晶體管負(fù)反饋放大器

實(shí)驗(yàn)二晶體管負(fù)反饋放大器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募由罾斫庳?fù)反饋對(duì)放大器性能的影響。學(xué)習(xí)對(duì)放大器的輸入、輸出電阻，增益及通頻帶的測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理在放大器中引入負(fù)反饋，不僅可以穩(wěn)定靜態(tài)工作，還可以改善放大器的多種重要性能。因此，在實(shí)際應(yīng)用的各類電子線路中，幾乎沒(méi)有不引進(jìn)這種或那種負(fù)反饋的。這就是我們有必要對(duì)負(fù)反饋有一個(gè)透徹了解的原因。（一）負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響當(dāng)我們分析放大器中的反饋時(shí)，主要應(yīng)把握住三個(gè)基本要素：（1）反饋信號(hào)的極性，如果反饋信號(hào)是使放大器增益降低的，就是負(fù)反饋。反之就是正反饋；（2）反饋信號(hào)與輸出信號(hào)的關(guān)系，如果反饋信號(hào)正比于輸出電壓，就是電壓反饋，若反饋信號(hào)正比于輸出電流，就是電流反饋；（3）反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系，如果反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入回路中是串聯(lián)的（凈輸入電壓等于輸入電壓與反饋電壓的代數(shù)和），就叫串聯(lián)反饋。如果反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入回路中是并聯(lián)的（凈輸入電流等于反饋電流與輸入電流的代數(shù)和）就叫并聯(lián)反饋。本實(shí)驗(yàn)將以電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路為例：來(lái)研究負(fù)反饋對(duì)電路性能的影響。負(fù)反饋將使放大器增益降低反饋放大器，因?yàn)榉答侂妷篣f是由輸出電壓Usc經(jīng)Rf和Re1分壓而得，故Uf正比于輸出電壓U。，在輸入回路中，Uf是與Us圖1是一個(gè)兩級(jí)阻容耦合反饋放大器。圖2是電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器的方塊圖。根據(jù)上述三要素，這是一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)圖1兩級(jí)阻容耦合負(fù)反饋放大器串聯(lián)后再加到T1的基極與發(fā)射極之間的，而且Uf又使凈輸入電壓U=U—Uf降低（也就是使放大器增益降低）所以這種反饋是電壓串聯(lián)負(fù)反饋。可用圖2所示的方塊圖來(lái)等效。圖2中F表示反饋網(wǎng)絡(luò)（在圖1中就是R1和Rf組成的分壓網(wǎng)絡(luò)）其傳輸系數(shù)F=Uf反饋放大器，因?yàn)榉答侂妷篣f是由輸出電壓Usc經(jīng)Rf和Re1分壓而得，故Uf正比于輸出電壓U。，在輸入回路中，Uf是與Us圖1兩級(jí)阻容耦合負(fù)反饋放大器K=Uo='=、fUU+U1+KF（1）'此式表明，在放大器中引進(jìn)負(fù)反饋后，其閉環(huán)增益Kf要比沒(méi)有負(fù)反饋（Uf=0）時(shí)的開環(huán)增益K0降低7（1+K°F）倍。D=1+K0F就稱為放大器的“反饋深度”，K0F是在整個(gè)放大電路的環(huán)路增益。