模拟电子技术实验讲义.doc

目 录实验一 常用电子测量仪器的使用2实验二 晶体管共射单管放大器10实验三 晶体管两级放大器15实验四 负反馈放大器17实验五 差动放大器20实验六 低频功率放大器25实验七 集成运算放大器的基本应用29实验八 集成运算放大器的基本应用33实验九 集成运算放大器的基本应用37实验十 集成运算放大器的基本应用41实验十一 串联稳压电路45实验十二 温度控制电路的调试（控温电路）49实验一 常用电子测量仪器的使用一、 实验目的：1、掌握常用电子仪器的使用方法；2、掌握电压、频率等的测量方法。二、 实验仪器及器材：双踪示波器、信号发生器、数字万用表表、交流毫伏表等。三、 实验原理：在电子技术实验里，测试和定量分析电路的静态和动态的工作状况时，最常用的电子仪器有：示波器、低频信号发生器、直流稳压电源、晶体管毫伏表、万用表等，如下图所示。（具体操作详见仪器使作说明书）1、 示波器1. 有关仪器的电路原理和使用方法请参阅有关内容及实验室所提供的仪器使用说明书。2. 示波器上波形的显示和观察(1) 扫描基线的显示接通示波器的电源，打开电源开关，将示波器的输入探头短接，预热 约5 分钟后，依次调节辉度旋钮、垂直移位旋钮，即可在示波器的屏幕上观察到亮度适中的扫描基线。再调节示波器的聚焦旋钮，可使扫描基线更加清晰。对于单踪示波器，只有一条扫描基线，对于双踪示波器可显示一条扫描基线，也可显示两条扫描基线。当需要观察的信号只有一个时，可将示波器的“垂直功能键”选在单通道的“通道 1 ”或“通道 2 ”。这时，屏幕上只显示通道 1 或通道 2 的扫描基线。当需要同时观测两个信号时，须将“垂直功能键”的“双通道”键按下，这时屏幕上将同时显示通道 1 和通道 2 的两根扫描基线。一般正常使用的示波器，开机后在屏幕上会很快显示出扫描基线。如果开机约 5 分钟后，还没有扫描基线出现，可能是由于“辉度”旋钮开的太小或者“Y 移位”旋钮的位置偏离中间位置太远而使扫描基线移到屏幕的有效范围之外。这时，应试调“辉度”旋钮或“Y 移位”旋钮，找到扫描基线。(2) 信号波形的显示 信号的输入：在屏幕上观察到扫描基线后，就可以将被测信号通过示波器探头输入示波器，进行观察和测量。如果被测信号只有一个，则可以通过通道 1 的探头或通道 2 的探头将信号输入其中的一个通道。如果要同时观测两个被测信号，则需要将信号同时通过通道 1 和通道 2 的探头输入。示波器的探头上有衰减开关，开关有“1”和“10”两档。开关打到“1”档，表示输入信号不通过衰减而直接输入示波器。开关打到“10”档，表示输入信号通过探头衰减 10 倍 ( 20dB )。一般采用“1”档，在输入信号的幅度太大时，才采用“10”档。 信号波形的稳定显示：当信号通过探头输入示波器后，一般情况下还不能马上显示一个稳定的信号。这时需要选择合适的“触发源”和“触发电平”才能使波形稳定。对双踪示波器而言，“触发源”一般有“通道 1 触发”、“通道 2 触发”、“交替触发”和“外触发”四种。当两个输入通道都有信号输入即双踪显示时，使用前三种触发方式的任意一种都可以得到稳定的波形显示。当只有一个通道 (例如通道 1 ) 有信号输入时，只能选择本通道触发 (例如“通道 1 触发”) 或“交替触发”。“触发源”选定以后，再调节“触发电平”旋钮，便会得到稳定的波形显示。 信号波形的位置调节：配合调节“Y 移位”旋钮和“X 移位”旋钮可以使波形显示在屏幕的任意位置上。 信号波形的幅度调节：调节示波器的“垂直灵敏度”(即 V / DIV ) 波段开关和“垂直灵敏度微调”旋钮，可以改变屏幕上波形的幅度。波段开关起“粗调”作用，微调旋钮起“细调”作用。通过二者的配合调节，可以在屏幕上得到任意幅度的波形。 信号波形个数的调节：调节示波器的“扫描时间”(即 t / cm 或 TIME / DIV ) 波段开关和“扫描时间微调”旋钮，就可以改变屏幕上显示的波形的个数。通过二者的配合调节，就可以在屏幕上得到便于观察的几个信号波形。3. 信号波形幅度的测量通过对信号波形幅度的测量，可以得到信号所代表的电压值 (直接测得) 或电流值 (通过换算求得)。测量的方法和步骤是：(1) 将“垂直灵敏度微调”旋钮置于校准 ( CAL ) 位置。(2) 调节“垂直灵敏度”波段开关，使信号波形显示为便于测量的幅度 (即幅度不能太 大或太小)。(3) 测量结果：被测信号的电压峰-峰值P-P 等于波形在屏幕上垂直方向所占的格数与该通道的“垂直灵敏度”波段开关的指示值 V / DIV 以及探头衰减量的乘积，即 4. 正弦信号波形周期和频率的测量对信号波形周期和频率的测量实际上都是对时间的测量。测量的方法和步骤是：(1) 将“水平扫描时间微调”旋钮置于校准 ( CAL ) 位置。