EWB在负反馈放大电路中的应用

张春霞

（四川省达州职业技术学院,635001）



EWB在负反馈放大电路中的应用

张春霞

（四川省达州职业技术学院,635001）

摘要：采用负反馈是以降低放大倍数为代价，目的是为了改善放大电路的工作性能，如稳定放大倍数，改变输入、输出电阻，减小非线性失真和抑制干扰，扩展通频带等，所以在实用电子电路中几乎都要引入负反馈。理论分析负反馈对放大电路的影响较为抽象，因此本文通过虚拟实验，用EWB仿真软件对一个具体的负反馈放大电路进行分析，得出了负反馈放大电路开环与闭环的放大倍数、输出电阻、频率响应和失真系数，也体现了仿真软件在电路分析中的优越性。

关键词：EWB；负反馈；放大电路；仿真分析

0　引言

计算机技术的发展和人们对电子系统设计的新要求，推动了电子线路设计方法和手段的进步。传统的设计方法逐步被EDA取代，计算机技术的发展和人们对电子系统设计的新要求覆盖以下三个方面的内容:电路设计、电路仿真和系统设计，它代表着现代电子商务系统设计的潮流。其中EWB是常见的电路仿真软件。

EWB软件一经推出就受到各界好评，尤其在教育领域取得了巨大成功。与其他电子电路设计软件相比具有界面直观、操作方便等优点创建电路、选用元器件和测试仪器等均可直接从屏幕上元件库和仪器库中直接选取。电子电路的分析、设计与仿真工作都可以通过鼠标实现，不仅为电路设计者带来了无尽的乐趣，而且大大提高了电子设计工作的质量和效率。

本文介绍了负反馈放大电路的特点，负反馈对放大电路性能的影响，通过软件搭建实验对负反馈放大电路开环与闭环的放大倍数、输出电阻、频率响应和失真系数进行分析。可以很直观地得出结果。

1　EWB软件的特点和功能

EWB软件可以进行模拟电路和数字电路的混合仿真，在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器等工具，它的器件库中则包含了许多大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片，器件库中没有的元器件，还可以由外部模块导入它的工作界面非常直观，原理图和各种工具都在同一个窗口。

2　负反馈放大电路的特点

图3.1.1　电压串联负反馈放大电路的原理图

提高放大倍数的稳定性，减小非线性失真和抑制噪声，由于负反馈可以提高放大倍数的稳定性，所以引入负反馈后，在中频区和高频区放大倍数的下降程度将减小，从而使通频带展宽，改变电路的输入输出电阻。总之放大电路中引入负反馈后，虽然降低了放大倍数，但大大改善了放大电路的性能。

3　负反馈放大电路的实验仿真分析

3.1负反馈放大电路原理图的搭建

图3.1.1是利用EWB软件搭建的电路图。它是由分立元件构成的两级共发射放大器，可判断出该电路引入的是交流电压串联负反馈，并可计算出电路的反馈系数为：Fv=Ref/（Ref+Rf）=R3/ （R3+Rf）=0.2/（0.2+3）=0.063

3.2静态工作点分析

静态工作点分析是在交流输入信号视为零、电路中电容视为开路、电感视为短路时，电路中只有静态的情况下来计算电路的静态工作点。在电路工作时，都必须给半导体器件以正确的偏置，静态分析就是要分析半导体的偏置。

分析电路在无外加交流输入信号下的静态电压和电流。只有正确设计静态工作点，才能正常地放大交流信号，使电路能正常工作。求解电路的静态工作点是电路进行交流与瞬态分析过程的基础。

（1） 创建电路

（2） 显示节点标志（ID）

选择Circuit/Schematic Options/Show/Hide 栏下的Show nodes，电路中各节点标志（ID）就会显示在电路中。

（3） 启动静态工作点的分析工具

启动静态工作点的分析工具，即选择Analysis/DC operating point 命令，屏幕显示出Analysis Graphs 窗口，并给出DC Bias的分析结果，即所有节点电压和电源支路电流值。如图3.2.1所示。

图3.2.1　负反馈放大器的静态工作点分析

图3.3.1　开环波形图

（4）测试结果

Q1：UC=11.144V（测试点4）

UB=1.3935V（测试点3）

UE=0.68794V（测试点5）

Q2：UC=6.1006V（测试点10）

UB=4.714V（测试点9）

UE=3.9537V（测试点11）

3.3开环与闭环的电压放大倍数的比较

（1）测量开环电压放大倍数

按键盘的字母“Q”，将开关K1打向下方，K2闭合，断开反馈回路，使Rf作为负载电阻，输入峰值为2mV，频率为10KHZ的正弦电压（Vi），用示波器测得输出电压的峰值为Vo。放大器开环时的输入、输出波形如图3.3.1

