模拟电子技术验证性实验.ppt

1、模拟电子技术实验,主 编 李 林 副主编 沈明霞 刘德营 陆静霞 参 编 黄桂林 杨红兵 邹修国 徐 友 邹春富 主 审 尹文庆,第5章 模拟电子技术验证性实验,实验5-1 常用电子仪器的使用 实验5-2 二极管、三极管检测与参数估计 实验5-3 单级放大电路 实验5-4 结型场效应管共源放大电路 实验5-5 负反馈放大电路 实验5-6 射极跟随器 实验5-7 差动放大电路 实验5-8 比例求和电路,实验5-9 电压比较器 实验5-10 积分与微分电路 实验5-11 RC正弦波振荡器 实验5-12 LC正弦波振荡器 实验5-13 OTL功率放大器 实验5-14 集成功率放大器 实验5-15 串

2、联型晶体管稳压电源 实验5-16 集成直流稳压电源 实验5-17 晶闸管可控整流电路,实验5-1 常用电子仪器的使用,一、实验目的 (1) 了解常用电子仪器的用途，掌握正确的使用方法及注意事项。 (2) 本实验以TDS210数字示波器和CFG253函数信号发生器为例，熟悉仪器控制面板各旋钮和按键作用，学习如何用CFG253函数信号发生器调节输出频率、幅度范围以及用TDS210数字示波器观察、测量波形的幅度、频率的方法,实验5-1 常用电子仪器的使用,二、预习要求 (1) 认真阅读相关仪器说明书，详细了解TDS210数字示波器、CFG253函数信号发生器各旋钮、按键的功能和作用，填写表5-1和表

3、5-2,表5-1 TDS210数字示波器各旋钮、按键作用,实验5-1 常用电子仪器的使用,表5-2 CFG253函数信号发生器各旋钮、按键作用,实验5-1 常用电子仪器的使用,2) 了解仪器面板上常用的各主要旋钮、按键的作用后，根据表5-3提示的调节要求，填写相应操作按键或旋钮，以进一步熟悉和掌握相关仪器的使用,表5-3 调节要求与操作按键或旋钮对应关系,实验5-1 常用电子仪器的使用,三、实验原理 (1) 示波器是用于观察各种电信号的波形并测量电压的幅值、频率和相位等综合参数的测量仪器。 (2) 函数发生器是能产生多种波形的信号发生器，用于给被测电路提供所需波形、幅值和频率的测量信号,实验5

4、-1 常用电子仪器的使用,四、实验内容 1TDS210数字示波器的基本操作 (1) 仪器初始化校正。 步骤一：合上电源开关(POWER)。 步骤二：按UTILIY(功能)键，显示下一级菜单，选择中文(简体)菜单界面。 步骤三：将CH1(或CH2)探头连接器连接到PROBE COMP(校准信号)端。 步骤四：按AUTOSET (自动设置)键，调节VOLTS/DIV、SEC/DIV和POSITION旋钮，使显示方波的周期为一格、幅值为一格，读出CH1垂直标尺的读数和主时基设定值(M)的值，画出其波形图并填入表5-4中(此时表示的是仪器内的校正信号,表5-4 校正信号参数及波形,实验5-1 常用电子

5、仪器的使用,2) 操作垂直(VERTICAL)、水平(HORIZONTAL)和触发(TRIGGER)旋钮，掌握仪器正确操作方法(此时将CH1、CH2的探头都接入PROBE COMP端)。 垂直。 步骤一：按MATH MENU按键，选择减操作和加操作，观察显示波形，分别填入表5-5、表5-6中。使用POSITION位置旋钮和VOLTS/DIV旋钮，调节位置和垂直标尺，观察波形有何变化，填入表5-7中,表5-5 减操作对应波形,实验5-1 常用电子仪器的使用,表5-6 加操作对应波形,表5-7 调节垂直POSITION和VOLTS/DIV旋钮对应的波形变化,实验5-1 常用电子仪器的使用,步骤二：

6、按CH1 MENU键，观察显示菜单，设定耦合方式、带宽、伏/格、探棒衰减和反相，分别填入表5-8中,表5-8 CH1 MENU参数设置,实验5-1 常用电子仪器的使用,水平。 按HORIZONTAL MENU键，观察显示菜单，选择主时基，触发方式设定为电平触发，使用POSITION位置旋钮和SEC/DIV旋钮，调节位置和水平标尺，观察波形有何变化，详细填入表5-9中,表5-9 调节水平POSITION和VOLTS/DIV旋钮对应的波形变化,实验5-1 常用电子仪器的使用,触发。 按TRIGGER MENU键，显示下一级菜单，选择边沿自动触发方式，触发信源为CH1，调节LEVEL旋钮，观察波形有

