实验十五、交流负反馈对放大倍数稳定性的影响

一、题目

负反馈对电压串联负反馈放大电路电压放大倍数稳定性的影响。

二、仿真电路

仿真电路如图1所示。采用虚拟集成运放，运放 $U1$、$U2$ 分别引入了局部电压并联负反馈，其闭环电压放大倍数分别为 A u f 1 ≈ − R f 1 / R 1 A_{uf1}\approx-R_{f1}/R_1 Auf1​≈−Rf1​/R1​， A u f 2 ≈ − R f 2 / R 2 A_{uf2}\approx-R_{f2}/R_2 Auf2​≈−Rf2​/R2​，可以认为该负反馈放大电路中基本放大电路的放大倍数 A ≈ A u f 1 A u f 2 ( 1 ) A\approx A_{uf1}A_{uf2}\kern 40pt(1) A≈Auf1​Auf2​(1)整个电路引入了级间电压串联负反馈，闭环电压放大倍数 A u f ≈ A u f 1 A u f 2 1 + A u f 1 A u f 2 F ， F = R R + R f ( 2 ) A_{uf}\approx\frac{A_{uf1}A_{uf2}}{1+A_{uf1}A_{uf2}F}，F=\frac{R}{R+R_f}\kern 20pt(2) Auf​≈1+Auf1​Auf2​FAuf1​Auf2​​，F=R+Rf​R​(2)$$图1电压串联负反馈$$

三、仿真内容

分别测量 R f 2 = 100 kΩ R_{f2}=100\,\textrm{kΩ} Rf2​=100kΩ 和 $10\text{kΩ}$ 时的 A u f A_{uf} Auf​。从示波器可读出输出电压的幅值，得到电压放大倍数的变化。

四、仿真结果

仿真结果如下表所示

五、结论

（1）由上表可知，当 R f 2 R_{f2} Rf2​ 从 $100\text{kΩ}$ 变为 $10\text{kΩ}$ 时，电路的开环电压放大倍数变化量 Δ A / A = ( 1 0 3 − 1 0 4 ) / 1 0 4 = − 0.9 \Delta A/A=(10^3-10^4)/10^4=-0.9 ΔA/A=(103−104)/104=−0.9，闭环电压放大倍数变化量 Δ A u f / A u f = ( 90.1 − 98.1 ) / 98.1 ≈ − 0.082 \Delta A_{uf}/A_{uf}=(90.1-98.1)/98.1\approx-0.082 ΔAuf​/Auf​=(90.1−98.1)/98.1≈−0.082， ∣ Δ A u f / A u f ∣ < < ∣ Δ A / A ∣ |\Delta A_{uf}/A_{uf}|<<|\Delta A/A| ∣ΔAuf​/Auf​∣<<∣ΔA/A∣。由此说明负反馈提高了放大倍数的稳定性。
（2）由式（1），可知 R f 2 R_{f2} Rf2​ 从 $100\text{kΩ}$ 变为 $10\text{kΩ}$ 时，开环电压放大倍数 $A$ 从 1 0 4 10^4 104 变为 1 0 3 10^3 103，由式（2）可知，闭环放大倍数 A u f A_{uf} Auf​ 分别为 $99$ 和 $90.9$，与仿真结果近似。
（3）当开环电压放大倍数 $A$ 由 1 0 4 10^4 104 变为 1 0 3 10^3 103 时，闭环电压放大倍数变化量的计算结果为 Δ A u f A u f = ( 1 0 3 1 + 1 0 3 ⋅ F − 1 0 4 1 + 1 0 4 ⋅ F ) / ( 1 0 4 1 + 1 0 4 ⋅ F ) ≈ − 0.082 \displaystyle\frac{\Delta A_{uf}}{A_{uf}}=(\frac{10^3}{1+10^3\cdot F}-\frac{10^4}{1+10^4\cdot F})/(\frac{10^4}{1+10^4\cdot F})\approx-0.082 Auf​ΔAuf​​=(1+103⋅F103​−1+104⋅F104​)/(1+104⋅F104​)≈−0.082，与仿真结果相同。

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