模拟电子技术实验

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,模拟电子技术实验,实验一,实验二,实验三,实验四,实验五,实验六,实验七,实验八,实验九,实验十,实验一常用电子仪器的使用,实验二晶体管共射极单管放大器,实验三场效应管放大器,实验四负反馈放大器,实验五射极跟随器,实验六差动放大器,实验七：综合设计实验,实验八集成运算放大器的基本应用,(I),实验九低频功率放大器,实验十集成运算放大器的基本应用（,II,）,实验十一直流稳压电源,实验十二 集成运算放大器的基本应用（,III,）,1,模拟电子技术基础实验,实验一常用电子仪器的使用,2,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。,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。,3,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。,4,图,1,1,模拟电子电路中常用电子仪器布局图,5,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：,寻找扫描光迹,将示波器,Y,轴显示方式置“,ALT/,交替”，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。,面板图,6,2,）、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,。,面板图,7,4,）、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,。,面板图,8,5,）、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。,面板图,9,返回：,5,6,7,8,前往：,10,11,12,13,14,15,16,17,18,10,1,电源开关（,POWER,）,2,电源指示灯,3,聚焦控制（,FOCUS,）,用于调节聚焦直至扫描线最细,4,基线旋转（,TRACE ROTATION,）,用于调节扫描线使其和水平刻度线平行。,5,辉度控制（,INTENSITY,）,8,通道,1,输入端（,Y1 INPUT,）,被测信号由此输入,Y1,通道。当示波器工作在,XY,方式时，输入到此端的信号作为,X,轴信号。,面板图,11,9,通道,2,输入端（,Y2 INPUT,）,被测信号由此输入,Y2,通道。当示波器工作在,XY,方式时，输入到此端的信号作为,Y,轴信号。,10,、,11,输入耦合开关（,ACGNDDC,）,用以选择被测信号馈至,Y,轴放大器输入端的耦合方式。,AC,：耦合交流分量，隔离输入信号的直流分量。,GND,：,Y,轴放大器的输入端接地。,：输入信号直接加到轴放大器输入端，包涵交、直流成分。,面板图,12,12,、,13,伏,/,度选择开关（,VOLTS/DIV,）,用于选择垂直偏转因数。可以方便地观察垂直放大器上的各种幅度范围的波形。当使用探极时，屏幕读数需,10,才是实际测量值。,14,、,15,微调,/,扩展控制开关（,VAR PULL5 GAIN,）,当旋转微调旋钮时，可小范围地连续改变垂直偏转灵敏度。通常将此旋钮顺时针旋到底（校准位置）。此旋钮拉出时，垂直系统增益扩大,5,倍。,16,位移（,POSITION,） 用于调节,Y1,信号垂直方向的位移。,17,位移,/Y2,倒相（,POSITION/PULL INVERT,）,用于调节,Y2,信号垂直方向的位移。拉出时，,Y2,信号被倒相。当仪器置于（,Y1+Y2,）方式时，利用该功能即可得到（,Y1Y2,）的信号差。,面板图,13,18,工作方式开关（,MODE,）,用于选择垂直偏转系统的工作方式。,Y1,：,只有加到,Y1,通道的信号能显示,Y2,：,只有加到,Y2,通道的信号能显示,ALT,（交替）：加到,Y1,、,Y2,的信号能交替地显示在荧光屏上，此工作方式常用于加在两通道上信号频率较高的情况。,CHOP,（断续）：加到,Y1,、,Y2,的信号受约,250kHz,自激振荡电子开关的控制同时显示在荧光屏上，此工作方式常用于加在两通道上信号频率较低的情况。,ADD,（叠加）：显示加到,Y1,、,Y2,信号之代数和,面板图,14,20,、,21,直流平衡调节（,DC BAL,）,用于直流平衡调节，方法如下：,置,Y1,、,Y2,耦合开关接地，触发方式为自动，移扫描线到刻度中心（垂直方向）。,将,V/DIV,开关在,5mV,和,10mV,档之间变换，调直流平衡，直至扫描线无任何位移即可。,22,扫描时间选择开关（,TIME/DIV,）,用于选择扫描时间因数，置于“,XY”,位置时，示波器工作于,XY,状态。,23,扫描微调（,SWP VAR,）,此旋钮在校正位置时，扫描因数从,TIME/DIV,读出，不在校正位置时可连续微调扫描因数，最大可扩大,2.5,倍。,面板图,15,24,位移,/,扩展（,POSITION/PULL10MAG,）,用于水平移动扫描线。拉出后将扫描扩展,10,倍，即,TIME/DIV,指示的是实际扫描时间的,10,倍。,25,触发源选择开关（,SOURCE,）,用于选择扫描触发信号源：,内（,INT,）：取加到,Y1,或,Y2,的信号作为触发源,电源（,LINE,）：取交流电源信号作为触发源,外（,EXT,）：取加到外触发输入端的外触发信号作为触发源,面板图,16,26,内触发选择开关（,INT TRIG,）,用于选择不同的内触发信号源：,Y1,：取加到,Y1,的信号作触发源。