7、何变化，填入表5-10中,表5-10 调节LEVEL旋钮对应的波形变化,其他功能。 按ACQUIRE(获取)、MEASURE(测定)、CURSOR(光标)、DISPLAY(显示)等键，了解相应菜单显示的内容和操作,实验5-1 常用电子仪器的使用,2信号测试 步骤一：将CFG253信号发生器的SWEEP(扫描方式)设为EXT，SYMMETRY(输出波形对称性调节)设为CAL，VOLTS OUT(电压输出)设为峰-峰值02V(或020V，根据需要而定)，按下FUNCTION(功能)对应的正弦波信号符号,实验5-1 常用电子仪器的使用,步骤二：将信号发生器的MAIN端与示波器CH1端连接(即信号线中

8、的黑夹子与示波器探头的黑夹子连接在一起，信号线中的红夹子与示波器的探头钩端连接)，调节函数信号发生器的相关旋钮(如AMPLITUDE、RANGE、FREQUENCY)和示波器的相关旋钮(如VERTICAL中的POSITION、VOLTS/DIV，HORIZONTAL中的POSITION、SEC/DIV)，观察示波器CH1频率值、CH1方均根值，使输出频率和幅度为表5-11要求的正弦信号，观察波形(要求：显示屏内有37个周期的完整波形)，将详细操作步骤填入表5-11中,实验5-1 常用电子仪器的使用,表5-11 示波器和函数信号发生器相关操作,实验5-1 常用电子仪器的使用,五、实验报告 (1)

9、 整理实验数据，填入表格中。 (2) 写出此次实验的心得体会。 六、思考题 (1) 示波器的信号探头线(同轴电缆)上黑夹子和红夹子在测试信号时能否互换使用？如何正确使用黑夹子？ (2) 如何利用光标功能和光标位移(垂直位移)旋钮来测量波形的峰-峰值电压、频率和周期,实验5-2 二极管、三极管检测与参数估计,一、实验目的 (1) 掌握鉴别二极管、三极管极性以及好坏和用万用表测量二极管正、反向电阻的大致数据范围的方法。 (2) 学会通过晶体管特性图示仪观察二极管、三极管的伏安特性曲线。 (3) 了解二极管、三极管参数估计方法,实验5-2 二极管、三极管检测与参数估计,二、预习要求 (1) 复习教材

10、有关二极管的结构、特性、标识及主要参数等理论知识。 (2) 复习教材有关三极管的结构、工作原理、标识及主要参数等理论知识。 (3) 复习万用表的使用方法,实验5-2 二极管、三极管检测与参数估计,三、实验原理 1二极管的质量与极性判别原理 指针式万用表电阻挡量程置R100或R1k，分别用红表笔和黑表笔接触二极管的两个电极，经过两次表笔交换测量，若测量的结果电阻有明显的差异，根据二极管单向导电特性，则可认定被测二极管是好的。测量结果呈低电阻时黑表笔所接电极为二极管的正极，另一端为负极。实际上，正、反向电阻不仅与被测二极管有关，还与万用表型号有关。例如R1k挡欧姆中心值不同的万用表，虽然电池电压均

11、为1.5V，向二极管提供的电流却不相等，反映的电阻值就有一定的差异，若选择R100挡或R1挡，则当电阻挡越低，给被测二极管提供的电流越大，测出的电阻值越小,实验5-2 二极管、三极管检测与参数估计,2三极管质量、类型和引脚判别原理 (1) 判断三极管类型和基极b。以NPN型半导体三极管为例，用黑表笔接某一个电极，红表笔分别接触另外两个电极，若测量结果阻值都较大，经过表笔交换测量后若测量结果电阻值都较小，则可断定第一次测量中黑表笔所接电极为基极；反之，测量结果电阻值一大一小相差很大，则证明第一次测量中黑表笔接的不是基极，应更换其他电极重测。若已知黑表笔所接是基极，而红表笔分别接触另外两个电极，电

12、阻都较小证明是NPN型管，反之则可判定是PNP管,实验5-2 二极管、三极管检测与参数估计,2) 判断三极管发射极e、集电极c和质量。确定三极管基极b后，用手指将假设集电极与基极捏在一起，但两极不可相碰。万用表两表笔根据管型的不同分别与假设的集电极、发射极相接，然后交换表笔重测一次，两次测量的结果应不相等，其中电阻值较小的一次为正常接法，正常接法对于NPN型管，红表笔接的是e极，黑表笔接的是c极，对于PNP型管，黑表笔接的是e极，而红表笔接的是c极,2.2.2 交流电压测量,在测试过程中，若发现任何两极之间的正、反向电阻都很小(接近于零)，或是都很大(表针不动)，表明晶体管已被击穿或烧坏。 需