UK0F=寸圖2電壓串聯(lián)負(fù)反饋方框圖圖2電壓串聯(lián)負(fù)反饋方框圖負(fù)反饋可提高放大器增益的穩(wěn)定性（1）式為反饋放大器的閉環(huán)放大倍數(shù)，Kf為開環(huán)放大倍數(shù)K0之間的關(guān)系式。當(dāng)電源電壓、環(huán)境溫度或元件參數(shù)變化時(shí)，會(huì)引起放大器的放大倍數(shù)發(fā)生改變，通常用放大倍數(shù)的相對(duì)變化量來(lái)評(píng)價(jià)放大器的穩(wěn)定性。d1dK=0d1dK=0df1+K。FK。(2)dK此式表明，在引進(jìn)負(fù)反饋后，放大器閉環(huán)增益的相對(duì)變化量=比開環(huán)增益的相Kf對(duì)變化量h減小了（1+K0F）倍，即閉環(huán)增益的穩(wěn)定性提高了（1+K0F）倍。K000負(fù)反饋可擴(kuò)展放大器的通頻帶，改善頻率響應(yīng)阻容耦合放大器的放大倍數(shù)將隨頻率而變，高、頻段的放大倍數(shù)均會(huì)降低，如前所述，放大器接入負(fù)反饋可提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。由于頻率不同所引起的放大倍數(shù)的變化現(xiàn)象顯然也會(huì)減輕，即可使頻帶變寬，改善了頻率響應(yīng)。對(duì)于單級(jí)阻容耦合放大器，在引進(jìn)負(fù)反饋以后，放大器閉環(huán)時(shí)的高、低半功率點(diǎn)分別為:f=（1+、F）fH（3）(4)ff、(4)df（1+KF）0

式中：f、fd表示放大器開環(huán)時(shí)的高、低半功率點(diǎn)。由此可見(jiàn)，在引進(jìn)負(fù)反饋后，低半功率點(diǎn)fdf向下擴(kuò)展了（1+K0F）倍，高半功率點(diǎn)ff向上擴(kuò)展了（1+K0F）倍。但是中頻段的閉環(huán)放大倍數(shù)Kf也降低了（1+K0F）倍，不過(guò)對(duì)多級(jí)放大器（3）、（4）式不一定成立，但是隨著負(fù)反饋的增加，通頻帶要擴(kuò)展的結(jié)論仍然是正確的。負(fù)反饋對(duì)輸入、輸出電阻的影響負(fù)反饋對(duì)放大器輸入、輸出電阻的影響比較復(fù)雜。不同的反饋方式對(duì)電阻的影響也不一樣，一般而言，凡是并聯(lián)負(fù)反饋，由于Uf與U是并聯(lián)的，使輸入電流加大，故放大器等效輸入電阻減小。凡是串聯(lián)負(fù)反饋，因Uf與U是串聯(lián)的，它使輸入電流減小，故放大器的等效輸入電阻增加。凡是電壓負(fù)反饋，因Uf正比于輸出電壓U，使輸出電壓U穩(wěn)定，接近于電壓源，故使放大器等效輸出電阻降低。凡是電流負(fù)反饋，因Uf正比于輸出電流，能使輸出曲流穩(wěn)定，接近電流源，故使放大器輸出電阻升高。對(duì)于圖1所示電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器，其R.f和Rf可以用圖2所示的方塊圖中求出:Rf=（1+%F）R1°對(duì)于圖1所示電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器，其R.f和Rf可以用圖2所示的方塊圖中求出:Rf=（1+%F）R1°（5）_R一(1+KF)0（6）Ro是放大器開環(huán)時(shí)的輸入、輸出電阻。可見(jiàn)引進(jìn)負(fù)反饋后，輸入電阻提高了（1+K0F）倍，輸出電阻降低了（1+式中：R.、K0F）倍:5.負(fù)反饋可減小輸出信號(hào)的非線性失真由于晶體管的非線性存在，放大器輸出波形也會(huì)產(chǎn)生畸變，即出現(xiàn)輸入信號(hào)中所沒(méi)有的諧波成分，利用負(fù)反饋，將輸出信號(hào)再引回至輸入端，可在一定程度上減小輸出波形的畸變。