(2) 调节“扫描时间”波段开关，使在屏幕上显示几个便于测量的完整波形 ( 即不应太多、太少或不完整 )。(3) 测量结果：信号的周期就是屏幕上波形的两个峰值点或两个谷值点之间所对应的时间间隔。其值等于屏幕上该两点之间的波形在水平方向上所占的格数与“扫描时间”波段开关所指示的值 t / DIV 的乘积，即信号的频率为周期的倒数，即 利用上述方法还可以测量波形上任意两点之间的时间间隔。示波器的应用很广，它可以来测试各种周期性变化的电信号波形，可测量电信号的幅度、频率等。示波器的种类很多，本实验主要使用双踪示波器，其原理和使用详细参见相关资料，现着重指出以下几点：1） 寻找扫描光迹点在开机半分钟后，如仍找不到光点，可调节亮度旋钮，并按下“寻迹”板键，从中判断光点位置，然后适当调节垂直（）和水平（）移位旋钮，将光点移至荧光屏的中心位置。2） 为显示稳定的波形，需注意示波器面板上的下列几个控制开关（或旋钮）的位置。a、“扫描速率”开关（）它的位置应根据被观察信号的周期来确定。b、“触发源选择”开关（内、外）通常选为内触发。c、“内触发源选择”开关（拉）通常置于常态（推进位置）些时对单一从或输入的信号均能同步，仅在需要双路同时显示时，为比较两个波形的相对位置，才将其置于拉出（拉）位置，此时触发信号仅取自，故仅对由输入的信号同步。d、“触发方式”开关通常可先置于“自动”位置，以必须同时调节电平旋钮，使波形稳定。3） 示波器有五种显示方式属单踪显示有“”、“”、“”；属双踪显示有“交替”与“断续”。作双踪显示时，通常采用“交替”显示方式，仅当被观察信号频率很低时（如几十赫兹以下），为在一次扫描过程中同时显示两个波形，才采用“断续”显示方式。4）在测量波形的幅度时，应注意Y轴灵敏度“微调”旋钮置于“校准”位置（顺时钟旋到底）。在测量波形的周期时，应将扫描速率“微调”旋钮置于“校准”位置（顺时钟旋到底）。2、函数信号发生器按需要可输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出信号幅度可连续调节，幅度可以调节到mV级，输出信号频率可进行调节，频范围较广，上限频率可达1MHZ以上。函数信号发生器作为信号源，实验箱自带的简易信号源精度有限，只能定性分析实验现象，在做实验时最好自备信号源。3、 数字万用表可测量直流交流电压，电流，电阻等功能任何万用表都可以，用数字万用表便于读数，由于本实验箱测量交流电压时一般万用表频率规格不能满足，故要用交流毫伏表。另外用万用表测电流时先估计电流的最大值，调节最大档来测量电流，以免烧坏表内的保险管，然后在测量时逐挡减少量程。4、 交流毫伏表交流毫伏表只能工作在其频率范围内，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处，然后在测量逐挡减少量程。交流毫伏表接通电源后，将输入端短接，进行调零，然后断开短路线，即可进行测量。四、实验内容与步骤：1、熟悉相关仪器面板、按钮及旋钮的名称和功能；2、交流电压信号幅值的测量：使低频信号发生器信号频率为1kHz、信号幅度为5V，适当选择示波器灵敏度选择开关“V/div”的位置，使示波器屏上能观察到完整而稳定的正弦波，则此时屏上纵向坐标表示每格的电压伏特数，根据被测波形在纵向调试所占格数便可读出电压的数值，将信号发生器的分贝衰减置于表1中要求的位置并其结果记入表中。表1幅度测量输出衰减（dB）0204060示波器V/div位置 峰峰波形高度（格） 峰峰电压V 电压有效值 注意：若使用10:1示波器探头时，应将探头本身的衰减量考虑进去。3、交流信号频率的测量将示波器扫描速率中的“微调”旋钮置于校准位置，在预先校正好的条件下，此时扫描速率开关“t/div”的刻度值表示屏幕横向坐标每格所表示的时间值。根据被测信号一个完整周期波形在横向所占的格数直接读出信号的周期，若要测量频率，只需将测得的周期求倒数即可。按表2所示频率，由信号发生器输出信号，用示波器测出周期并计算频率，将所测量结果与已知频率进行比较。表2周期测量信号频率（kHz）1510100200扫描速度（t/div） 一个周期占有水平格数 信号频率 4、用信号发生器分别输出幅度为1V、频率为1KHz及幅度为0.1V、频率为10KHz的正弦波、方波和三角波，用示波器观察输出信号的波形；用毫伏表测量其有效值，记录数据及波形。调节信号幅度为1V、频率为1KHz、占空比为30%的波形并记录。5、 调节以上波形占空比，观察测其变化范围。 说明使用示波器观察信号波形时，为达到下列要求应怎样进行调节：（1）波形清晰且亮度适中；（2）波形在荧光屏中央且大小适中；（3）波形完整；（4）波形稳定。五、思考题：1、总结用示波器测量信号幅度及周期的方法。