13、要注意的是按正常接法，c、e极间通过的电流较大，测出的电阻值就小，由于晶体管内部结构是不对称的，表笔若反接，测出的电阻值就较大。若c、e极判别错误，则接入电路后放大倍数会明显降低，而且由于三极管的U(BR)CEO 比U(BR)CBO要小得多，则电路使用时很容易将发射结击穿,实验5-2 二极管、三极管检测与参数估计,四、实验内容 1测量二极管正、反向电阻并鉴别引脚极性 (1) 用万用表R100挡测量各二极管的正、反向电阻，并鉴别引脚的极性，将各晶体二极管的型号和测得的电阻值记入表5-12中。 (2) 用表R1k挡测量各二极管的正、反向电阻，将数据填入表5-12中。 (3) 在教师指导下，用晶体管

14、特性图示仪观察同一个二极管特性曲线，并画出其特性曲线,实验5-2 二极管、三极管检测与参数估计,表5-12 二极管的正、反向电阻,实验5-2 二极管、三极管检测与参数估计,2用万用表检测半导体三极管 (1) 用万用表的欧姆挡(R100或R1k)来测试给定的几个晶体管。确定晶体管的基极(b)，集电极(c)和发射极(e)；判断晶体管的类型(PNP或NPN)；检验晶体管的好坏，将选出的两个好晶体管(PNP、NPN各一个)的有关数据填入表5-13中,表5-13 晶体管类型、引脚判别以及参数测量,实验5-2 二极管、三极管检测与参数估计,表中R下标的意义规定如下：以Rbe 为例，b基极接万用表黑表笔；e

15、发射极接万用表红表笔。 (2) 在教师的指导下用晶体管特性图示仪测量晶体管的输入/输出特性曲线，并把特性曲线绘制出来,实验5-2 二极管、三极管检测与参数估计,五、实验报告 (1) 整理实验数据表格，分析其中的原理。 (2) 绘出二极管伏安特性曲线，并标出死区、正向导通区、反向截止区和反向击穿区。 (3) 绘出晶体管输出特性曲线，并标出晶体管的三个工作区,实验5-2 二极管、三极管检测与参数估计,六、思考题 (1) 在二极管的正向特性中，当二极管导通后，流过二极管的电流与二极管两端的电压有什么关系？ (2) 在判断晶体管发射极和集电极时用手把基极和假设集电极捏住起什么作用？ (3) 利用二极管

16、的特性曲线说明，为什么用万用表不同电阻挡测同一个二极管时，正、反向电阻的读数会不同,实验5-3 单级放大电路,一、实验目的 (1) 掌握自动稳定静态工作点分压式射极偏置电路的特点和性能。 (2) 学习测试静态工作点、放大倍数、输入电阻和输出电阻的方法。 (3) 能观察并测定电路参数变化对放大电路静态工作点、电压放大倍数及输出波形的影响。 (4) 了解放大电路频率特性的分析方法。 (5) 理解电路产生非线性失真的原因,实验5-3 单级放大电路,二、预习要求 (1) 复习分压式射极偏置放大电路的工作原理及分析方法。 (2) 根据所给电路参数，估算出电路的放大倍数Au，输入电阻Ri，输出电阻Ro,实

17、验5-3 单级放大电路,三、实验原理 1实验电路 实验电路如图5.1所示，该电路采用自动稳定静态工作点的分压式射极偏置电路，其温度稳定性好。电路中的Rw用来调整静态工作点,图5.1 单级共射放大电路,实验5-3 单级放大电路,2静态工作点调试原理 为了获得最大不失真输出电压，静态工作点应选在输出特性曲线上交流负载线的中点。若工作点选得太高，易引起饱和失真，而选得太低，又易引起截止失真。 实验中，如果测得UCEQ0.5V，说明三极管已饱和；如果测得UCEQVCC，则说明三极管已截止。对于线性放大电路，这两种工作点都是不可取的，必须进行参数调整。一般情况下，调整静态工作点，就是调整电路的电阻Rb1

18、。Rb1调小，工作点升高；Rb1调大，工作点降低，从而使UCEQ达到合适的值,实验5-3 单级放大电路,电路的静态工作点可由下列关系式估算,5-2,5-1,5-3,式中，Re=Re1+Re2。 由于放大电路中晶体管特性的非线性或不均匀性会造成非线性失真，为了降低这种非线性失真，对输入信号幅值要有一定的限制，不能太大,实验5-3 单级放大电路,3电压放大倍数Au测量原理 电压放大倍数的测量实质上是对输入电压ui与输出电压uo的有效值Ui和Uo的测量。在实际测量时，应注意在被测波形不失真和测试仪表的频率范围符合要求的条件下进行。将所测出的Ui和Uo值代入式(5-4)，则得到的电压放大倍数为,5-4