可以用圖3所示的兩級(jí)電壓串聯(lián)負(fù)反饋的方塊圖來(lái)說(shuō)明。設(shè)：U在經(jīng)過(guò)第一級(jí)放大K01后，產(chǎn)生了非線性失真，即產(chǎn)生了高次諧波Ut，此諧波電壓Ut經(jīng)第二級(jí)放大k02后，也會(huì)和基波電壓U一樣通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)F回送到輸入端，由圖可以寫出：U°=〔（U.-FU）常+U}k。2U=——^-e——U+—^-°2—U

o1+KF.1+KFt(7)sr++UKUKUO1O2oUFf圖3兩級(jí)電壓負(fù)反饋方塊圖OO式中：K0=K01?K02，此式表明，負(fù)反饋使輸出信號(hào)中的U.和Ut都減小了（1+K0F）倍，但是如果加大U.，使U恢復(fù)到開環(huán)時(shí)的輸出幅度，則開環(huán)后U中的基波U.將增加（1+K0F）倍，這樣U中的Ut就相對(duì)減小了，即輸出信號(hào)的非線性失真減小了。不過(guò)必須記住，只有當(dāng)放大器在閉環(huán)和開環(huán)時(shí)的輸出幅度相同的條0件下，負(fù)反饋才能改善輸出波形的非線性失真，而且負(fù)反饋并不能加大放大器的擺幅。綜合上述，在放大器中引進(jìn)負(fù)反饋后不僅可以提高放大器增益的穩(wěn)定性，而且還可以擴(kuò)展放大器的通頻帶，改善頻率特性，減小輸出信號(hào)的非線性失真，提高或降低放大器的輸入、輸出電阻，但是這一切都是用降低放大器的增益換來(lái)的，沒(méi)有增益的損失，就沒(méi)有上述的一切，如果我們只追求某一方面的需求而無(wú)限制地加深負(fù)反饋，不僅使放大器失去應(yīng)有的放大能力，還可能使放大器產(chǎn)生相位失真，產(chǎn)生自激振蕩根本無(wú)法正常工作。（二）放大器的測(cè)試放大器輸入電阻的測(cè)量按定義：輸入電阻R.增益的損失，就沒(méi)有上述的一切，如果我們只追求某一方面的需求而無(wú)限制地加深負(fù)反饋，不僅使放大器失去應(yīng)有的放大能力，還可能使放大器產(chǎn)生相位失真，產(chǎn)生自激振蕩根本無(wú)法正常工作。（二）放大器的測(cè)試放大器輸入電阻的測(cè)量按定義：輸入電阻R.=U./I.，因此最簡(jiǎn)單的測(cè)試方法是“串聯(lián)電阻法”如圖4所示。在信號(hào)源與放大器之間串入一個(gè)已知電阻R，只要分別測(cè)出UR和U.就可求出：r=Un=UriIURU但是要直接甫交流毫伏^h或示波器測(cè)量UR是困難的，因R兩端都不接地，因此，測(cè)量?jī)x器與信號(hào)源和放大器沒(méi)有公共地線，干擾太大，不能準(zhǔn)確測(cè)試。為此，通常是直接測(cè)出Us和U.后，計(jì)算出輸入電阻。R=UiRiU-Us測(cè)量時(shí)，U不應(yīng)取得過(guò)大，否則將使晶體管工作在非線性狀態(tài)，從而使R.的測(cè)量誤差增加，因此最好用示波器監(jiān)視放大器的輸出波形，在不失真的情況下測(cè)試。放大器輸出電阻的測(cè)量廣叩信』__L-1:放R1ri號(hào)UUE大源sI11TO1器■.7(8)(9)圖4放大器輸入電阻的測(cè)試RsUs圖5放大器輸出電阻的測(cè)試放大器輸出端可以等效成一個(gè)理想電壓源與輸出電阻R相串聯(lián)，如圖5所示，輸出電阻的大小反映了放大器帶負(fù)載的能力，因此，也可以通過(guò)測(cè)量放大器接入負(fù)載前后的電壓變化來(lái)求出輸出電阻R，o為此，在放大器輸入端加入一固定電壓，先不接入負(fù)載電阻RL測(cè)出放大器的輸出電壓（開路電壓）UL'。顯然此時(shí)UJ=U，然后接入負(fù)載電阻rl，再測(cè)出輸出電壓ul〃，從而可算出輸出電阻：o

