模拟电路实验

模拟电路实验 目 录 实验一 实验二 实验三 实验四 实验五 实验六 实验七 实验八 常用电子仪器使用 比例求和运算电路 微分积分电路 电压比较器 差动放大电路 单级共射放大电路 射级跟随电路 集成电路RC正弦波振荡器 - 1 - 实验一 常用电子仪器的使用 一、实验目的 1、学习电子电路实验中常用的电子仪器——示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表、频率计等的主要技术指标、性能及正确使用方法。 2、初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。 二、预习要求 1、 阅读实验附录中有关示波器部分内容。 2、 已知C,0.01μf、R,10K，计算图1,2 RC移相网络的阻抗角θ。 三、实验原理 在模拟电子电路实验中，经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表及频率计等。它们和万用电表一起，可以完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试。 实验中要对各种电子仪器进行综合使用，可按照信号流向，以连线简捷，调节顺手，观察与读数方便等原则进行合理布局，各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图1,1所示。接线时应注意，为防止外界干扰，各仪器的共公接地端应连接在一起，称共地。信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线，示波器接线使用专用电缆线，直流电源的接线用普通导线。 图1,1 模拟电子电路中常用电子仪器布局图 1、示波器 示波器是一种用途很广的电子测量仪器，它既能直接显示电信号的波形，又能对电信号进行各种参数的测量。现着重指出下列几点: - 2 - 1)、寻找扫描光迹 将示波器Y轴显示方式置“Y1”或“Y2”，输入耦合方式置“GND”，开机预热后，若在显示屏上不出现光点和扫描基线，可按下列操作去找到扫描线:?适当调节亮度旋钮。?触发方式开关置“自动”。?适当调节垂直()、水平()“位移”旋钮，使扫描光迹位于屏幕中央。(若示波器设有“寻迹”按键，可按下“寻迹”按键，判断光迹偏移基线的方向。) 2)、双踪示波器一般有五种显示方式，即“Y1”、“Y2”、“Y1，Y2”三种单 踪显示方式和“交替”“断续”二种双踪显示方式。“交替”显示一般适宜于输入信号频率较高时使用。“断续”显示一般适宜于输入信号频率较底时使用。 3)、为了显示稳定的被测信号波形，“触发源选择”开关一般选为“内”触发，使扫描触发信号取自示波器内部的Y通道。 4)、触发方式开关通常先置于“自动”调出波形后，若被显示的波形不稳定，可置触发方式开关于“常态”，通过调节“触发电平”旋钮找到合适的触发电压，使被测试的波形稳定地显示在示波器屏幕上。 有时，由于选择了较慢的扫描速率，显示屏上将会出现闪烁的光迹，但被 测信号的波形不在X轴方向左右移动，这样的现象仍属于稳定显示。 5)、适当调节“扫描速率”开关及“Y轴灵敏度”开关使屏幕上显示 一,二个周期的被测信号波形。在测量幅值时，应注意将“Y轴灵敏度微调”旋钮置于“校准”位置，即顺时针旋到底，且听到关的声音。在测量周期时，应注意将“X轴扫速微调”旋钮置于“校准”位置，即顺时针旋到底，且听到关的声音。还要注意“扩展”旋钮的位置。 根据被测波形在屏幕坐标刻度上垂直方向所占的格数(div或cm)与“Y轴灵敏度”开关指示值(v/div)的乘积，即可算得信号幅值的实测值。 根据被测信号波形一个周期在屏幕坐标刻度水平方向所占的格数(div或 cm)与“扫速”开关指示值(t/div)的乘积，即可算得信号频率的实测值。 2、函数信号发生器 函数信号发生器按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出电压最大可达20VP,P。通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮，可使输出电压在毫伏级到伏级范围 内连续调节。函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节。 函数信号发生器作为信号源，它的输出端不允许短路。 - 3 - 3、交流毫伏表 交流毫伏表只能在其工作频率范围之内，用来测量正弦交流电压的有效值。为了防止过载而损坏，测量前一般先把量程开关置于量程较大位置上，然 后在测量中逐档减小量程。 四、实验设备与器件 1、 函数信号发生器 2、 双踪示波器 3、 交流毫伏表 五、实验内容 1、用机内校正信号对示波器进行自检。 1) 扫描基线调节 将示波器的显示方式开关置于“单踪”显示(Y1或Y2)，输入耦合方式开关置“GND”，触发方式开关置于“自动”。开启电源开关后，调节“辉度”、“聚焦”、“辅助聚焦”等旋钮，使荧光屏上显示一条细而且亮度适中的扫描基线。然后调节“X轴位移”(和“Y轴位移”( )旋钮，使扫描线位于屏幕中央，并且能上下左右移动自如。 2)测试“校正信号”波形的幅度、频率 将示波器的“校正信号”通过专用电缆线引入选定的Y通道(Y1或Y2)，将Y轴输入耦合方式开关置于“AC”或“DC”，触发源选择开关置“内”，内触发源选择开关置“Y1”或“Y2”。