1、實(shí)驗(yàn)四 負(fù)反饋放大器.實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .加深理解負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響。2 .學(xué)會(huì)測(cè)量放大器的輸入電阻、輸出電阻以及電壓放大倍數(shù)。.預(yù)習(xí)要求1 .復(fù)習(xí)教科書(shū)中有關(guān)負(fù)反饋的內(nèi)容，負(fù)反饋放大器的工作原理。2 .掌握輸入、輸出電阻的測(cè)量方法、測(cè)量步驟。三.實(shí)驗(yàn)原理放大器加入負(fù)反饋后，由于反饋信號(hào)是削弱輸入信號(hào)的，結(jié)果將使放大倍數(shù)降低，但卻 提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性、擴(kuò)展了通頻帶、減小了非線性失真、并能抑制干擾和噪聲，變換圖1負(fù)反饋放大器的組成框圖放大器的輸入和輸出電阻等。1.負(fù)反饋對(duì)放大器放大倍數(shù)的影響負(fù)反饋放大器由基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成,如圖1所示。圖中的X表示信號(hào)，它即可代表電壓又可 代表電流，箭

2、頭表示信號(hào)傳輸?shù)姆较颉７答伨W(wǎng)絡(luò)從輸出信號(hào)Xo中取出反饋信號(hào) Xf ,使X f與外加輸入信號(hào) Xi相疊加，得到凈輸入信號(hào)Xdi 。對(duì)于負(fù)反饋來(lái)說(shuō):X di = X i - X f(1)上式中，Xi與Xf的相位相同，故 Xdi < Xi。從圖中可以看出，基本放大器（無(wú)反饋時(shí)）的放大倍數(shù) A （開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)）和反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)F分別為：A（2）XdiXfXo(3)反饋放大器的放大倍數(shù) Af （閉環(huán)放大倍數(shù)）為:AfXoXi(4)聯(lián)立求解式（1）、（2）、（ 3）、（4）便得到閉環(huán)放大倍數(shù)的一般表達(dá)式。AAf = (5)1 AFA是在無(wú)反饋時(shí)，需考慮負(fù)載電阻 Rl和反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載作用時(shí)基本放大

3、器的放大倍數(shù)。從式（5）可知，加入負(fù)反饋后，放大器的放大倍數(shù)減小到開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)的（1+A F）稱為反饋深度。當(dāng) A f>>1,稱為深度負(fù)反饋，此時(shí)：A 1A f .二F1/ (1+ A F )倍。放大器的放大倍數(shù)只由反饋系數(shù)F決定，與晶體管的參數(shù)無(wú)關(guān)。2.負(fù)反饋的基本類型根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)在放大器輸出端的取樣信號(hào)是電壓還是電流，負(fù)反饋可分為電壓負(fù)反饋 和電流負(fù)反饋，根據(jù)反饋信號(hào)在放大器的輸入端與輸入信號(hào)是串聯(lián)還是并聯(lián)，負(fù)反饋又可分 為串聯(lián)負(fù)反饋和并聯(lián)負(fù)反饋。因此可組合成四種類型的負(fù)反饋，分別為：電壓串聯(lián)負(fù)反饋，電流串聯(lián)負(fù)反饋，電壓并聯(lián)負(fù)反饋與電流并聯(lián)負(fù)反饋。對(duì)于不同類型的負(fù)反饋，A、F和

4、Af具有不同的含義，分別為:開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)Udi,J- Uf電壓串聯(lián)負(fù)反饋：FFu =U n電壓反饋系數(shù)AufU o Ui閉環(huán)電壓放大倍數(shù)AgI o=一一Udi開(kāi)環(huán)互導(dǎo)放大倍數(shù)電流串聯(lián)負(fù)反饋:U fFrI o互阻反饋系數(shù)閉環(huán)互導(dǎo)放大倍數(shù)電壓并聯(lián)負(fù)反饋:電流并聯(lián)負(fù)反饋:UAr 二 一 I,FgArfA Aidi-Uo=Uo 一 IiIo1-I diF I fF i 二I oAifI oIi開(kāi)環(huán)互阻放大倍數(shù)互導(dǎo)反饋系數(shù)閉環(huán)互阻放大倍數(shù)開(kāi)環(huán)電流放大倍數(shù)電流反饋系數(shù)閉環(huán)電流放大倍數(shù)3.負(fù)反饋對(duì)放大器輸入電阻的影響負(fù)反饋對(duì)放大器輸入電阻的影響，取決于反饋信號(hào)在放大器的輸入端與凈輸入信號(hào)是 串聯(lián)還是并聯(lián)