U，-U〃U，-U〃》lRL[U[u〃(10)R.——LLLoIU〃Ko0.707Ko0[U[u〃(10)R.——LLLoIU〃Ko0.707Ko0fdfgf圖6放大器的幅頻特性曲線(11)1—?111Rc1rtR…>—?—Rc2rL2K2KE1+12VC322p【C22.5mAAK2-In12aT2

9013Rb2210KR

10KT19013C122口C222pK1在測(cè)試時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)rl過(guò)大或過(guò)小都將加大測(cè)試誤差，應(yīng)取Rl^R為宜，也可用電位器R來(lái)代替RL，調(diào)整電位器R使UL〃=1/2UL，則R=R,而R之值可直接萬(wàn)用表電阻檔測(cè)出；(2)最好用示波器監(jiān)視輸出波形/要在日：接入前后輸出波形都不失真的條件下測(cè)試；(3)測(cè)試過(guò)程中，必須保持輸入信號(hào)固定不變。放大器增益的測(cè)試測(cè)試多級(jí)放大器的增益與單級(jí)放大器一樣，只要測(cè)出輸入與輸出信號(hào)之大小，即可求出放大器的增益。叱U叱U—o^或—oP-PiiP-P測(cè)試時(shí)應(yīng)注意到，多級(jí)放大器的增益一般都比較高，為了保證放大器輸出波形不產(chǎn)生非線性失真，其輸入信號(hào)一般都調(diào)在毫伏級(jí)或微伏級(jí)。如果信號(hào)源沒(méi)有準(zhǔn)確的輸出電壓指示和衰減器，則輸入信號(hào)的測(cè)試就必須有靈敏度較高的毫伏表或微伏表。本實(shí)驗(yàn)我們用示波器監(jiān)視輸出波形，用音頻綜合測(cè)試儀作信號(hào)發(fā)生器與毫伏表測(cè)量U.及U。頻率響應(yīng)曲線的測(cè)試1°圖6是某放大器的幅頻特性曲線，從圖中可以看出，要測(cè)放大器的幅頻曲，只要測(cè)試不同信號(hào)頻率時(shí)的增益。幅頻曲線的坐標(biāo)一般都用相對(duì)變化量K(f)來(lái)標(biāo)度，但如果信號(hào)K源的幅'頻特性很好(即在所有測(cè)量頻率上，其輸出幅度都能保持不變)，則就沒(méi)有必要每改變一個(gè)頻率都要測(cè)出其增益，而只要測(cè)出其時(shí)應(yīng)的輸出幅度即可，從而可大大減少計(jì)算量。此時(shí)可用曲線串代替K(f)曲線。注意：以上均在放大器輸出信號(hào)不失真的情況下測(cè)試。否則將引起較大的測(cè)試誤差。實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)電路見(jiàn)圖7。這是一個(gè)兩級(jí)阻容耦合放大器。元件參數(shù)如圖所注。說(shuō)明：開關(guān)K1控制電阻R是否接入電路。測(cè)試放大器輸入阻抗時(shí)用。開關(guān)K2控制Rl是否接入電路，測(cè)試放大器輸出阻抗時(shí)用，開關(guān)K3是控制負(fù)反饋是否接入電路用的，拔向“1”時(shí)，構(gòu)成兩級(jí)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器，拔向“2”時(shí)，為無(wú)反饋的基本放大器。實(shí)際上，第一級(jí)本身還存在電流負(fù)反饋，但可將它的作用計(jì)入在無(wú)反饋的基本放大器內(nèi)。當(dāng)構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋時(shí)，K4可設(shè)變放大器的“反饋深度”。