西北工业大学模拟电子技术实验报告稳压源及其负反馈.docx
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西北工业大学模拟电子技术实验报告稳压源及其负反馈
模电实验报告
多级负反馈放大器的研究
一、实验目的
(1)掌握用仿真软件研究多级负反馈放大电路。
(2)学习集成运算放大器的应用,掌握多级集成运放电路的工作特点。
(3)研究负反馈对放大器性能的影响,掌握负反馈放大器性能指标的测试方法。
二、实验原理及电路
(1)基本概念:
在电子电路中,将输出量(输出电压或输出电流)的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路,用来影响其输入量(放大电路的输入电压或输入电流)的措施称为反馈。
若反馈的结果使净输入量减小,则称之为负反馈;反之,称之为正反馈。
若反馈存在于直流通路,则称为直流反馈;若反馈存在于交流通路,则称为交流反馈。
交流负反馈有四种组态:
电压串联负反馈;电压并联负反馈;电流串联负反馈;电流并联负反馈。
若反馈量取自输出电压,则称之为电压反馈;若反馈量取自输出电流,则称之为电流反馈。
输入量、反馈量和净输入量以电压形式相叠加,称为串联反馈;以电流形式相叠加,称为并联反馈。
在分析反馈放大电路时,“有无反馈”决定于输出回路和输入回路是否存在反馈支路。
“直流反馈或交流反馈”决定于反馈支路存在于直流通路还是交流通路;“正负反馈”的判断可采用瞬时极性法,反馈的结果使净输入量减小的为负反馈,使净输入量增大的为正反馈;“电压反馈或电流反馈”的判断可以看反馈支路与输出支路是否有直接接点,如果反馈支路与输出支路有直接接点则为电压反馈,否则为电流反馈;“串联反馈或并联反馈”的判断可以看反馈支路与输入支路是否有直接接点,如果反馈支路与输入支路有直接接点则为并联反馈,否则为串联反馈。
引入交流负反馈后,可以改善放大电路多方面的性能:
提高放大倍数的稳定性、改变输入电阻和输出电阻、展宽通频带、减小非线性失真等。
实验电路如图所示。
该放大电路由两级运放构成的反相比例器组成,在末级的输出端引入了反馈网路Cf、Rf2和Rf1,构成了交流电压串联负反馈电路。
(2)放大器的基本参数:
1)开环参数:
将反馈之路的A点与P点断开、与B点相连,便可得到开环时的放大电路。
由此可测出开环时的放大电路的电压放大倍数AV、输入电阻Ri、输出电阻Ro、反馈网路的电压反馈系数Fv和通频带BW,即:
式中:
VN为N点对地的交流电压;Vo’为负载RL开路时的输出电压;Vf为B点对地的交流电压;fH和fL分别为放大器的上、下限频率,其定义为放大器的放大倍数下降为中频放大倍数的
时的频率值,即
2)闭环参数:
通过开环时放大电路的电压放大倍数Av、输入电阻Ri、输出电阻Ro、反馈网络的电压反馈系数Fv和上、下限频率fH、fL,可以计算求得多级负反馈放大电路的闭环电压放大倍数AVf、输入电阻Rif、输出电阻Rof和通频带BWf的理论值,即
测量放大电路的闭环特性时,应将反馈电路的A点与B点断开、与P点相连,以构成反馈网络。
此时需要适当增大输入信号电压Vi,使输出电压Vo(接入负载RL时的测量值)达到开环时的测量值,然后分别测出Vi、VN、Vf、BWf和Vo’(负载RL开路时的测量值)的大小,并由此得到负反馈放大电路闭环特性的实际测量值为
上述所得结果应与开环测试时所计算的理论值近似相等,否则应找出原因后重新测量。
在进行上述测试时,应保证各点信号波形与输入信号为同频率且不失真的正弦波,否则应找出原因,排除故障后再进行测量。
三、实验内容
计算机仿真部分:
根据电路画出实验仿真电路图。
其中得到的波特图绘制仪的命令为“SimulateInstrumentBodePlotter”。
(2)调节J1,使开关A端与B端相连,测试电路的开环基本特性。
将信号发生器输出调为1kHz、20mV(峰峰值)正弦波,然后接入放大器的输入端到网络的波特图如图:
保持输入信号不变,用示波器观察输入和输出的波形。
1)接入负载RL,用示波器分别测出Vi、VN、Vf、Vo’记入表中。
开环Vi:
开环Vn:
开环Vf:
开环Vo:
将负载RL开路,保持输入电压Vi的大小不变,用示波器测出输出电压Vo’记入表中。
从波特图上读出放大器的上限频率fH与下限频率fL记入表中。
由上述测试结果,计算放大电路开环时的Av、Ri、Ro和Fv的值,并计算出放大器闭环式Avf,Rif和Rof的理论值。
(3)调节J1,使开关A端与P端相连,测试电路的闭环基本特性。
1)将信号发生器输入调为1kHz、20mV(峰峰值)正弦波,然后接入放大器的输入端,得到网络的波特图。
2)接入负载RL,逐渐增大输入信号Vi,使输入电压Vo达到开环时的测量值,然后用示波器分别测出Vi、VN和Vf的值,记入表格。
闭环Vi:
闭环Vn:
闭环Vf:
3)将负载RL开路,保持输入电压Vi的大小不变,用示波器分别测出V’0的值,记入表中。