5、，而與輸出端的取樣信號(hào)無(wú)關(guān)。（1）串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大圖2是串聯(lián)負(fù)反饋放大器的方框圖，按照輸入電阻的定義，由該圖可得：UiRif = -IiUdi U f Udi AFUdiIiIiU di _ _(1 - AF) =(1 . AF)RiIi(6)式（6）表明，加了串聯(lián)負(fù)反饋后，放大器的輸入電阻比未加反饋時(shí)增大了（ 倍，其中A、F的含義與反饋類型有關(guān)，若是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，則；1+ AF )Rif =(1 AuFu)Ri若是電流串聯(lián)負(fù)反饋，則:Rif=(1AgF”由于串聯(lián)負(fù)反饋放大器的輸入電阻比未 加反饋時(shí)增大了（ 1+AF，）倍，因此串聯(lián)負(fù) 反饋常常用在需要提高輸入電阻的電路中。（2）并聯(lián)

6、負(fù)反饋使輸入電阻減小圖2串聯(lián)負(fù)反饋放大器的方框圖圖3是并聯(lián)負(fù)反饋放大器的方框圖，其輸入電阻為:UiUiUiRiIdi If I di AFIdi (1 AF)/(1 - AF)所以，并聯(lián)負(fù)反饋放大器的輸入電阻比未加反饋時(shí)減小了 1/ (1+AF )倍。在需要低輸入電阻的的電路中，可以采用并聯(lián)負(fù)反饋。A、F的含義同樣與反饋類型 有關(guān)，若是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，則：圖3并聯(lián)負(fù)反饋放大器的方框圖RifRi(1ArFg)若是電流并聯(lián)負(fù)反饋，則:4.負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響負(fù)反饋對(duì)放大器輸出電阻的影響, 取決于對(duì)輸出信號(hào)的取樣是電流還是電壓，而與輸入端的反饋形式無(wú)直接關(guān)系。由于電壓負(fù)反饋是對(duì)輸出電壓取樣，因此，

7、這種反饋能使輸出電壓保持穩(wěn)定。也就是說(shuō)引入電壓負(fù)反饋RifRi圖4求電壓負(fù)反饋放大器輸出電阻的方框圖后，放大器的輸出電阻變小了。當(dāng)負(fù)載Rl發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓就能保持穩(wěn)定。而電流負(fù)反饋是對(duì)輸出電流取樣，這種負(fù)反饋 能使輸出電流保持穩(wěn)定。也就是說(shuō)引入電流負(fù)反饋后，放大器的輸出電阻變大了。當(dāng)負(fù)載 Rl發(fā)生變化時(shí)，輸出電流就能保持穩(wěn)定。(1)電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小求電壓負(fù)反饋放大器輸出電阻的方框圖如圖4所示。圖中Ao是不接負(fù)載Rl時(shí)基本放大器的放大倍數(shù)，A是接上負(fù)載Rl時(shí)基本放大器的放大倍數(shù)。圖中的放大器不接負(fù)載Rl,同時(shí)放大器的輸入端不加信號(hào)(Ui =。)。圖中的反饋網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)單純起反饋?zhàn)饔玫木W(wǎng)

8、絡(luò)，其負(fù)載作用已被提入到開(kāi)環(huán)放大器中。因此，這個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)只從放大器的輸出端獲得取樣信號(hào)。由于是電壓負(fù)反饋，因此，這個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)只是對(duì)放大器的輸出電壓取樣，而不取電流。當(dāng)輸出端外加電壓 U2后，若不加負(fù)反饋，則： U f =0 , Udi =-U f =。，AoU di =0。所以輸出電阻為：Ro =U2I 2引入負(fù)反饋后，在輸入回路中雖然外加輸入信號(hào)Ui =0 ,但有反饋電壓U f =FU'2加到輸入端，此時(shí)放大器的凈輸入信號(hào)Udi =刀；=-fu'2,與此相應(yīng)，在放大器的輸出回路中存在著與Udi對(duì)應(yīng)的等效電壓源 AoU di = -AoFU 2 ,此時(shí)輸出回路中的電流：,U2

9、-AoU di U2 A0FU2 U2(1A°F)I 2 =RoRoRo因此，電壓負(fù)反饋放大器的輸出電阻為:(8)c U2 RoRof =I2(1AoF)由（8）式可以看出，電壓負(fù)反饋使輸出電阻降低了（1 +A。F ）倍。其中A。、F的含義與反饋類型有關(guān)，若Rof是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，則:Ro(1 . Aou Fu)若是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，則:RofRoa(1 - Aor Fg )（2）電流負(fù)反饋使輸出電阻增大 求電流負(fù)反饋放大器輸出電阻的 方框圖如圖5所示。圖5求電流負(fù)反饋放大器輸出電阻的方框圖U2圖中As是負(fù)載Rl短路時(shí)基本放大器的放大彳§數(shù)，外加輸入信號(hào)Ii =0,基本放大器

