由分立元件构成的负反馈放大电路实验报告

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1、由分立元件构成的负反馈放大电路实验报告一、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. 熟悉两级放人电路的设计和调试方法；3. 理解负反馈对放人电路性能的影响。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人电路。 结型场效应管的型号是2N5486,晶体管的型号是9011o三、实验内容1基本要求：利用两级放人电路构成电压并联负反馈放大电路。1）放人电路的静态电流Zdq和Zcq均约为2mA；结型场效应管的管压降Ugdq -4V,晶 体管的管压降Uceq = 23V：2）开坏时，两级放人电路的输入电阻约为100RQ,以反馈电阻作为负载时的电压放人 倍

2、数的数值$ 100：3）闭环电压放人倍数为=UO/US -10o2.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人电路； 第二级为NPN型晶体管组成的共射放大电路。输入正弦信号/，幅度为1 OOmV,频率为10kHz,测量并记录闭坏电压放人倍数=UO/U5 输入电阻Rf和输出电阻Rf。VDD四、理论计算1、参数设定第一级放大电路:题目中给了三个条件，我们一一对其进行分析，由此获得R,R,的值。首先我们近似将栅极电流忽略，于是我们有Ud2VUG =Rfc*12UGD =-rX*12-4llllltffilll2g3 o o o o o o o

3、 o o o o o o o o o o o o o o o o o o 又由 Idq=I(1 右乩尸以及IgPmA，UGS(off)=-3-8V, 1吹3.8mAU GS(off)可以得到Ugs=235V=Rgi+Rg2H2-2 水R。o而R = Rg3+Rgi/Rg2而且考虑要让栅极电流近似为零，所以取R厂9iokQ我们取Rgi50kQ，RJSOkQ,再根据上面的式可以计算出R广4176.7Q但是我们考虑到面包板的实际情况，我们取RglOOkQ , RJSOkQ, 样地计算出 R广4.7kQ o第二级放大电路：Icq=2 mA 时利用以下三个公式j _Vbb -VbeqBQRb+(1+P)

4、Re可求得Rbi=39.5kQ ,又考虑到实际面包板的搭接，所以我们选择Rbi= 39kQ2、静态工作点理论值设定参数RJOOkQ, 2 = lSOkCl , R=47kQ, RlOkQ , Rb2=39kQ项目Idq (mA)%sq(V)5（V）Us (V)Ugdq (V)第一级放人电路理论值2mA2.2V7.2V9.4V4.8V项目Icq mA)Uqeq ( V)第二级放犬电路理论值2.032.2563动态参数理论值A.开环动态参数计算过程：由场效应管的输出特性曲线和转移特性曲线我们有UGS(off)=-3.8V, 1珈“3.81皿，又rbb = 5Q则我们有：22 I乳= 8x2 = 2

5、.77111S UGS(off)z 、UT26rbe = rbb. +(l+p) = 5+ 183 x = 2.38kO【eq2故山以上参数及交流模型可得第一级电路的输入电阻为为Rn = Rf II(Rg3 +(Rgi II Rg2) = 90.65 kft第一级电路的输出电阻为Roi = Rs = 4.7kO第二级电路的输入电阻为Ri2 = Rbl II Rb2 II rbe = 1.95kft第二级输出电阻R02 = Rc = 3.6kOUi 亦 x (Ri II 跟)2.77 x (4.7 | 1.95)U1 = _uT= grn X (Roi II Ri2)+ 1 = 2.77 x (

6、4.77 | 1.95) + 1Aul X P (R02 II Rf)-0.79 X 183 X (3.6 | 100)Z38总输入电阻为Ri = Ri! = 90.65 kfl总输出电阻为Ro = Rc = 36kO 综上可有下列表格开环动态参数的理论值项目Au丄Au& (kQ )Ro (kQ )结果0.79-211.190.653.6B、闭环动态参数计算过程:取R=10kQ 因为第一级的栅极电流在闭环时候电流几乎为0,所以Rf 100Ausf =- = -=-剩下的参数山于交流模型太过于复杂（无法视作深度负反馈）所以我们采用仿真值闭环环动态参数的实验结果项目Ausf心(Q )ROf（Q）结

7、果-10574.6237.9C.提高要求放大电路动态参数我们将其视为深度负反馈则我们可以有:R2R2 + Rf=0.091Io x Rc _ RcI： x R F x R13.2Ri u 兔=910 kQRif =Rj1+AF_Rj x Afa 3100Rq Q Rc = 3.6k(l所以闭环电圧放大电路动态参数仿真项目AusfRof结果13. 2310Q36kQ五、数据整理比较及分析（-）静态工作点 第一级：项目/dqUgsqUaUsUgdq理论值2mA2.2V7.2 V9.4V4.8 V仿真结果2.02mA-2.31V7.2 V9.51V-4.8 V实验结果2.025mA-2.34V7.2