调节X轴“扫描速率”开关(t/div)和Y轴“输入灵敏度”开关(V/div)，使示波器显示屏上显示出一个或数个周期稳定的方波波形。 a. 校准“校正信号”幅度 将“y轴灵敏度微调”旋钮置“校准”位置，“y轴灵敏度”开关置适当位置，读取校正信号幅度，记入表1,1。 表1,1 - 4 - ) 注:不同型号示波器值有所不同，请按所使用示波器将标准值填入表格中。 b. 校准“校正信号”频率 将“扫速微调”旋钮置“校准”位置，“扫速”开关置适当位置，读取校正信号周期，记入表1,1。 c( 测量“校正信号”的上升时间和下降时间 调节“y轴灵敏度”开关及微调旋钮，并移动波形，使方波波形在垂直方向上正好占据中心轴上，且上、下对称，便于阅读。通过扫速开关逐级提高扫描速度，使波形在X?轴方向扩展(必要时可以利用“扫速扩展”开关将波形再扩展10倍)，并同时调节触发电平旋钮，从显示屏上清楚的读出上升时间和下降时间，记入表1,1。 2、用示波器和交流毫伏表测量信号参数 调节函数信号发生器有关旋钮，使输出频率分别为100Hz、1KHz、10KHz、100KHz，有效值均为1V(交流毫伏表测量值)的正弦波信号。 改变示波器“扫速”开关及“Y轴灵敏度”开关等位置，?测量信号源输出电压频率及峰峰值，记入表1,2。 表1,2 3、测量两波形间相位差 1) 观察双踪显示波形“交替”与“断续”两种显示方式的特点 Y1、Y2均不加输入信号，输入耦合方式置“GND”，扫速开关置扫速较低挡位(如0.5s ,div挡)和扫速较高挡位(如5μS,div挡)，把显示方式开关分别置“交替”和“断续”位置，观察两条扫描基线的显示特点，记录之。 - 5 - 2) 用双踪显示测量两波形间相位差 ? 按图1,2连接实验电路， 将函数信号发生器的输出电压调至频率为1KHz，幅值为2V的正弦波，经RC移相网络获得频率相同但相位不同的两路信号ui和uR，分别加到双踪示波器的Y1和Y2输入端。 为便于稳定波形，比较两波形相位差，应使内触发信号取自被设定作为测量基准的一路信号。 图 1,2 两波形间相位差测量电路 ? 把显示方式开关置“交替”挡位，将Y1和Y2输入耦合方式开关置“?”挡位， 调节Y1、Y2的( ?将Y1、Y2 输入耦合方式开关置“AC”挡位，调节触发电平、扫速开关及 Y1、Y2 灵敏度开关位置，使在荧屏上显示出易于观察的两个相位不同的正弦波形ui及uR，如图1,3所示。根据两波形在水平方向差距X，及信号周期XT，则可求得两波形相位差。 图 1,3 双踪示波器显示两相位不同的正弦波 - 6 - θ?X(div)?3600 XT(div) 式中: XT—— 一周期所占格数 X—— 两波形在X轴方向差距格数 记录两波形相位差于表1,3。 表1,3 为数读和计算方便，可适当调节扫速开关及微调旋钮，使波形一周期占整数格。 六、实验总结 1、 整理实验数据，并进行。 2、 问题讨论 1)如何操纵示波器有关旋钮，以便从示波器显示屏上观察到稳定、清晰的波形, 2) 用双踪显示波形，并要求比较相位时，为在显示屏上得到稳定波形，应怎样选 择下列开关的位置, a) 显示方式选择(Y1;Y2;Y1，Y2;交替;断续) b) 触发方式(常态;自动) c) 触发源选择(内;外) d) 内触发源选择(Y1、Y2、交替) 3、函数信号发生器有哪几种输出波形,它的输出端能否短接，如用屏蔽 线作为输出引线，则屏蔽层一端应该接在哪个接线柱上? 4、交流毫伏表是用来测量正弦波电压还是非正弦波电压,它的表头指示 值是被测信号的什么数值,它是否可以用来测量直流电压的大小, - 7 - 实验二 比例求和运算电路 一、实验目的 1(掌握用集成运算放大器组成比例、求和电路。 2(掌握比例、求和运算电路的特点及性能。 3(学会上述电路的测试和分析方法。 4(掌握各电路的工作原理。 二、预习要求 1(计算表2.1中的Vo和Af。 2(估算表2.3中的理论值。 3(估算表2.4中的理论值。 4(计算表2.6中的VO值。 5(计算表2.7中的VO值。 三、实验原理及参考电路 (一)、比例运算电路 1(工作原理 比例运算(反相比例运算与同相比例运算)是应用最广泛的一种基本运算电路。 a(反相比例运算,最小输入信号Uimin等条件来选择运算放大器和确定外围电路元件参数。 如下图所示。 10kΩ 输入电压Ui经电阻R1加到集成运放的反相输入端，其同相输入端经电阻R2接地。输出电压UO经RF接回到反相输入端。通常有: R2=R1//RF 由于虚断，有 I+=0 ，则u+=-I+R2=0。又因虚短，可得:u-=u+=0 由于I-=0，则有i1=if，可得: ui?u?u??uo? R1RF uoRF?A???uf?uiR1 由此可求得反相比例运算电路的电压放大倍数为: ??u?Rif?i?R1?ii? 反相比例运算电路的输出电阻为:Rof=0 - 8 - 输入电阻为:Rif=R1 b(同相比例运算 10kΩ 输入电压Ui接至同相输入端，输出电压UO通过电阻RF仍接到反相输入端。R2的阻值应为R2=R1//RF。 根据虚短和虚断的特点，可知I-=I+=0, R1?uo 则有 u??R1?RF 且 u-=u+=ui，可得:R1?uo?ui R1?RF Auf?uoR?1?F uiR1 同相比例运算电路输入电阻为: Rif? 