基于Multisinl的负反馈放大电路仿真研究

郑智耀

摘要：负反馈放大电路是电子电路中的重要内容。本文阐述了反馈的基本概念及反馈的分类，并采用Muhisim仿真软件，对电压串联负反馈放大电路各项性能指標进行了仿真分析，深入研究了负反馈对放大电路动态参数的影响，如提高放大倍数的稳定性、展宽频带等。

关键词：反馈;仿真研究;电子电路;Muhisim软件;电压

中图分类号：TP393 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）13-0231-02

在电子电路中，反馈现象是普遍存在的，并且直接影响着电子电路的工作状态和性能。负反馈在放大电路中应用广泛，在实用放大电路中引入负反馈后，电路的放大倍数降低了，但稳定性得以提高，并且减小放大电路的非线形失真，拓宽电路的通频带，对输入输出电阻也有一定的影响。Muhisim软件是一款电路仿真软件，具有强大的电路分析功能，模拟电子、数字电子尤其是射频电路等各类电路均可以用其进行仿真测试。本文采用Multisim软件对电压串联负反馈电路进行仿真和分析，直观展示了负反馈在放大电路中的作用。

1反馈的定义

1.1反馈的基本概念

反馈是将放大器输出信号（电压或电流）的一部分或全部，回授到放大器输人端与输入信号进行比较（相加或相减），并用比较所得的有效输入信号去控制输出，这就是放大器的反馈过程.凡是回授到放大器输入端的反馈信号起加强输入原输入信号的，使输人信号增加的称正反馈。反之则是负反馈。连接输入和输出回路的网络称为反馈网络。

2反馈的不同组态及典型应用

在放大电路中一般都存在直流和交流分量。反馈类型是特指电路中交流负反馈的类型。根据反馈信号在输出端的取样方式不同，负反馈可分为电压反馈和电流反馈;根据反馈信号在输入端的连接方式不同，负反馈又分为串联反馈和并联反馈。综合来说，负反馈放大电路有四种基本组态：电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈、电流并联负反馈。

放大电路必须设置合理的静态工作点方能实现放大不失真。影响晶体管的静态工作点的因素有很多，包括温度，电源电压的波动，元器件本身的特性参数离散性等，其中温度更是放大电路考虑的重中之重，散热的好坏直接影响了放大电路的性能。当环境温度变化引起管子参数变化时，会造成静态工作点不稳定，从而引起放大信号失真。如图l所示为放大电路引入电流串联负反馈后稳定静态工作点的例子。其中基极下偏置电阻Rb2可以使电源电压经Rb1与Rb2串联分压后为基极提供稳定电压UBQ，发射极电阻Re的作用是稳定静态工作电流Ieq，当环境温度上升，引起三极管集电极电流Icq增加，则Ieq流经Re产生的电压Ueq发射极随之增加，由于基极电压是电源电压经Rb1，Rb2分压后的稳定值，所以基极与发射极电位差减小，基极电流随之减小，集电极电流也减小。所以该反馈电路具有稳定静态工作点的作用。

3负反馈放大电路的仿真分析

3.1负反馈对电压增益的影响

如图2所示单管共射电流串联负反馈放大电路，设置输入幅值Us=1mV、频率为1KHz的正弦信号，分别在输入、输出端并入万用表。当儿开关往上打时，此时没有负反馈。输出电压测量结果为29.33mV。因此，没有反馈的电压放大倍数：Au=UO/Ui=-41.5。当J1开关往下打时，此时引入反馈电阻Re，输出电压测量结果为1.4mV。因此，引入反馈电路的放大倍数：Au=UO/Ui=-2。仿真结果表明，在放大电路中引人负反馈会使系统的电压放大倍数明显减小。

3.2负反馈对电压放大倍数稳定性的影响

加入负反馈后，闭环增益的相对变化量为开环增益相对量的1/（1+AF），即开环增益稳定度相较闭环增益降低了，反馈越深，电路稳定性越好。如图3所示阻容耦合电压串联负反馈放大电路，它是由两个共射放大电路阻容耦合而成的两级放大电路和级间反馈电路组成。设置信号源为幅值1my，频率为1KHZ的交流信号。调节偏置电阻Rpl、Rp2，用示波器在输出端观察输出波形，使电路工作在放大状态。为了避免输出波形失真，前级静态点应低于后级静态工作点。设置信号源为幅值1mv，频率为1KHZ的交流信号，分别在输入输出端并联万用表，用交流档测量两种负载情况下的开环和闭环的输出电压，如表l所示。

观查表1数据可知，在放大电路引入了负反馈后，降低了放大倍数，不加负反馈时，输出负载电阻减小时，输出电压也减小，放大器稳定性差，引入负反馈后，负载电阻的改变不影响输出电压，即提高了放大电路的稳定性。

3.3负反馈对线性失真的影响

仿真设置使输人正弦信号幅值电压增大到25mv时，用示波器观察输出波形，结果显示输出波形出现失真。见图4。闭合s1，由电阻Rp3和电容c4引入负反馈，仿真结果显示输出信号波形失真减小，输入输出信号波形一致，见图5。

3.4负反馈对输入电阻和输出电阻的影响

输人电阻是从放大电路输入端看进去的等效电阻，是用来衡量放大器对信号源影响的一个陛能指标。根据照欧姆定律，输入电阻越大，表明放大器从信号源取的电流越小，放大器输入端得到的信号电压也越大，即信号源电压衰减得越少。输出电阻是从放大器输出端看进去的视在电阻。如果把放大器看成一个信号源，它就是信号源内阻。输出电阻用来衡量放大器带负载能力的强弱。串联负反馈增大输入电阻，电压负反馈减小输出电阻。电压串联负反馈使输出电阻减小，输入电阻增大。以下是测量放大电路的输人和输出电阻。

仿真说明，在放大电路中引人电压串联负反馈，可以增大放大电路的输入阻抗，减小放大电路的输出阻抗。与理论分析的结果几乎相同。

4结束语

本文论述了反馈的基本概念，采用Multisim软件对基本共射放大电路和两级阻容耦合负反馈放大电路进行了仿真，研究了负反馈对放大电路动态参数的影响，如稳定了静态工作点，提高了放大倍数的稳定性，改变了输入输出电阻（串联反馈增加输人电阻）及减小了非线性失真等。通过仿真软件的应用不仅使技术人员更加直观和深入的掌握电子电路理论知识，而且还可以仿真故障点，便于电路分析和维护维修。