基于Multisinl的負反饋放大電路仿真研究

鄭智耀

摘要：負反饋放大電路是電子電路中的重要內容。本文闡述了反饋的基本概念及反饋的分類，并采用Muhisim仿真軟件，對電壓串聯負反饋放大電路各項性能指標進行了仿真分析，深入研究了負反饋對放大電路動態參數的影響，如提高放大倍數的穩定性、展寬頻帶等。

關鍵詞：反饋;仿真研究;電子電路;Muhisim軟件;電壓

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）13-0231-02

在電子電路中，反饋現象是普遍存在的，并且直接影響著電子電路的工作狀態和性能。負反饋在放大電路中應用廣泛，在實用放大電路中引入負反饋后，電路的放大倍數降低了，但穩定性得以提高，并且減小放大電路的非線形失真，拓寬電路的通頻帶，對輸入輸出電阻也有一定的影響。Muhisim軟件是一款電路仿真軟件，具有強大的電路分析功能，模擬電子、數字電子尤其是射頻電路等各類電路均可以用其進行仿真測試。本文采用Multisim軟件對電壓串聯負反饋電路進行仿真和分析，直觀展示了負反饋在放大電路中的作用。

1反饋的定義

1.1反饋的基本概念

反饋是將放大器輸出信號（電壓或電流）的一部分或全部，回授到放大器輸人端與輸入信號進行比較（相加或相減），并用比較所得的有效輸入信號去控制輸出，這就是放大器的反饋過程.凡是回授到放大器輸入端的反饋信號起加強輸入原輸入信號的，使輸人信號增加的稱正反饋。反之則是負反饋。連接輸入和輸出回路的網絡稱為反饋網絡。

2反饋的不同組態及典型應用

在放大電路中一般都存在直流和交流分量。反饋類型是特指電路中交流負反饋的類型。根據反饋信號在輸出端的取樣方式不同，負反饋可分為電壓反饋和電流反饋;根據反饋信號在輸入端的連接方式不同，負反饋又分為串聯反饋和并聯反饋。綜合來說，負反饋放大電路有四種基本組態：電壓串聯負反饋、電壓并聯負反饋、電流串聯負反饋、電流并聯負反饋。

放大電路必須設置合理的靜態工作點方能實現放大不失真。影響晶體管的靜態工作點的因素有很多，包括溫度，電源電壓的波動，元器件本身的特性參數離散性等，其中溫度更是放大電路考慮的重中之重，散熱的好壞直接影響了放大電路的性能。當環境溫度變化引起管子參數變化時，會造成靜態工作點不穩定，從而引起放大信號失真。如圖l所示為放大電路引入電流串聯負反饋后穩定靜態工作點的例子。其中基極下偏置電阻Rb2可以使電源電壓經Rb1與Rb2串聯分壓后為基極提供穩定電壓UBQ，發射極電阻Re的作用是穩定靜態工作電流Ieq，當環境溫度上升，引起三極管集電極電流Icq增加，則Ieq流經Re產生的電壓Ueq發射極隨之增加，由于基極電壓是電源電壓經Rb1，Rb2分壓后的穩定值，所以基極與發射極電位差減小，基極電流隨之減小，集電極電流也減小。所以該反饋電路具有穩定靜態工作點的作用。

3負反饋放大電路的仿真分析

3.1負反饋對電壓增益的影響

如圖2所示單管共射電流串聯負反饋放大電路，設置輸入幅值Us=1mV、頻率為1KHz的正弦信號，分別在輸入、輸出端并入萬用表。當兒開關往上打時，此時沒有負反饋。輸出電壓測量結果為29.33mV。因此，沒有反饋的電壓放大倍數：Au=UO/Ui=-41.5。當J1開關往下打時，此時引入反饋電阻Re，輸出電壓測量結果為1.4mV。因此，引入反饋電路的放大倍數：Au=UO/Ui=-2。仿真結果表明，在放大電路中引人負反饋會使系統的電壓放大倍數明顯減小。

3.2負反饋對電壓放大倍數穩定性的影響

加入負反饋后，閉環增益的相對變化量為開環增益相對量的1/（1+AF），即開環增益穩定度相較閉環增益降低了，反饋越深，電路穩定性越好。如圖3所示阻容耦合電壓串聯負反饋放大電路，它是由兩個共射放大電路阻容耦合而成的兩級放大電路和級間反饋電路組成。設置信號源為幅值1my，頻率為1KHZ的交流信號。調節偏置電阻Rpl、Rp2，用示波器在輸出端觀察輸出波形，使電路工作在放大狀態。為了避免輸出波形失真，前級靜態點應低于后級靜態工作點。設置信號源為幅值1mv，頻率為1KHZ的交流信號，分別在輸入輸出端并聯萬用表，用交流檔測量兩種負載情況下的開環和閉環的輸出電壓，如表l所示。

觀查表1數據可知，在放大電路引入了負反饋后，降低了放大倍數，不加負反饋時，輸出負載電阻減小時，輸出電壓也減小，放大器穩定性差，引入負反饋后，負載電阻的改變不影響輸出電壓，即提高了放大電路的穩定性。

3.3負反饋對線性失真的影響

仿真設置使輸人正弦信號幅值電壓增大到25mv時，用示波器觀察輸出波形，結果顯示輸出波形出現失真。見圖4。閉合s1，由電阻Rp3和電容c4引入負反饋，仿真結果顯示輸出信號波形失真減小，輸入輸出信號波形一致，見圖5。

3.4負反饋對輸入電阻和輸出電阻的影響

輸人電阻是從放大電路輸入端看進去的等效電阻，是用來衡量放大器對信號源影響的一個陛能指標。根據照歐姆定律，輸入電阻越大，表明放大器從信號源取的電流越小，放大器輸入端得到的信號電壓也越大，即信號源電壓衰減得越少。輸出電阻是從放大器輸出端看進去的視在電阻。如果把放大器看成一個信號源，它就是信號源內阻。輸出電阻用來衡量放大器帶負載能力的強弱。串聯負反饋增大輸入電阻，電壓負反饋減小輸出電阻。電壓串聯負反饋使輸出電阻減小，輸入電阻增大。以下是測量放大電路的輸人和輸出電阻。

仿真說明，在放大電路中引人電壓串聯負反饋，可以增大放大電路的輸入阻抗，減小放大電路的輸出阻抗。與理論分析的結果幾乎相同。

4結束語

本文論述了反饋的基本概念，采用Multisim軟件對基本共射放大電路和兩級阻容耦合負反饋放大電路進行了仿真，研究了負反饋對放大電路動態參數的影響，如穩定了靜態工作點，提高了放大倍數的穩定性，改變了輸入輸出電阻（串聯反饋增加輸人電阻）及減小了非線性失真等。通過仿真軟件的應用不僅使技術人員更加直觀和深入的掌握電子電路理論知識，而且還可以仿真故障點，便于電路分析和維護維修。