东南大学信息学院模电实验六.docVIP

实验六 多级放大器的频率补偿和反馈 实验目的： 掌握多级放大器的设计，通过仿真了解集成运算放大器内部核心电路结构； 掌握多级放大器基本电参数的定义，掌握基本的仿真方法； 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及直流工作点设计 基本的多级放大器如图6-1所示，主要由偏置电路，输入差分放大器和输出级构成，是构成集成运算放大器核心电路的电路结构之一。其中偏置电路由电阻R1和三极管Q4构成，差分放大器由三极管Q3、NPN差分对管U2以及PNP差分对管U1构成，输出级由三极管Q2和PNP差分对管U3构成。 图6-1. 基本的多级放大器 实验任务： ①若输入信号的直流电压为2V，通过仿真得到图6-1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） 14.42956 14.42958 8.38849 ②若输出级的PNP管只采用差分对管U3中的一只管子，则放大器的输出直流电压为多少？ 结合仿真结果给出U3中采用两只管子的原因。 V1（V） V2（V） V3（V） 14.41222 14.42958 7.07073 原因：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。 多级放大器的基本电参数仿真 实验任务： ①差模增益及放大器带宽 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。，采用AC分析得到电路的低频差模增益AvdI，并提交输出电压V（3）的幅频特性和相频特性仿真结果图；在幅频特性曲线中标注出电路的-3dB带宽，即上限频率fH；在相频特性曲线中标注出0dB处的相位。 答：低频差模增益AvdI=99.4103dB； 电压V（3）的幅频特性和相频特性仿真结果图： 由仿真图： 上限频率fH=1.3248kHz； 0dB处的相位=159.0916。 ②共模增益 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，相位相同，采用AC分析得到电路的低频共模增益AVC，结合①中的仿真结果得到电路的共模抑制比KCMR，并提交幅频特性仿真结果图。 答：低频共模增益AVC=-12.6382dB；共模抑制比KCMR=200.61648。 幅频特性仿真结果图： ③差模输入阻抗 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分析，采用表达式Rid=V(5)/I(V2)+V(6)/I(V3)得到差模输入阻抗Rid，请提交Rid随频率变化的曲线图，并在图上标记出100Hz处的阻抗值。 答：100Hz时的阻抗值=53.6175kΩ。 Rid随频率变化的曲线图： ④输出阻抗 按照图6-2所示，在放大器输出端加隔直流电容C1和电压源V4，将V2和V3的直流电压设置为2V，AC幅度设置为0，将V4的AC幅度设置为1，进行AC分析，采用与输入阻抗类似的计算方法，得到电路的输出阻抗R0随频率的变化曲线，并标注出100Hz处的阻抗值。 图6-2. 多级放大器输出阻抗仿真电路 答：100Hz时的输出阻抗值=32.6843kΩ。 R0随频率的变化曲线： 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：后级放大器的输入阻抗至少为326.8kΩ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。 多级放大器的频率补偿 作为放大器使用时，图6-1所示电路一般都要外加负反馈。若放大器内部能够实现全补偿，外部电路可以灵活的施加负反馈，避免振荡的反生，即要求放大器单位增益处的相位不低于-135。。为此，需要对电路进行频率补偿。 实验任务： ①简单电容补偿 按照图6-1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。 答：最小补偿电容C1=3.35uF。 补偿后V(3)的幅频特性曲线和相频特性曲线： ②密勒补偿 按照图6-3所示电路，对电路进行密勒补偿，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(