2、示波器和毫伏表读数的关系。示波器前面板说明CRT显示屏INTEN:轨迹及光点亮度控制钮FOCUS:轨迹聚焦调整钮TRACE ROTATION:使水平轨迹与刻度线成平行的调整钮POWER:电源主开关压下此钮可接通电源电源指示灯会发亮再按一次开关凸起时则切断电源。FILTER:滤光镜片可使波形易于观察。VERTICAL垂直偏向VOLTS/DIV:垂直衰减选择钮以此钮选择CH1及CH2的输入信号衰减幅度范围为5mV/DIV5V/DIV共10檔。AC-GND-DC:输入信号耦合选择按键组AC:垂直输入信号电容耦合，截止直流或极低频信号输入。GND:按下此键则隔离信号输入，并将垂直衰减器输入端接地，使之产生一个零电压参考信号。DC:垂直输入信号直流耦合，AC与DC信号一齐输入放大器。CH1(X)输入:CH1的垂直输入端在X-Y模式中为X轴的信号输入端。 VARIABLE:灵敏度微调控制至少可调到显示值的1/2.5。在CAL位置时灵敏度即为档位显示值。当此旋钮拉出时(5 MAG 状态) 垂直放大器灵敏度增加5倍。CH2(Y)输入 :CH2的垂直输入端在X-Y模式中为Y轴的信号输入端。vPOSITION:轨迹及光点的垂直位置调整钮VERT MODE:CH1及CH2选择垂直操作模式CH1:设定本示波器以CH1单一频道方式工作。CH2:设定本示波器以CH2单一频道方式工作。DUAL:设定本示波器以CH1及CH2双频道方式工作此时并可切换ALT/CHOP模式来显示两轨迹。ADD:用以显示CH1及CH2的相加信号当CH2 INV键为压下状态时即可显示CH1及CH2的相减信号。CH1&CH2 DC BAL.:调整垂直直流平衡点详细调整部骤请参照4-11 DC BAL的调整。ALT/CHOP:当在双轨迹模式下放开此键则CH1&CH2以交替方式显示。(一般使用于较快速之水平扫描文件位) 当在双轨迹模式下按下此键则CH1&CH2以切割方式显示。(一般使用于较慢速之水平扫描文件位)CH2 INV:此键按下时CH2的讯号将会被反向。CH2输入讯号于ADD模式时CH2触发截选讯号( Trigger Signal Pickoff )亦会被反向。TRIGGER触发SLOPE:触发斜率选择键+: 凸起时为正斜率触发当信号正向通过触发准位时进行触发。-: 压下时为负斜率触发当信号负向通过触发准位时进行触发。EXT TRIG. IN:TRIG. IN输入端子可输入外部触发信号。欲用此端子时须先将SOURCE选择器置于EXT位置。TRIG. ALT:触发源交替设定键当VERT MODE选择器在DUAL或ADD位置且SOURCE选择器置于CH1或CH2位置时按下此键本仪器即会自动设定CH1与CH2的输入信号以交替方式轮流作为内部触发信号源。SOURCE:内部触发源信号及外部EXT TRIG. IN输入信号选择器。CH1:当VERT MODE选择器在DUAL或ADD位置时以CH1输入端的信号作为内部触发源。CH2:当VERT MODE选择器在DUAL或ADD位置时以CH2输入端的信号作为内部触发源。LINE:将AC电源线频率作为触发信号。EXT:将TRIG. IN端子输入的信号作为外部触发信号源。TRIGGER MODE:触发模式选择开关AUTO: 当没有触发信号或触发信号的频率小于25Hz时扫描会自动产生。NORM: 当没有触发信号时扫描将处于预备状态屏幕上不会显示任何轨迹。本功能主要用于观察25Hz之信号。TV-V: 用于观测电视讯号之垂直画面讯号。TV-H: 用于观测电视讯号之水平画面讯号。LEVEL:触发准位调整钮旋转此钮以同步波形并设定该波形的起始点。将旋钮向 “+”方向旋转触发准位会向上移；将旋钮向 “-” 方向旋转，则触发准位向下移。水平偏向TIME/DIV:扫描时间选择钮扫描范围从0.2S/DIV到0.5S/DIV共20个档位。X-Y:设定为X-Y模式。SWP. VAR:扫描时间的可变控制旋钮若按下SWP. UNCAL键并旋转此控制钮扫描时间可延长至少为指示数值的2.5倍该键若未压下时则指示数值将被校准。10 MAG:水平放大键按下此键可将扫描放大10倍。3POSITION4:轨迹及光点的水平位置调整钮其它功能 CAL(2Vp-p):此端子会输出一个2Vp-p, 1kHz的方波, 用以校正测试棒及检查垂直偏向的灵敏度。GND:本示波器接地端子实验二 晶体管共射单管放大器一、实验目的1 掌握放大器静态工作点的调试方法，学会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。