输出电阻: Rof=0 ui?? ii 以上比例运算电路可以是交流运算，也可以是直流运算。输入信号如果是直流，则需加调零电路。如果是交流信号输入，则输入、输出端要加隔直电容，而调零电路可省略。 选择集成运算放大器时，首先应查阅手册，了解运放主要参数，一般为了减小闭环增益误差，提高放大电路的工作稳定性，应尽量选用失调温漂小，开环电压增益高，输入电阻高，输出电阻低的运算放大器。 特别是在交流放大时，为减小放大电路的频率失真和相位失真(动态误差)，集成运算放大器的增益——带宽积G?B?和转换速度SR必须满足以下关系: G?B??Auf?B?f SR?2?fmax?Uomax 式中fmax为输入信号最高工作频率，Uomax为最大输出电压幅值 对于同相比例电路运算电路，还要特别注意存在共模输入信号的问题，也就是说，要求集成运算放大器允许的共模输入电压范围必须大于实际的共模输入信号幅值。并要求有很高的共模抑制比。 - 9 - (二)求和运算电路 1(反相求和 基本电路如下图所示 R2 U UUU0 R1 VV R??R1//R2//RF 根据“虚短”、“虚断”的概念 RRui1ui2u ???o uo??(Fui1?Fui2) R1R2R1R2RF 当R1=R2=R，则 uo??RF(ui1?ui2) R 2(同相求和 由读者自己分析。 四、实验内容 1(电压跟随器 实验电路如图2-1所示，接好线之后，接12V的直流电源。 Vo Ω Vi 图2-1 电压跟随器 - 10 - (1)按表2.1内容实验并测量记录。 表2.1 (2)断开直流信号源，在输人端加入频率 f?100Hz,Vi?0.5V的正弦信号，用毫伏表测量输出端的信号电压VO并用示波器观察VO、Vi的相位关系，记录于表2.2 中。 2(反相比例放大器 实验电路如图2-2所示。接好电路后，接12v的直流电源。 F 10kΩ 图2-2 反相比例放大器 (1)按表2.3内容实验并测量记录。 表2.3 (2)断开直流传号源，在输入端加人频率f?100Hz,Vi?0.5V的正弦信号，用毫伏表测量输出端的信号电压Vo并用示波器观察Vo,Vi的相位关系，记录于表2.5中。 表2.5 (3)测量图2-2电路的上限截止频率。 3(同相比例放大器 电路如图2-3所示。 - 11 - (1)按表2.6实验测量并记录。 10kΩ 图2-3同相比例放大器 表2.6 (2)断开直流信号源，在输人端加入频率f?100Hz,Vi?0.5V的正弦信 号，用毫伏表测量输出端的信号电压Vo并用示波器观察Vo，Vi的相位关系，记录于表2.7中。 表2.7 (3)测出电路的上限截止频率 4(反相求和放大电路 实验电路如图2-4所示。 按表2.8内容进行实验测量，并与预习计算比较。 表2.8 - 12 - R1 VVF 图2-4反相求和放大电路 5(双端输入求和放大电路 实验电路如图2-5所示。 按表2.9要求实验并测量记录。 F VV 图2-5 双端输入求和电路 五、实验报告要求 1(总结本实验中5种运算电路的特点及性能。 2(分析理论计算与实验结果误差的原因。 六、思考题 1(运算放大器在同相放大和反相放大时，在接法上有什么异同点,同相放大器若把反馈电路也接到同相端行不行,为什么, 2((设计)用反相比例运算电路实现 Uo= -4Ui,Rif=10kΩ - 13 - 3(用同相比例运算电路实现Uo=5Ui 4(实现Uo=Auf(Ui2-Ui1)电路。要求 Auf=4 ,Rif=10k 以上输入信号大小，交、直流自定。 七、实验仪器 模拟电子线路实验箱 一台 双踪示波器 一台 万用表 一台 连线 若干 其中，模拟电子线路实验箱用到信号发生器、直流稳压电源模块，元器件模组以及“比例求和运算电路”。 - 14 - 实验三 微分积分电路 一、实验目的 1(学会用运算放大器组成积分微分电路。 2(学会分析积分微分电路的特点及其性能。 3(掌握运算放大电路的工作原理。 二、预习要求 1(分析图3—3电路，若输入正弦波，VO与vi的相位差是多少?当输入信号为100HZ有效值为2V时，VO,? 2(分析图3—4电路，若输入方波，VO与vi的相位差是多少?当输入信号为160Hz幅值为lV时，输出VO,? 3(拟定实验步骤，做好记录表格。 三、实验原理及参考电路 1(基本积分电路 下图3-1所示为基本积分电路。其输出电压与输入电压成积分运算关系。 Vs 图3-1 基本积分电路 利用虚地的概念:vI=0，iI=0，则有 即是电容C 的充电电流， 即 则 式中vo(t1)为t 1时刻电容两端的电压值，即初始值。 积分运算电路的输出-输入关系也常用传递函数表示为 假设输入信号vs是阶跃信号，且电容C 初始电压为零，则当t?0时 - 15 - 2(基本微分电路 微分是积分的逆运算，将基本积分电路中的电阻和电容元件位置互换，便得到 下图3-2所示的微分电路。 Vs 图3-2 基本微分电路 在这个电路中，同样存在虚地和虚断，因此可得 上式表明，输出电压vO与输入电压的微分 成正比。 当输入电压vS为阶跃信号时，考虑到信号源总存在内阻，在t=0时，输出电压仍为一个有限值，随着电容器C的充电。输出电压vO将逐渐地 衰减，最后趋近于零。 四、实验内容 1、积分电路 实验电路如图7-3 Vi1V 图3-3 积分电路 (1)取Vi,,,v,断开开关K，用示波器观察V。