EWB在負反饋放大電路中的應用

張春霞

（四川省達州職業技術學院,635001）

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EWB在負反饋放大電路中的應用

張春霞

（四川省達州職業技術學院,635001）

摘要：采用負反饋是以降低放大倍數為代價，目的是為了改善放大電路的工作性能，如穩定放大倍數，改變輸入、輸出電阻，減小非線性失真和抑制干擾，擴展通頻帶等，所以在實用電子電路中幾乎都要引入負反饋。理論分析負反饋對放大電路的影響較為抽象，因此本文通過虛擬實驗，用EWB仿真軟件對一個具體的負反饋放大電路進行分析，得出了負反饋放大電路開環與閉環的放大倍數、輸出電阻、頻率響應和失真系數，也體現了仿真軟件在電路分析中的優越性。

關鍵詞：EWB；負反饋；放大電路；仿真分析

0　引言

計算機技術的發展和人們對電子系統設計的新要求，推動了電子線路設計方法和手段的進步。傳統的設計方法逐步被EDA取代，計算機技術的發展和人們對電子系統設計的新要求覆蓋以下三個方面的內容:電路設計、電路仿真和系統設計，它代表著現代電子商務系統設計的潮流。其中EWB是常見的電路仿真軟件。

EWB軟件一經推出就受到各界好評，尤其在教育領域取得了巨大成功。與其他電子電路設計軟件相比具有界面直觀、操作方便等優點創建電路、選用元器件和測試儀器等均可直接從屏幕上元件庫和儀器庫中直接選取。電子電路的分析、設計與仿真工作都可以通過鼠標實現，不僅為電路設計者帶來了無盡的樂趣，而且大大提高了電子設計工作的質量和效率。

本文介紹了負反饋放大電路的特點，負反饋對放大電路性能的影響，通過軟件搭建實驗對負反饋放大電路開環與閉環的放大倍數、輸出電阻、頻率響應和失真系數進行分析。可以很直觀地得出結果。

1　EWB軟件的特點和功能

EWB軟件可以進行模擬電路和數字電路的混合仿真，在桌面上提供了萬用表、示波器、信號發生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數字信號發生器、邏輯轉換器等工具，它的器件庫中則包含了許多大公司的晶體管元器件、集成電路和數字門電路芯片，器件庫中沒有的元器件，還可以由外部模塊導入它的工作界面非常直觀，原理圖和各種工具都在同一個窗口。

2　負反饋放大電路的特點

圖3.1.1　電壓串聯負反饋放大電路的原理圖

提高放大倍數的穩定性，減小非線性失真和抑制噪聲，由于負反饋可以提高放大倍數的穩定性，所以引入負反饋后，在中頻區和高頻區放大倍數的下降程度將減小，從而使通頻帶展寬，改變電路的輸入輸出電阻。總之放大電路中引入負反饋后，雖然降低了放大倍數，但大大改善了放大電路的性能。

3　負反饋放大電路的實驗仿真分析

3.1負反饋放大電路原理圖的搭建

圖3.1.1是利用EWB軟件搭建的電路圖。它是由分立元件構成的兩級共發射放大器，可判斷出該電路引入的是交流電壓串聯負反饋，并可計算出電路的反饋系數為：Fv=Ref/（Ref+Rf）=R3/ （R3+Rf）=0.2/（0.2+3）=0.063

3.2靜態工作點分析

靜態工作點分析是在交流輸入信號視為零、電路中電容視為開路、電感視為短路時，電路中只有靜態的情況下來計算電路的靜態工作點。在電路工作時，都必須給半導體器件以正確的偏置，靜態分析就是要分析半導體的偏置。

分析電路在無外加交流輸入信號下的靜態電壓和電流。只有正確設計靜態工作點，才能正常地放大交流信號，使電路能正常工作。求解電路的靜態工作點是電路進行交流與瞬態分析過程的基礎。

（1） 創建電路

（2） 顯示節點標志（ID）

選擇Circuit/Schematic Options/Show/Hide 欄下的Show nodes，電路中各節點標志（ID）就會顯示在電路中。

（3） 啟動靜態工作點的分析工具

啟動靜態工作點的分析工具，即選擇Analysis/DC operating point 命令，屏幕顯示出Analysis Graphs 窗口，并給出DC Bias的分析結果，即所有節點電壓和電源支路電流值。如圖3.2.1所示。

圖3.2.1　負反饋放大器的靜態工作點分析

圖3.3.1　開環波形圖

（4）測試結果

Q1：UC=11.144V（測試點4）

UB=1.3935V（測試點3）

UE=0.68794V（測試點5）

Q2：UC=6.1006V（測試點10）

UB=4.714V（測試點9）

UE=3.9537V（測試點11）

3.3開環與閉環的電壓放大倍數的比較

（1）測量開環電壓放大倍數

按鍵盤的字母“Q”，將開關K1打向下方，K2閉合，斷開反饋回路，使Rf作為負載電阻，輸入峰值為2mV，頻率為10KHZ的正弦電壓（Vi），用示波器測得輸出電壓的峰值為Vo。放大器開環時的輸入、輸出波形如圖3.3.1