8、2V9.52 V-4.48 V实验仿真 偏差0.25%1.28%0.28%0.11%7.14%分析：从偏差大小来看，静态工作点与仿真值的偏差是较小的，都在1.5%下，这在 误差允许范围内可以视为相同，而&DQ的偏差较大主要是由于1、万用表的本身电阻较 小，在测量时会出现较大的误差2、这里由于前面的/DQ就出现了偏差，因而这里&DQ 还要通过R,的放大，因而偏差较大。第二级:项目IcqUceq理论值2. 03mA2.256V仿真结果2.03mA2.26V实验结果1.98mA2.63V实验仿真偏差2.5%14.1%分析：这里我们在理论计算以及仿真中所用到的P值都是用上一次实验的卩值，而从理 论计算

9、中可以看出这里P值对于整个结果的影响是较大的，因而Icq的偏差主要是来自 于实际操作时品体管的P值与我们理论讣算和仿真的卩值的差异，而Uceq误差如此之 大是因为ICQ的误差经过艮和&的放大了这一误差。（二）动态参数1、开环电路项目AulAuRiRo理论值0.79-211.190.65 kQ3.6 kQ仿真结果0.79-173.4491.54kQB.lOkQ实验结果0.81-16389.7kQ36750实验仿真偏差2.4%6.4%2.1%15.6%分析：1、这里从表格中可以看出放大倍数以及输入电阻上实验与仿真结果是接近的,上要的误差来自于测量时111于我们是读取示波器的时候的读数误差。2.从表

10、中我们可 以看到输出电阻的误差是比较大的，但是输出电阻和理论值的误差却比较小，这里一部 分误差来自于实验中的读书误差，另一部分则来自于我们在理论分析中建立的品体管模 型和实验中的比较相似但是和仿真中的模型是有一定相差的，而R2 = Rc = 3.6kQ的成 立与否是与模型有关的，因此这里造成了误差。2、闭环电路项目AuRot理论值-10574.60237.90仿真结果-938574.60237.90实验结果9667Q241.70实验仿真偏差3.1%13.8%1.6%分析：1、放大倍数和输出电阻的误差较小，这里主要误差还是来自于示波器的读数误 差2、输入电阻的误差较大，一部分误差来自于测量方法的

11、偏差，一部分来自于读数和 元件误差，而另一部分来自于对于场效应管的实际模型和仿真模型的差异造成的。三）提高要求AusfRrfRof理论估算13.23103600仿真结果10.166314.03Q3.16kQ实验数据10.20420Q4.10kQ实验仿真偏差03%25.2%22.9%分析：放大倍数实验和仿真值相差较小，但是和理论值相差较大，同时实验中的输入电 阻和输出电阻和仿真和理论值相差较大，这说明不仅仅是读书误差，同时我们在实际实 验中的模型和理论以及仿真模型有些出入，这样会造成较大的误差。同时实验中受到各 种因素的影响较大。六. 实验总结1、实验中引入负反馈后会对电路的放大倍数和输入输出电

12、阻造成较大的影响，下面这 张表格可以看出项目AusfRrfRof开环电路-16389.7kQ36750闭环电路-9.16670241.702、从静态工作点的偏差和动态参数的偏差中我们可以看出我们理论计算或者仿真中所 用的交流模型和实际模型有差别，这就造成动态参数的偏差普遍较大。七-思考题图2两级放大电路卩2、已知实验室配备的万用表内阻约为1MQ,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：首先在用万用表测量电压的时候必须保证所测量的电路电阻要远小于万用表内 阻，否则万用表的分流将会对测量值造成很大的影响，而这里若直接测量栅极电位

13、，因 为栅极电阻是MQ级，因此会造成很大的误差，而A点电势与栅极电势近似相等，同时 被测电阻近似为为lOOkO,所以此时测量值较为精确。3. 在图2所示共漏放大电路的设计中，分压电阻&丄和应该如何合理取值？取 几kn、几十ko、几百kQ还是几MQ?答：&丄和&2的作用是稳定Q点，也即要保证栅极电位变动较小，因此支路电流 尽量小，所以和&2阻值要小于&3的数量级，但是同时为了输入电阻较大，&丄和 &2阻值不能太小，因此实验中取百kO数量级较为合适。4. 在图2所示的两级放大电路中，可以引入哪些组态的交流负反馈？说明理由。答：可引入电压并联和电流并联共两种负反馈。八、实验收获1、通过本次试验了解了场效应管的输入特性曲线和转移特性曲线以及工作原理2、通过本次试验熟悉了两级放大电路的设计和测量静态工作点以及动态参数的方法。3、通过本次试验加深了自己对于负反馈对于电路中各项性能指标的影响4、在测量中更加熟悉了万用电表的使用方法以及注意事项，同时也学到了在每次测量 前必须对于测量的原理了解清楚，防止出现很大的系统误差。5、通过仿真分析和实验加深了自己对于实验误差的思考和分析，同时也加深了自己对 于品体管和场效应管模型的理解。