变化 (2)测量饱和输出电压及有效积分时间 (3)把图六中的积分电容该为0.1M，断开K，Vi分别输入100Hz 幅值为,V的方波和正弦信号，观察Vi和V。大小及相位关系，并记录波形 (4)改变图六中输入信号的频率，观察Vi和V。的相位幅值关系 2、微分电路 实验电路如图3-4 - 16 - Vi1 V。 图3-4:微分电路 (1)输入正弦波信号f=160Hz有效值为1v。用示波器观察Vi和V。波形，并测量输出电压。 (2)改变正弦波频率(20Hz,400Hz)，观察Vi 和V。的相位，幅值变化情况并记录。 (3 )输入方波f=200Hz,V=?5v,用示波器观察V。波形，按上述步骤重复实验。 3、积分—微分电路 电路如图3-5所示 图3-5:微分—积分电路 (1)在Vi输入f=200Hz，V=?6v的方波信号，用示波器观察Vi 、V,和V。的波形并记录。 (2)将f改为500Hz重复上述实验 五、实验报告要求 1(实验前必须按预习要求，理论计算出实验中各种运算关系的Vo值，以及描绘出积分器vi和 VO的大致波形。 2(记录和整理实验所得数据和波形，并与理论值相比较;然后总结微分，积分电路的特点。 3(记录实验过程中出现的故障或不正常现象，分桥原因，说明解决的办法和过程。 4(分析实验结果与理论计算的误差原因。 六、思考题 1(若输入信号与放大器的同相端连接，当信号正向增大时，运算放大器的输出是正还是负? 2(若输入信号与放大器的反相端连接，当信号负向增大时，运算放大器的输出是正还是负? 七、实验元件与仪器 - 17 - 模拟电子线路实验箱 一台 双踪示波器 一台 万用表 一台 连线 若干 其中，模拟电子线路实验箱用到信号发生器、直流稳压电源模块，元器件模组以及“微分积分电路”模板。 - 18 - 实验四 电压比较器 一、实验目的 1(掌握比较器的电路构成及特点。 2(学会测试比较器的方法。 二、预习要求 1(复习单门限电压比较器的电路组成及工作原理。 2(掌握单限比较器、迟滞比较器VL、VH、?V、Vomax、Vomin参数的估算方法。 3(电压比较器中的运放通常工作在什么状态(负反馈、正反馈或开环),一般它的输出电压是否只有高电平和低电平两个稳定状态, 三、实验原理 1(单门限电压比较器 电压比较器是用来比较两个输 入电压的大小，据此决定其输出是高电平还是低电平。以图4-1所示的同相电压比较器电路为例，参考电压VREF加于运放的反相端，VREF可以是正值或负值。而输入信号vI加于运放的同相端。 VO REF (a)电路图 (b)传输特性 图4-1 单门限电压比较器 由于比较器的开环电压增益很大，当输入信号 vI小于参考电压VREF，即 时，运放处于负饱和状态;v o为低电平VOL;反之，当vI升高到略大 于VREF，即 时，vo转入正饱和状态，vo为高电平 VOH。 以图4-1所示的同相电压比较器电路为例分析可知，比较器输出vo的临界转换条件是集成运放的差动输入电压 ，即 。由此可求出图1a电路的电压传输特性，如图4-1b所示。当vI由低变高经过VREF时，vo由VOL变为VOH;反之，当vI由高变低经过VREF时，vo由VOH变为VOL。我们把比较器输出电压vo从一个电平跳变到另一 - 19 - 个电平时相应的输入电压vI值称为门限电压或阈值电压Vth，对于图4-1a所示电路， 。由于vI从同相输入且只有一个门限电压，故称为同相输入单门限电压比较器。反之当vI从反相端输入，VREF改接到同相端，则称为反相输入单门限电压比较器。其相应传输特性如图4-1b中的虚线所示。 2(过零比较器 对于图4-1a所示电路，当 跳变。这种比较器称为过零比较器。 ，则输出电压 每次过零时，输出电压就产生 图4-2 过零比较器 如果希望减小比较器的输出电压幅值，可外加双向稳压管Dz，如图4-2所示。这时，输出电压的幅值受Dz的稳压值VZ限制，电路的正向输出幅度与负向输出幅度基本相等。 或 。电阻R起限流作用，保护稳压管。 3(迟滞比较器 单门限电压比较器虽然有电路简单、灵敏度高等特点，但其抗干扰能力差。例如，在单门限电压比较器输入vI中含有噪声或干扰电压时，其输入和输出电压波形如图4-3所示，由于在vI=Vth=VREF附近出现干扰，vO将时而为VOH，时而为VOL，导致比较器输出不稳定。如果用这个输出电压vO去控制电机，将出现频繁的起停现象，这种情况是不允许的。提高抗干扰能力的一种是采用迟滞比较器。 图4-3 - 20 - V O (a)电路图 (b)传输特性 图4-4 迟滞比较器 迟滞比较器是一个具有迟滞回环特性的比较器。以图4-4a所示为反相输入迟滞比较器原理电路，它是在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络，其传输特 性如图2b所示。如将 vI与VREF位置互换，就可组成同相输入迟滞比较器。 以反相输入迟滞比较器原理电路为例，由于比较器中的运放处于开环状态或正反馈状态，因此一般情况下，输出电压vO与输入电压vI不成线性关系，只有在输出电压发生跳变瞬间，集成运放两个输入端之间的电压才可近似认为等于零，即 或 设运放是理想的并利用叠加原理，则有 (2) 根据输出电压vO的不同值( VOH或VOL)，可求出上门限电压V T+和下门限电压VT–分别为 (3) (1) (4 ) 门限宽度或回差电压为 (5) 设电路参数如图 4-4a所示，且 和 设从 ， 。 