东南大学模电实验六 多级放大器的频率补偿和反馈

实验6多级放大器频率补偿和反馈实验目的：1.掌握多电平放大器设计，通过仿真了解集成运算放大器内部核心电路结构。2.掌握了多级放大器基本电气参数的定义，掌握了基本仿真方法；熟悉多级放大器频率补偿的基本方法。掌握反馈对放大器的影响。实验内容：1.多级放大器的基本结构和直流工作点设计基本多电平放大器主要由偏置电路、输入差分放大器和输出级组成，是由集成运算放大器核心电路组成的电路结构之一，如图1所示。其中，偏置电路由电阻R1和晶体管Q4构成，差分放大器由晶体管Q3、NPN差对管U2和PNP差对管U1构成，输出级别由晶体管Q2和PNP差对管U3构成。实验任务：图1 .基本多电平放大器1如果输入信号的直流电压为2V，则模拟图1中节点1、节点2和节点3的直流工作点电压。V1(V)V2(V)V3(V)14.4295614.429588.388492输出级别的NPN管Q2跟随两根管，放大器的输出直流电压是多少？仿真结果提供了设置输出级直流工作点电流的方法。V1(V)V2(V)V3(V)14.4377214.4377551.16179m解决方案：和比较，可以看出V3的数值有显着的变化。Q2使用单管的原因是，可以增加输出直流电压，稳定工作点，提高直流工作点。多级放大器的基本电气参数模拟实验工作：1差分模式增益和放大器带宽将输入信号V2和V3的直流电压设置为2V，将交流输入振幅设置为0.5V，将相位差异设置为180。利用交流分析，获得电路的低频差分模式增益AvdI，提交输出电压V(3)的幅频特性和相频特性模仿结果图。在幅度-频率特性曲线中显示电路的-3dB带宽，即上频率FH。在相位频率特性曲线上标注0dB的相位。解决方案：低频差分模式增益AvdI=99.4077dB电压V(3)的幅频特性和相频特性模拟结果图：在模拟图表中：频率上限fH=40.7572Hz0dB上的拓扑=-173.43472共同模式增益输入信号V2和V3的直流电压为2V，交流输入振幅为0.5V，相位相同，使用交流分析，电路的低频共模增益Avc与k1的模拟结果相结合，获得电路的共模抑制比KCMR，并提交幅频特性模拟结果图表。解决方案：低频共同模式增益Avc=-6.6202 db；公共模式抑制大于KCMR=100084.0807。幅频特性模拟结果图：3微分模式输入阻抗获取差分模式输入阻抗Rid的步骤：输入信号V2和V3的直流电压为2V，交流输入振幅为0.5V，相位差值为180，执行交流分析，表示Rid=V(5)/I(V2) V(6)/I(V3)解决方案：100Hz时的阻力=53.6585k。频率Rid图表：4输出阻抗如图2所示，在放大器输出侧添加直流电容C1和电压源V4，将V2和V3的直流电压设置为2V，将AC振幅设置为0，将V4的交流振幅设置为1，执行交流分析，使用类似于输入阻抗的计算方法获取电路的输出阻抗Ro的频率的变化曲线，并计算100Hz的电阻系数。图2 .多级放大器输出阻抗模拟电路事故：如果放大器输出电压信号激励后放大器，根据模拟结果，后放大器的输入阻抗至少有多少可以忽略负载影响？后放大器的输入阻抗低，可以采取什么措施提高放大器的驱动力？解决方案：100Hz时的输出电阻=32.6843k。根据R0频率更改曲线：事故：只有当后放大器的输入阻抗至少是该放大器的输出阻抗的10倍时，才能忽略负载。ri326.943k；提高放大器的驱动力可以减少该放大器的输出阻抗，使输出端的小电阻并行。多级放大器频率补偿用作放大器时，图1所示的电路通常添加负反馈。如果放大器内可以进行整体补偿，则外部电路可以灵活地应用负反馈以防止振动。也就是说，在放大器单元增益中，相位不能低-135。这需要电路的频率补偿。实验任务：1简单电容补偿根据图1中所示的电路，将输入信号V2和V3的直流电压设置为2V，同时设置交流输入振幅0.5V，相位差值180，根据电路分析和交流模拟结果确定电路的主极位置，使用用于频率校正的简单电容补偿方法，在单位增益中相位不小于-135的最小补偿电容值，在补偿提交后V(3)的幅度频率特性曲线和相位频率特性曲线，在最大频率fH和增益为0dB的情况下显示相位。解决方案：单位增益=1=0dB模拟，最小补偿电容C1=3.5uF生成第一个极角频率的节点通常是此图中阻力最高的节点。因此，补偿电容在输出电压和接地之间连接。补偿后V(3)的幅频特性曲线和相频特性曲线：最大频率为1.9772Hz0dB拓扑为-133.90042米勒补偿如图3所示，对电路进行米勒校正。其中Q1和Q5构成补偿分支的电压跟随。输入信号V2和V3的直流电压为2V，交流输入振幅均为0.5V，相位差值180，通过交流模拟分析获得最小校正电容值，并提交校正后V(3)的幅度频率特性曲线和相位频率特性曲线，并且输出电压V(3)不小于单位增益中的-135。如果输出电压为V(9)，则补偿后的相位要求相同，并通过交流模拟分析获得所需的最小补偿电容。图3 .多级放大器的米勒补偿解决方案：(1)模拟，最小补偿容量C1=114pF。补偿后V(3)的幅频特性曲线和相频特性曲线：最高频率为227.7293Hz0dB拓扑为-134.5171(2)模拟，最小补偿电容C1=207pF。补偿后V(3)的幅频特性曲线和相频特性曲线：最大频率为135.7625Hz0dB拓扑为-134.52284.反馈放大器图1所示的多电平放大器具有较高的增益，线性放大时输入动态范围较小。实际使用中，必要用作线性放大器需要负反馈。在图3中，如图4所示，引入了变更为正负电源的电压串行负反馈(米勒补偿容量C1的值使用实验操作3中获得的结果)。图4 .电压系列负反馈放大器实验任务：1获得了输入信号V2的直流电压为0V，交流输入振幅为1V，通过交流模拟分析获得了输出电压V(3)的幅频特性曲线和相频特性曲线，并在图中显示了上变频fH。解决方案：V(3)幅频特性曲线和相频特性曲线：最大频率为2.1740MHz根据2实验任务2的分析方法，通过交流模拟，获得电路输出阻抗随频率变化的曲线，标注100Hz的值，并与未应用负反馈的输出阻抗进行对比，与理论分析相结合，说明阻抗的变化。解决方案：使用外部源法测量输出阻抗：100Hz时的输出电阻=404.6480m 。未应用负反馈的输出阻抗：100Hz时的输出电阻=32.6843k。分析：负反馈倾向于使放大器指标理想化，而电压串行负反馈则减少输出阻抗。3反馈电阻R2和R3的值分别更改为10 和100 ，R4的值更改为10 /100 ，重复k1的模拟，得到V(3)的幅度和相位频率特性曲线。另外，通过根据图4的V2设定条件的瞬态模拟，获得输出电压V(3)的波形，观察波形是否扭曲，并提供合理的说明。解决方案：V(3)幅频特