🎯 实验目的
- 会计算负反馈放大电路 $A_u$、$A_{uf}$，理解电路性能指标及反馈深度的影响；
- 能使用仪器及仿真工具测试放大电路静态工作点、动态增益、输入/输出阻抗；
- 具备对放大电路故障进行分析、排查及调试的工程能力；
- 会辩证思考，培养勇于探索、科学严谨、团队协作的精神。
💡 负反馈的核心思想："牺牲增益换取稳定性"，以少量增益下降为代价，换取带宽、线性度、抗干扰能力的提升。
📜 课程导入
📡 背景
1928年，哈尔德·布莱克（Harold Black）发明负反馈放大器，解决了长途电话通信中继放大电路信号失真的难题，奠定现代电子技术基石。
🏠 生活中的反馈
空调恒温控制、自动驾驶巡航、人体体温调节……反馈无处不在，让系统趋于稳定、精确。放大电路中的负反馈正是利用"检测-比较-校正"机制改善性能。
✈️ 反馈技术在民航领域中的应用
飞行控制系统（姿态稳定）、通信设备（自动增益控制）、导航设备（锁相环）、电源系统（稳压反馈）等，均依赖负反馈理论保障安全与精度。
🔬 实验原理：两级负反馈放大电路
本实验采用电压串联负反馈结构：将输出电压的一部分通过反馈网络引回输入端，抵消部分输入信号。
📐 反馈基本方程：
$X' = X_i - X_f$ (净输入量)
$A = \frac{X_o}{X'}$ (开环增益)
$A_f = \frac{X_o}{X_i} = \frac{A}{1+AF}$ (闭环增益)
$F = \frac{X_f}{X_o}$ (反馈系数)
$X' = X_i - X_f$ (净输入量)
$A = \frac{X_o}{X'}$ (开环增益)
$A_f = \frac{X_o}{X_i} = \frac{A}{1+AF}$ (闭环增益)
$F = \frac{X_f}{X_o}$ (反馈系数)
开环增益
$A_v \approx 1900$
(两级分立估算)
$A_v \approx 1900$
(两级分立估算)
反馈系数
$F = \frac{R_5}{R_5+R_3} \approx \frac{1}{31}$
(典型值)
$F = \frac{R_5}{R_5+R_3} \approx \frac{1}{31}$
(典型值)
闭环增益
$A_{vf} \approx \frac{1}{F} \approx 31$
(深度负反馈)
$A_{vf} \approx \frac{1}{F} \approx 31$
(深度负反馈)
💡 电路结构：第一级共射 (发射极有 $R_5$ 和 $R_6$，其中 $R_6$ 被旁路电容短路，交流等效为 $R_5$)，第二级共射，反馈网络由 $R_3$、$R_5$ 构成电压串联负反馈。
📈 引入负反馈对放大电路的影响
- 🔒 稳定放大倍数：闭环增益仅取决于反馈网络，对器件参数不敏感；
- ⚡ 改变输入输出阻抗：电压串联负反馈增大输入阻抗，减小输出阻抗；
- 📡 展宽频带：上限频率提高，下限频率降低，增益带宽积近似不变；
- 🎵 减小非线性失真：负反馈自动校正波形畸变。
⚠️ 注意：负反馈使用不当，如相位补偿不足，可能会出现自激振荡！需保证中频为负反馈，高频下附加相移不超过180°。
🧠 辩证思考：电压串联负反馈的性能取舍
本实验采用电压串联负反馈组态，引入负反馈后：增益下降，但稳定性、带宽、输入阻抗提升，输出阻抗降低。
⚖️ 思政要素 · 辩证思维
负反馈放大电路以牺牲电压增益为代价，换取了稳定性、线性度、带宽和阻抗特性的全面提升。这正体现了工程中的"取舍"哲学——懂得舍弃，方能获得更重要的东西。
负反馈放大电路以牺牲电压增益为代价，换取了稳定性、线性度、带宽和阻抗特性的全面提升。这正体现了工程中的"取舍"哲学——懂得舍弃，方能获得更重要的东西。
📐 静态工作点 & 放大倍数计算器 (两级负反馈电路)
电路重要说明：第一级发射极电阻由 $R_5=100\Omega$ 和 $R_6=1.8k\Omega$ 串联，但 $R_6$ 被旁路电容短路，因此交流通路中发射极等效电阻仅为 $R_5 = 100\Omega$；直流静态工作点仍由 $R_5+R_6=1.9k\Omega$ 决定。反馈网络由 $R_3$ (初始3kΩ) 和 $R_5$ (100Ω) 构成，反馈系数 $F = R_5/(R_5+R_3)$。