,Y2,：取加到,Y2,的信号作触发源。,组合方式（,VERT MODE,）：同时观察两个波形，同步触发信号交替取自,Y1,和,Y2,。,27,外触发输入（,TRIG IN,）,28,触发电平控制（,LEVEL / PULL SLOPE,）,通过调节触发电平可确定波形扫描的起始点；,按进为正极性触发（常用），拉出为负极性触发。,面板图,17,29,触发方式选择（,TRIG MODE,）,自动（,AUTO,）：,在有触发信号时，同正常的触发扫描，波形可稳定显示，无信号输入时可显示扫描线。,常态（,NORM,）：,有触发信号时才产生扫描，在没有信号和非同步状态下没的扫描线。当信号频率很低（,25Hz,以下）时采用。,电视场（,TVV,）：,用于观察电视信号中的全场信号波形。,电视行（,TVH,）：,用于观察电视信号中的行信号波形。,31,校正方波输出（,CAL 0.5V,）,0.5V,、,1kHz,方波信号输出。,32,接地端（,GND,）,面板图,18,使用步骤,（,1,）选择工作模式,18,（,2,）选择触发源,25,（,3,）选择内触发源,26,（,4,）选择触发方式,29,（,5,）选择合适的时间因数,22,（,6,）选择耦合方式,10,、,11,（,7,）选择合适的垂直偏转因数,12,、,13,面板图,19,示波器探头,20,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,。,参照实验系统的使用,21,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。,22,23,24,数字式万用表,25,1,、,直流电压测量,将红表笔插入“,VmA”,插孔,7,，黑表笔插入“,COM”,插孔,5,。将,功能量程开关,4,置于,直流电压档,位，并将表笔并联到待测电压两端。,2,、,交流电压测量,将,4,置于,交流电压档,位，其余类同直流电压测量。,3,、,直流电流测量,将红表笔插入插孔,7,或,6“10A”,，黑表笔插入,“,COM”,插孔,5,。将,4,置于,直流电流档,位，并将表笔,串联到待测电路中,。,4,、,电阻测量,将红表笔插入插孔,7,，黑表笔插入“,COM”,插孔,5,。将,4,置于,电阻测量档,位，并将表笔,并联到待测电阻两端,。,26,MF500,型万用表各功能的测量使用,27,页,页,页,28,万用表使用注意事项,：其一，使用之前须进行机械调零，使指针准确地指示在标度尺的零位上（最左端）；其二，红表笔插“,+”,端，黑表笔插“,-”,端；其三，使用时应将万用表水平放置；其四，读数时射线应与表盘指针垂直。,1,、交流电压的测量：将右换档旋钮旋至,V,置上，左换档旋钮旋至待测量交流电压值相应的量限位置上，再将表笔跨接在被测电路两端，当不能预计被测电压大约数值时，可将档位旋在最大量限位置再根据指示值之大约数值重选适当的量限位置，使指针得到最大的偏转度。读数见 刻度线（,10V,量限见,10V,专用刻度线）。,面板图,29,2,、直流电压的测量：将右换档旋钮旋至,V,位置上，左换档旋钮旋至待测量直流电压值相应的量限位置上，再将红、黑表笔分别跨接在被测电路正、负电压两端，当不能预计被测电压大约数值时，可将档位旋在最大量限位置再根据指示值之大约数值重选适当的量限位置，使指针得到最大的偏转度。读数见刻度线。测量,2500V,时，红表笔由插孔,2500,V,引出。,3,、直流电流的测量：将左换档旋钮旋至,A,位置上，右换档旋钮旋至待测直流电流值相应的量限位置上，再将表笔串接在被测电路中（应使电流从红表笔流进黑表笔流出），读数见 刻度线。,注意切勿将两表笔直接跨接在电压两端。,面板图,30,4,、电阻的测量：将左换档旋钮旋至,位置上，右换档旋钮旋至待测电阻值相应的,量限位置上，先进行,调零：两表笔短接，再调节,调零电位器使指针指示在,标度尺“,0”,的位置上，再将两表笔分开跨接在待测电阻两端测量，读数见,刻度线。,为了提高测量精度，指针所指示被测电阻之值应尽可能指示在刻度中间一段。,面板图,31,实验内容,2,、用示波器和交流毫伏表测量信号参数,1,、用机内校正信号对示波器进行自检,返回首页,32,实验二晶体管共射极单管放大器,实验目的,1,、 学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。,2,、 掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。,3,、 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。,33,实验原理,图,2,1,为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用,RB1,和,RB2,组成的分压电路，并在发射极中接有电阻,RE,，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号,ui,后，在放大器的输出端便可得到一个与,ui,相位相反，幅值被放大了的输出信号,u0,，从而实现了电压放大。