19、,实验中，需用示波器观察放大电路输出电压波形，在不失真状态下，用毫伏表分别测量输入/输出的电压，然后按式(5-4)计算电压放大倍数。 由于晶体管一经选定，就已确定，Au主要受静态工作点ICQ和负载电阻RL的影响,实验5-3 单级放大电路,4输入/输出电阻测量原理 放大器的输入电阻Ri就是从放大器的输入端口看进去的等效电阻，通常测量Ri的方法是在放大器的输入回路串联一个已知电阻R，选用R(为理论估算值)，如图5.2所示。在放大器输入端加正弦信号us，用示波器观察放大器输出电压信号uo，在uo不失真的情况下，用晶体管毫伏表测电阻R两端对地的电压Us和Ui，得,5-5,实验5-3 单级放大电路,放大

20、器的输出电阻Ro是从放大器的输出端口看进去的等效电阻，测量Ro的方法是在放大器的输入端加电压信号，如图5.3所示。在输出电压信号不失真的情况下，用晶体管毫伏表分别测量空载时(RL=)放大器的输出电压值Uo和带负载时放大器的输出电压UL值，即,5-6,实验5-3 单级放大电路,输出电阻Ro的大小表示电路带负载能力的大小。输出电阻越小，带负载能力越强,图5.2 输入电阻测量原理,图5.3 输出电阻测量原理,实验5-3 单级放大电路,5频率响应测量原理 频率响应的测量实质上是对不同频率时放大倍数的测量，一般用逐点法进行测量。 在保持输入信号幅值不变的情况下，改变输入信号的频率，逐点测量对应于不同频率

21、时的电压增益，在对数坐标纸画出各频率点的输出电压值并连成曲线，即为放大电路的频率响应。 通常将放大倍数下降到中频电压放大倍数的0.707倍时所对应的频率定义为放大电路上、下截止频率，分别用fH和fL表示，则放大电路的通频带为,5-7,实验5-3 单级放大电路,四、实验内容 1测量静态工作点Q参数 (1) 按照图5.1所示电路正确连接放大电路(接线前先测量+12V电源，断开电源后再连线)，接线完毕后仔细检查电路，确定无误后接通电源,实验5-3 单级放大电路,2) 将电路的输入端对地短路，接通直流电源VCC，调节可调电阻Rw，使UCEQ接近估算值，按表5-14的要求完成相关参数的测量,表5-14

22、静态工作点参数测量,实验5-3 单级放大电路,2测量放大电路动态参数 1) 测量电路的放大倍数 保持前面的静态工作点不变，调节函数信号发生器，使其输出峰-峰值为5mV频率为1kHz的正弦波信号。将信号发生器的输出信号接到放大电路的输入端，用示波器观察放大电路的输入/输出波形，将输出波形记录于图5.4中，并记录此时的放大倍数，同时将实测值与计算值进行比较、分析。如果电路中干扰较大，在不失真的前提下，可以提高输入信号幅度，以方便观测输出波形,图5.4 放大电路的输入/输出波形,实验5-3 单级放大电路,2) 观察静态工作点和负载对输出波形的影响 在输入条件不变的情况下，改变静态工作点和RL，观察放

23、大电路输出波形的变化，将测量结果分别进行分析，并记录于表5-15中,表5-15 静态工作点和输出负载对输出波形的影响,实验5-3 单级放大电路,3测量放大电路的频率响应 保持静态工作点不变，接负载RL =5.1k，调节信号发生器频率，采用逐点法进行测量。测量时保持输入信号幅值不变，每次改变信号频率后，都要保持放大电路输入信号的输入值不变，始终用示波器观察输出波形不产生失真，并将测量结果填入表5-16中,表5-16 放大电路的频率响应测量,实验5-3 单级放大电路,4测量放大电路的输入电阻、输出电阻 (1) 如图5.2所示，保持静态工作点不变，调节函数信号发生器，产生Upp =5mV和f=1kH

24、z的正弦波信号。在输出波形不失真的情况下，取R=1k，用交流毫伏表分别测出R两端的电压并记入表5-17中，输入电阻Ri可通过计算获得,表5-17 输入电阻测量,实验5-3 单级放大电路,2) 如图5.3所示连接电路，用交流毫伏表分别测量放大电路的开路电压Uo和负载电压UL并记入表5-18中，输出电阻Ro可通过计算获得,表5-18 输出电阻测量,实验5-3 单级放大电路,五、实验报告 (1) 认真记录和整理实验过程中的各种参数数据、波形，按要求填写表格并画出波形。 (2) 对所测试的结果进行理论分析，找出产生误差的原因。 (3) 通过实验，说明放大电路静态工作点设置的不同对放大电路工作有何影响。