和 开始讨论。 前，vO一直保持 - 21 - ，则由式(3) ?(5)可求得 ， 当vI由零向正方向增加到接近 不变。当vI增加到 略大于 持 ，则vO由VOH下跳到VOL，同时使vP下跳到 不变。 。vI再增加，vO保 若减小vI，只要 ，则vo将始终保持 不变，只有当 时， vo 才由 图4-4 跳到VOH。其传输特性如图4-4b所示。 由以上分析可以看出，迟滞比较器的门限电压是随输出电压vo的变 化而改变的。它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高了。 四、实验内容 1(过零比较器 实验参考电路如图10-5所示。 Vo 图4-5 过零比较器 (1)按图4-5在实验箱内连接好电路，Vi悬空时测Vo电压。 (2)将信号发生器接人Vi，使输出频率f,500Hz，有效值为1v的正弦波信号，用示波器观察Vi—Vo波形并记录。 (3)改变信号发生器的输出电压Vi幅值，用示波器观察Vo变化，测出传输特性曲线 2(反相滞回比较器 (1)按图4-6连接好实验电路，并将RF调整为100kΩ，打开直流电压源，测出Vo由+Vom到-Vom的临界值。 (2)同上，测出Vo由-Vom到+Vom的临界值。 (3)将信号发生器接入Vi，并使之输出频率为500Hz，电压有效值为1v的正弦信号，用示波器观察Vi—Vo波形并记录。 (4)将电路中RF调为200kΩ，重复上述实验。 图4-6 反相滞回比较器 - 22 - 3(同相滞回比较器 (1)按图4-7连接好实验电路，并将RF调整为100kΩ，打开直流电压源，测出Vo由+Vom到-Vom的临界值。 (2)同上，测出Vo由-Vom到+Vom的临界值。 (3)将信号发生器接入Vi，并使之输出频率为500Hz，电压有效值为1v 的正弦信号，用示波器观察Vi—Vo波形并记录。 (4)将电路中RF调为200kΩ，重复上述实验。 图4-7 同相滞回比较器 五、实验报告要求 1(整理实验数据及相关波形，与理论预算值相比较。 2(总结几种比较器的特点。 六、思考题 试设计一比较器，实现正弦波-方波变换。 七、实验器材 模拟电子线路实验箱 双踪示波器 一台 一台 万用表 一台 连线 若干 其中，模拟电子线路实验箱用到函数发生器、直流稳压电源模块，元 器件模组以及“电压比较器”电路模板 - 23 - 实验五 差动放大电路 一、实验目的 1(熟悉差动放大器的工作原理。 2(掌握差动放大器的基本测试方法。 3(掌握差动放大电路的动态参数测量方法。 4(学会设计具有恒流源的差分放大气及电路的调试。 二、预习要求 1(复习差分放大器工作原理及其性能分析方法。 2(阅读实验原理，熟悉实验内容及步骤。 3(估算图5-1 所示电路的静态工作点，设各三极管??30,rbe?1k?及电压放大倍数。 4(在图5-1的基础上画出单端输入和共模输入的电路。 三、实验原理与参考电路 图5-1 带恒流源的差分放大电路 实验电路见图5-1，这是一个带恒流源的差动放大电路。它具有静态工作点稳定、对共模信号有高抑制能力，而对差模信号有放大能力的特点。根据结构，该电路有四种形式:单端输入、单端输出;单端输入、双端输出;双端输入、单端输出和双端输入、双端输出。双端输出的差模放大倍数为 ?Rc ?Avd?? Rb?rbe ? 而共模放大倍数Avc?0，共模抑制比KCMR? 数为双端输出的一半，即: - 24 - ?Avd ??。单端输出时，差模放大倍Avc ???A?Avd1vd2 ?A??Rc ?vd? 22(Rb?rbe) ???RcA而共模放大倍数vc 2R'e 四、实验内容 ，R'e为恒流源的等效电阻。 1(按照实验原理图5-1 ，将图5-2各部分连接成以下实验中不同输入输出所需的差分电路。 V T3R3kB 图5-2 带恒流源差分放大电路的连接线路图 2(测量静态工作点; (1) 放大器的调零 将输入端短路并接地，接通直流电源?12V，调节调零电位器Rp1，用万用表测量Vc1， Vc2之间的电压V。，使双端输出电压VO?0。 (2) 测量静态工作点 零点调好后，用万用表测量T1,T2,T3晶体管的各极对地电压并填入表5.1中。 表5.1 - 25 - 3(测量差模直流电压放大倍数 在输入端加入直流电压信号Vid ??0.1v。按表5-2要求测量并记录，由测量数据 算出单端和双端输出的电压放大倍数。注意先调好DC信号的OUT1和OUT2，使其数据分别为十0(1V和—0(1V再接入Vi1、Vi2。 表5.2 4(测量共模直流电压放大倍数 将两个输入瑞短接，接到直流信号源的输入端，信号源另一端接地;DC信号先后接OUTl和OUl2，分别测量并填入表5.3 中。由测量数据算出单端和双端输出的电压放大倍数:进一步算出共模抑制比CMRR= Ad 的绝对值。 AC CMRR? Ad ? AC 5(测量交流信号差模电压放大倍数 (1)断开直流信号源，将信号发生的输出瑞接入三极管T1,T2的两个输入端，构成双端输入，调节信号发生器的频率f?1kHz正弦信号，其输出幅值调至0V，用示波器观察输出端。 接通12v的电源，增大信号发生的输出电压Vi(用示被器观察输出波形，在输出波形不出现失真的情况下，用毫伏表测Vi和T1,T2的输出VO1，VO2。记入表5.4中。 (2)从T1的输入端加入正弦交流传号Vi?50mv,f?1kHz分别测量、记录单端及双端输出电压，填入表5.5中计算双端的差模放大倍数。 (注意:输入交流信号时(用示波器监视VO1，VO2波形，若出现失真现象时，可减小输入电压值，使VO1，VO2都不失真为止。) - 26 - 表5.4 五、实验报告要求 1(根据实测数据计算图5-1电路的静态工作点，与预习计算结果比较 2(整理实验数据，计算各种接法的Ad，并与理论计算相比较。 3(计算实验步骤3中Ac和CMRR值。 4(总结差放电路的性能和特点。 六、思考题 1(习差动放大器的工作原理。重点复习带恒流源的差动放大器助工作原理。 2(论估算图5(1所示电路的静态工作点(各级的Ico和VCEO)。 3(算图5(1所示电路的差模放大倍数和单端输出时的共模放大倍数。 4(动放大器的差模输出电压是与输入电压的差还是和成正比? 5(到差动放大器两管基极的输入信号幅值相等，相位相同时，输出电压等于多少? 6(动放大器对差模输入倍号起放大作用，还是起抑制作用? 7(假设差动放大器的Tl集电极为输出端。试指出该放大器的反相输入端和同相输入端。 七、实验器材 模拟电子线路实验箱 一台 双踪示波器 一台 万用表 一台 连线 若干 其中，模拟电子线路实验箱用到信号发生器、直流稳压电源模块，元 器件模组以及“差动放大电路”模板。 - 27 - 实验六 单级共射放大电路 一、实验目的 1(掌握单级共射放大电路静态工作点的测量和调整方法。 2(了解电路参数变化对静态工作点的影响。 3(掌握单级共射放大电路动态指标的测量方法。 4(学习幅频特性的测量方法。 二、预习要求 1(复习单级共射放大电路静态工作点的设置。 2(根据图6-1所示参数，估算获得最大不失真输出电压的静态工作点Q。(设β=50)。 3(复习模拟电路电压放大倍数、输入电阻以及输出电阻的计算方法。 4(复习饱和失真和截止失真的产生原因，并分析判断该实验电路在哪种情况下可能产生饱和失真,在哪种情况下可能产生截止失真, 三、实验原理 1、参考实验电路 Rp +Vcc (+12V) + - ?Vo - 图6-1单级共射放大电路 如图6-1所示，其中三极管选用硅管3DG6,电位器Rp用来调整静态工作点。 2、静态工作点的测量 输入交流信号为零(vi= 0 或 ii= 0)时，电路处于静态，三极管各电极有确定不变的电压、电流，在特性曲线上表现为一个确定点，称为静态工作点，即Q点。一般用IB、 IC和VCE (或IBQ、ICQ和VCEQ )表示。 实际应用中，直接测量ICQ需要断开集电极回路，比较麻烦，所以通常的做法是采 - 28 - 用电压测量的方法来换算电流:先测出发射极对地电压VE ，再利用公式 ICQ?IEQ=VE，算出ICQ 。(此法应选用内阻较高的电压表。) RE 在半导体三极管放大器的图解分析中已经学习到，为了获得最大不失真的输出电压，静态工作点应该选在输出特性曲线上交流负载线的中点。若静态工作点选得太高，容易引起饱和失真;反之又引起截止失真(如图6-2所示)。对于线形放大电路，这两种工作点都是不合适的，必须对其颈性调整。此实验电路中，即通过调节电位器Rp来实现静态工作点的调整:Rp调小，工作点增高;Rp调大，工作点降低。值得注意的是，实验过程中应避免输入信号过大导致三极管工作在非线性区，否则即使工作点选择在交流负载线的中点，输出电压波形仍可能出现双向失真。 /V 图6-2 3、电压放大倍数的测量 Vo电压放大倍数Av是指输出电压与输入电压的有效值之比:Av= Vi 实验中可以用万用表分别测量出输入、输出电压，从而计算出输出波形不失真时的电压放大倍数。 ?和三极管输入电阻r分别为:同时，对于图1-1所示电路参数，其电压放大倍数A Vbe 26(mV)????(RC//RL)Ar?300?(1??); be vrbe?1??Re1IEQ(mA) 4、输入电阻的测量 输入电阻的测量原理如图6-3所示。 - 29 - ?Vs 图6-3 测试输入电阻原理图 ' 电阻R的阻值已知，只需用万用表分别测出R两端的电压 VS 和 Ri? ViViVi ??R Ii(VS'?Vi)/RVS'?Vi Vi ，即有: R的阻值最好选取和Ri同一个数量级，过大易引入干扰;太小则易引起较大的测量误差。 5、输出电阻的测量 输出电阻的测量原理如图6-4所示。 用万用表分别测量出开路电压 Vo和负载电阻上的电压 VoL ，则输 出电阻Ro可通过计算求得。(取RL和Ro的阻值为同一数量级以使测量值尽可能精确) Vo VoL??RL Ro?Vo?VoL?RL Ro?RLVoL ? Vs + ?LVo - 图6-4 测试输出电阻原理图 6、幅频特性的测量 在输入正弦信号情况下，放大电路输出随输入信号频率连续变化的稳态响应，称为该电路的频率响应。其幅频特性即指放大器的增益与输入信号频率之间的关系曲线。一般采用逐点法进行测量。在保持输入信号幅度不变的情况下，改变输入信号的频率，逐点测量对应于不同频率时的电压增益，用对数坐标纸画出幅频特性曲线。通常将放大倍数下降到中频电压放大倍数的0.707倍时所对应的频率称为上、下限截止频率(fH、fL)。 BW,fH,fL?fH 称为带宽，如图6-5所示。 - 30 - fL 2?10 2?10 2?10 fH 图6-5 四、实验内容 1(按图1-1,组装单级共射放大电路，经检查无误后，按通预先调整好的直流电源+12V。 