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模拟电路仿真实验报告——仿真探究负反馈对放大电路的影响

北京邮电大学
实 验
报 告
实验名称:仿真探究负反馈对多级放大电路的影响
学 班 姓 学
院:____信息与通信工程学院 ____ 级:__________________________ 名:__________________________ 号:__________________________
任课教师 :__________________________ 实验日期 :_______2009 年 12 月________
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电子电路仿真实验报告
3.负反馈对电路增益的影响分析
如图 8,采用电压串联负反馈,根据反馈基本方程式 Ȧv = Ȧ ̇̇ 1 + AF
可知引入负反馈之后闭环增益将减小。 当深度负反馈时, Ȧv = 1/Ḟ 。 深度负反馈时, 由电路图得: Rv = 反馈深度: D = AF ≈ 220 × 0.1k ≫1 R13 + 0.1k R9 R 9 + R13
引入负反馈后电路电压增益稳定性有所改善,具体为:
dAv 1 dA = Av 1 + AF A
可见,稳定性提高了 |1 + AF|倍。
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电子电路仿真实验报告
五、仿真测试 第一部分测试:未接入反馈时电路性能测试
1、电路增益: 如图 3 所示,实测电路中频(1kHz)电压增益 Av = 225.56; 2、频带宽度: 如图 4 所示,频带宽度为 BW = 858.50 kHz; 3、输入输出电阻: 如图 5、 图 6, 中频(1kHz)输入电阻为 R i = 20.00k Ohm, 输出电阻 R o = 4.60k Ohm。 (注: 为与后续带反馈测试形成对比,此处测试的 R i 是从三极管 Q1 看过去的输入电阻。 ) 4、动态范围: 由图 7 估计知动态范围大约为 -10mV ~ +10mV 。 5、稳定性: 由图 8,输入 5mV 变化 20%(即 1mV)时增益变化 1.41 × 10−2 % 。 (注:出于仿真图视 图精度考虑,便于直接观察变化,以输出电压代替增益进行打印。 )
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取 D > 10 则 R13 < 2.20k Ohm, 此时满足深度负反馈的条件, 这时增益最大约为 23.0 。
4.负反馈对电路通频带的影响分析
引入负反馈后, 中频增益下降为原来的 增益带宽乘积基本不变。
1 |1+AF|
, 上限截止频率扩展为原来的 |1 + AF|倍,
5.负反馈对输入输出电阻的影响分析
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闭环电压增益
电子电路仿真实验报告
六、仿真数据分析
1、引入反馈为:Rf = 2k Ohm ,反馈深度取为: D = 1 + AF ≈ 11.7 ,满足深度负反 馈条件。为便于分析,将仿真测试数据整理如下表:
对比项目
中频增益 Av 频带宽度 BW 中频输入电阻R i 中频输出电阻R 0 动态范围
由此,电路开环增益:
βR 'L2 rbe2 (1 ) R12
R 'L2 R 5 //R 11
Au
uo uo1 / ui Au1 Au 2 225 ui uo / uo1
输入电阻: R i = (R 2 // R3 ) // [rbe1 + (1 + β)R9 ] ≈ 9k Ohm 输出电阻: R o ≈ R 5 = 4.7k Ohm
电路稳定性
增益变化 1.41 × 10−2 %
图8
增益变化 1.81 × 10−6 %
图 15
2、 针对仿真数据的分析: ①深度负反馈时中频增益 Av 下降为开环增益的 1/11 ,与理论值 11.7 吻合度很好。 ②深度负反馈时通频带 BW 展宽 11.2 倍,与理论值 11.7 吻合较好。 ③带深度负反馈时:反馈环环输入电阻增大 8.25 倍,基本符合理论分析;输出电阻减小 为原来的约 1/40,与理论值 1/11 存在误差。误差原因分析:一方面,测试时反馈环外 电 阻的 影 响 不能 忽 略 ;另 一 方 面 ,为 保 证 增益 不 致 下降 过 多 , 负 反馈 深 度 取为 D = 1 + AF ≈ 11.7,与 1 只有约十倍的关系,负反馈的深度还不够大,理论计算产生 的误差也相对增大。如要增大反馈深度,需要进一步抬高电路开环增益,但仅两级放 大,不适宜把增益做得过高。 ④深度负反馈时,仿真动态范围扩大了 6 倍,与理论分析相符。 ⑤深度负反馈的引入使得增益随输入的变化改变度变小,电路增益稳定性提高了近 1000 倍。但与理论分析的 11.7 倍相差较大。分析原因:两级共射都引入了级内负反馈,进 一步稳定了电路静态工作点;反馈深度 D 的值不够大,理论估算存在误差。
