實驗六多級放大器的頻率補償和反饋

1、實驗六 多級放大器的頻率補償和反饋實驗目的1. 掌握多級放大器的設計，通過仿真了解集成運放放大器的內(nèi)部核心電路結(jié)構(gòu)2. 掌握多級放大器基本參數(shù)的定義，掌握基本的仿真方法3. 熟悉多級放大器頻率補償?shù)幕痉椒?. 掌握反饋對放大器的影響實驗內(nèi)容：1.多級放大器的基本結(jié)構(gòu)及直流工作點設計電路如下所示：圖一.基本的多級放大器實驗任務：1)若輸入信號的直流電壓為2V，通過仿真得到圖一中節(jié)點1，節(jié)點2和節(jié)點3的直流工作點電壓。2)若輸出級的PNP管值采用差分對管U3的一只管子，則放大器的輸出直流電壓為多少？結(jié)合仿真結(jié)果給出U3中采用兩只管子的原因。仿真結(jié)果如下：表一 兩種輸出下的直流工作點電壓節(jié)點1電壓

2、節(jié)點2電壓節(jié)點3電壓輸出為差分對管14.4295614.429588.38849輸出為單管14.4122214.429587.07073分析：由表一的數(shù)據(jù)可以看出當輸出的管子為差分對管時，節(jié)點1和節(jié)點2的電壓比較對稱。而當輸出只有一個管子時，節(jié)點1和節(jié)點2的電壓相差較大。而且采用差分對管時輸出電壓較大。而本題分析的是差分放大器的單端輸出，所以應采用差分對管，這樣可以穩(wěn)定直流工作點，得到相對準確的仿真結(jié)果。2.多級放大器的基本電參數(shù)仿真實驗任務：1） 差模增益及放大器帶寬將輸入信號V2和V3的直流電壓設置為2V，AC輸入幅度都設置為0.5V，相位相差180度，通過AC分析得到電路的低頻差模增益A

3、vd1，并提交輸出電壓V(3)的幅頻特性和相頻特性仿真結(jié)果圖，在幅頻特性曲線中標記出上限頻率fH，在相頻曲線中標記出。通過仿真得到Avd1=99.4103dB。fH=1.3460k,0dB處的相位為158.5380.仿真所得曲線如下所示：2） 共模增益將輸入信號V2和V3的直流電壓設置為2V，AC輸入幅度都設置為0.5V，相位相同，采用AC分析得到電路的低頻共模增益Avc，結(jié)合上題仿真結(jié)果得到電路的共模抑制比KCMR,，并提交幅頻特性仿真結(jié)果圖。通過仿真得到Avc=-6.6176dBKCMR=100084.08仿真所得曲線如下：3） 差模輸入阻抗用表達式Rid=V(5)I(V2)+V(6)I(

4、V3)得到差模輸入阻抗，提交Rid隨頻率變化曲線圖，并在圖上標記。仿真所得曲線如下圖所示輸入阻抗為：53.66k100HZ處的阻抗值：53.62k4） 輸出阻抗按如圖2所示，得到輸出阻抗Ro隨頻率的變化曲線，并標記出100Hz處的阻抗值。圖2 多級放大器輸出阻抗仿真電路仿真所得曲線如下圖所示：Ro=V(9)/I(V4)輸出阻抗為：32.78k100HZ處的阻抗值：32.68k思考：若放大器輸出電壓信號激勵后級放大器，根據(jù)仿真得到的結(jié)果，后級放大器的輸入阻抗至少為多少才能忽略負載的影響？若后級放大器輸入阻抗較低，采取什么措施可以提高放大器的驅(qū)動能力？后級放大器的輸入阻抗為326.8k時才能忽略負

5、載的影響。若后級放大器的輸入阻抗較低，可以給放大器的輸出端并聯(lián)一個小電阻來提高放大器的驅(qū)動能力。3.多級放大器的頻率補償 實驗任務1） 簡單電容補償產(chǎn)生第一個極點角頻率的節(jié)點一般是電路中阻抗最高的節(jié)點，本圖中為輸出端。因此補償電容接在輸出電壓與地之間。電路圖如下所示仿真得，最小C為3.5F。輸出電壓幅頻相頻特性如下。其上限頻率為1.9995HZ，增益為0dB時的相位為-133.5285度。2） 密勒補償圖3 多級放大器的密勒補償當輸出電壓為V(3)時，仿真所得幅頻曲線見下圖上限頻率為226.3803Hz。0dB相位為-134.7283度。得到的C1=114pF。當輸出電壓為V(9)時，仿真所得

6、幅頻曲線見下圖上限頻率為134.5960Hz。0dB相位為-133.5879度。得到的C1=207pF。4.反饋放大器圖4 電壓串聯(lián)負反饋放大器1） AC仿真得到輸出電壓V(3)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線，并在圖中標注上限頻率fH.上限頻率為2.1813M2） AC仿真得到電路輸出阻抗隨頻率變化曲線。解釋變化原因。仿真所得圖線如下所示100HZ時的電阻為:4.04歐沒有施加負反抗時所得圖線如下：在100HZ處的輸出阻抗為240.12歐從電阻仿真結(jié)果可以看出加了負反饋電阻的輸出阻值較小。該反饋類型為電壓并聯(lián)負反饋，所以加入負反饋電阻之后相當于在輸出端并了一個電阻，所以加了負反饋電阻后輸出電阻減小。3） 修改反饋電阻的值，重復1）中仿真，得到瞬態(tài)波形。仿真所得幅頻和相頻曲線如下仿真所得的瞬態(tài)波形如下：從波形可以看出其失真比較嚴重可能是因為分壓電阻減小，輸入電壓