阻容耦合级间负反馈放大.docx
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阻容耦合级间负反馈放大
两级阻容耦合级间电压串联负反馈放大电路设计
1.概述
放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端,成为阻容耦合方式。
由于电容对滞留的阻抗为无穷大,因而阻容耦合放大电路各极之间的直流通路各不相痛,各级的静态工作点相互独立,求解或实际调试Q点时可以按单级处理,所以电路的分析,实际和调试简单易行,而且,只要输入信号频率较高,耦合电容容量较大,前级的输出信号就可以几乎没有衰减地传递到后级的输入端,因此,在分立元件电路中阻容耦合方式的到非常广泛的应用。
其优点是由于电容的隔直作用,各级放大器的静态工作点相互独立,独立估算;电路的分析、设计和调试方便;电容对交流信号几乎不衰减;缺点是低频特性变差;大电容不易集成。
同时,负反馈在电子线路中有着非常广泛的应用,采用负反馈是以降低放大倍数为代价的,目的是为了改善放大电路的工作性能,如稳定放大倍数、改变输入和输出电阻、减少非线性失真、扩展通频带等,所以在实用放大器中几乎都引入负反馈。
2.两级阻容耦合及负反馈放大电路系统设计
2.1原理分析
阻容耦合放大器是多级放大器中最常见的一种,其电路如图1所示。
图1阻容耦合整体原理图
图1是一个曲型的两级阻容耦合放大电路,有两个共射放大电路组成。
由于耦合电容
、
、C5的隔直流作用,各级之间的直流工作状态是完全独立的,因此可分别单独调整。
但是,对于交流信号,各级之间有着密切的联系,前级的输出电压就是后级的输入信号,因此两级放大器的总电压放大倍数等于各级放大倍数的乘积
,同时后级的输入阻抗也就是前级的负载。
为了减少电路损耗,第一级的静态工作点应选择的低一些,这样IC1电流的适当减小,就可以减少电路损耗。
第二级的静态工作点选择的高一些,放大电路的的非线性失真将得到改善。
为了改善放大器性能,电路中引入了两级交流电压串联负反馈(Rf)。
这样,电路即可以稳定输出电压又可以提高输入电阻。
2.2两级放大器静态分析
多级放大电路各级的静态值也是利用其直流通路来求解。
对于直接耦合放大电路而言,应写出直流通路中各个回路的方程,然后求解。
而对于阻容耦合放大电路,因其各级之间的直流通路各不相通,各级的静态工作点相互独立,求解静态值时可按单级处理
因耦合有隔直作用,故各级静态工作点相互独立,只要按照单管基本放大器的分析方法,逐级计算即可。
静态工作点表达式:
第一级:
第二级:
2.3两级放大电路的动态分析
2.3.1中频电压放大倍数的计算.
多级放大电路的电压放大倍数等于各级放大倍数的乘积。
电压放大倍数
单级共射基本放大器的电压增益为:
Au=
特别提示:
后级的输入电阻是前级的负载,前级的输出电阻是后级的信号源内阻.
2.3.2输入电阻的计算
放大电路一定要有前级(信号源)为其提供信号,那么就要从信号源取电流。
输入电阻是衡量放大电路从其前级获取电流大小的参数。
输入电阻越大,从其前级取得的电流越小,对前级的影响越小。
放大器的输入电阻
是向放大器输入端看进去的等效电阻,定义为输入电压
和输入电流
之比,如图2所示,即:
。
图2输入电压
2.3.3输出电阻Ro
放大器输出电阻
是将输入电压源短路时,从输出端向放大器看进去的等效电阻.放大电路对其负载而言,相当于信号源,我们可以将它等效为戴维南等效电路,这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。
图3输出电阻
2.3.4两级放大的电路的频率响应
此法用于精度要求不高从简从快得情况。
首先测出中频电压增益
,然后增大或降低频率,将增益下降到中频增益的0.707倍(按分贝算即下降3db),测出此时所对应的上下限频率,
与
之差就称为放大电路的通频带。
即:
幅频特性。
阻容耦合放大器中因有电抗元件存在,放大倍数随信号频率而变,高、低频段的放大倍数均会降低。
已知两级放大器总的电压放大倍数是各级放大倍数的乘积,则其对数幅频特性之和,即
20lg︱Au︱=20lg︱AU1︱+20lg︱Au2︱
相频特性。
放大电路相位移之和。
若两级放大器中各级的下限截止频率分别为fL1,fL2,上线截止频率分别为fH1,fH1,则两级放大器与单级放大器的频率响应存在如下近似关系:
fL=1.1
2.4负反馈对放大器性能的影响
2.4.1在两级阻容耦合放大器电路的基础上,加接一个反馈电阻
,如图3所示,构成电压串联负反馈电路。
图3电压串联负反馈电路