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟熟悉儀器的使用，操作規(guī)程和注意事項(xiàng)，特別是毫伏表的使用應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：在使用毫伏表時(shí)，應(yīng)先選擇在較大量程，然后根據(jù)被測(cè)信號(hào)的大小逐步減小量程達(dá)到所需量。在使用毫伏表過(guò)程中，不要用手碰到毫伏表輸入端的金屬部分，以免很強(qiáng)的人體感應(yīng)電壓注入毫伏表，使指針打向滿度而損壞。特別是毫伏表處在小量程時(shí)更要注意。毫伏表輸入端的兩根引線，有使用時(shí)應(yīng)先接地線。在進(jìn)行測(cè)量之前，應(yīng)先把毫伏表輸入端的二根引線短路，然后調(diào)節(jié)“零點(diǎn)調(diào)節(jié)”旋鈕，使毫伏表在各量程上表頭指針都指零(自動(dòng)調(diào)零表可免除這個(gè)步驟)，然后才能將二根引線分開，連接到被測(cè)線路上，應(yīng)先連接“地線”再連接“信號(hào)輸入律”。RkU.11口K32Re1'RkU.11口K32Re1'100Rfi30K17o2圖7兩級(jí)阻容耦合放大器實(shí)驗(yàn)電路圖調(diào)整各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)合上K1,斷開K2。K3拔至“2”，K4撥至“1”，使放大器處在無(wú)反饋情況，在放大器輸入端加入較小的f=1KHz的U4.測(cè)量無(wú)反饋時(shí)中頻段的K、4.測(cè)量無(wú)反饋時(shí)中頻段的K、R、R.oo1（1）斷開K1和K2，將K3拔至“2”，K4拔至“1”，在放大器輸入端加入較小的f=1KHz的U信號(hào)電壓，用示波器在so，在無(wú)反饋測(cè)量基礎(chǔ)上，斷開K2,o，在無(wú)反饋測(cè)量基礎(chǔ)上，斷開K2,將K3拔至“1”，（這時(shí)可看到示波器上的輸出波形的幅度有了改變，為什么？）逐漸A端監(jiān)視放大器輸出電壓波形，逐漸加大輸入信號(hào)，使示波器上的輸出電壓波形較大且又不失真，然后用毫伏表分別測(cè)出U加大輸入信號(hào)，使示波器上的輸出電壓波形仍然較大而且不失真，然后用毫伏表分別測(cè)出有反饋時(shí)的uof（ul;）、usf、uif，再合上K2，用毫伏表測(cè)出ULf〃。同樣，，根據(jù)（9）、（10）、（11）可計(jì)算出有負(fù)反饋時(shí)的Kof、Rof、R1f。。，S1UUfU，LfU〃LfR=—RifU-UsiR=of"J:UJRlooinK=UofU12拔動(dòng)K4測(cè)出不同Rf時(shí)負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響。測(cè)量無(wú)反饋時(shí)的頻率響應(yīng)合上K1，斷開K2，將K3拔至“2”，K4拔至“1”，放大器輸入端加f=1KHz的信號(hào)，用示波器在A端監(jiān)視放大器輸出電壓波形，逐漸加大輸入信號(hào)，使示波器上的輸出波形較大而且不失真，確定后，用毫伏表在A端測(cè)量其值，此時(shí)的U為無(wú)反饋時(shí)中頻段的輸出電壓。為了便于觀察，此時(shí)的U一般可調(diào)在毫伏表某檔刻度的“10”上，即指針滿幅（此時(shí)示波形上的波形不應(yīng)失真）。然后改變輸入信號(hào)的頻率（注意：不是改變輸入信號(hào)的幅度）。頻率向高端改變和向低端改變都會(huì)使輸出合上K1，斷開K2，將K3拔至“1”，K4拔至“1”，在放大器輸入端加入f=1KHz信號(hào)，使放大器輸出Uf在毫伏表某一檔刻度的“10”上即指針在滿幅位置，這時(shí)示波器上的輸出波形不應(yīng)失真，然后改變輸入信號(hào)的頻率，分別測(cè)出各頻率點(diǎn)所合上K1，斷開K2，將K3拔至“1”，K4拔至“1”，在