東南大學(xué)模電實(shí)驗(yàn)六 多級(jí)放大器的頻率補(bǔ)償和反饋

實(shí)驗(yàn)六多級(jí)放大器的頻率補(bǔ)償和反饋實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 掌握多級(jí)放大器的設(shè)計(jì)，通過(guò)仿真了解集成運(yùn)算放大器內(nèi)部核心電路結(jié)構(gòu)；2. 掌握多級(jí)放大器基本電參數(shù)的定義，掌握基本的仿真方法；3. 熟悉多級(jí)放大器頻率補(bǔ)償?shù)幕痉椒ǎ?. 掌握反饋對(duì)放大器的影響。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1. 多級(jí)放大器的基本結(jié)構(gòu)及直流工作點(diǎn)設(shè)計(jì)基本的多級(jí)放大器如圖1成集成運(yùn)算放大器核心電路的電路結(jié)構(gòu)之一。其中偏置電路由電阻R1和三極管Q4構(gòu)成，差分放大器由三極管Q3、NPN差分對(duì)管U2以及PNP差分對(duì)管U1構(gòu)成，輸出級(jí)由三極管Q2和PNP差分對(duì)管U3構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)任務(wù)：

圖1.基本的多級(jí)放大器1若入號(hào)直電為過(guò)真到圖1中點(diǎn)點(diǎn)2和點(diǎn)3的直工作點(diǎn)電壓；V1（V）V2（V）V3（V）14.4295614.429588.388492若出的PN管2采兩管并放器的出流壓多？結(jié)仿結(jié)果給出輸出級(jí)直流工作點(diǎn)電流的設(shè)置方法。V1（V）V2（V）V3（V）14.4377214.4377551.16179m解：將①和②對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，V3的數(shù)值產(chǎn)生明顯的變化。Q2之所以采用單只管子，是因?yàn)檫@樣可以增大輸出直流電壓，使得工作點(diǎn)更穩(wěn)定，提高直流工作點(diǎn)。2. 實(shí)驗(yàn)任務(wù)：1差增及大帶寬將輸信號(hào)V2和V3流電設(shè)為VAC輸幅度設(shè)為0.V相差180，采用AC分析得到電路的低頻差模增益V(3)的幅頻特性和相頻特性仿真結(jié)果圖；在幅頻特性曲線中標(biāo)注出電路的-3dB帶寬，即上限頻率fH；在相頻特性曲線中標(biāo)注出0dB處的相位。解：低頻差模增益AvdI=99.4077dB電壓V（3）的幅頻特性和相頻特性仿真結(jié)果圖：由仿真圖：上限頻率fH=0dB處的相位=-173.43472共增益將輸入信號(hào)V2和V3的直流電壓設(shè)置為2V，AC輸入幅度都設(shè)置為0.5V，相位相同，采用C分析得到電路的低頻共模增益Avc，結(jié)合1中的仿真結(jié)果得到電路的共模抑制比KCMR，并提交幅頻特性仿真結(jié)果圖。解：低頻共模增益Avc=-6.6202dB；共模抑制比KCMR=100084.0807。幅頻特性仿真結(jié)果圖：3差輸阻抗將輸入信號(hào)V2和V3的直流電壓設(shè)置為2V，AC輸入幅度都設(shè)置為0.5V，相位相差A(yù)CRid=V(5)/I(V2)+V(6)/I(V3)得到差模輸入阻抗Rid隨頻率變化的曲線圖，并在圖上標(biāo)記出100Hz處的阻抗值。解：100Hz時(shí)的阻抗值=53.6585kΩ。Rid隨頻率變化的曲線圖：4輸阻抗按照?qǐng)D2所示，在放大器輸出端加隔直流電容C1和電壓源V4，將V2和V3的直流電壓設(shè)置為2V，AC幅度設(shè)置為0，將V4的AC幅度設(shè)置為1，進(jìn)行AC分析，采用與輸入阻抗類(lèi)似的計(jì)算方法，得到電路的輸出阻抗Ro隨頻率的變化曲線，并標(biāo)注出抗值。圖2.多級(jí)放大器輸出阻抗仿真電路思考：若放大器輸出電壓信號(hào)激勵(lì)后級(jí)放大器，根據(jù)仿真得到的結(jié)果，后級(jí)放大器的輸入阻抗至少為多少才能忽略負(fù)載的影響？若后級(jí)放大器輸入阻抗較低，采取什么措施可以提高放大器的驅(qū)動(dòng)能力？解：100Hz時(shí)的輸出阻抗值=32.6843kΩ。R0隨頻率的變化曲線：思考：Ω；3.