负反馈放大电路性能的研究

余 平，方 杰，张晓东

(皖西学院机械与电子工程学院，安徽六安237000)

负反馈在电子电路中有着广泛的应用，虽然它使放大器的放大倍数降低，但能够在多方面改善放大器的动态指标，如稳定放大倍数、改变输入和输出电阻、减小非线性失真等。因此，几乎所有的实用放大器都带有负反馈。

1 电路组成

带有电压串联负反馈的放大器电路如图1所示，负反馈网络由电路中的C6、R11和开关J2组成。在电路中通过把输出电压uo引回到输入端，加在晶体管Q1的发射极上，在电阻R4上形成反馈电压uf。若电路中没有反馈网络，称为开环;若有反馈网络存在，则能形成反馈，即为闭环。本电路中通过开关J2控制电路处于开环或闭环状态。

图1 带有电压串联负反馈的放大器

2 静态工作点分析

2.1 实验值

在实验室中按图1连接实验电路，取UCC=12V，Ui=0，调整电位器使IC1=IC2=2mA，用直流电压表分别测量第一级、第二级的静态工作点。

表1 静态工作点实验值

表2 静态工作点仿真值

2.2 仿真值

运用Multisim分析静态工作点，选择三极管Q1和Q2各级作为输出节点。输出结果如表2所示，UB1=2.98V，UE1=2.23V，UC1=7.19V;UB2=2.80V，UE2=2.06V，UC2=7.12V。结果表明，静态工作点的实验测量值和软件测量值是吻合的。

3 电压放大倍数分析

3.1 实验值

实验测量中采用VPP=5mv，1KHz的正弦信号作为信号源，用示波器监视输出波形uo，在uo不失真的情况下，测量输入和输出电压值计算得到:开环时的电压放大倍数为Au=495;闭环时的电压放大倍数为Anf=70.2。

3.2 仿真值

在Multisim中采用VPP=5mV，1KHz的正弦信号作为信号源，对开环和闭环放大电路分别运行，仿真结果如图2所示，可以看到输入、输出的波形同相位，波形无失真。

图2 示波器波形

结果表明，电压放大倍数的实验测量值和软件测量值是吻合的，同时验证了理论中开环和闭环电压放大倍数之间的关系

4 频率特性分析

4.1 实验值

实验测量中采用Vpp=5mV，1KHz的正弦信号作为信号源，测量数据如表3所示。

表3 放大器通频带测量数据

4.2 仿真值

利用Multisim中的交流分析，可以得到闭环和开环时的频率特性如图3所示。

图3 幅频特性曲线

从图3中可以看出，负反馈对放大电路的频率特性产生影响，使得电路的下限频率降低、上限频率升高，起到扩大通频带作用，即能够改善频响特性。

5 输入电阻分析

5.1 计算值

通过对基本放大器交流通路的分析，得到输入电阻的计算式:

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

利用开环和闭环输入电阻的关系得到闭环输入电阻的计算式:

Rif=(1+AuFu)Ri=7.22KΩ.

5.2 实验值

5.3 仿真值

在输入端加入VPP=50mV，1KHz的正弦信号源，用万用表测量输入端的交流电压和交流电流，开环时输入电压和电流是13.23mV和2.2μA，输入电阻为6KΩ;同理，闭环时分别是20.178mV和1.518μA，所以闭环输入电阻为13.28KΩ。

综上，利用三个不同方法验证了引入负反馈使放大电路输入电阻增大。

6 输出电阻分析

6.1 计算值

开环时输出电阻Ro≈Rc=2.4KΩ;闭环时输出电阻满足关系式

6.2 实验值

6.3 仿真值

输出电阻的测量采用外加激励法，将电路中的信号源置零(短路)，负载开路，在输出端接电压源、电压表、电流表。开环时，电压和电流分别为7.071mV、3.12μA，开环输出电阻2.27KΩ。同理闭环时电压和电流分别 7.07mV、25.62μA，闭环输出电阻为0.276KΩ。

综上，利用三个不同方法验证了引入负反馈使放大电路输出电阻减小。

7 负反馈对非线性失真的影响

开环状态下，在放大电路的输入端，输入VPP=50mV，1KHz的正弦波。然后增大输入信号的幅度使输出端出现非线性失真，如图4所示。

图4 闭环时输入输出电压波形

图5 开环时输入输出电压波形

通过仿真和实验我们可以看到，对于相同的输入电压Ui，当基本放大发生非线性失真时，负反馈放大并没有发生失真，由此可以得出负反馈可以对非线性失真改善的结论。

8 结论

负反馈能够改善放大电路的一些性能，我们在设计电路时可以根据设计指标优先选择负反馈放大电路。同时通过比较可以看出，放大电路各个量的理论值、计算值、仿真值基本吻合。

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