25、 (4) 通过实验，估算单管放大电路的上、下截止频率,实验5-3 单级放大电路,六、思考题 (1) 不用示波器观察输出波形，仅用晶体管毫伏表测量所得出的放大电路的输出电压值Uo，是否有意义？ (2) 图5.1所示电路中，上偏置电阻Rb1中51k电阻起什么作用？既然有了Rw，去掉该电阻可否？为什么？ (3) 改变静态工作点，对放大电路有何影响？如果输出波形出现失真应如何调整电路,实验5-4 结型场效应管共源放大电路,一、实验目的 (1) 了解结型场效应管的性能和特点，掌握共源放大电路的特点。 (2) 进一步熟练掌握放大电路动态参数的测试方法,实验5-4 结型场效应管共源放大电路,二、预习要求 复

26、习有关场效应管的内容，并分别用图解法与计算法估算管子的静态工作点(根据实验电路参数)，求出工作点处的UDS、ID、UGS和Au、Ro的值,2-13,实验5-4 结型场效应管共源放大电路,三、实验原理 场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件，按结构可分为结型和绝缘栅型两种。由于场效应管输入电阻很高(一般可达上百兆欧)，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,实验5-4 结型场效应管共源放大电路,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5.5所示为N沟道结型场效应管3DJ6F的输出特性和转移特

27、性曲线。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gm。表5-19列出了3DJ6F的典型参数值及测试条件,图5.5 3DJ6F输出特性和转移特性曲线,实验5-4 结型场效应管共源放大电路,表5-19 3DJ6F的典型参数值及测试条件,实验5-4 结型场效应管共源放大电路,2结型场效应管共源放大电路性能分析 由场效应管组成的放大电路和晶体管一样，要建立合适的静态工作点，所不同的是场效应管是电压控制器件，因此它需要有合适的栅极电压。图5.6为结型场效应管组成的分压式自偏压共源放大电路,实验5-4 结型场效应管共源放大电路,其静态工作点,5-8,5-9,中频电压放大

28、倍数为,Au=-gm,-gm(Rd/RL,5-10,其中，跨导gm可由特性曲线用作图法求得，或用下列公式计算。注意，计算时UGS要用静态工作点处数值,5-11,实验5-4 结型场效应管共源放大电路,输入电阻为,Ri=RG+(Rg1/Rg2,输出电阻为,RoRd,5-12,5-13,图5.6 结型场效应管共源放大电路,实验5-4 结型场效应管共源放大电路,3输入电阻测量原理 由于场效应管的Ri比较大，限于测量仪器的输入电阻有限，常利用被测放大电路的隔离作用，通过测量输出电压Uo来计算输入电阻。其测量电路如图5.7所示,图5.7 输入电阻测量电路,实验5-4 结型场效应管共源放大电路,在放大电路的

29、输入端口串联电阻R，把开关S掷向位置1(R=0)，测量放大电路的输出电压Uo1=AuUS；保持US不变，再把S掷向2(接入R)，测量放大电路的输出电压Uo2。由于两次测量中Au和US保持不变，故,5-14,由此可以求出,5-15,式中，R和Ri不要相差太大，本实验可取R=100200k。 场效应管放大电路的静态工作点、电压放大倍数和输出电阻的测量方法，与实验5-2中晶体管放大电路的测量方法相同,实验5-4 结型场效应管共源放大电路,1测量和调整静态工作点 按图5.6所示连接电路，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

30、则把结果记入表5-20；若不合适，则适当调整Rg2或替换RS，调好后，再测量并记录,表5-20 静态工作点测量和比较,实验5-4 结型场效应管共源放大电路,2测量电压放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro 1) Au和Ro的测量 在放大器的输入端口加入f=1kHz且Upp在50100mV范围内的正弦信号，用示波器观察输出电压信号uo的波形。在uo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)，并记入表5-21。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5-21 Au和Ro的测量,实验5-4 结型场效应管共源放大电路