多級(jí)放大器的頻率補(bǔ)償作為大使圖1示電一都外負(fù)若大內(nèi)能實(shí)全補(bǔ)，-135°。為此，需要對(duì)電路進(jìn)行頻率補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)任務(wù)：1簡(jiǎn)電補(bǔ)按照?qǐng)D1所示電路，將輸入信號(hào)V2和V3的直流電壓設(shè)置為2V，AC輸入幅度都設(shè)置為0.5V，相位相差180°，根據(jù)電路分析并結(jié)合AC仿真結(jié)果找出電路主極點(diǎn)位置，并采用于-135°，提交補(bǔ)償后V(3)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線，并標(biāo)注出上限頻率fH0dB時(shí)的相位。解：最小補(bǔ)償電容C1=3.5uF。補(bǔ)償后V(3)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線：上限頻率為1.9772Hz0dB相位為-133.9004°2密補(bǔ)償按照?qǐng)D3所示電路，對(duì)電路進(jìn)行密勒補(bǔ)償，其中Q1和Q5構(gòu)成補(bǔ)償支路的電壓跟隨器。將輸入信號(hào)V2和V3的直流電壓設(shè)置為2V，AC輸入幅度都設(shè)置為0.5V，相位相差180°，進(jìn)行ACV(3)在單位增益處相位不低于-135°，提交補(bǔ)償后V(3)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線，并標(biāo)注出上限頻率fH為0dB時(shí)的相位。若輸出電壓為V(9)，補(bǔ)償后相位要求相同，通過(guò)AC仿真分析得到所需要的最小補(bǔ)償電容。圖3.多級(jí)放大器的密勒補(bǔ)償解：最小補(bǔ)償電容C1=114pF。補(bǔ)償后V(3)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線：上限頻率為227.7293Hz0dB相位為-134.5171°最小補(bǔ)償電容C1=207pF。補(bǔ)償后V(3)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線：上限頻率為135.7625Hz0dB相位為-134.5228°4.反饋放大器圖1所示多級(jí)放大器具有較高的增益，線性放大時(shí)輸入動(dòng)態(tài)范圍很小。實(shí)際使用中，必3正負(fù)源電圖4示（勒償容C1的請(qǐng)采實(shí)務(wù)3得的結(jié)。圖4.電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器實(shí)驗(yàn)任務(wù)：1將入號(hào)V2直設(shè)為VAC輸度都置為，進(jìn)行AC仿真析，得到輸出電壓V(3)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線，并在圖中標(biāo)注上限頻率fH。解：V(3)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線：上限頻率為2.1740MHz2按實(shí)任務(wù)2的方法通過(guò)AC仿真電路輸阻隨率變化線，并標(biāo)注100Hz處的值，并與沒(méi)有施加負(fù)反饋的輸出阻抗進(jìn)行對(duì)照，結(jié)合理論分析解釋阻抗的變化。解：使用外接源方法測(cè)量輸出阻抗:100Hz時(shí)的輸出阻抗值=404.6480mΩ。沒(méi)有施加負(fù)反饋的輸出阻抗：100Hz時(shí)的輸出阻抗值=32.6843kΩ。分析：負(fù)反饋會(huì)使放大器指標(biāo)趨于理想化，對(duì)于電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸出阻抗會(huì)減小。3反阻2和3分別為10Ω和10R4的值為1010重1的仿，得到V(3)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線；同時(shí)按照?qǐng)D4中V2的設(shè)置條件進(jìn)行瞬態(tài)仿真，V(3)的波形，觀察波形是否失真，并給出合理的解釋。解：V(3)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線：V(3)的波形:觀察波形明顯