电压放大电路设计(4)

2018-11-24 18:56

分析:扫频仪测得的下限截止频率为59Hz,而上面有示波器测的下限截止频率约为140Hz,两者有较大误差。原因在于示波器在低频段小信号放大时受到的干扰较大,输出信号不稳定。

(II) 输入Ui=5mV,f=fL,用示波器双踪显示输入输出波形,记录波形,并测量两者间的相位差Φ;

(III) 输入Ui=5mV,f=fH,用示波器双踪显示输入输出波形,记录波形,并测量两者间的

相位差Φ。

表3-3 放大电路的幅频特性

f/kHz UO/V Vi超前Vo Φ= ?t/T ?3600 带宽BW = 580KHz 实验结果分析:

实际测得的相位差偏差较大,可能是由于中频和下限频率的测量有偏差。 f=fL时的输入输出波形图:

fL=59Hz 0.193 146.17o f=100KHz 0.470 ———— fH=580KHz 0.366 213.8o

f=fH时的输入输出波形图:

5) 负反馈对放大器性能的影响

在实验电路图3-3中增加反馈电阻RF=10Ω,构成电流串联负反馈放大器, 如图3-4所示。调整ICQ=2mA,测量该电路的增益Au、输入阻抗Ri、输出阻抗RO、下限频率fL、上限频率fH、带宽BW,填入表3-4中,并和前面实验的测量结果进行比较。

图3- 4 电流串联负反馈放大电路

表3-4 电流串联负反馈放大电路测量

静态工作点电流ICQ(mA) 输入端接地 输入信号Ui=5mV 幅频特性 UBQ(V) UCQ(V) UEQ(V) US(mV) UO(V) UO’ (V) fL/Hz fH/kHz UBEQ UCEQ Au Ri/kΩ RO/kΩ BW/kHz 2 测量值 理论值 3.276 6.8 2.655 6.5 0.289 0.574 56 680 0.621 4.415 57.8 3.33 2.95 680 3.32 6.8 2.62 6.32 0.2913 0.5437 ——— ——— 0.7 4.18 58.25 3.80 2.6 ——— 误差 1.33% 0% 1.33% 2.85% 0.77% 5.28% —— —— 11.29% 5.62% 0.77% 12.37% 11.86% —— 实验1结果 3.217 6.740 2.599 7.080 0.470 0.863 59 580 0.618 4.141 -94 2.41 2.51 580 计算值 实验结果分析:通过比较实验1)、4)的结果可以看出:引入串联负反馈后,电路的放大倍数减小;输入阻抗变大;放大倍数的实验误差减小,放大倍数的稳定性提高。只是电路的 输出阻抗应该减小,而实验测得的数据有一定偏差。

引入负反馈后的幅频特性如下:

分析:通过比较两次的 幅频特性曲线可知,电压放大倍数由40.33dB减小为39.25dB。即放大倍数减小了1.13倍。而上限频率由580KHz增大为680KHz,增大了1.17倍,下限截止频率由59Hz减小为56Hz,减小了1.05倍。这三者的变化基本满足负反馈的理论结果,与预习思考中第8点所述一致。

2.提高要求

设计一个由基本放大器级联而成的多级放大器,RL=1KΩ,要求满足以下指标: | Au |>100,Ri>1 KΩ,RO<100Ω 写出具体设计过程,计算电路参数以及Au、Ri和RO 的理论值。设置合适的静态工作点,在放大器输入端输入频率为f=1kHz的正弦信号,调节信号源输出电压US 使Ui=5mV,用示波器双踪显示Ui、Uo的波形,在输出波形不失真的情况下,记录波形,测量US、UO和UO’(负载开路时输出电压)并计入表3-5中。根据测量结果计算放大器的Au、Ri、Ro,与理论值比较。

表3-5 多级放大器技术指标测量

输入信号Ui=5mV US(mV) UO(V) UO’ (V) Au 计算值 Ri/kΩ RO/Ω 测量值 7.66 813 818 162.6 1.88 18.45 理论值 6.90 906 898.8 181.2 2.58 24.6 误差 10.0% 10.26% 8.98% 10.26% 27.1% 25% 1)设计过程

思路:在基础要求的基础上,通过级联一个共集组态来减小输出阻抗,同时将共集组态较大的输入阻抗作为前一级的负载,提高放大倍数。

参数计算见预习部分。 2)双踪显示输入输出波形图:

接负载时的输入输出波形为:

输入信号

输出信号

不接负载时的输入输出波形为:

输入信号

输出信号

3)实验结果分析:

由实验结果可知多级放大器级联可以达到增大放大倍数,提高输入阻抗,减小输出阻抗的效果。而且电路的稳定性和频带宽度等一系列参数都得到了改善。但是同时发现实验测得的各数据误差较大,可能是级联时两极间的互相影响以及一定的干扰引起的。所以在设计放大器级联时应注意各级之间的相互干扰。 4)总结多级放大器的设计方法

1、放大器级联时各级之间的耦合方式主要有阻容耦合、变压器耦合及直接耦合三种。阻容耦合、变压器耦合时各级的静态工作点相互独立,但是这两种方式不利于集成。而直接耦合时各级的静态工作点相互影响,直接耦合便于大规模集成。 2、级联放大器的性能指标计算

一个N级放大器的总的电压放大倍数可以表示为:Au?Au1?Au2???Aun

多级放大器的输入阻抗即第一级放大器的输入阻抗,前提是将第二级的输入阻抗作为第一级的负载。

多级放大器的输出阻抗即最后一级放大器的输出阻抗,前提是将前一级的输出阻抗作为最后一级的信号源内阻。

3、放大器级联时,第一级的温漂对整个系统的影响最大。所以一般第一级采用差分放大电路。

4、共射放大组态的高频特性不好,可以利用共基组态输入阻抗较小的特点作为共射组态的负载来提高其高频特性。

5、共集组态的输出阻抗最小,可以作为输出级来提高整个放大器的带负载能力。


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