,34,图,2,1,共射极单管放大器实验电路,第,48,49,50,51,52,53,54,55,页,35,在图,2,1,电路中，当流过偏置电阻,RB1,和,RB2,的电流远大于晶体管,T,的基极电流,IB,时（一般,5,10,倍），则它的静态工作点可用下式估算,输出电阻,:,R,i,R,B1,/ R,B2,/ r,be,UCE,UCC,IC,（,RC,RE,）,电压放大倍数,:,输入电阻,:,RORC,36,由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个,优质放大器,，必定是,理论设计与实验调整相结合的产物,。因此，除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。,37,放大器的测量和调试一般包括：放大器静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。,1,、 放大器静态工作点的测量与调试,38,1),静态工作点的测量,测量放大器的静态工作点，应在输入信号,ui,0,的情况下进行， 即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流,IC,以及各电极对地的电位,UB,、,UC,和,UE,。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压,UE,或,UC,，然后算出,IC,的方法，例如，只要测出,UE,，即可用,算出,IC,（也可根据 ，由,UC,确定,IC,），,同时也能算出,UBE,UB,UE,，,UCE,UC,UE,为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。,39,2),静态工作点的调试,放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流,IC,（或,UCE,）的调整与测试。,静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生,饱和失真,，此时,uO,的负半周将被削底，如图,2,2(a),所示；如工作点偏低则易产生,截止失真,，即,uO,的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图,2,2(b),所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的输入电压,ui,，检查输出电压,uO,的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。,图,2,2(a),图,2,2(b),40,改变电路参数,UCC,、,RC,、,RB,（,RB1,、,RB2,）都会引起静态工作点的变化，如图,2,3,所示。但通常多采用调节偏置电阻,RB2,的方法来改变静态工作点，如减小,RB2,，则可使静态工作点提高等。,图,2,3,这里所说的工作点“偏高”,或“偏低”不是绝对的，应,该是相对信号的幅度而言，,如输入信号幅度很小，即,使工作点较高或较低也不,一定会出现失真。所以确,切地说，产生波形失真是,信号幅度与静态工作点设,置配合不当所致。如需满,足较大信号幅度的要求，,静态工作点最好尽量靠近,交流负载线的中点。,41,2,、放大器动态指标测试,放大器动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压（动态范围）和通频带等。,1),电压放大倍数,AV,的测量,调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压,ui,，在输出电压,uO,不失真的情况下，用交流毫伏表测出,ui,和,uo,的有效值,Ui,和,UO,，则,42,2),输入电阻,Ri,的测量,为了测量放大器的输入电阻，按图,2,4,电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻,R,，在放大器正常工作的情况下， 用交流毫伏表测出,US,和,Ui,，则根据输入电阻的定义可得,图,2,4,43,测量时应注意下列几点,:, 由于电阻,R,两端没有电路公共接地点，所以测量,R,两端电压,UR,时必须分别测出,US,和,Ui,，然后按,UR,US,Ui,求出,UR,值。, 电阻,R,的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取,R,与,Ri,为同一数量级为好，本实验可取,R,1,2K,。,44,3),输出电阻,R0,的测量,按图,2-4,电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载,RL,的输出电压,UO,和接入负载后的输出电压,UL,，根据,即可求出,在测试中应注意，必须保持,RL,接入前后输入信号的大小不变。,45,4),最大不失真输出电压,UOPP,的测量（最大动态范围）,如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节,RW,（改变静态工作点），用示波器观察,uO,，当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图,2,5,）时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出,UO,（有效值），则动态范围等于。或用示波器直接读出,UOPP,来。