二、实验仪器1 双踪示波器2 万用表3 交流毫伏表4 信号发生器三、实验原理图2-1 单级阻容耦合晶体管放大器实验电路图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RB2和RB1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。 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510倍），则它的静态工作点可用下式估算，UCC为供电电源，此为+12V。 （2-1） （2-2） （2-3） 电压放大倍数 （2-4） 输入电阻 （2-5） 输出电阻 （2-6）放大器静态工作点的测量与调试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数字万用表，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，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。2） 静态工作点的调试 放大器静态工作点的调试是指对三极管集电极电流IC（或UCE）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的影响。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。 (a)饱和失真 (b)截止失真图2-2 静态工作点对U0波形失真的影响改变电路参数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。最后还要说明的是，上面所说的工作点“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。所以确切的说，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。如须满足较大信号的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。 图2-3 电路参数对静态工作点的影响 2. 放大器动态指标测试放大器动态指标测试包括电压放大倍数、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AV= （2-7）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 R= （2-8）测量时应注意 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=12K。3） 输出电阻RO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和接入负载后输出电压UL，根据 U= （2-9）即可求出RO RO=（）R （2-10）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。图2-4 输入、输出电阻测量电路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2UO。或用示波器直接读出UOPP来。 图2-5 静态工作点正常，输入信号太大引起的失真5） 放大器频率特性的测量放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数AV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： 图2-6 幅频特性曲线Avm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1/倍，即0.707Avm所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH，则通频带fBW=fH-fL （2-11）放大器的幅频特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数AV。为此可采用前述测AV的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时要注意取点要恰当，在低频段与高频段要多测几点，在中频可以少测几点。此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变，且输出波形不能失真。