4)闭环式放大器的频率特性测试同开环时的测试,即重复开环测试(5)步。
5)有上述结果并根据公式计算出闭环时的Avf、Rif、Rof和Fv的实际值,记入表中。
6)由波特图测出上下限频率,计算通频带BW。
四、实验表格
实验表格:
Vi/mV
VN/mV
/mV
/V
V0/V
开环测试
19.985
0.2019
0.00047
3.979
3.278
0.199
0.164
10.102
1.005
1.43x10^(-7)
闭环测试
65.983
41.906
41.929
3.450
3.265
0.052
0.049
27.405
0.266
0.0128
开环BW=FH-FL=41.246khz-3.514hz=41.24khz
闭环BWf=FHf-FLf=165.875khz-3.203hz=165.87khz
直流稳压电源的设计
一、实验目的
(1)学习用变压器,整流二极管,滤波电容和晶体管设计直流稳压电源。
(2)掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。
(3)利用仿真实验,深入了解整流滤波的原理。
二、设计课题及性能指标
设计一个串联稳压电路,设计指标如下:
(1)输出电压Uo=0~30V
(2)输出电流IOmax≤1A
(3)输出纹波电压Vmax≤30mV
三、实验原理与方案选择
1、稳压电源的组成原理
电子设备一般都需要直流电源提供电。
这些直流电除了少数直接利用于电池和直流发电机外,大多数是采用把交流电(市电)转变为直流电的直流稳压电源。
图1:
直流稳压电源框图
直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成,其原理框图如图1所示。
各部分基本功能如下:
(1)电源变压器:
是降压变压器,它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定。
(2)整流电路:
利用单向导电元件,把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。
(3)滤波电路:
可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压。
(4)稳压电路:
稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压和负载的变化而变化。
2、方案选择
1、设计方案概述
(1)通过电源变压器将220V交流电电压变为整流滤波所需要的电压,接入整流电路。
(2)整流电路采用桥式整流电路。
(3)滤波部分采用电容滤波。
(4)由于分立串联型稳压电路输出电流较大,稳压精度较高,应用广泛,满足本设计指标要求,故本实验采用分立元件串联调整稳压电源。
(5)由于采用稳压管组成基准电压部分,因此基准电压不可能为0,为了保证输出电压能够近似达到0V,采用给输出负载串联二极管的方法,利用二极管的分压,使输出负载的电压近似等于0。
图2:
桥式整流电容滤波电路
图3:
分立元件串联型稳压电路
关于分立元件串联型稳压电路
取样环节:
由、和组成的分压电路。
它将输出电压的变化取回一部分(称取样电压)送到比较放大器的基极。
基准环节:
由限流电阻和稳压管组成,为比较放大器的发射极提供一个稳定的基准电压。
比较放大环节:
由、组成,为的集电极负载电阻。
比较放大器对取样电压和基准电压的差值进行放大,去控制的基极。
调整环节:
由基极偏置电阻及调整管组成。
实际它是一个射极输出器调整管起电压调节作用,其C,E极间的管压降受比较放大器误差电压的控制,由于起电压调节作用的调整管与负载是串联的,故称为串联型稳压电路。
四、电路设计与参数计算
采用分立串联调整稳压电路的稳压电源总体电路如下图4所示。
图4分立串联调整式稳压电路
1.桥式整流电路
主要参数计算公式:
一般来说,对于功率小于10W的稳压电源,整流二极管选用IN4007就能满足要求。
2.滤波电路
取22uF,取2200uF,取10mF。
3.电阻的取值
取100,取100
五、仿真实验结果
1.结果测试
测试直流电源的最大输出电压UOmax、最小输出电压UOmin,最大输出电流IOmax以及纹波电压Vmax。
测试数据如图所示
其中UOmax=29.966V
IOmax=978.718mA
Vmax=
×17.142mV≈24.2mV<30mV
根据测试,此设计方案基本满足设计指标要求。
2、分析结果
这次的稳压电源设计输出电压基本上可以从0~30V可调,但是无法完美的达到0V的要求,而且中间存在一段电压范围是不可调的。
不过大体的电压电流的范围直接过滤还是得以实现。
只是电压输出支路使用较多的二极管来限制最小输出电压,不够合理,显得浪费
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- 西北工业大学 模拟 电子技术 实验 报告 稳压 及其 负反馈