,图,2,5,46,5),放大器幅频特性的测量,放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数,AU,与输入信号频率,f,之间的关系曲线。单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图,2,6,所示，,Aum,为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的倍，即,0.707Aum,所对应的频率分别称为下限频率,f,L,和上限频率,f,H,，则通频带,f,BW,f,H,f,L,放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数,AU,。为此，可采用前述测,AU,的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时应注意取点要恰当，在低频段与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变，且输出波形不得失真。,47,图,2,6,幅频特性曲线,图,2,7,晶体三极管管脚排列,3DG 9011(NPN),3CG 9012(PNP),9013(NPN),48,实验设备与器件,1,、,12V,直流电源,2,、函数信号发生器,3,、双踪示波器,4,、交流毫伏表,5,、直流电压表,6,、直流毫安表,7,、频率计,8,、万用电表,9,、晶体三极管,3DG61(,50,100),或,90111,（管脚排列如图,2,7,所示）,电阻器、电容器若干,49,实验内容,实验电路如,图,2,1,所示。各电子仪器可按实验一中图,1,1,所示方式连接，为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起，同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线，如使用屏蔽线，则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。,50,1,、调试静态工作点,接通直流电源前，先将,RW,调至最大， 函数信号发生器输出旋钮旋至零。接通,12V,电源、调节,RW,，使,IC,2.0mA,（即,UE,2.0V,）， 用直流电压表测量,UB,、,UE,、,UC,及用万用电表测量,RB2,值。记入表,2,1,。,表,2-1 IC,2mA,图,2,1,51,2,、测量电压放大倍数,在放大器输入端加入频率为,1KHz,的正弦信号,uS,，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压,Ui10mV,，同时用示波器观察放大器输出电压,uO,波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述三种情况下的,UO,值，并用双踪示波器观察,uO,和,ui,的相位关系，记入表,2,2,。,表,2,2 Ic,2.0mA Ui,mV,图,2,1,52,3,、观察静态工作点对电压放大倍数的影响,置,RC,2.4K,，,RL,，,Ui,适量，调节,RW,，用示波器监视输出电压波形，在,uO,不失真的条件下，测量数组,IC,和,UO,值，记入表,2,3,。,表,2,3,RC,2.4K RL,Ui,mV,测量,I,C,时，要先将信号源输出旋钮旋至零（即使,Ui,0,）。,图,2,1,53,4,、观察静态工作点对输出波形失真的影响,置,RC,2.4K,，,RL,2.4K,，,ui,0,，调节,RW,使,IC,2.0mA,，测出,UCE,值，再逐步加大输入信号，使输出电压,u0,足够大但不失真。 然后保持输入信号不变，分别增大和减小,RW,，使波形出现失真，绘出,u0,的波形，并测出失真情况下的,IC,和,UCE,值，记入表,2,4,中。,每次测,IC,和,UCE,值时都要置,ui,0,，即去掉信号源,。,表,2,4 RC,2.4K RL,Ui,mV,图,2,1,54,5,、测量最大不失真输出电压,置,RC,2.4K,，,RL,2.4K,，按照实验原理,2.4),中所述方法，同时调节输入信号的幅度和电位器,RW,，用示波器和交流毫伏表测量,U,OP,P,及,U,O,值，记入表,2,5,。,表,2,5 RC,2.4K RL,2.4K,图,2,1,55,*6,、测量输入电阻和输出电阻,置,RC,2.4K,，,RL,2.4K,，,IC,2.0mA,。输入,f,1KHz,的正弦信号，在输出电压,uo,不失真的情况下，用交流毫伏表测出,US,，,Ui,和,UL,记入表,2-6,。,保持,US,不变，断开,RL,，测量输出电压,Uo,，记入表,2-6,。,表,2-6,Ic,2mA Rc,2.4K RL,2.4K,图,2,1,56,实验总结,1,、 列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值比较（取一组数据进行比较），分析产生误差原因。,2,、总结,RC,，,RL,及静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。,3,、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。,4,、分析讨论在调试过程中出现的问题。