10、的凈輸入信號(hào)Idi =-I； =-F'I2, U2是外加電壓源。基本放大器等效為一個(gè)等值內(nèi)阻（等于基本放大器的輸出電阻 Ro）和一個(gè)恒流源并聯(lián)。恒流源的電流值等于基本放大器的短路輸出電 流（等于基本放大器的輸入電流I'di和它的短路放大倍數(shù) As的乘積AsIdi）。由圖5可知，當(dāng)輸出端外加電壓 U2后，若不加負(fù)反饋，則: I f =0, Idi =T f =0 , As I di =°。此時(shí)，輸出電阻為：Ro=U2I 2引入負(fù)反饋后，在輸入回路中雖然外加輸入信號(hào)I i =0 ,但有反饋電流I f =F'I2加到輸入端，此時(shí)放大器的凈輸入信號(hào)Idi =；=_F&

11、#39;I2 ,與此相應(yīng)，在放大器的輸出回路中存在著與Idi對(duì)應(yīng)的等效電流源 AsIdi =-AsFl2,由于是電流負(fù)反饋，反饋網(wǎng)絡(luò)只從放大器的輸出端 獲取電流，而不取電壓。因此： (9)U2 = I2 -AsIdi Ro = I2 AsFI2 Ro =I2 1 AsF RoRof U =1 AsF RoI 2式（9）說(shuō)明，加了電流負(fù)反饋后， 放大器的輸出電阻比未加負(fù)反饋時(shí)增加了（1+ AsF）倍。As、F的含義同樣與反饋類型有關(guān)，若是電流串聯(lián)負(fù)反饋，則:Rof =1 AsgFr Ro若是電流并聯(lián)負(fù)反饋，則：Rof =1 AsiFi Ro5 .負(fù)反饋對(duì)放大器穩(wěn)定性的影響由于晶體管參數(shù)及電源電壓

12、等的變化，都會(huì)引起放大器的輸出電壓 （或電流）發(fā)生變化。引入負(fù)反饋后，如果輸出電壓（或電流）增大，則反饋信號(hào)也增大， 結(jié)果使凈輸入信號(hào)減小， 輸出也趨于減小，從而起到自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出的作用。考慮中頻區(qū)的情況，此時(shí)放大器的交流參數(shù)為實(shí)數(shù)。假定開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)變化了dA,由于負(fù)反饋放大器的放大倍數(shù)為：AfA(1 FA)dAF 1FA1dA 1 , FA (1 FA)2(1 FA)2因此Af的絕對(duì)變化量為:Af的相對(duì)變化量為:dAdAF -2(1 - FA)dAF1 dAAf1 FA A(10)(11)(12)由上式可見(jiàn)加入負(fù)反饋后,Af的相對(duì)變化量比 A的相對(duì)變化量減小了（ 1 + FA）倍。6 .負(fù)反饋

13、對(duì)放大器頻率響應(yīng)的影響加了負(fù)反饋后，對(duì)于同樣大小的輸入信號(hào)，在中頻區(qū)由于輸出信號(hào)較大，因而反饋信號(hào) 也較大，于是輸入信號(hào)被削弱得較多，從而使輸出信號(hào)降低較多，在高頻區(qū)和低頻區(qū)，由于 輸出信號(hào)較小，反饋信號(hào)也較小，輸入信號(hào)也被削弱得較少，輸出信號(hào)也降低較少。這樣一 來(lái)，在高、中、低三個(gè)頻區(qū)上的放大倍數(shù)就比較均勻，放大區(qū)的通頻帶也就被展寬了。對(duì)單 級(jí)負(fù)反饋放大器，其高頻特性為：fHF =(1 FA)fH低頻特性為：fLF =fA沒(méi)加負(fù)反饋前，放大器的加了負(fù)反饋后，將使放大器的上限頻率提高，下限頻率降低，結(jié)果使整個(gè)通頻帶得到展 寬。般放大器的 床>> 屈,所以通頻帶B可近似用上限頻率表示

14、,通頻帶為:B = A- TL & A加了負(fù)反饋后，放大器的通頻帶 Bf為:Bf 定(1+FA)B(13)7.輸入電阻與輸出電阻的測(cè)量(1)輸入電阻的測(cè)量(用換算法求) 本實(shí)驗(yàn)采用換算法測(cè)量，輸入電阻測(cè)量的框圖如圖6所示。在信號(hào)源與放大器之間串入一個(gè)已 知電阻R,用交流毫伏表分別測(cè)出 I Ui,因而輸入回路的電流Ii為：Us和圖6輸入電阻的測(cè)量框圖放大器的輸入電阻UiUs -UiRUii- RUs -Ui(2)輸出電阻的測(cè)量輸出電阻的測(cè)量框圖如圖7所示。在放大器的輸入端輸入正弦信號(hào)Ui,用毫伏表分別測(cè)量負(fù)載 Rl斷開(kāi)時(shí)的輸出 電壓U。和負(fù)載Rl接上時(shí)的輸出電壓 U°l。 由于

