东南大学信息学院电子线路模电实验七报告.docx
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东南大学信息学院电子线路模电实验七报告
东南大学模拟电子电路实验
实验报告
学号
姓名
2018年5月19日
实验名称多级放大器的频率补偿和反馈
成绩
【背景知识小考察】
多级放大器由三级反相放大器组成,三级放大器的增益分别为A1,A2和A3,输出阻抗分别为Ro1,Ro2和Ro3,输入阻抗无穷大,若在第二级放大器的输入端和输出端跨接一只电容C,不考虑三级反相放大器自身的极零点,将多级放大器近似为单极点系统,试写出该多级放大器的传递函数。
【一起做仿真】
1.多级放大器的基本结构及直流工作点设计
基本的多级放大器如图3-7-7所示。
图3-7-7基本的多级放大器
实验任务:
若输入信号的直流电压为2V,通过仿真得到图3-7-7中节点1,节点2和节点3的直流工作点电压;
V3(V)节点1
V2(V)节点2
V4(V)节点4
14.42956
14.42958
8.38849
若输出级的NPN管Q2采两只管子并联,则放大器的输出直流电压为多少?
结合仿真结果总结多级放大器各级的静态电流配置原则。
将①和②对比后可以发现,V3的数值产生明显的变化。
U3之所以采用两只管子,是因为这样可以增大输出电压,是工作点更稳定,提高直流工作点
2.多级放大器的基本电参数仿真
实验任务:
采用图3-7-7所示电路进行多级放大器基本参数仿真。
差模增益及放大器带宽
低频差模增益AvdI=99.4039dB;
由仿真图:
上限频率fH=40.9426Hz;
0dB处的相位=173。
共模增益
低频共模增益AVC=-6.6255dB;共模抑制比KCMR=200202.7322。
幅频特性仿真结果图:
差模输入阻抗
Rid=53.5058KΩ
输出阻抗
Ro=31.9316kΩ
100Hz处Ro=33.8132kΩ。
图3-7-8多级放大器输出阻抗仿真电路
思考:
若放大器输出电压信号激励后级放大器,根据仿真得到的结果,后级放大器的输入阻抗至少为多少才能忽略负载的影响?
若后级放大器输入阻抗较低,采取什么措施可以提高放大器的驱动能力?
答:
1.后级放大器的输入阻抗至少为326.8kΩ(10倍)时,才能忽略负载的影响。
在放大器输出端负载并联一个小电阻,以减小输出阻抗
3.多级放大器的频率补偿
实验任务:
简单电容补偿
按照图3-7-7所示电路,将输入信号V2和V3的直流电压设置为2V,AC输入幅度都设置为0.5V,相位相差180°,根据电路分析并结合AC仿真结果找出电路主极点位置,并采用简单电容补偿方法进行频率补偿,通过仿真得到最小补偿电容值,使得单位增益处相位不低于-135°,提交补偿后V(3)的幅频特性曲线和相频特性曲线,并标注出上限频率fH和增益为0dB时的相位。
最小补偿电容
fH=2.0251Hz0dB时相位-134.5026°
密勒电容补偿
按照图3-7-9所示电路,对电路进行密勒电容补偿,其中Q1和Q5构成补偿支路的电压跟随器。
将输入信号V2和V3的直流电压设置为2V,AC输入幅度都设置为0.5V,相位相差180°,进行AC仿真分析,通过仿真得到最小补偿电容值,使得输出电压V(3)在单位增益处相位不低于-135°,提交补偿后V(3)的幅频特性曲线和相频特性曲线,并标注出上限频率fH和增益为0dB时的相位。
图3-7-9多级放大器的密勒电容补偿
上限频率:
223.2494Hz,0db处的相位:
-134.2444
输出电压为V(3)时,最小补偿电容值为115pF
4.反馈放大器
图3-7-9所示多级放大器引入电压串联负反馈,同时改为正负电源供电,如图3-7-10所示(密勒补偿电容C1的值请采用实验任务3中得到的结果)。
图3-7-10电压串联负反馈放大器
实验任务:
将输入信号V2的直流电压设置为0V,AC输入幅度都设置为1V,进行AC仿真分析,得到输出电压V(3)的幅频特性曲线和相频特性曲线,并在图中标注上限频率fH。
fH=2.1667MHz
按照实验任务2中的分析方法,通过AC仿真得到电路的输出阻抗随频率的变化曲线,并标注100Hz处的值,并与没有施加负反馈的输出阻抗进行对照,结合理论分析解释阻抗的变化。
100Hz时的输出阻抗值为9.6462Ω;
没有施加负反馈的输出阻抗值为:
32.6843kΩ;
分析:
负反馈会使放大器指标趋于理想化,对于电压串联负反馈,输出阻抗会减小。
反馈电阻R2和R3的值分别改为10Ω和100Ω,R4的值改为10Ω//100Ω,重复
的仿真,得到V(3)的幅频特性曲线和相频特性曲线;同时按照图3-7-10中V2的设置条件进行瞬态仿真,得到输出电压V(3)的波形,观察波形是否失真,并给出合理的解释。
可见V(3)的幅频相频特性曲线和R2、R3、R4修改前是一样的。
这是因为它们的比例都相同,分压也相同。
波形失真,可能是因为输入电压过大。
这可能是因为R2、R3减小,导致差分对管基极电流过大,使三极管击穿,出现了截止失真。
【设计挑战】
若系统中只能提供单路+5V电源,输入信号的直流电压为2V,图3-7-10所示电路需要做怎样的改进才能设计出增益为100的反馈放大器?
请给出改进后的电路图和器件参数(密勒补偿电容C1的值请采用仿真实验任务3中得到的结果),给出输出端(节点3)的静态工作电压和AC仿真结果。
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