三、实验内容1连线在实验箱的晶体管系列模块中，按图2-1所示连接电路：DTP5作为信号Ui的输入端，DTP4（电容的正级）连接到DTP26（三极管基极），DTP26连接到DTP57，DTP63连接到DTP64（或任何GND），DTP26连接到DTP47（或任何10K电阻），再由DTP48连接到100K电位器（RW）的“1”端，“2”端和“3”端相连连接到DTP31，DTP27（三极管射极）连接到DTP51，DTP27连接到DTP59（或DTP60），DTP24连接到DTP32（或DTP33），DTP25先不接开路，最后把电源部分的+12V连接到DTP31。 注：后续实验电路的组成都是这样按指导书提供的原理图在实验箱相应模块中进行连线，把分立元件组合在一起构成实验电路。2测量静态工作点静态工作点测量条件：输入接地即使Ui=0.在步骤1连线基础上，DTP5接地（即Ui=0），打开直流开关，调节RW，使IC=2.0mA（即UE=2.4V），用万用表测量UB、UE、UC、RB2值。记入表2-1。表2-1 IC=2.0mA测 量 值计 算 值UB（V）UE（V）UC（V）RB2（K）UBE（V）UCE（V）IC（mA）3测量电压放大倍数调节一个频率为1KHz、峰峰值为50mV的正弦波作为输入信号Ui 。断开DTP5接地的线，把输入信号连接到DTP5，同时用双踪示波器观察放大器输入电压Ui（DTP5处）和输出电压Uo（DTP25处）的波形，在Uo波形不失真的条件下用毫伏表测量下述三种情况下(1.不变实验电路时；2.把DTP32和DTP33用连接线相连时；3.断开DTP32和DTP33连接线，DTP25连接到DTP52时)的Uo值（DTP25处），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 （有效值）RC（K）RL（K）U0（V）AV观察记录一组U0和Ui波形2.41.22.42.4注意：由于晶体管元件参数的分散性，定量分析时所给Ui为50mV不一定适合，具体情况需要根据实际给适当的Ui值，以后不再说明。由于Uo所测的值为有效值，故峰峰值Ui需要转化为有效值或用毫伏表测得的Ui来计算AV值。切记万用表、毫伏表测量都是有效值，而示波器观察的都是峰峰值。4观察静态工作点对电压放大倍数的影响 在步骤3的RC=2.4K，RL= 连线条件下，调节一个频率为1KHz、峰峰值为50mV的正弦波作为输入信号Ui连到DTP5。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的值，记入表2-3。测量IC时，要使Ui=0（断开输入信号Ui，DTP5接地）。表2-3 RC=2.4K RL= Ui= mV（有效值）IC(mA)2.0U0(V)AV实验三 晶体管两级放大器一、实验目的 1掌握两级阻容放大器的静态分析和动态分析方法。2 加深理解放大电路各项性能指标。二、实验仪器 1双踪示波器3 万用表3交流毫伏表4信号发生器三、实验原理 实验电路图如下所示： 图3-1 两级放大电路实验电路图 1阻容耦合因有隔直作用，故各级静态工作点互相独立，只要按实验二分析方法，一级一级地计算就可以了。 2两级放大电路的动态分析1)中频电压放大倍数的估算 （3-1） 单管基本共射电路电压放大倍数的公式如下： 要特别注意的是，公式中的不仅是本级电路输出端的等效电阻，还应包含下级电路等效至输入端的电阻，即前一级输出端往后看总的等效电阻。2）输入电阻的估算两级放大电路的输入电阻一般来说就是输入级电路的输入电阻，即： （3-5）3) 输出电阻的估算两级放大电路的输出电阻一般来说就是输出级电路的输出电阻，即： （3-6） 3两级放大电路的频率响应1）幅频特性 已知两级放大电路总的电压放大倍数是各级放大电路放大倍数的乘积，则其对数幅频特性便是各级对数幅频特性之和，即： （3-7）2） 相频特性 两级放大电路总的相位为各级放大电路相位移之和，即 （3-8）四、实验内容1在实验箱的晶体管系列模块中，按图3-1所示正确连接电路，Ui、Uo悬空，接入+12V电源。2测量静态工作点在步骤1连线基础上，在Ui=0情况下，打开直流开关，第一级静态工作点已固定，可以直接测量。调节100K电位器使第二级的IC2=1.0mA（即UE2=0.43V），用万用表分别测量第一级、第二级的静态工作点，记入表3-1。表3-1UB(V)UE(V)UC(V)IC(mA)第一级第二级3测试两级放大器的各项性能指标调节一个频率为1KHz、峰峰值为50mV的正弦波作为输入信号Ui 。用示波器观察放大器输出电压Uo的波形，在不失真的情况下用毫伏表测量出Ui、U0，算出两级放大器的倍数，输出电阻和输入电阻的测量按实验二方法测得，U01 与U02分别为第一级电压输出与第二级电压输出。AV1为第一级电压放大倍数，AV2（U02/U01）为第二级电压放大倍数，AV为整个电压放大倍数，根据接入的不同负载测量性能指标记入表3-2。