,57,共射极单管放大器与带有负反馈的两级放大器,共用实验模块,返回首页,58,实验三场效应管放大器,实验目的,1,、了解结型场效应管的性能和特点,2,、进一步熟悉放大器动态参数的测试方法,实验原理,场效应管是一种电压控制型器件。按结构可分为结型和绝缘栅型两种类型。由于场效应管栅源之间处于绝缘或反向偏置，所以输入电阻很高（一般可达上百兆欧）又由于场效应管是一种多数载流子控制器件，因此热稳定性好，抗辐射能力强，噪声系数小。加之制造工艺较简单，便于大规模集成，因此得到越来越广泛的应用。,59,1,、结型场效应管的特性和参数,场效应管的特性主要有输出特性和转移特性。图,3,1,所示为,N,沟道结型场效应管,3DJ6F,的输出特性和转移特性曲线。,图,3,1 3DJ6F,的输出特性和转移特性曲线,60,其直流参数主要有饱和漏极电流,IDSS,，夹断电压,UP,等；交流参数主要有低频跨导,表,3,1,列出了,3DJ6F,的典型参数值及测试条件,参数名称,饱和漏极电流,I,DSS,（,mA,）,夹断电压,U,P,（,V,）,跨 导,g,m,（,A/V,）,测试条件,U,DS,10V,U,GS,0V,U,DS,10V,I,DS,50,A,U,DS,10V,I,DS,3mA,f,1KHz,参数值,1,3.5,9,100,61,2,、场效应管放大器性能分析,图,3,2,为结型场效应管组成的共源级放大电路。,图,3,2,66,67,62,其静态工作点,中频电压放大倍数,A,V,g,m,R,L,g,m,R,D,/ R,L,输入电阻,R,i,R,G,R,g1,/ R,g2,输出电阻,R,O,R,D,计算。但要注意，计算时,U,GS,要用静态工作点处之数值。,式中跨导,gm,可由特性曲线用作图法求得，或用公式,63,3,、,输入电阻的测量方法,场效应管放大器的静态工作点、电压放大倍数和输出电阻的测量方法，与实验二中晶体管放大器的测量方法相同。其输入电阻的测量，从原理上讲，也可采用实验二中所述方法，但由于场效应管的,Ri,比较大，如直接测输入电压,US,和,Ui,，则限于测量仪器的输入电阻有限，必然会带来较大的误差。因此为了减小误差，常利用被测放大器的隔离作用，通过测量输出电压,UO,来计算输入电阻。测量电路如图,3,3,所示。,64,图,3,3,输入电阻测量电路,在放大器的输入端串入电阻,R,，把开关,K,掷向位置,1,（即使,R,0,），测量放大器的输出电压,U,01,A,V,U,S,；保持,U,S,不变，再把,K,掷向,2,（即接入,R,），测量放大器的输出电压,U,02,。由于两次测量中,A,V,和,U,S,保持不变，故,由此可以求出,式中,R,和,R,i,不要相差太大，本实验可取,R,100,200K,。,由此可以求出,68,65,实验设备与器件,1,、,12V,直流电源,2,、函数信号发生器,3,、双踪示波器,4,、交流毫伏表,5,、直流电压表,6,、结型场效应管,3DJ6F1,电阻器、电容器若干。,66,实验内容,1,、静态工作点的测量和调整,接,图,3,2,连接电路，令,ui,0,，接通,12V,电源，用直流电压表测量,UG,、,US,和,UD,。检查静态工作点是否在特性曲线放大区的中间部分。如合适则把结果记入表,3,2,。,若不合适，则适当调整,Rg2,和,RS,，调好后，再测量,UG,、,US,和,UD,记入表,3,2,。,表,3,2,67,2,、电压放大倍数,AV,、输入电阻,Ri,和输出电阻,RO,的测量,1),AV,和,RO,的测量,在放大器的输入端加入,f,1KHz,的正弦信号,Ui,（,50,100mV,），并用示波器监视输出电压,u0,的波形。在输出电压,u0,没有失真的条件下，用交流毫伏表分别测量,RL,和,RL,10K,时的输出电压,UO,（注意：保持,Ui,幅值不变），记入表,3,3,。,用示波器同时观察,ui,和,uO,的波形，描绘出来并分析它们的相位关系。,表,3,3,电路图,68,2),Ri,的测量,按,图,3,3,改接实验电路，选择合适大小的输入电压,US,（约,50,100mV,），将开关,K,掷向“,1”,，测出,R,0,时的输出电压,U01,，然后将开关掷向“,2”,，（接入,R,），保持,US,不变，再测出,U02,，根据公式,求出,Ri,，记入表,3,4,。,表,3,4,69,实验总结,1,、整理实验数据，将测得的,AV,、,Ri,、,Ro,和理论计算值进行比较。,2,、把场效应管放大器与晶体管放大器进行比较，总结场效应管放大器的特点。,3,、分析测试中的问题，总结实验收获。,返回首页,70,实验四负反馈放大器,实验目的,加深理解放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大器各项性能指标的影响。,实验原理,负反馈在电子电路中有着非常广泛的应用,虽然它使放大器的放大倍数降低，但能在多方面改善放大器的动态指标，如稳定放大倍数，改变输入、输出电阻，减小非线性失真和展宽通频带等。因此，几乎所有的实用放大器都带有负反馈。,负反馈放大器有四种组态，即电压串联，电压并联，电流串联，电流并联。本实验以电压串联负反馈为例，分析负反馈对放大器各项性能指标的影响。,71,1,、图,4,1,为带有负反馈的两级阻容耦合放大电路，在电路中通过,Rf,把输出电压,uo,引回到输入端，加在晶体管,T1,的发射极上，在发射极电阻,RF1,上形成反馈电压,uf,。根据反馈的判断法可知，它属于电压串联负反馈。,图,4,1,77,79,72,主要性能指标如下,1),闭环电压放大倍数,其中,AV,UO,Ui ,基本放大器（无反馈）的电压放大倍数，即开环电压放大倍数。