2(测试电路在线性放大状态时的静态工作点 从信号发生器输出f=1KHZ,Vi=30mV(有效值)的正弦电压到放大电路的输入端，将放大电路的输出电压接到双踪示波器Y轴输入端，调整电位器Rp,使示波器上显示的Vo波形达到最大不失真，然后关闭信号发生器，即Vi=0,测试此时的静态工作点，填入表6.1中。 表6.1 3(测试电压放大倍数Av (1)从信号发生器送入f=1 KHZ，Vi=30mV的正弦电压，用万用表测量输入电压Vo,计算电压放大倍数Av=Vo/Vi。 (2)用示波器观察Vi和Vo电压的幅值和相位。 把Vi和Vo分别接到双踪示波器的CH1和CH2通道上，在荧光屏上观察它们的幅值大小和相位。 4(了解由于静态工作点设置不当，给放大电路带来的非线性失真现象 调节电位器Rp,分别使其阻值减少或增加，观察输出波形的失真情况，分别测出相应的静态工作点，测量方法同实验内容2，将结果填入表6.2中。 表6.2 - 31 - 5(测量单级共射放大电路的通频带 (1)当输入信号f=1KHZ,Vi=30mV,RL=5.1K?,在示波器上测出放大器中频区的输出电压Vopp(或计算出电压增益)。 (2)增加输入信号的频率(保持Vi=30mV不变)，此时输出电压将会减小，当其下降到中频区输出电压的0.707(-3dB)倍时，信号发生器所指示的频率即为放大电路的上限频率fH。 (3)同理，降低输入信号的频率(保持Vi=30mV不变)，输出电压同样会减小，当其下降到中频区输出电压的0.707(-3dB)倍时，信号发生器所指示的频率即为放大电路的下限频率fL。 (4)通频带BW=fH-fL 6(输入电阻Ri的测量 按图1.3接入电路。取R=1K?，用万用表分别测出Vs' 和Vi，则 Ri?ViR 'VS?Vi 此外，还可以用一个可变电阻箱来代替R,调节电阻箱的值，是Vi=1/2Vs’,则此时电阻箱所示阻值即为Ri的阻值。这种测试方法通常称为“ 半压法”。 7(输出电阻Ro的测量 按图1.4接入电路。取RL=5.1k?，用万用表分别测出RL=?时的开路电压Vo及RL=5.1k?时的输出电压VoL,则 Ro?VO?VOLRL VOL 五、实验报告要求 1(认真记录和整理测试数据，按要求填入表格并画出波形图。 2(对测试结果进行理论分析，找出产生误差的原因。 六、实验思考题 1(加大输入信号Vi时，输出波形可能会出现哪几种失真,分别是由什么原因引起的, 2(影响放大器低频特性fL的因素有哪些,采取什么措施使fL降低, 3(提高电压放大倍数Av会受到哪些因素限制, 4(测量输入电阻Ri、输出电阻时Ro，为什么测试电阻R要与Ri或Ro相接近, 5(调整静态工作点时，Rb11要用一个固定电阻和电位器串联，而不能直接用电位器， 为什么, 七、实验器材 模拟电子线路实验箱 一台 双踪示波器 一台 - 32 - 万用表 一台 连线 若干 其中，模拟电子线路实验箱用到函数发生器、直流稳压电源模块，元器件模组以及“单级共射放大电路”电路模板 - 33 - 实验七 射极跟随电路 一、实验目的 1(掌握射极跟随器的特性及测试方法 2(进一步学习放大器各项参数的测试方法 二、预习要求 1(复习《电子技术基础》(模拟部分)的中有关射极跟随器的内容，理解射极跟随器的工作原理及其特点。 2(根据图7.1估算共集放大器的静态工作点、电压放大倍数及输入、输出电阻。 三、实验原理与参考电路 图7.1是共集电路放大器的原理图。由交流通路可见，三极管的负载加在发射极上，其输入电压加在基极和地即集电极之间，而输出电压取自于发射极和地之间(集电极为交流地)，所以集电极是输入，输出电路的共同端点。因为是发射极把信号输出去，所以共集电极电路又称为射极跟随器。 射极跟随器，即共集电集电路，是一个电压串联负反馈放大电路，它具有输入阻抗高，输出阻抗低，输出电压能否在较大范围内跟随输入电压作线性变化以及输入输出信号同相位等特点。 1、电压放大倍数Av接近于1 Vo(1??)(Re//RL)Av?? Virbe?(1??)(Re//RL) 一般(1??)(Re//RL)〉〉rbe，故射极输出器的电压放大倍数接近1而略小于1， - 34 - 这是深度电压负反馈的结果。但它的射极电流仍然比基极电流大?倍，所以它具有一定的电流和功率放大作用。输出电压和输入电压基本同相。 具有良好的跟随特性。 2、输入电阻高 电压跟随器的输入电阻的小信号等效电路，可计算出其输入电阻为 Ri?(Rb?Rp)//[rbe?(1??)R'L] 一般情况下，rbe ???R'L ，上次约等于 Ri?(Rb?Rp)//?R'L 由此可见，与共射极基本放大电路相比，电压跟随器的输入电阻高得多，其物理本质是由于输入回路中除了信号电压Vi外，还有输出电压VO，因此从BJT的发射结来看， ??V??V?。比无射极电阻时减少了，所以尽管V很大，但在放大电所得的净输入电压VibeiO 路输入回路中产生的基极电流依然很小，因此从放大电路输入端来看，就呈现出一个很大的输入电阻。 3、输出电阻低 将电压源头VS置零，保留其内阻RS，不要负载RL，在输出端加一个电压U，求出其电流后可得到输出电阻。 RO?Re// 通常有 (Rs//Rb)?rbe 1?? e ???1 R ? ?? R's?rbe 1?? 所以RO? (Rs//Rb)?rbe 这表明，电压跟随器的输出电阻是很低的，一般在几十欧到几百欧的范围内，为了降低输出电阻，应选用?