其中：Channel A（黑色波形）代表輸入波形，5mV/Div。

Channel B（紅色波形）代表輸出波形，1V/Div。

Time base（時基）0.50mv/Div

根據波形圖可求得該電路開環電壓放大倍數為322

反饋深度：1+AF=1+322 *0.063=21.286

（2）測量閉環電壓放大倍數

按鍵盤上“Q”鍵，將開關K1閉合，K2使Rf和R3構成反饋網絡，重復上述步驟。放大器閉環時輸入、輸出波形如圖3.3.2

其中：Channel A（黑色波形）代表輸入波形，5mv/Div。

Channel B（紅色波形）代表輸出波形，200mv/Div。

Time base（時基）0.5mv/Div。

根據波形圖可求得該電路閉環電壓放大倍數為13.68

理論計算：Avf=A/（1+AF）=322/21.286=15.13

結論：放大電路引入負反饋后放大倍數降低了。

3.4開環輸出電阻與閉環輸出電阻的比較

（(1）測量負反饋放大器開環工作輸出電阻

通過控制開關K1，K2的斷開和閉合，使放大電路處于開環工作狀態。打開萬用表，置于正弦電壓有效值測試檔，分別測得負載開路時輸出電壓為1.35V,負載接入時輸出電壓為1.09V

開環輸出電阻Ro =（/—1）RL=（1.35/1.09—1）6K=1.43K

理論計算值：Ro =Rc =1.5K

（2）測量反饋放大器閉環工作輸出電阻

通過控制開關K2的斷開和閉合，使放大電路處于閉環工作狀態。打開萬用表，置于正弦電壓有效值測試檔，分別測得負載開路時輸出電壓為38.67mV，負載接入時輸出電壓為38.44mV。

閉環輸出電阻 Ro=（/—1）RL=（38.67/38.44—1）6K=0.036K

理論計算值： Rof=Ro/（1+AvFv）0.036K

結論：放大電路中引入負反饋后輸出電阻變小，因該電路引入的是電壓串聯負反饋，所以能夠穩定輸出電壓，降低輸出電阻，同時提高輸入電阻，如果是其他類型的負反饋，對放大電路的交流性能改善也隨之不同。

3.5開環的頻率響應與閉環的頻率響應的比較

（1）負反饋放大電路在開環狀態時的頻率響應

當負反饋放大電路處于開環狀態時，將交流頻率分析設置對話框里掃頻的終止頻率和起始頻率分別設置為1HZ和1GHZ，掃描的形式選擇十進制，顯示點按缺省設置，縱向標度選擇線性，選擇節點12為輸出點。按仿真鍵后的負反饋放大電路開環頻率響應曲線如圖3.5.1，調節測試針的位置，大約為電路輸出中頻電壓幅值的70%。

電路處于開環狀態時的下限頻率：FL=100Hz

電路處于開環狀態時的上限頻率：FH=421KHz

通頻帶寬：Fbw= FH—FL≈421KHz

（2）負反饋放大電路處于在閉環狀態時的頻率響應

用同樣的方法可得放大器閉環頻率響應曲線，如圖3.5.2

電路處于閉環狀態下的上限頻率：FH=13.33MHz

電路處于閉環狀態下的下限頻率：FL=9.74Hz

通頻帶寬：Fbw= FH—FL≈13.32MHz

結論：通過以上分析放大電路引入負反饋后拓寬了通頻帶。

圖3.5.1　開環交流頻率分析

4　結論

通過用EWB軟件對負反饋放大電路進行仿真，可以明顯觀察到放大電路引入負反饋之后，放大倍數雖然下降了，但放大倍數的穩定性卻大大地提高了，同時穩定了輸出電壓或輸出電流，減小了抑制干擾和非線性失真，拓寬了通頻帶，改變了輸出/輸入電阻。與傳統的反饋實驗比較，利用EWB進行仿真分析更直觀，簡潔。在傳統的負反饋實驗中，由于元器件參數受溫度影響的不穩定性，儀器儀表本身的缺陷，加上測試帶來的誤差等等因素，必然造成實驗結果誤差很大，其次對放大電路的頻率特性分析，在傳統實驗中很難以實現，必須有1Hz~1GHz頻率寬度的信號發生器，而且數據采集有一定難度。因此通過EWB電路仿真軟件對負反饋放大電路進行仿真分析，克服了傳統實驗的不足，使實驗結果更加準確，更有利于加深對負反饋電路的理解。

參考文獻

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作者簡介

張春霞，性別：女，出生年：1976，籍貫：四川省南充市，研究方向：電工電子

圖3.5.2　閉環交流頻率分析

圖3.3.2　閉環波形圖

The application of EWB in the negative feedback amplification circuits

Zhang Chunxia
（Dazhou Vocational and Technological College,Dazhou Sichuan,635001,China）

Abstract：The objective of adopting negative feedback only at the cost of lower magnification is to improv e function of amplification circuits, such as the stabilization of magnification times, the change of the i nput and output resistance, the reduction of nonlinear distortion and restraining interference,the extensio n of pass band and so on. The negative feedback is almost introduced in the practical electronic circuits. Theoretical analysis of the influence of negative feedback of amplifier circuit is very abstract.Analyzing a specific negative feedback amplifier circuit with EWB simulation software in the virtual experiment, thi s article drew a conclusion that magnification times of open loop and closed loop in the negative feedback amplifier circuit, output resistance, frequency response and distortion factor also reflected the superiori ty of the simulation software in the analysis of the circuits.

Keywords：EWB, negative feedback;amplification circuits;simulation analysis