,1,AVFV ,反馈深度，它的大小决定了负反馈对放大器性能改善的程度。,73,反馈系数,3),输入电阻,R,if,(1,A,V,F,V,)R,i,R,i,基本放大器的输入电阻,4),输出电阻,R,O,基本放大器的输出电阻,A,VO,基本放大器,R,L,时的电压放大倍数,74,2,、本实验还需要测量基本放大器的动态参数，怎样实现无反馈而得到基本放大器呢？不能简单地断开反馈支路，而是要去掉反馈作用，但又要把反馈网络的影响（负载效应）考虑到基本放大器中去。,1),在画基本放大器的输入回路时，因为是电压负反馈，所以可将负反馈放大器的输出端交流短路，即令,uO,0,，此时,Rf,相当于并联在,RF1,上。,2),在画基本放大器的输出回路时，由于输入端是串联负反馈，因此需将反馈放大器的输入端（,T1,管的射极）开路，此时（,Rf,RF1,）相当于并接在输出端。可近似认为,Rf,并接在输出端,。,75,基本放大器,带有电压串联负反馈的,两级阻容耦合放大器,78,76,实验设备与器件,1,、,12V,直流电源,2,、函数信号发生器,3,、双踪示波器,4,、 频率计,5,、 交流毫伏表,6,、 直流电压表,7,、晶体三极管,3DG62(,50,100),或,90112,电阻器、电容器若干。,77,实验内容,1,、测量静态工作点,按,图,4,1,连接实验电路，取,UCC,12V,，,Ui,0,，用直流电压表分别测量第一级、第二级的静态工作点，记入表,4-1,。,表,4-1,78,2,、测试基本放大器的各项性能指标,将实验电路按,图,4,2,改接，即把,Rf,断开后分别并在,RF1,和,RL,上，其它连线不动。,1),测量中频电压放大倍数,AV,，输入电阻,Ri,和输出电阻,RO,。 以,f,1KHZ,，,US,约,5mV,正弦信号输入放大器， 用示波器监视输出波形,uO,，在,uO,不失真的情况下，测量,US,、,Ui,、,UL,，记入表,4,2,。,保持,US,不变，断开负载电阻,RL,（注意，,Rf,不要断开），测量空载时的输出电压,UO,，记入表,4,2,。,表,4,2,79,2),测量通频带,接上,RL,，保持,1),中的,US,不变，然后增加和减小输入信号的频率，找出上、下限频率,fh,和,fl,，记入表,4,3,。,3,、测试负反馈放大器的各项性能指标,将实验电路恢复为,图,4,1,的负反馈放大电路。 适当加大,US,（约,10mV,），在输出波形不失真的条件下，测量负反馈放大器的,AVf,、,Rif,和,ROf,， 记入表,4,2,；测量,fhf,和,fLf,，记入表,4,3,。,表,4,3,80,*4,、观察负反馈对非线性失真的改善,1),实验电路改接成基本放大器形式，在输入端加入,f,1KHz,的正弦信号，输出端接示波器，逐渐增大输入信号的幅度，使输出波形开始出现失真，记下此时的波形和输出电压的幅度。,2),再将实验电路改接成负反馈放大器形式，增大输入信号幅度，使输出电压幅度的大小与,1),相同，比较有负反馈时，输出波形的变化。,81,实验总结,1,、将基本放大器和负反馈放大器动态参数的实测值和理论估算值列表进行比较。,2,、根据实验结果，总结电压串联负反馈对放大器性能的影响。,返回首页,82,实验五射极跟随器,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测试方法,实验原理,射极跟随器的原理图如图,5,1,所示。 它是一个电压串联负反馈放大电路，它具有输入电阻高，输出电阻低，电压放大倍数接近于,1,，输出电压能够在较大范围内跟随输入电压作线性变化以及输入、输出信号同相等特点。,83,图,5,1,射极跟随器,射极跟随器的输出取自发射极，,故称其为射极输出器。,84,1,、输入电阻,Ri,Ri,rbe,(1,)RE,如考虑偏置电阻,RB,和负载,RL,的影响，则,Ri,RBrbe,(1,)(RERL),由上式可知射极跟随器的输入电阻,Ri,比共射极单管放大器的输入电阻,Ri,RBrbe,要高得多，但由于偏置电阻,RB,的分流作用，输入电阻难以进一步提高。,85,输入电阻的测试方法同单管放大器，实验线路如图,5,2,所示。,即只要测得,A,、,B,两点的对,地电位即可计算出,Ri,。,90,91,93,图,5,2,射极跟随器实验电路,86,输出电阻,R,O,如考虑信号源内阻,R,S,，则,由上式可知射极跟随器的输出电阻,R,0,比共射极单管放大器的输出,电阻,R,O,R,C,低得多。三极管的,愈高，输出电阻愈小。输出电阻,R,O,的测试方法亦同单管放大器，即先测出空载输出电压,U,O,，再测,接入负载,R,L,后的输出电压,U,L,，根据,即可求出,:,87,电压放大倍数,1,上式说明射极跟随器的电压放大倍数小于近于,1,，且为正值。 这是深度电压负反馈的结果。但它的射极电流仍比基流大,(1,),倍， 所以它具有一定的电流和功率放大作用。,88,4,、电压跟随范围,电压跟随范围是指射极跟随器输出电压,uo,跟随输入电压,ui,作线性变化的区域。当,ui,超过一定范围时，,uo,便不能跟随,ui,作线性变化，即,uo,波形产生了失真。为了使输出电压,uo,正、负半周对称，并充分利用电压跟随范围，静态工作点应选在交流负载线中点，测量时可直接用示波器读取,uo,的峰峰值，即电压跟随范围；或用交流毫伏表读取,uo,的有效值，则电压跟随范围,U,0P,P,2U,O,89,实验设备与器件,1,、,12V,直流电源,2,、函数信号发生器,3,、双踪示波器,4,、交流毫伏表,5,、直流电压表,6,、频率计,7,、,3DG121 (,50,100),或,9013,电阻器、电容器若干。