表3-2负载Ui(mV)U01(V)U02(V)U0(V)AV1AV2AVRi(K)R0(K)RL=RL=10K4测量频率特性曲线保持输入信号Ui的幅度不变，改变信号源频率f，逐点测出RL=10K时相应的输出电压UO，用双踪示波器观察U0与Ui的相位关系，自作表记录数据。为了频率f取值合适，可先粗测一下，找出中频范围，然后再仔细读数。实验四 负反馈放大器一、实验目的1通过实验了解串联电压负反馈对放大器性能的改善。2了解负反馈放大器各项技术指标的测试方法。2掌握负反馈放大电路频率特性的测量方法。二、实验仪器 1双踪示波器 2万用表3模电实验箱4信号发生器三、实验原理图4-1 负反馈放大器实验电路图图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。根据反馈网络从基本放大器输出端取样方式的不同，可知它属于电压串联负反馈。基本理论知识参考课本。电压串联负反馈对放大器性能的影响主要有以下几点：1负反馈使放大器的放大倍数降低，AVf的表达式为： AVf= （4-1）从式中可见，加上负反馈后，AVf比AV降低了（1+AVFV）倍，并且|1+AVFV|愈大，放大倍数降低愈多。深度反馈时， （4-1）2 反馈系数 FV= （4-3）3负反馈改变放大器的输入电阻与输出电阻负反馈对放大器输入阻抗和输出阻抗的影响比较复杂。不同的反馈形式，对阻抗的影响不一样。一般并联负反馈能降低输入阻抗；而串联负反馈则提高输入阻抗，电压负反馈使输出阻抗降低；电流负反馈使输出阻抗升高。输入电阻：Rif =（1+AVFV）Ri （4-4）输出电阻 Rof= （4-5）4负反馈扩展了放大器的通频带 引入负反馈后，放大器的上限频率与下限频率的表达式分别为： (4-6) (4-7) (4-8)可见，引入负反馈后，fHf向高端扩展了（1+AVFV）倍，fLf向低端扩展了（1+AVFV）倍，使通频带加宽。5负反馈提高了放大倍数的稳定性。 当反馈深度一定时，有 (4-9)可见引入负反馈后，放大器闭环放大倍数AVf的相对变化量比开环放大倍数的相对变化量减少了（1+AVFV）倍，即闭环增益的稳定性提高了（1+AVFV）倍。四、实验内容1按图4-1正确连接线路，K先断开即反馈网络（Rf+Cf）先不接入。2测量静态工作点打开直流开关，使US=0，第一级静态工作点已固定，可以直接测量。调节100K电位器使第二级的IC2=1.0mA（即UE2=0.43V），用万用表分别测量第一级、第二级的静态工作点，记入表4-1。表4-1UB(V)UE(V)UC(V)IC(mA)第一级第二级3. 测试基本放大器的各项性能指标调节一个频率为1KHz、峰峰值为50mV的正弦波作为输入信号Ui 。用示波器观察放大器输出电压Uo的波形，在不失真的情况下用毫伏表测量出Ui、U0，算出两级放大器的倍数，输出电阻和输入电阻的测量按实验二方法测得，U01 与U02分别为第一级电压输出与第二级电压输出。AV1为第一级电压放大倍数，AV2（U02/U01）为第二级电压放大倍数，AV为整个电压放大倍数，根据接入的不同负载测量性能指标记入表4-2。表4-2负载Ui(mV)U01(V)U02(V)U0(V)AV1AV2AVRi(K)R0(K)RL=RL=2.7K4. 测试负反馈放大器的各项性能指标在接入负反馈支路Rf=1K的情况下，测量负反馈放大器的Avf、Rif、Rof及fHf和fLf值并将其值填入表4-3中，输入信号频率为1KHz，Ui的峰峰值为50mV。 表4-3 数值 KUS(mV)Ui(mV)U0(V)AVRi(K)R0(K)fH(KHz)fL(Hz)基本放大器 （K断开）RL=RL=2.7K负反馈放大器（K闭合）RL=RL=2.7K 注：测量值都应统一为有效值的方式计算，绝不可将峰峰值和有效值混算，示波器所测量的为峰峰值，万用表和毫伏表所测量的为有效值。测fH和fL时，输入Ui=50mV，f=1KHz的交流信号，测得中频时的U0值，然后改变信号源的频率，先f增加，使U0值降到中频时的0.707倍，但要保持Ui=50mV不变，此时输入信号的频率即为fH，降低频率，使U0值降到中频时的0.707倍，此时输入信号的频率即为fL。实验五 差动放大器一、实验目的1加深理解差动放大器的工作原理，电路特点和抑制零漂的方法。2学习差动放大电路静态工作点的测试方法。3学习差动放大器的差模、共模放大倍数、共模抑制比的测量方法。二、实验仪器 1双踪示波器 2万用表3模电实验箱4信号发生器三、实验原理 图7-1 恒流源差动放大器图7-1所示电路为具有恒流源的差动放大器，其中晶体管T1、T2称为差分对管，它与电阻RB1、RB2、RC1、RC2及电位器RW1共同组成差动放大的基本电路。其中RB1=RB2，RC1=RC2，RW1为调零电位器，若电路完全对称，静态时，RW1应处为中点位置，若电路不对称，应调节RW1，使U01、U02两端静态时的电位相等。