由分立元件构成的负反馈放大电路.docx

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由分立元件构成的负反馈放大电路

由分立元件构成的负反馈放大电路

一、实验目的

1、了解N沟道场效应管的特性和工作原理。

2、熟悉两级放大电路的设计和调试方法。

3、理解负反馈对放大电路性能的影响。

二、实验任务

设计和实现一个由N沟道结型场效应管和NPN型晶体管组成的两级负反馈放大电路。

结型场效应管的型号是2N5486，晶体管的型号是9011。

三、实验内容

1、基本要求：

利用两级放大电路构成电压并联负反馈放大电路。

静态和动态参数要求

（1）放大电路的静态电流IDQ和ICQ均约为2mA；结型场效应管的管压降UGDQ<-4V，

晶体管的管压降UCEQ=2～3V；

（2）开环时，两级放大电路的输入电阻约为100kΩ，以反馈电阻作为负载时的电压放

大倍数的数值≥100；

（3）闭环电压放大倍数为

2、提高要求：

电流并联负反馈放大电路

如参考实验电路所示，其中第一级为N沟道结型场效应管组成的共源放大电路；第二级为NPN型晶体管组成的共射放大电路。

输入正弦信号Us，幅度为100mV，频率为10kHz，测量并记录输入电阻Rif、输出电阻Rof和闭环电压放大倍数

。

四、理论计算

1、电路参数的设定

（1）第一级电路：

合理设置电阻参数，使得静态工作点满足：

IDQ约为2mA，UGDQ<-4V。

根据场效应管的转移特性曲线（见下图）找到当IDQ=2mA时，UGSQ=—2.5270V，可以估算出

Us=IDQ×Rs

UA=UG=US+UGSQ

UGDQ=UG-12<-4V即UGQ<8V，有Rg1<2Rg2，另Rg1=150kΩ，Rg2=100kΩ，此时有UA=UG=7.2V

即有Us=9.73V。

根据元件盒中的电阻情况和以上分析，可取Rs=4.7KΩ

上图为场效应管2N5486的转移特性曲线

（2）第二级电路：

通过调节Rb2，使得静态工作点满足：

ICQ约为2mA，UCEQ=2～3V。

MRF9011L的基极电流近似为0，所以Ub=Vcc×Rb1/（Rb2+Rb1），UbeQ=0.7V，

所以Ue=Ub-0.7V，IceQ=Ue/Re，

所以UceQ=Vcc-IceQ×（Rc+Re）∈[2,3]V，

将各个参数带入，求解得Rb2范围为[38.5，43.1]kΩ

实验中，根据元件盒中电阻值，取Rb2=39kΩ

2、理论计算

（1）静态参数

根据预先给定的电路电流电压的设置值和计算得到的电路产量，估算得到电路的静态参数。

Rg1

Rg2

Rs

IDQ

UGSQ

UA

US

UGDQ

理论估算静态

150kΩ

100kΩ

4.7kΩ

2mA

—2.53V

7.2V

9.73V

—4.8V

（2）动态参数

a）开环动态参数

通过仿真结果得到

通过仿真结果得到

，

故第二级电路的输入电阻为

输出电阻

第一级电路的输出电阻为

总输入电阻为

（2）两级放大电路闭环测试

电压并联负反馈，深度负反馈条件下集成运放输入端有虚短和虚断的性质。

（3）提高要求：

电流并联负反馈放大电路

电流并联负反馈

五、仿真结果

1.基本要求：

1）结型场效应管的特性曲线：

利用“直流扫描分析（DCSweepAnalysis）”得到场效应管的输出特性曲线和转移特性曲线。

在测量转移特性曲线时，由于要得到一组曲线组，故同时启用V1、V2这2个电源。

测量电路如下：

根据场效应管的转移特性曲线（见下图）找到当IDQ=2mA时，UGSQ=—2.5270V，可以估算出

Us=IDQ×Rs

UA=UG=US+UGSQ

UGDQ=UG-12<-4V即UGDQ<8V，有Rg1

即有Us=9.73V。

根据元件盒中的电阻情况和以上分析，可取Rs=4.7KΩ

上图为场效应管2N5486的转移特性曲线

由图可读出:

;

2）两级放大电路仿真

a.静态工作点的仿真：

第一级电路：

经计算，取

。

仿真结果如下：

UA=7.2V

US=9.512V

UGSQ=-2.312V

UDSQ=2.488V

第二级电路：

经计算，取Rb2=39kΩ。

ICQ=2.028mA约为2mA

可知UCEQ=2.256V,介于2～3V之间

因此，可知参数的选择是合适的。

b.动态参数的仿真：

输入正弦信号Us，幅度为10mV，频率为10kHz，仿真并记录电路的电压放大倍数

、

、输入电阻Ri、输出电阻Ro。

1）利用示波器记录电压从而计算电压放大倍数：

=4.950/6.252=0.7917

=1.306/6.061=197.849

=775.071/4.818=160.870＞100,满足要求

（1）由于输入电阻Ri应约为100kΩ，因此在输入端串入电阻R1=100kΩ进行测量。

结果如下：

Ri=7.071/（3.709/100）-100=90.644kΩ

Ro=（1.186/1.153-1）×100=2.862kΩ

3）两级放大电路闭环仿真

在上述两级放大电路中，引入电压并联负反馈。

合理选取电阻R的阻值，使得闭环电压放大倍数的数值约为10。

输入正弦信号Us，幅度为100mV，频率为10kHz。

取R=10kΩ.

