得較少，輸出信號(hào)也降低較少。這樣一來，在高、中、低三個(gè)頻區(qū)上的放大倍數(shù)就比較均勻，放大區(qū)的通頻帶也就被展寬了。對(duì)單級(jí)負(fù)反饋放大器，其高頻特性為： 低頻特性為： 加了負(fù)反饋后，將使放大器的上限頻率提高，下限頻率降低，結(jié)果使整個(gè)通頻帶得到展寬。一般放大器的HL，所以通頻帶B可近似用上限頻率表示，沒加負(fù)反饋前，放大器的通頻帶為： B = HL H加了負(fù)反饋后，放大器的通頻帶BF為： BF (1+FA)B （13）7 輸入電阻與輸出電阻的測量 毫伏表 （1）輸入電阻的測量（用換算法求） 本實(shí)驗(yàn)采用換算法測量，輸入電阻 信 放大器 測量的框圖如圖6所示。 號(hào) ii R 在

11、信號(hào)源與放大器之間串入一個(gè)已 發(fā) us ui Ri RL 示波器知電阻R，用交流毫伏表分別測出Us和 生 Ui，因而輸入回路的電流Ii為： 器 圖6輸入電阻的測量框圖 放大器的輸入電阻 （14） 毫伏表（2）輸出電阻的測量 放大器 輸出電阻的測量框圖如圖7所示。 Ro S 在放大器的輸入端輸入正弦信號(hào)ui， 信 號(hào) ui 示波器用毫伏表分別測量負(fù)載RL斷開時(shí)的輸出 發(fā)生器 RL 電壓Uo和負(fù)載RL接上時(shí)的輸出電壓UoL。 Uo由于: 圖7 輸出電阻的測量框圖 所以放大器的輸出電阻為： （15）在以上測量時(shí)要注意：1) 由于R兩端沒有接地點(diǎn)，而毫伏表測量的是交流電壓對(duì)地的有效值，所以當(dāng)測量R兩端

12、的電壓UR時(shí)，必須測量R兩端對(duì)地的電壓Us和Ui，同時(shí)，R的數(shù)量級(jí)應(yīng)與Ri相同。2) 測量之前，毫伏表應(yīng)先校零，Us和Ui最好用同一量程檔進(jìn)行測量。3) 用示波器監(jiān)視輸出波形，要求在波形不失真的條件下進(jìn)行上述測量（測Ri時(shí)，要接上RL）。4) 測量條件是：信號(hào)頻率小于1MHz；毫伏表的內(nèi)阻RiV必須滿足：RiV Ro和RiVRi。四. 實(shí)驗(yàn)儀器名 稱型 號(hào) 或 規(guī) 格數(shù) 量函數(shù)信號(hào)發(fā)生器GFG8016G1示波器日立V2521低頻毫伏表DA161萬用表YX960TR或其它型號(hào)1直流穩(wěn)壓電源JWD21五.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1測量電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器的性能參數(shù) （1）測量無反饋時(shí)放大器的電壓放大倍數(shù)Au

13、、輸入阻抗Ri和輸出阻抗Ro按圖8所示電路（圖中元件值分別 +Ec取：R =1kW，Rb1 = 180kW，Rb2 = 56kW Rb1 RcRc = 3.3kW，Re = 1kW，Rf = 100W， RL=1kW，C1 = C2 =30mF，Ce =100mF， R C1 C2+EC= +12V，晶體管用3DG6），將元 3DG6件安裝在實(shí)驗(yàn)板上，開關(guān)S1接在1點(diǎn)， S1 S2S2接通RL，檢查無誤后，接通直流電 Us Ui Rf Uo 源，用萬用表的直流電壓檔測量UE， Rb2 RL則靜態(tài)工作電流為： Re Ce 在放大器的輸入端接入低頻信號(hào)發(fā) 圖8 電流串聯(lián)負(fù)反饋實(shí)驗(yàn)電路圖生器和毫伏表

14、，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率和輸出電壓，向放大器輸入 1kHz，Ui 10mV的信號(hào)電壓，用示波器觀察輸出電壓uo的波形，在波形不失真的情況下，用毫伏表測出輸出電壓的有效值UoL，算出開環(huán)電壓放大倍數(shù)Au。測量低頻信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓Us，根據(jù)（14）式，算出輸入電阻Ri。斷開S2，測出不接負(fù)載RL時(shí)的輸出電壓Uo，按式（15）算出輸出電阻Ro。將以上測量數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果填入表1中。 （2）測量有電流串聯(lián)負(fù)反饋時(shí)放大器的電壓放大倍數(shù)Auf、輸入電阻Rif和輸出電阻Rof。將圖8中的開關(guān)S1接至2點(diǎn)后，按（1）的步驟測量有負(fù)反饋時(shí)的Auf、Rif和Rof。將測量數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果填入表1中。表1基本放大

15、器UsUiUoUoLAuRiRo電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器UsUiUoUoLAufRifRof2測量電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器的性能參數(shù) +Ec（1） 測量無反饋時(shí)放大器的電壓放 Rb1 Rc 大倍數(shù)Au、輸入阻抗Ri和輸出阻抗Ro C2 按圖9所示電路（圖中：Rf =10kW， R C1 其余元件的值與圖8電路相同），將元 3DG6 S1 S2 件安裝在實(shí)驗(yàn)板上，開關(guān)S1斷開，S2接 Us Ui Rb2 Uo通RL，檢查無誤后，接通直流電源。 Re Ce RL 用萬用表的直流電壓檔測量UE，則靜態(tài)工作電流為： Rf 圖9 電壓并聯(lián)負(fù)反饋實(shí)驗(yàn)電路圖在放大器的輸入端接入低頻信號(hào)發(fā)生器和低頻毫伏表，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率和輸出電壓，向放大器輸入 1kHz，Ui 10mV的信號(hào)電壓，用示波器觀察輸出電壓uo的波形，在波形不失真的情況下，用毫伏表測出輸出電壓的有效值UoL，算出開環(huán)電壓放大倍數(shù)Au。測量低頻信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓Us，根據(jù)（14）式，算出輸入電阻Ri。斷開S2，測出不接負(fù)載RL時(shí)