较大的BJT。 四、实验内容 按照图7.1 接线，并按照下列公式计算Q点，然后计算出晶体管各级对地的电压。 Vcc IB? Rb?(1??)Re IC??IB VCE?VCC?ICRe 1、用直流电压表测量晶体管各级对地的电压，将测量结果记入表7.1，在整个测试过程中保持Rb值不变(IE不变)。 - 35 - 表7.1 直流工作点调整记录表 2、测量电压放大倍数。 调信号源，使Vi=0.2V(用毫伏表测量)，f?1 kHz，接上负载RL，用交流毫伏表测VOL，记入表7.2。 表7.2 测量电压放大倍数记录表 3、测量输出电阻Ro 在上述条件下，断开负载R L，用毫伏表测量VO，完成表7.3 表7.3 测量输出电阻记录表 4、测量输入电阻Ri 在上述条件下，测量 VS，完成表7.4 5、测试跟随特性 接入负载RL， 调节信号源使Vi的f?1kHz，逐步增大信号幅度，用示波器监视输出波形直至输出波形达最大，并不失真，测量对应的VoL值，记入表7.5中。 6、测试频率响应特性 输入信号Vi=0.2V，并保持不变，改变输入信号频率，用示波器监视输出波形，用交流毫伏表测量不同频率下的输出电压VoL值，完成表7.6。 表7.6 测试频率响应记录表 五、实验报告要求 1(画出实验电路的直流电路和交流小信号等效电路。 - 36 - 2(将实验数据列成表格，与计算值进行比较。 六、思考题 画出图7.1 的交流小信号等效电路，根据交流小信号电路求出图7.1 的输出电阻表达式。 七、实验元、器件 模拟电子线路实验箱 一台 双踪示波器 一台 万用表 一台 交流毫伏表 一台 连线 若干 其中，模拟电子线路实验箱用到信号发生器、直流稳压电源模块，元器件模组以及“射极跟随电路”模板 - 37 - 实验八 集成电路RC正弦波振荡器 一、实验目的 1(掌握桥式RC正弦波振荡器的电路构成原理。 2(熟悉正弦波振荡器的高速测试方法。 3(观察RC参数对振荡频率的影响，学习振荡频率的测定方法。 二、预习要求 1(复习RC桥式振荡器的工作原理。 2(图8-2所示电路中，调节R1起什么作用，两个二极管起什么作用, 三、实验原理与参考电路 1(基本RC桥式振荡 电路如图所示，它由两部分组成，即放大电路?。由图中可知由于和选频网络FV Z1、Z2和R1、Rf正好形成一个四臂电桥，因此这种振荡电路常称为RC桥式振荡电路。 Z1 Z2R 图8-1 RC桥式振荡电路 由图可知，在 同相，即有 和 时， 经RC反馈网络传输到运放同相端的电压 与 。这样，放大电路和由Z1、Z 2组成的反馈网络刚好形成正反馈系统，可以满足相位平衡条件，因而有可能振荡。 实现稳幅的方法是使电路的Rf/ R1值随输出电压幅度增大而减小。起振时要求放大 器的增益 压 >3,例如，Rf用一个具有负温度系数的热敏电阻代替，当输出电 的幅值下增加使Rf的功耗增大时，热敏电阻Rf减小，放大器的增益下降，使 降。如果参数选择合适，可使输出电压幅值基本恒定，且波形失真较小。 由于集成运放接成同相比例放大电路，它的输出阻抗可视为零，而输入阻抗远比RC串并联网络的阻抗大得多，可忽略不计，因此，振荡频率即为RC串并联网络的 - 38 - 。RC串并联网络构成正弦振荡电路的正反馈,在 ，而R1和Rf当构成电路中的负反馈，反馈系数 F-的关系不同，导致输出波形的不同。 处,正反馈系数 。F+与 2(如图8-2 ，RC桥式振荡电路由RC串并联网络和同放大电路组成，图中RC选频网络形成正反馈电路，并由它决定振荡频率f0,Ra和Rb形成负反馈回路，由它决定起振的幅值条件和调节波形的失真与稳幅控制。 在满足R1?R2?R,C1?C2?C的条件下，该电路的: 振荡频率 f0? 1 2?RC 起振幅值条件 Avf1? Ra?Rb ?3 Ra Rb ?2 即 Ra 式中Rb?R4?R3//rd,rd为二极管的正向动态电阻。 四、实验内容 1(按图一所示电路接线 2(用示波器观察输出波形 Vo 图8-2 3(按表 8.1内容测试数据 - 39 - 4(调整Rp观察波形的变化。 5(解出两只二极管，再调整Rp，观察波形变化，分析出现现象的原因，及二极管的作用。 图一所示电路中，改变振荡频率时为保持其振荡条件不被破坏，必须使两个电阻或两个电容同步调节，使工艺增加了难度，采用图二所示电路，就可以只调一个电阻，即可调频，又可以保持振荡条件。 R2 10kR47k 图8-3 (1)按图8-3，接好电路。 (2)调节RP2，使电路起振，输出电压幅度浮动 (3)调整RP1，记录输出电压V0的频率变化范围，同时观察波变化情况。 五、实验报告要求 1(根据实验数据、分析、比较两电路的优缺点。 2(分析理论计算填写实验值误差的原因。 3(分析反馈电位器及二极管的作用，用实验数据加以说明。 六、思考题 1(图8-4中，正反馈文路是由_____组成，这个网络且______特性，要改变振荡频率，只要改变_____或 _______的数值即可。 2(图8-4中，1Rp和R1组成______反馈，其中______是用来调节放大器的放大倍数，使Au,3的。 1Rp C10.110k 图8-4 - 40 - 七、实验元件与仪器 模拟电子线路实验箱 一台 双踪示波器 一台 万用表 一台 连线 若干 其中，模拟电子线路实验箱用到信号发生器、直流稳压电源模块，元器件模组以及“集成电路RC正弦波振荡器”模板 - 41 -