晶体管T3、T4与电阻RE3、RE4、R和RW2共同组成镜像恒流源电路，为差动放大器提供恒定电流I0。要求T3、T4为差分对管。R1和R2为均衡电阻，且R1=R2，给差动放大器提供对称的差模输入信号。由于电路参数完全对称，当外界温度变化，或电源电压波动时，对电路的影响是一样的，因此差动放大器能有效的抑制零点漂移。1差动放大电路的输入输出方式如图7-1所示电路，根据输入信号和输出信号的不同方式可以有四种连接方式。即：(1)双端输入双端输出 将差模信号加在US1、US2两端，输出取自U01、U02两端。(2)双端输入单端输出 将差模信号加在US1、US2两端，输出取自U01或U02到地的信号。(3)单端输入双端输出 将差模信号加在US1上，US2接地（或US1接地而信号加在US2上），输出取自U01、U02两端。(4)单端输入单端输出 将差模信号加在US1上，US2接地（或US1接地而信号加在US2上），输出取自U01或U02到地的信号。连接方式不同，电路的性能参数不同。2静态工作点的计算静态时差动放大器的输入端不加信号，由恒流源电路得 （5-1）I0为IR的镜像电流。由电路可得 （5-2）由上式可见I0主要由-VEE（-12V）及电阻R、RW2、RE4决定，与晶体管的特性参数无关。差动放大器中的T1、T2参数对称，则IC1=IC2=I0/2 （5-3） （5-4） （5-5） 由此可见，差动放大器的工作点，主要由镜像恒流源I0决定。3差动放大器的重要指标计算 (1)差模放大倍数AVd 由分析可知，差动放大器在单端输入或双端输入，它们的差模电压增益相同。但是，要根据双端输出和单端输出分别计算。在此分析双端输入，单端输入自己分析。 设差动放大器的两个输入端输入两个大小相等，极性相反的信号Vid=Vid1-Vid2。 双端输入双端输出时，差动放大器的差模电压增益为 （5-6） 式中。AVi为单管电压增益。 双端输入单端输出时，电压增益为 （5-7） 式中。 （2）共模放大倍数AVC 设差动放大器的两个输入端同时加上两个大小相等，极性相同的信号即Vic=Vi1=Vi2. 单端输出的差模电压增益 （5-8） 式中为恒流源的交流等效电阻。即 （5-9） （5-10） （5-11）由于一般为几百千欧，所以 则共模电压增益AVC1，在单端输出时，共模信号得到了抑制。 双端输出时，在电路完全对称情况下，则输出电压A0C1=VOC2，共模增益为 （5-12） 上式说明，双单端输出时，对零点漂移，电源波动等干扰信号有很强的抑制能力。注：如果电路的对称性很好，恒流源恒定不变，则U01与U02的值近似为零，示波器观测U01与U02的波形近似于一条水平直线。共模放大倍数近似为零，则共模抑制比KCMR为无穷大。如果电路的对称性不好，或恒流源不恒定，则U01、U02为一对大小相等极性相反的正弦波（示波器幅度调节到最低档），用长尾式差动放大电路可观察到U01、U02分别为正弦波，实际上对管参数不一致，受信号频率与对管内部容性的影响，大小和相位可能有出入，但不影响正弦波的出现。 （3）共模抑制比KCMR差动放大电器性能的优劣常用共模抑制比KCMR来衡量，即：或 （dB） （5-13）单端输出时，共模抑制比为： （5-14）双端输出时，共模抑制比为： （5-15）三、实验内容1参考本实验所附差动放大模块元件分布图，对照实验原理图图7-1所示正确连接原理图：从FTP16连接到电位器RW2（10K）的一端，另一端接地，FTP12接到CTP52，FTP8接入CTP54，CTP53接地，FTP11连接FTP14，FTP1接+12V电源，FTP15接-12V电源，这样实验电路连接完毕。2调整静态工作点打开直流开关，不加输入信号，将输入端US1、US2两点对地短路，调节恒流源电路的RW2，使I0=1mA，即I0=2VRC1/RC1。再用万用表直流档测量差分对管T1、T2的集电极的电压VC1、VC2，如果VC1 C20应调整RW1使满足VC1 C2=0。3测量差模放大倍数AVd将US2端接地，从US1端输入示数Vid =200mV（峰峰值）、f=1KHz的差模信号，先用示波器测量Vid，再用示波器分别测出双端输出差模电压Vod（Uo1-Uo2）和单端输出电压Vod1(Uo1)、Vod2(Uo2) (Vod的测量方法：用两个探头，分别测Vod1、Vod2的波形，微调档相同，按下示波器Y2反相按键，在显示方式中选择叠加方式即可得到所测的差分波形)。并计算出差模双端输出的放大倍数Avd和单端输出的差模放大倍数AVd1或Avd2。记入表一中。