,90,实验内容,1,、静态工作点的调整,接入负载,RL,1K,，接通,12V,直流电源，在,A,点加入,f,1KHz,正弦信号,us,，输出端用示波器监视输出波形，反复调整,RW,及信号源的输出幅度，使在示波器的屏幕上得到一个最大不失真输出波形，,然后移除信号源，置,us,对地短接,，用直流电压表测量晶体管各极对地电位，将测得数据记入表,5,1,。,注意，测量,UB,时不能直接,B,极（基极）对地测量，正确的方法是先测出上偏置电阻（,RB,）上的电压,URB,，再用,UC-URB,获得。,IE,也是通过测量,UE,，再用,UE/RE,获得。,表,5,1,电路图,91,2,、测量电压放大倍数,Av,移除,Us,对地的短接线，,在,A,点重新接入信号源，用交流毫伏表分别测出,Us,、,Ui,、,UL,的值。记入表,5,2,。移除负载,RL,1K,， 测出,Uo,记入表,5-2,。,表,5,2,电路图,92,3,、测试跟随特性,接入负载,RL,1k,，在,A,点加入,f,1kHz,正弦信号,uS,，用示波器监视输出波形，在输出波形不失真的情况下，调节信号为不同幅度，用交流毫伏表测出,ui,和,uL,的值，记入表,5,3,。,表,5,3,93,4,、测试频率响应特性,保持输入信号,ui,幅度不变，改变信号源频率，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,UL,值，记入表,5,4,。,表,5,4,94,实验六差动放大器,实验目的,1,、加深对差动放大器性能及特点的理解,2,、学习差动放大器主要性能指标的测试方法,实验原理,图,6,1,是差动放大器的基本结构。 它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。当开关,K,拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器,RP,用来调节,T1,、,T2,管的静态工作点，使得输入信号,Ui,0,时，双端输出电压,UO,0,。,RE,为两管共用的发射极电阻， 它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。,95,图,6,1,差动放大器实验电路,当开关,K,拨,向右边时，,构成具有恒,流源的差动,放大器。 它,用晶体管恒,流源代替发,射极电阻,RE,，,可以进一步,提高差动放,大器抑制共,模信号的能,力。,104,105,106,107,108,109,96,1,、静态工作点的估算,典型电路,（认为,U,B1,U,B2,0,）,恒流源电路,97,2,、差模电压放大倍数和共模电压放大倍数,当差动放大器的射极电阻,RE,足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数,Ad,由输出端方式决定，而与输入方式无关。,双端输出,:,RE,，,RP,在中心位置时，,单端输出,98,当,输入共模,信号时，若为,单端输出,，则有,若为,双端输出,，在理想情况下,实际上由于元件不可能完全对称，因此,A,C,也不会绝对等于零。,99,共模抑制比,CMRR,为了表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大作用和对共模信号的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比,或,差动放大器的输入信号可采用直流信号也可采用交流信号。本实验由函数信号发生器提供频率,f,1KHZ,的正弦信号作为输入信号。,100,实验设备与器件,1,、,12V,直流电源,2,、函数信号发生器,3,、双踪示波器,4,、交流毫伏表,5,、直流电压表,6,、晶体三极管,3DG63,，或,90113,要求,T1,、,T2,管特性参数一致,。,7,、电阻器、电容器若干。,101,实验内容,典型差动放大器性能测试,按,图,6-1,连接实验电路，开关,K,拨向左边构成典型差动放大器。,1),测量静态工作点,调节放大器零点,信号源不接入。将放大器输入端,A,、,B,与地短接，接通,12V,直流电源，用直流电压表测量输出电压,UO,，调节调零电位器,RP,，使,UO,0,。 调节要仔细，力求准确。,102,测量静态工作点,零点调好以后，用直流电压表测量,T1,、,T2,管各电极电位及射极电阻,RE,两端电压,URE,，记入表,6,1,。,表,6,1,电路图,103,2),测量差模电压放大倍数,断开直流电源，将函数信号发生器的输出端接放大器输入,A,端，地端接放大器输入,B,端构成单端输入方式，调节输入信号为频率,f,1KHz,的正弦信号，并使输出旋钮旋至零， 用示波器监视输出端（集电极,C1,或,C2,与地之间）。,接通,12V,直流电源，逐渐增大输入电压,Ui,（约,100mV,），在输出波形无失真的情况下，用交流毫伏表测,Ui,，,UC1,，,UC2,，记入表,6,2,中，并观察,ui,，,uC1,，,uC2,之间的相位关系及,URE,随,Ui,改变而变化的情况。,电路图,104,CMRR=,105,3),测量共模电压放大倍数,将放大器,A,、,B,短接，信号源接,A,端与地之间，构成共模输入方式， 调节输入信号,f=1kHz,，,Ui=1V,，在输出电压无失真的情况下，测量,UC1,，,UC2,之值记入表,6,2,，并观察,ui,，,uC1,，,uC2,之间的相位关系及,URE,随,Ui,改变而变化的情况。