结果如下：

（1）利用示波器记录电压从而计算电压放大倍数：

=736.178/78.043=-9.433

（2）由于引入并联负反馈，输入电阻Ri=Rif近似为0Ω，因此在输入端串入电阻R1=600Ω（仿真尝试后得出）进行测量。

结果如下：

Ri=4.048×1000/6.666=661.27Ω

经计算，输出电阻Ro=RC//Rof,约为3.6kΩ。

在输出端串入电阻R2=3.6kΩ进行测量。

结果如下：

Ro=（662.158/630.654-1）×3600=179.84Ω

2.提高要求：

电流并联负反馈放大电路仿真

输入正弦信号Us，幅度为100mV，频率为10kHz，仿真并记录闭环电压放大倍数

、输入电阻Rif和输出电阻Rof。

（1）利用示波器记录电压从而计算电压放大倍数：

=451.575/48.175=9.374，与计算值接近但有一定误差

（2）对电路的输入电压以及输入电流进行测量。

结果如下：

Ri=70.708×1000/21.365=330.95Ω

经计算，输出电阻Ro=RC//Rf,约为3.6kΩ。

在输出端串入电阻R2=4kΩ进行测量。

结果如下：

Ro=（661.84/328.832-1）×4=4.05kΩ

综上所述，列表如下：

（1）静态工作点

1、第二级

Rg1

Rg2

Rs

IDQ

UGSQ

UA

US

UGDQ

仿真

150kΩ

100kΩ

4.7kΩ

2.023mA

—2.312V

7.2V

9.512V

—4.795V

2、第二级

Rb1

ICQ

UCEQ

仿真

2．028mA　

2.256V

（2）动态参数

开环

Au1

Au

Ri

Ro

仿真

0.7917　

-160.87

90.644kΩ

2.862kΩ

闭环

R

Ausf

Rif

Rof

仿真

10kΩ

-9.433　

661.27Ω

179.84Ω

（3）提高要求

Ausf

Rif

Rof

仿真

9.374　

330.95Ω

4.05kΩ

六、实验数据处理分析

（1）基本要求

a）静态工作点：

第一级电路静态数据表格：

IDQ约为2mA，UGDQ<-4V

IDQ\mA

UGDQ\V

UGSQ\V

UA\V

US\V

测量值

2.036

-4.46

-2.29

7.54

9.83

注：

IDQ通过IDQ=US/R5=9.71v/4.7kΩ=2.066mA;

UGDQ\UGSQ一直衰减，不具有真实性。

第二级电路静态数据表格：

ICQ约为2mA，UCEQ=2～3V

ICQ\mA

UCEQ\V

测量值

2.050

2.28

b）开环动态参数的测试

输入正弦信号Us，幅度为10mV，频率为10kHz。

测量电压放大倍数：

UO1/mV

US/mV

UO/V

AU1=UO1/US

AU=UO/US

7.95

10.15

1.535

0.783

151.23

注：

AU1、AU、的取值正负由波形同反相决定。

UO1与US同相，UO/与US反相。

测量输入电阻：

输入端串入电阻R1=100kΩ进行测量。

R1\kΩ

VO2/V（接入）

VO1/V（不接入）

Ri=R1VO2VO1-VO2/kΩ

100

4.65

10.15

86.92

测量输出电阻：

输出端串入电阻R2=3.6kΩ进行测量。

RL\kΩ

VOL/V（接入）

VO’/V（不接入）

Ro=RL（VO'VOL-1）/kΩ

3.6

0.955

1.715

2.865

c）两级放大电路闭环测试

输入正弦信号Us，幅度为100mV，频率为10kHz.

测量电压放大倍数：

US/V

UO/V

AU=UO/US

0.144

1.280

8.92

测量输入电阻：

R1\Ω

R1和Ri两端电压VO1\V

Ri端电压VO2\V

Ri=R1VO2VO1-VO2/Ω

680

0.265

0.131

664.78

测量输出电阻：

R2\Ω

无R2时，输出端开路电压VO’\V

接入R2时，输出端开路电压VoL\V

Ro=RL（VO'VOL-1）/Ω

680

0.405

0.318

186.04

（2）提高要求

输入正弦信号Us，幅度为100mV，频率为10kHz。

测量电压放大倍数：

US/V

UO/V

AU=UO/US

0.126

1.230

9.76

测量输入电阻Rif：

R1\Ω

无R1时，VO1\V

接入R1时，VO2\V

Ri=R1VO2VO1-VO2

390

0.282

0.180

303.3

测量输出电阻Rof：

R2\Ω

无R2时，输出端开路电压VO’\V

接入R2时，输出端开路电压VoL\V

Ro=RL（VO'VOL-1）

3.6k

1.130

0.520

4.22k

误差分析：

（1）静态工作点的测量

第一级：

Rg1

Rg2

Rs

IDQ

UGSQ

UA

US

UGDQ

理论估算

150kΩ

100kΩ