负反馈电路的基本形式;(a)电压串联负反馈;(b)电压并联负反馈;(c)电流串联负反馈;(d)电流并联负反馈。
在分析放大器中的反馈时,主要应抓住三个基本要素:
第一、反馈信号的极性。
如果反馈信号是与输入信号反相的就是负反馈,反之则是正反馈。
第二、反馈信号与输出信号的关系。
如果反馈信号正比于输出电压,就是电压反馈;若反馈信号正比于输出电流,就是电流反馈。
第三、反馈信号与输入信号的关系。
从反馈电路的输入端看,反馈信号(电压或电流)与输入信号并联接入称为并联反馈;串联接入成为串联反馈。
负反馈能有效地改善放大器的性能,主要体现在输入电阻、输出电阻、频带宽度、非线性失真、稳定性等方面。
但是放大器性能的改善是以降低其增益为代价的,因而在应用负反馈电路时,必须考虑电路性能改善的同时会引起电路增益的减小。
2.4.1负反馈放大电路增益的一般表达式:
深度负反馈的实质
当Ao很大时,∣1+AoF∣>>1:
当∣1+AoF∣<1:
Af>A引入正反馈
当∣1+AoF∣<1:
Af>A引入正反馈
FU=
负反馈式放大电路放大的倍数降低,当Ao很大时,负反馈放大器的闭环放大倍数与晶体管无关,只与反馈网络有关。
即负反馈可以稳定放大倍数。
2.4.2负反馈改变放大器的输入电阻
及输出电阻
。
负反馈对放大器输入阻抗和输出阻抗的影响比较复杂。
不同反馈形式,对阻抗的影响不同,一般来说,并联负反馈能降低输入阻抗,而串联负反馈则能提高输入阻抗;电压负反馈使输出阻抗降低,电流负反馈使输出阻抗升高。
输入电阻:
串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻,故输入电阻增加。
输出电阻:
并联负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路,故输入电阻减小。
2.4.3负反馈使频带展宽
引入负反馈使电路的通频带宽度增加(图4所示):
图4
2.4.4减小非线性失真(图5所示)
图5
3.电路仿真
3.1测量电压放大倍数
3.1.1未引入负反馈的放大倍数(图6所示)
图6未引入负反馈的放大电路
3.1.2引入负反馈后的放大倍数(图7所示)
图7引入负反馈后的放大电路
可见电压串联负反馈的引入,使得电压放大倍数明显减少,两者相差约12.6倍。
3.2测量输入电阻
3.2.1未引入负反馈的输入电阻(图8所示)
图8无负反馈的输入电阻测量电路
3.2.2引入负反馈后的输入电阻(图9所示)
图9有负反馈的输入电阻测量电路
可见,电压串联负反馈的引入,使得输入电阻增大。
3.3输出电阻测量
3.3.1未引入负反馈的输出电阻测量(图10所示)
图10无负反馈的输出电阻测量电路
3.3.2引入负反馈后的输出电阻测量(图11所示)
图11负反馈后的输出电阻电路
可见,电压串联负反馈的引入,使得输出电阻增小。
4.总结
在做实验前,一定要将课本上的知识吃透,因为这是做实验的基础,否则,在老师讲解时就会听不懂,这将使你在做实验时的难度加大,浪费做实验的宝贵时间.做实验时,一定要亲力亲为,务必要将每个步骤,每个细节弄清楚,弄明白,实验后,还要复习,思考,这样,你的印象才深刻,记得才牢固,否则,过后不久你就会忘得一干二净,这还不如不做.老师将一些课本上没有的知识教给我们,拓宽我们的眼界,使我们认识到这门课程在生活中的应用是那么的广泛.
通过这次测试技术的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅.
在实验的过程中我们要培养自己的独立分析问题,和解决问题的能力。
培养这种能力的前题是你对每次实验的态度。
如果你在实验这方面很随便,抱着等老师教你怎么做,拿同学的报告去抄,尽管你的成绩会很高,但对将来工作是不利的。
比如在做回转机构实验中,经老师检查,我们的时域图波形不太合要求,我首先是改变振动的加速度,发现不行,再改变采样频率及采样点数,发现有所改善,然后不断提高逼近,最后解决问题,兴奋异常。
在写实验报告,对于思考题,有很多不懂,于是去问老师,老师的启发了我,其实答案早就摆在报告中的公式,电路图中,自己要学会思考。
5.参考文献:
1.邓友娥电子电工技术实验济南大学出版社2010.2
2.杨霓清高频电子线路实验及综合设计机械工业出版社2009.4
3.童师白模拟电子技术基础高等教育出版社2006.5
4.杨志忠电子技术课程设计机械工业出版社2008.6
5.曾兴雯高频电路原理与分析西安电子科技大学出版社2006.8
6.沈元隆电路分析基础人民邮电出版社2008.2
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