,电路图,106,具有恒流源的差动放大电路性能测试,将,图,6,1,电路中开关,K,拨向右边，构成具有恒流源的差动放大电路。重复内容,1,2),、,1,3),的要求，记入表,6,2,。,电路图,107,实验总结,1,、 整理实验数据，列表比较实验结果和理论估算值，分析误差原因。,1),静态工作点和差模电压放大倍数。,2),典型差动放大电路单端输出时的,CMRR,实测值与理论值比较,3),典型差动放大电路单端输出时,CMRR,的实测值与具有恒流源的差动放大器,CMRR,实测值比较。,2,、 比较,ui,，,u,C1,和,u,C2,之间的相位关系。,3,、 根据实验结果，总结电阻,R,E,和恒流源的作用。,返回首页,108,实验八集成运算放大器的基本应用,(I),模拟运算电路,实验目的,1,、研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。,2,、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。,实验原理,集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。,109,理想运算放大器特性,:,在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大 器称为理想运放。,开环电压增益,Aud=,输入阻抗,ri=,输出阻抗,ro=0,带宽,fBW=,失调与漂移均为零等。,110,理想运放在线性应用时的,两个重要特性,：,（,1,）输出电压,UO,与输入电压之间满足关系式,U,O,Aud,（,U+,U,）,由于,Aud=,，而,U,O,为有限值，因此，,U+,U,0,。即,U+U,，称为“虚短”。,（,2,）由于,ri=,，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即,IIB,0,，称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。,上述两个特性是,分析理想运放应用电路的基本原则,，可简化运放电路的计算。,111,基本运算电路,为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻,R2,R1,/,RF,。,1),反相比例运算电路,电路如图,8,1,所示。对于理想运放， 该电路的输出电压与输入电压之间的关系为,121,图,8,1,112,2),反相加法电路,电路如图,8,2,所示，输出电压与输入电压之间的关系为,R3,R1,/,R2,/,RF,123,图,8,2,113,3),同相比例运算电路,图,8,3(a),是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为,R2,R1,/,RF,当,R1,时，,UO,Ui,，即得到如图,8,3(b),所示的电压跟随器。图中,R2,RF,，用以减小漂移和起保护作用。一般,RF,取,10K,，,RF,太小起不到保护作用，太大则影响跟随性,122,图,8,3(a),图,8,3(b),114,4),差动放大电路（减法器）,对于图,8-4,所示的减法运算电路，当,R,1,R,2,，,R,3,R,F,时， 有如下关系式,124,图,8-4,115,5),积分运算电路,反相积分电路如图,8,5,所示。在理想化条件下，,输出电压,u,O,等于,如果,u,i,(t),是幅值为,E,的阶,跃电压，并设,u,c,(o),0,，则,式中,uC(o),是,t,0,时刻电容,C,两端的电压值，即初始值。,图,8,5,125,116,即输出电压,u,O,(t),随时间增长而线性下降。显然,RC,的数值越大，达到给定的,U,O,值所需的时间就越长,。积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限值。,K,的设置为积分电容放电提供通路，同时可实现积分电容初始电压,u,C,(0),0,，在进行积分运算之前，将图中,K,闭合，可控制积分起始点，即在加入信号,ui,后， 只要,K,一打开， 电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。,117,实验设备与器件,1,、,12V,直流电源,2,、函数信号发生器,3,、交流毫伏表,4,、直流电压表,5,、集成运算放大器,A7411,电阻器、电容器若干。,118,实验内容,实验前要看清运放组件各管脚的位置；,切忌正、负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块,。,1,、反相比例运算电路,1),按,图,8,1,连接实验电路，接通,12V,电源，输入端对地短路，进行调零和消振。,2),输入,f,100Hz,，,Ui,0.5V,的正弦交流信号，测量相应的,UO,，并用示波器观察,uO,和,ui,的相位关系，记入表,8-1,。,表,8-1,Ui,0.5V,，,f,100Hz,119,2,、同相比例运算电路,1),按,图,8,3(a),连接实验电路。实验步骤同内容,1,，将结果记入表,8,2,。,2),将图,8,3(a),中的,R1,断开，得,图,8,3(b),电路重复内容,1),。,表,8,2,Ui,0.5V,f,100Hz,