其中：Channel A（黑色波形）代表输入波形，5mV/Div。

Channel B（红色波形）代表输出波形，1V/Div。

Time base（时基）0.50mv/Div

根据波形图可求得该电路开环电压放大倍数为322

反馈深度：1+AF=1+322 *0.063=21.286

（2）测量闭环电压放大倍数

按键盘上“Q”键，将开关K1闭合，K2使Rf和R3构成反馈网络，重复上述步骤。放大器闭环时输入、输出波形如图3.3.2

其中：Channel A（黑色波形）代表输入波形，5mv/Div。

Channel B（红色波形）代表输出波形，200mv/Div。

Time base（时基）0.5mv/Div。

根据波形图可求得该电路闭环电压放大倍数为13.68

理论计算：Avf=A/（1+AF）=322/21.286=15.13

结论：放大电路引入负反馈后放大倍数降低了。

3.4开环输出电阻与闭环输出电阻的比较

（(1）测量负反馈放大器开环工作输出电阻

通过控制开关K1，K2的断开和闭合，使放大电路处于开环工作状态。打开万用表，置于正弦电压有效值测试档，分别测得负载开路时输出电压为1.35V,负载接入时输出电压为1.09V

开环输出电阻Ro =（/—1）RL=（1.35/1.09—1）6K=1.43K

理论计算值：Ro =Rc =1.5K

（2）测量反馈放大器闭环工作输出电阻

通过控制开关K2的断开和闭合，使放大电路处于闭环工作状态。打开万用表，置于正弦电压有效值测试档，分别测得负载开路时输出电压为38.67mV，负载接入时输出电压为38.44mV。

闭环输出电阻 Ro=（/—1）RL=（38.67/38.44—1）6K=0.036K

理论计算值： Rof=Ro/（1+AvFv）0.036K

结论：放大电路中引入负反馈后输出电阻变小，因该电路引入的是电压串联负反馈，所以能够稳定输出电压，降低输出电阻，同时提高输入电阻，如果是其他类型的负反馈，对放大电路的交流性能改善也随之不同。

3.5开环的频率响应与闭环的频率响应的比较

（1）负反馈放大电路在开环状态时的频率响应

当负反馈放大电路处于开环状态时，将交流频率分析设置对话框里扫频的终止频率和起始频率分别设置为1HZ和1GHZ，扫描的形式选择十进制，显示点按缺省设置，纵向标度选择线性，选择节点12为输出点。按仿真键后的负反馈放大电路开环频率响应曲线如图3.5.1，调节测试针的位置，大约为电路输出中频电压幅值的70%。

电路处于开环状态时的下限频率：FL=100Hz

电路处于开环状态时的上限频率：FH=421KHz

通频带宽：Fbw= FH—FL≈421KHz

（2）负反馈放大电路处于在闭环状态时的频率响应

用同样的方法可得放大器闭环频率响应曲线，如图3.5.2

电路处于闭环状态下的上限频率：FH=13.33MHz

电路处于闭环状态下的下限频率：FL=9.74Hz

通频带宽：Fbw= FH—FL≈13.32MHz

结论：通过以上分析放大电路引入负反馈后拓宽了通频带。

图3.5.1　开环交流频率分析

4　结论

通过用EWB软件对负反馈放大电路进行仿真，可以明显观察到放大电路引入负反馈之后，放大倍数虽然下降了，但放大倍数的稳定性却大大地提高了，同时稳定了输出电压或输出电流，减小了抑制干扰和非线性失真，拓宽了通频带，改变了输出/输入电阻。与传统的反馈实验比较，利用EWB进行仿真分析更直观，简洁。在传统的负反馈实验中，由于元器件参数受温度影响的不稳定性，仪器仪表本身的缺陷，加上测试带来的误差等等因素，必然造成实验结果误差很大，其次对放大电路的频率特性分析，在传统实验中很难以实现，必须有1Hz~1GHz频率宽度的信号发生器，而且数据采集有一定难度。因此通过EWB电路仿真软件对负反馈放大电路进行仿真分析，克服了传统实验的不足，使实验结果更加准确，更有利于加深对负反馈电路的理解。

参考文献

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[6]肖志鹰.放大电路中的反馈浅析[J].湖北水利水电职业技术学院学报.2006.(02)

作者简介

张春霞，性别：女，出生年：1976，籍贯：四川省南充市，研究方向：电工电子

图3.5.2　闭环交流频率分析

图3.3.2　闭环波形图

The application of EWB in the negative feedback amplification circuits

Zhang Chunxia
（Dazhou Vocational and Technological College,Dazhou Sichuan,635001,China）

Abstract：The objective of adopting negative feedback only at the cost of lower magnification is to improv e function of amplification circuits, such as the stabilization of magnification times, the change of the i nput and output resistance, the reduction of nonlinear distortion and restraining interference,the extensio n of pass band and so on. The negative feedback is almost introduced in the practical electronic circuits. Theoretical analysis of the influence of negative feedback of amplifier circuit is very abstract.Analyzing a specific negative feedback amplifier circuit with EWB simulation software in the virtual experiment, thi s article drew a conclusion that magnification times of open loop and closed loop in the negative feedback amplifier circuit, output resistance, frequency response and distortion factor also reflected the superiori ty of the simulation software in the analysis of the circuits.

Keywords：EWB, negative feedback;amplification circuits;simulation analysis