31、,2)Ri的测量 按图5.7所示连接电路，选择合适大小的输入信号us(US为50100mV)，将开关S掷向位置1，测出R=0时的输出电压Uo1，然后将开关掷向位置2，US保持不变，再测出Uo2，根据公式求出 Ri，记入表5-22,表5-22 Ri的测量,实验5-4 结型场效应管共源放大电路,五、实验报告 (1) 整理实验数据，将测得的Au、Ri、Ro和理论计算值进行比较。 (2) 把场效应管放大电路与晶体管放大电路进行比较，总结场效应管放大电路的特点。 (3) 分析测试中的问题，写出心得体会,实验5-4 结型场效应管共源放大电路,六、思考题 (1) 场效应管放大电路输入回路的电容C1为什么可以

32、取得小一些(可以取C1=0.1F)？ (2) 在测量场效应管静态工作电压UGS时，能否用直流电压表直接并联在G、S两端测量？为什么？ (3) 为什么测量场效应管输入电阻时要用测量输出电压的方法,实验5-5 负反馈放大电路,一、实验目的 (1) 理解负反馈放大电路中引入负反馈的方法以及负反馈对放大电路各项性能指标的影响。 (2) 进一步掌握放大电路的静态工作点、放大倍数、输入/输出电阻和频响的测量方法。 (3) 掌握放大电路开环与闭环特性的测试方法,实验5-5 负反馈放大电路,二、预习要求 (1) 复习教材中电压串联负反馈放大电路的工作原理。 (2) 了解不同反馈方式对放大电路放大倍数、频响特性

33、以及输入/输出电阻的影响。 (3) 估算图5.8所示电路在有反馈和无反馈两种情况时的电压放大倍数，设1=2=100，Rw =60k,实验5-5 负反馈放大电路,三、实验原理 放大电路中采用负反馈，在降低放大倍数的同时，可使放大电路的某些性能大大改善。如图5.8所示是一个两级电压串联负反馈放大电路。图中电阻Rf从第二级T2集电极连接到第一级T1的发射极构成负反馈。、是防止低频自激的电源退耦网络,实验5-5 负反馈放大电路,图5.8 负反馈放大电路,实验5-5 负反馈放大电路,1闭环放大倍数 负反馈放大电路可以用图5.9框图表示。电路闭环放大倍数为,5-16,式中，AuO为开环放大倍数,图5.9

34、负反馈放大电路框图,实验5-5 负反馈放大电路,反馈系数为,5-17,反馈放大电路放大倍数稳定度与无反馈放大电路放大倍数稳定度有如下关系,5-18,可见，负反馈放大电路比无反馈放大电路的稳定性提高了,倍,实验5-5 负反馈放大电路,2频响特性 引入负反馈后，放大器频响曲线的上限频率为,5-19,而下限频率为,5-20,可见负反馈放大电路的频带加宽,实验5-5 负反馈放大电路,3输入和输出电阻 图5.8电压串联负反馈放大电路的输入电阻为,5-21,输出电阻有如下关系,5-22,实验5-5 负反馈放大电路,四、实验内容 1调整静态工作点 (1) 按图5.8所示实验电路连接，检查无误后，接通+12V

35、直流电源。 (2) 在无输入信号的情况下，调节RW1使IC10.5mA，调节RW2使IC21mA，测出与工作点有关的数据值记入表5-23中,表5-23 负反馈放大电路静态工作点测量,实验5-5 负反馈放大电路,2开环测试 将图5.8所示的开关S拨向1，Rf做放大电路的负载电阻。 1) 测量开环放大倍数AuO 调节信号发生器，提供一个使放大电路达到最大不失真输出的1kHz输入信号。用毫伏表分别测量放大器的输入电压Ui和输出电压Uo，计算AuO,实验5-5 负反馈放大电路,保持上述实验中的输入信号电压和频率不变，将电源电压升高到14V和降低到10V，分别用毫伏表测量放大电路输出电压，计算相应的Au

36、O，AuO以及放大倍数稳定度S，将结果填入表5-24中,表5-24 开环放大倍数及其稳定度测量,实验5-5 负反馈放大电路,2) 测量带宽 信号发生器输出一个电压幅度适当的(f=1kHz)信号作为放大电路的输入信号，使放大电路输出电压信号uo不失真(用示波器观察)。测量时保持输入电压信号ui不变，改变信号源频率f，测量fH和fL，数据记入表5-25,表5-25 带宽测量,实验5-5 负反馈放大电路,3闭环测试 将图5.8所示电路中开关S拨到位置2，测量负反馈时的放大倍数、放大倍数稳定度以及带宽等，其测量方法和开环放大电路相同。将测试结果填入表5-26、表5-27中,表5-26 闭环放大倍数及其