15、：Uol = U ° Rl圖7 輸出電阻的測(cè)量框圖RoRl所以放大器的輸出電阻為:(15)在以上測(cè)量時(shí)要注意：1）由于R兩端沒(méi)有接地點(diǎn)，而毫伏表測(cè)量的是交流電壓對(duì)地的有效值，所以當(dāng)測(cè)量R兩端的電壓Ur時(shí)，必須測(cè)量 R兩端對(duì)地的電壓 Us和5,同時(shí)，R的數(shù)量級(jí)應(yīng)與 R相同。2）測(cè)量之前，毫伏表應(yīng)先校零，Us和5最好用同一量程檔進(jìn)行測(cè)量。3）用示波器監(jiān)視輸出波形，要求在波形不失真的條件下進(jìn)行上述測(cè)量（測(cè)Ri時(shí)，要接上 Rl）。4）測(cè)量條件是：信號(hào)頻率小于1MHz;毫伏表的內(nèi)阻Riv必須滿足：Riv>>Ro和Riv>>Ri。四.實(shí)驗(yàn)儀器名 稱型號(hào)或規(guī)格數(shù) 量函數(shù)信號(hào)

16、發(fā)生器GFG-8016G1示波器日立V 2521低頻毫伏表DA 161萬(wàn)用表YX 960TR或其它型號(hào)1直流穩(wěn)壓電源JWD-21五.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法1 .測(cè)量電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器的性能參數(shù) （1）測(cè)量無(wú)反饋時(shí)放大器的電壓放大倍數(shù) 按圖8所示電路（圖中元件值分別取：R =1k, Rb1 = 180k, Rb2 = 56kAu、輸入阻抗Ri和輸出阻抗RoRc = 3.3k, Re = 1k , Rf = 100 ,RL=1k , Ci = C2 =30F, Ce=100F,+Ec= +12V,晶體管用3DG6）,將元 件安裝在實(shí)驗(yàn)板上，開(kāi)關(guān) Si接在1點(diǎn)， S2接通Rl,檢查無(wú)誤后，接通直流電 源，

17、用萬(wàn)用表的直流電壓檔測(cè)量Ue,則靜態(tài)工作電流為：G-IERe在放大器的輸入端接入低頻信號(hào)發(fā)圖8電流串聯(lián)負(fù)反饋實(shí)驗(yàn)電路圖生器和毫伏表，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率和輸出電壓，向放大器輸入f = 1kHz, Ui =10mV的信號(hào)電壓，用示波器觀察輸出電壓 u。的波形，在波形不失真的情況下，用毫伏表測(cè)出輸出 電壓的有效值U°l,算出開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù) Au。測(cè)量低頻信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓Us,根據(jù)（14）式，算出輸入電阻 R。斷開(kāi)S2,測(cè)出不接負(fù)載 Rl時(shí)的輸出電壓 Uo,按式（15）算出輸出電阻 Ro。將以上測(cè)量數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果填入表1中。（2）測(cè)量有電流串聯(lián)負(fù)反饋時(shí)放大器的電壓放大倍數(shù)Auf、

18、輸入電阻Rif和輸出電阻Rofo將圖8中的開(kāi)關(guān)S1接至2點(diǎn)后，按（1）的步驟測(cè)量有負(fù)反饋時(shí)的 A"、Rif和Rofo將測(cè)1中。基本 放大器UsUiUoUoLA uRiRo電流串聯(lián)負(fù) 反饋放大器UsUiUoUoLA ufRifRof量數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果填入表表1+Ec2.測(cè)量電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器的性能參數(shù)（1）測(cè)量無(wú)反饋時(shí)放大器的電壓放 大倍數(shù)Au、輸入阻抗Ri和輸出阻抗RoRbiRc按圖9所小電路（圖中：Rf =10k 其余元件的值與圖8電路相同），將元 件安裝在實(shí)驗(yàn)板上，開(kāi)關(guān) &斷開(kāi)，S2接 通Rl,檢查無(wú)誤后，接通直流電源。用萬(wàn)用表的直流電壓檔測(cè)量 Ue,則 靜態(tài)工作電流為：a-+ +U sU iC1Rb2CeFRlRfReC211f-03DG6 , Si . S2Uo, UeI C , » I E =Re圖9電壓并聯(lián)負(fù)反饋實(shí)驗(yàn)電路圖在放大器的輸入端接入低頻信號(hào)發(fā)生器和低頻毫伏表， 出電壓，向放大器輸入 了=1kHz , Ui = 10mV的信號(hào)電壓, 形，在波形不失真的情況下，用毫伏表測(cè)出輸出電壓的有效值 Au。調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率和輸用示波器觀察輸出電壓Uo的波UoL,算出開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)測(cè)量低