4测量共模放大倍数AVC将输入端US1、US2两点连接在一起，R1与R2从电路中断开，从US1端输入示数10V（峰峰值），f=1KHz的共模信号，用毫伏表分别测量T1、T2两管集电极对地的共模输出电压UOC1和UOC2且用示波器观察他们的波形，则双端输出的共模电压为UOC=UOC1-UOC2，并计算出单端输出的共模放大倍数AVC1（或AVC2）和双端输出的共模放大倍数AVC。5根据以上测量结果，分别计算双端输出，和单端输出共模抑制比。即KCMR（单）和KCMR（双）。表一：测量差模放大倍数AVdVid单端输出Uo1（Uo2）AVd1（Avd2）双端输出Uo1-Uo2Avd测量共模放大倍数AVCViC单端输出UOC1（UOC）AVC1（AVC2）双端输出UOCAVC共模抑制比KCMR（单）KCMR（双）6用一固定电阻RE=10K代替恒流源电路，即将RE接在-VEE和RW1中间触点插孔之间组成长尾式差动放大电路，重复步骤3、4、5，将结果填入表二中，并与恒流源电路相比较。表二：测量差模放大倍数AVdVid单端输出Uo1（Uo2）AVd1（Avd2）双端输出Uo1-Uo2Avd测量共模放大倍数AVCViC单端输出UOC1（UOC）AVC1（AVC2）双端输出UOCAVC共模抑制比KCMR（单）KCMR（双）实验六 低频功率放大器-OTL功率放大器一、 实验目的1 进一步理解OTL功率放大器的工作原理。2 加深理解OTL电路静态工作点的调整方法。3 学会OTL电路调试及主要性能指标的测试方法。二、实验仪器 1、双踪示波器2、万用表3、交流毫伏表4、信号发生器5、模电实验箱三、实验原理图6-1 OTL功率放大器实验电路图6-1所示为OTL低频功率放大器。其中由晶体三极管T1组成推动级（也称前置放大级），T2、T3是一对参数对称的NPN和PNP型晶体三极管，它们组成互补推挽OTL功放电路。由于每一个管子都接成射极输出器形式，因此具有输出电阻低，负载能力强等优点，适合于作功率输出级。T1管工作于甲类状态，它的集电极电流IC1由电位器RW1进行调节。IC1的一部分流经电位器RW2及二极管D，给T2、T3提供偏压。调节RW2，可以使T2、T3得到合适的静态电流而工作于甲、乙类状态，以克服交越失真。静态时要求输出端中点A的电位，可以通过调节RW1来实现，又由于RW1的一端接在A点，因此在电路中引入交、直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大器的静态工作点，同时也改善了非线性失真。当输入正弦交流信号Ui时，经T1放大、倒相后同时作用于T2、T3的基极，Ui的负半周使T2管导通（T3管截止），有电流通过负载RL（用嗽叭作为负载RL，嗽叭接线如下：只要把输出Uo用连接线连接到插孔LMTP即可），同时向电容C0充电，在Ui的正半周，T3导通（T2截止），则已充好电的电容器C0起着电源的作用，通过负载RL放电，这样在RL上就得到完整的正弦波。C2和R构成自举电路，用于提高输出电压正半周的幅度，以得到大的动态范围。由于信号源输出阻抗不同，输入信号源受OTL功率放大电路的输入阻抗影响而可能失真，R0作为失真时的输入匹配电阻。调节电位器RW2时影响到静态工作点A点的电位，故调节静态工作点采用动态调节方法。为了得到尽可能大的输出功率，晶体管一般工作在接近临界参数的状态，如ICM，U（BR）CEO和PCM，这样工作时晶体管极易发热，有条件的话晶体管有时还要采用散热措施，由于三极管参数易受温度影响，在温度变化的情况下三极管的静态工作点也跟随着变化，这样定量分析电路时所测数据存在一定的误差，我们用动态调节方法来调节静态工作点，受三极管对温度的敏感性影响所测电路电流是个变化量，我们尽量在变化缓慢时读数作为定量分析的数据来减小误差。 OTL电路的主要性能指标：1最大不失真输出功率Pom理想情况下，在实验中可通过测量RL两端的电压有效值，来求得实际的 （10-1）2效率 （10-2） PE直流电源供给的平均功率 理想情况下max78.5%。在实验中，可测量电源供给的平均电流Idc（多测几次I取其平均值），从而求得 （10-3）负载上的交流功率已用上述方法求出，因而也就可以计算实际效率了。频率响应详见实验三有关部分内容输入灵敏度输入灵敏度是指输出最大不失真功率时，输入信号i之值。 四、实验内容连线按图6-1正确连接实验电路（两个电位器需要连接，其中A点在实验箱功率放大模块中标为结点了，实际上LTP2到LTP5为一根导线，LTP4和LTP5、LTP6和LTP5之间都有一个大小为2.2的电阻连接，注意实验箱表面原理图未画出。在做实验需要把LTP5连接差动放大模块处470uF电容的正极）。电源进线中串入直流毫安表（若无直流毫安表可用数字万用表代替测电流I）。输出先开路。2静态工作点的测试用动态调试法调节静态工作点，先使RW20，