37、稳定度测量,表5-27 带宽测量,实验5-5 负反馈放大电路,五、实验报告 (1) 整理实验数据，分别求出开环和闭环时放大倍数。 (2) 用坐标纸绘制频响曲线，并在图中标出fH 、fHf 、fL 和fLf值。 (3) 用闭环放大电路的有关公式计算其放大倍数和上、下限频率理论值，并与实验值比较，估计相对误差，分析引起误差的原因。 (4) 根据实验所得结果，说明负反馈对放大电路性能的影响,实验5-5 负反馈放大电路,六、思考题 (1) 用示波器测量波形有何优缺点？ (2) 能否说越大，负反馈效果越好？对多级放大电路应从末级向输入级引入负反馈，为什么,实验5-6 射极跟随器,一、实验目的 (1) 掌

38、握射极跟随器的性能及其测量技术。 (2) 进一步学习放大电路各项参数测量方法,实验5-6 射极跟随器,二、预习要求 (1) 复习射极跟随器的工作原理。 (2) 根据图5.10电路的元件参数值计算静态工作点。用作图法画出交、直流负载线，从而求输出电压的跟随范围,图5.10 射极跟随器,实验5-6 射极跟随器,三、实验原理 图5.10为射极跟随器实验电路。它具有良好的温度稳定性、输入电阻高输出电阻低、电压放大倍数接近于1和输出电压与输入电压同相的特点，输出电压能够在较大的范围内跟随输入电压作线性变化，因而具有优良的跟随特性，故称跟随器,实验5-6 射极跟随器,1输入电阻 设图5.10电路的负载为R

39、L，则输入电阻为,5-23,式中,实验5-6 射极跟随器,由上式可知：增加可以增加跟随器输入电阻，所以可以选用复合管。当RL固定时，增大Re可提高值，但如果RL很小，增大Re其意义也不大。由于Rb与并联，如果Rb太小，跟随器的输入电阻就难以提高。通常采用如图5.11所示的自举电路，以提高偏置电路的等效输入电阻，等效输入电阻为,5-24,式中，Au1很大。因此，输入电阻为,故在这种电路中，基极分压电阻Rb1、Rb2不用取得很大,5-25,实验5-6 射极跟随器,图5.11 具有“自举”功能的射极跟随器,实验5-6 射极跟随器,2输出电阻 由图5.11可求得输出电阻为,当Re较大时,5-26,式中

40、,实验5-6 射极跟随器,式中，Rs为信号发生器的输出电阻。 从式(5-27)可知：射极跟随器具有很低的输出电阻，因此输出电压受负载电阻变化影响很小。为了得到尽可能低的Ro，从而发挥了射极跟随器的特点，应选用大值的管子和大的工作电流IE,5-27,实验5-6 射极跟随器,3电压放大倍数 射极跟随器的电压放大倍数Au1，即UoUi。说明输出电压等于输入电压，且同相。这种电路常用来做阻抗变换，即把高阻抗输入转换成低阻抗输出,实验5-6 射极跟随器,4电压跟随范围 电压跟随范围，是指跟随器输出电压随输入电压作线性变化的区域，但在输入电压超过一定范围时，输出电压不能跟随输入电压作线性变化，失真急剧增加

41、,实验5-6 射极跟随器,在管子、电路参数以及使用条件(例如VCC、负载、环境温度等)确定以后，此电路的跟随范围也就确定了。用作图法，可以求出图5.11所示电路的跟随范围。从图中的交流负载线可以找出不产生饱和失真和截止失真的区域。最大正向动态跟随范围为|UCEQ-UCE1|，最大负向动态跟随范围为|UCEQ-UCE2|，当工作点取在交流负载线中心点，最大输出电压峰-峰值,5-28,实验5-6 射极跟随器,所以最大输出电压峰值为,最大输出电压有效值为,5-29,5-30,实验5-6 射极跟随器,5非线性失真系数 非线性失真系数定义为D=Ud /U1。 式中， ，U2、U3分别为二次，三次谐波分量

42、有效值，U1为基波分量有效值,实验5-6 射极跟随器,四、实验内容 1调整静态工作点 按图5.11所示电路连接，检查无误后接通+12V直流电源。调节RW，使IE =(0.81.5)mA。测量各静态工作电压，把结果填入表5-28,表5-28 静态工作点测量,实验5-6 射极跟随器,2测量电压放大倍数 输入f =1kHz、幅值为1V的正弦信号，用示波器观察输入ui、输出uo的波形，比较它们的相位关系和幅值，并填入表5-29中,表5-29 电压放大倍数测量,实验5-6 射极跟随器,3测量输入电阻(半电压法) 在信号源与放大电路之间串联一个可调电阻Rp如图5.12所示，当Rp = 0时，测出放大电路的