12.0 V
15 kΩ
51 kΩ
6.2 kΩ
100 Ω
1800 Ω
56 kΩ
12 kΩ
5.1 kΩ
100 Ω
160
3000 Ω
10 kΩ
📊 两级电路实时计算结果
第一级静态
$U_{BQ1}$: — V
$I_{CQ1}$: — mA
$U_{CQ1}$: — V
$r_{be1}$: — Ω
$U_{BQ1}$: — V
$I_{CQ1}$: — mA
$U_{CQ1}$: — V
$r_{be1}$: — Ω
第二级静态
$U_{BQ2}$: — V
$I_{CQ2}$: — mA
$U_{CQ2}$: — V
$r_{be2}$: — Ω
$U_{BQ2}$: — V
$I_{CQ2}$: — mA
$U_{CQ2}$: — V
$r_{be2}$: — Ω
开环增益
$A_{u1}$: —
$A_{u2}$: —
$A_u$ (总开环): —
$A_{u1}$: —
$A_{u2}$: —
$A_u$ (总开环): —
闭环增益
$F = \frac{R_5}{R_5+R_3}$ : —
$A_{uf} = \frac{A}{1+AF}$: —
深度负反馈 $1/F$: —
$F = \frac{R_5}{R_5+R_3}$ : —
$A_{uf} = \frac{A}{1+AF}$: —
深度负反馈 $1/F$: —
🧪 关键公式与条件：
• 静态: $U_{BQ1}=V_{CC}\times \frac{R_{13}}{R_{13}+R_4}$, $I_{EQ1}= (U_{BQ1}-0.7V)/(R_5+R_6)$ (直流总电阻)
• 动态: 第一级交流发射极电阻仅为 $R_5$ (因为 $R_6$ 被旁路电容短路)
• $A_{u1}=-\frac{\beta (R_{i2}\parallel R_7)}{r_{be1}+(1+\beta)R_5}$，$R_{i2}=R_1\parallel R_8\parallel r_{be2}$
• $A_{u2}=-\frac{\beta (R_L\parallel R_{10})}{r_{be2}}$，$r_{be}=300+(1+\beta)\frac{26mV}{I_{EQ}(mA)}$
• 反馈系数 $F = R_5/(R_5+R_3)$ (单位统一为Ω)
• 静态: $U_{BQ1}=V_{CC}\times \frac{R_{13}}{R_{13}+R_4}$, $I_{EQ1}= (U_{BQ1}-0.7V)/(R_5+R_6)$ (直流总电阻)
• 动态: 第一级交流发射极电阻仅为 $R_5$ (因为 $R_6$ 被旁路电容短路)
• $A_{u1}=-\frac{\beta (R_{i2}\parallel R_7)}{r_{be1}+(1+\beta)R_5}$，$R_{i2}=R_1\parallel R_8\parallel r_{be2}$
• $A_{u2}=-\frac{\beta (R_L\parallel R_{10})}{r_{be2}}$，$r_{be}=300+(1+\beta)\frac{26mV}{I_{EQ}(mA)}$
• 反馈系数 $F = R_5/(R_5+R_3)$ (单位统一为Ω)
🔍 故障分析、排查及调试能力
⚙️ 常见故障现象与对策
- 截止失真 → 增大第一级基极电流，减小$R_{4}$或增大$R_{13}$；
- 饱和失真 → 减小基极偏压或增大发射极总电阻$R_5+R_6$；
- 增益远低于理论值 → 检查旁路电容是否开路(导致$R_6$未被旁路，增益骤降)；
- 自激振荡 → 负反馈相位裕度不足，可在反馈回路添加小电容补偿。
🔎 调试步骤建议
① 断开输入信号，测量静态工作点是否符合计算值；
② 输入1kHz正弦小信号，用示波器观测输出，验证开环/闭环增益；
③ 验证旁路电容效果：断开旁路电容，观察增益应明显下降；
④ 改变$R_3$观察闭环增益变化，验证负反馈深度影响。
💬 团队协作：一人调节信号源，一人记录数据，一人分析失真，培养工程素养。