实验二由分立元件构成的负反馈放大电路
一、实验目的
1．了解N沟道结型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。
（1）静态和动态参数要求
1）放大电路的静态电流I DQ和I CQ均约为2mA；结型场效应管的管压降U GDQ < - 4V，晶体管的管压降U CEQ = 2～3V；
2）开环时，两级放大电路的输入电阻要大于90kΩ，以反馈电阻作为负载时的电压放大倍数的数值≥ 120；
3）闭环电压放大倍数为10
s
o
sf
-
≈=U
U
A u
& &
&。
（2）参考电路
1）电压并联负反馈放大电路方框图如图1所示，R模拟信号源的内阻；R f为反馈电阻，取值为100 kΩ。
图1 电压并联负反馈放大电路方框图
2）两级放大电路的参考电路如图2所示。
图中R g3选择910kΩ，R g1、R g2应大于100kΩ；
C1～C3容量为10μF，C e容量为47μF。
考虑到引入电压负反馈后反馈网络的负载效应，应在放大电路的输入端和输出端分别并联反馈电阻R f，见图2，理由详见“五附录－2”。
3.3kΩ
图2 两级放大电路
实验时也可以采用其它电路形式构成两级放大电路。
（3）实验方法与步骤
1）两级放大电路的调试
a.电路图：（具体参数已标明）
¸
b. 静态工作点的调试
实验方法：
用数字万用表进行测量相应的静态工作点，基本的直流电路原理。
第一级电路：调整电阻参数， 4.2
s
R k
≈Ω，使得静态工作点满足：I DQ约为2mA，U GDQ <
- 4V。
记录并计算电路参数及静态工作点的相关数据（I DQ，U GSQ，U A，U S、U GDQ）。
实验中，静态工作点调整，实际4
s
R k
=Ω
第二级电路：通过调节R b2，240
b
R k
≈Ω，使得静态工作点满足：I CQ约为2mA，U CEQ = 2～
3V。
记录电路参数及静态工作点的相关数据（I CQ，U CEQ）。
实验中，静态工作点调整，实际
2
41
b
R k
=Ω
c. 动态参数的调试
输入正弦信号U s ，幅度为10mV ，频率为10kHz ，测量并记录电路的电压放大倍数
s o11U U A u &&&=、s
o U U A u &&&=、输入电阻R i 和输出电阻R o 。
电压放大倍数：（直接用示波器测量输入输出电压幅值）
输入电阻： 测试电路：
¸
开关闭合、打开，分别测输出电压1o V 和2o V ，代入表达式：
2
112
o i o o V R R V V =-&&&
输出电阻： 测试电路：
¸
记录此时的输出：0.79V
ol V =
1.57(1)=3
2.960.79o
o L o
V R R k V '=-⨯Ω=Ω&&（-1）k
2）两级放大电路闭环测试
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 （9.4k Ω）的阻值，使得闭环电压放大倍数的数值约为10。
电路图：
¸
输入正弦信号U s ，幅度为100mV ，频率为10kHz ，测量并记录闭环电压放大倍数
s
o sf U U A u &&&=、输入电阻R if 和输出电阻R of 。
实验中，取R=10kom 。
电压放大倍数：（直接用示波器测量输入输出电压幅值）
输入电阻：测试电路：
¸
测量原理为：
1
i
i
i i
V
R R
V V
=
'-
&
&&（R1此时为10kom）
记录数据：
输出电阻：
测试电路：
VCC
12V
Rb1
15k¦¸
Rb2
41k¦¸
Rc
3.3k¦¸
Rs
4k¦¸
Re
1.2k¦¸
C1
10uF
C2
10uF
C3
10uF
Q1
MRF9011LT1_A
Ce
47uF
Q2
2N5486
Rg2
300k¦¸
Rg1
300k¦¸
Rg3
910k¦¸
Rf
100k¦¸XFG1
XSC1
A B C D
G
T
R1
10k¦¸
8
3
VCC
5
4
2
1
6
7
R2
1k¦¸
9
记录此时的输出：0.75V
ol
V=
0.95
(1)=
0.75
o
o L
o
V
R R
V
'
=-⨯ΩΩ
&
&（-1）1k=267
提示1：闭环测试时，需将输入端和输出端的等效负载R f断开。
提示2：输入电阻R if指放大电路的输入电阻，不含R。
2. 提高要求：电流并联负反馈放大电路
参考实验电路如图3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U s，幅度为100mV，频率为10kHz，测量并记录闭环电压放大倍数
s
o
sf
U
U
A
u
&
&
&=、输入电阻R
if和输出电阻R of。
图3 电流并联负反馈放大电路
电压放大倍数：（直接用示波器测量输入输出电压幅值）
输入电阻：测试电路：
¸
测量原理为：
f1
i
i
i i
V
R R
V V
=
'-
&
&&
记录数据：
输出电阻：
测试电路：
¸
记录此时的输出：0.50V ol V =
f 0.91(1)(1)4 3.280.50o
o L o
V R R k k V '=-=-⨯Ω=Ω&&
四、负反馈对电路性能的影响 电压放大倍数：
负反馈电路可以稳定放大倍数，因为其放大倍数仅决定于反馈网络，但是相比开环放大电路，负反馈电路会减小电压放大倍数。
改变输入电阻：
串联负反馈增大输入电阻；并联负反馈减小输入电阻。
改变输出电阻：
电压负反馈减小输出电阻；电流负反馈增大输出电阻。
频率响应：
负反馈电路可以展宽频带。
五、思考题
1．在图2中，为了使场效应管放大电路的静态工作电流为1.5mA~2.5mA ，源极电阻R s
应该在什么范围内取值？请结合仿真结果进行分析。
答：
仿真结果如下：
则为了使场效应管放大电路的静态工作电流为1.5mA~2.5mA，源极电阻R s取值范围是：3.2~5.7kΩ
2．已知实验室配备的万用表内阻约为1MΩ，实验中调试图2所示共漏放大电路的静态工作点时，为什么通过测量A点电位来得到栅极电位，而不直接测栅极电位？
答：
因为当内阻约为1MΩ的万用表接在场效应管的栅源之间时，其内阻与场效应管的输入电阻（很大）可比，因此输入电流会部分流过万用表而改变场效应管的静态工作点，因此会改变其栅极电位，使测量结果错误。
而测量A点电位时，因旁路电阻仅为150kΩ左右，大部分电流仍流过旁边的支路，因此并上万用表不会影响其工作状态。
六、附录
1．N 沟道结型场效应管型号和主要参数
实验中采用的2N5486为N 沟道结型场效应管，参数典型值为： U GS （off ） =－3～－4V ，I DSS ＝8～14mA 。
2N5486采用TO-92封装，俯视图如图4所示。
图4 2N5486俯视图 2．反馈网络的负载效应
在图1所示电路中，反馈电阻R f 的电流
说明：R f 的电流既取自于输入信号，又取自于输出信号；即表明反馈网络对负反馈放大电路的基本放大电路具有负载效应。
根据网络叠加原理，在考虑反馈网络对输入端的负载效应时，令输出量的作用为零，即输出端接地；在考虑反馈网络对输出端的负载效应时，令输入量的作用为零，即输入端接地，如图5所示。
图5 电压并联负反馈放大电路反馈网络的负载效应
)
(f
o
f
i
f
o
i f
R U
R U R U U I R &&&&&-
+=
-=。