不带负反馈
225.56 858.50 kHz 20.00k Ohm 4.60k Ohm -10mV ~ +10mV 输入变化 20%,
仿真图 图3 图4 图5 图6 图7
带深度负反馈
20 9.61 MHz 165.00k Ohm 112.3 Ohm -60mV ~ +60mV 输入变化 20%,
仿真图 图 10 图 11 图 12 图 13 图 14
电子电路仿真实验报告
一、实验目的:
1. 根据提出的设计要求,进行理论计算,进一步熟悉电路分析计算。 2. 通过实际操作仿真软件,熟悉并掌握仿真软件的使用。 3. 在实际仿真过程中,加深对电子电路基本理论中关于多级放大和负反馈对电路性能影 响的理解,增强分析问题和解决问题的能力。
二、仿真环境:
OrCAD 16.2 Capture CIS with Pspice
四、理论分析: 1.静态工作点的计算
T1 管: VBQ1 =
R3 V R2+R3 cc
= 3.8 V

ICQ1 ≈ IEQ1 =
VBQ1 −VBEQ R9+C − ICQ1 (R 4 + R 2 + R 3 ) = 2.27 mV 由于采用阻容耦合,故 T2 管计算同 T1 管,可知: T2 管: VBQ2 = 2.9 V , ICQ2 = 1.44 mA , VCEQ2 = 2.93 mV
三、设计思路:
为简化分析并使得仿真重点突出,以两级共射放大电路作为基本电路进行测试,采用 阻容耦合连接,并在两级共射中分别引入级内反馈以稳定静态工作点。如图 1 所示,经 理论计算,将各元件参数一并标示于图中。引入负反馈为电压串联负反馈,电路图如图 9 所示。 进一步的测试分为两部分,分别是未接入反馈和接入反馈后的电路性能测试。测试 的性能主要包括电路的增益、频带宽度、动态范围、输入输出电阻、增益稳定性这五项 指标。再由两部分测试结果相对比,同时与理论计算比较,得出并验证关于负反馈特别 是深度负反馈对多级放大电路性能影响的结论。
为检验理论计算的可行性,以交流小信号输入进行测试,测试中各支路电压以及电流 值标示于图 2。可得出结论:理论计算是可行的。可进行进一步的测试。
2.交流小信号分析
一级增益:
A u1
βR 'L1 rbe1 (1 ) R 9
二级增益:
A u2
R 'L1 R 4 //R 6 //R 7 //r be2
七、实验总结与心得
1、初始用理论估算值仿真,存在工作点设置偏离的情况,后经修改测试使得设计值趋于 合理。 测试结论中仍然存在与理论分析有误差的地方, 需要进一步思考其中的的原因。 2、 结合书后的仿真例题和仿真软件介绍, 并查阅了相关资料, 学习仿真软件的基本操作, 随着实验的深入进行,逐步由不会到会,再到熟练,并能够在结合相关资料的情况下 分析错误和误差产生的原因,及时进行修正和调整。这个探索、求知、思考的过程收 获是很多的,也是很有益的。 3、实验中通过反复对比理论估计值和仿真值,加深了对器件模型和参数的认识,由理性 到感性,再回归理性。 4、实验中虽然产生了很多迷惑和困难,但正是探求着去解决问题,消除迷惑给我带来了 很多的乐趣。电子电路是一门神奇而精致的学科。 <正文结束,后续页码附录仿真图>
第二部分测试:接入负反馈时电路性能测试
1、电路增益: 如图 10,当 Rf 依次增大时,电路增益减小幅度将减小,也即反馈深度越深,增益下降越 多。 当 Rf<2k Ohm 时进入深度负反馈。 后续将以 Rf=2k (增益约为 20 倍 , 反馈深度 D ≈ 11.7) 为反馈电阻值进行其他各项分析。 反馈电阻值 闭环电压增益 200 Rf (k Ohm) Av 150 0.2 2 0.5 5 100 1.0 10 50 2.0 20 5.0 40 0 10.0 65 0 20 40 60 20.0 100 反馈电阻值(k Ohm) 50.0 150 2、频带宽度: 如图 11 所示,频带宽度为 BW = 9.61038 MHz 。 3、输入输出电阻: 如图 12、图 13,由于输入端偏置电阻 R 2 、R 3 在反馈环外,为使得实验结论不受环外电 阻干扰,仿真时测试的输入电阻为反馈环输入电阻 R if 。中频(1kHz)输入电阻为 R if = 165.00k Ohm,输出电阻 R 0 = 112.3 Ohm。 4、动态范围: 由图 14 估计知动态范围大约为 -60mV ~ +60mV。 5、稳定性: 如图 15,输入 5mV 变化 20%(即 1mV)时增益变化 1.81 × 10−6 % ≈ 0 。 (注:出于仿真 图视图精度考虑,便于直接观察微小变化,以输出电压代替增益进行打印。 )
电压取样的负反馈具有稳定输出电压的能力,使得输出电阻减小:
R of =
Ro 1 + ȦḞ
若为深度负反馈,则 R of → 0 ,可认为近似恒压源。 串联负反馈将提高输入电阻(严格来讲是反馈环输入电阻) :
̇ Ri R if = (1 + ȦF)
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