43、输入电压Ui，然后增大Rp，使Ui=1/2Ui，则此时的Rp即为输入电阻(Rp = Ri,图5.12 输入电阻测量,实验5-6 射极跟随器,4输出电阻的测量 如图5.13所示，断开负载RL，测量负载开路时的输出电压Uo，然后接上负载RL，再次测量输出电压，根据 公式计算出电阻值,实验5-6 射极跟随器,5测量电压跟随范围 Re = 5.1k、RL = 5.1k，测量时保持输入信号频率f为1kHz，逐渐增加输入电压Ui，用示波器观察输出电压信号波形，并记录相应输出电压Uo，把所测得数据填入表5-30中,图5.13 输出电阻测量,实验5-6 射极跟随器,表5-30 电压跟随范围测量,实验5-6 射

44、极跟随器,五、实验报告 (1) 整理实验数据，说明实验中出现的各种现象，得出有关结论。 (2) 画出必要的波形图，分析结果。 (3) 将实验结果与理论计算比较，分析产生误差的原因。 (4) 求出输出电压跟随范围，并与用作图法求得的跟随范围相比较,实验5-6 射极跟随器,六、思考题 (1) 射极跟随器的电压放大倍数小于1，对电流和功率有无放大作用？为什么？ (2) 测量曲线时，是用一个毫伏表先后测量Ui和Uo好，还是用两个毫伏表分别测量Ui和Uo好，为什么？ (3) 电阻Rb的选择对提高射极跟随器输入电阻有何影响,实验5-7 差动放大电路,一、实验目的 (1) 掌握差动放大电路的调试方法。 (2

45、) 学习调节差动放大电路静态工作点的方法。 (3) 掌握差动放大电路电压放大倍数和共模抑制比的测量方法,实验5-7 差动放大电路,二、预习要求 (1) 预习差动放大电路的工作原理和调试步骤。 (2) 估算图5.14中电路的静态工作点VCE、IE的值。 (3) 预习差动放大电路共模抑制比的测量方法,实验5-7 差动放大电路,三、实验原理 差动放大电路如图5.14所示，由图可知，由于电路对称，静态时两管的集电极电流相等，管压降相等，输出电压Uo = 0。这种电路对于零点漂移具有很强的抑制作用。但电路元件参数完全对称在实际上是不可能的，为此常采用如图5.15所示典型的差动放大电路。图中电位器Rw用来

46、调节静态输出电压为零(Uo=0)。Re对共模信号起负反馈作用，以增强零点漂移的抑制能力，而对差模信号无影响。负电源-VCC的作用是：为了增强抑制零点漂移的能力，Re应取足够大的数值，这样若VCC仍取原来值，工作点将下移，放大电路增益会下降。为了即使Re足够大，也能保证合适的工作点，引入负电源-VCC补偿Re上的电压降,实验5-7 差动放大电路,图5.14 差动放大电路,实验5-7 差动放大电路,图5.15 典型差动放大电路,实验5-7 差动放大电路,对图5.15电路，差模电压放大倍数为,5-31,式中,5-32,实验5-7 差动放大电路,共模电压放大倍数为,5-33,5-34,衡量差动放大电路

47、对共模信号的抑制能力，引入共模抑制比KCMR，其定义为放大电路对差模信号的放大倍数AuD与共模信号的放大倍数AuC之比的绝对值，有时也用分贝(dB)数来表示，即,5-35,实验5-7 差动放大电路,四、实验内容 1测量静态工作点 加VCC = 12V，VEE= -12V，将Ui1、Ui2接地，调节Rw电位器，使Uo=0，测量静态工作点，并记录数据于表5-31中,表5-31 静态工作点测量,实验5-7 差动放大电路,2测量放大倍数 (1) 调节信号发生器产生f=1kHz的信号接于Ui1、Ui2两点间，并且把Ui2点接地，此时电路为单端输入。在输出无明显失真的情况下，测量Uo、Ue、Ui1、Ui2

48、，并计算单端输入、双端输出时的放大倍数。 (2)A接Ui1，B接Ui2，加1kHz信号电压于Ui1、Ui2两端点之间，在输出无明显失真的情况下，测量Uo、Ue、Ui1、Ui2，并计算差动输入、双端输出的放大倍数,实验5-7 差动放大电路,3测量共模抑制比KCMR Ui1、Ui2两点相连，在Ui1(Ui2)与地间加入1kHz、40mV电压进行测量，将数据记录于表5-32中,表5-32 共模抑制比KCMR的测量,实验5-7 差动放大电路,4比较相位 示波器的触发选择设定为外同步方式，观察和比较uc1、uc2与ui的相位,实验5-7 差动放大电路,五、实验报告 (1) 将实验数据列成表格，并求出测量

49、值与计算值的误差。 (2) 根据实验中观察到的现象，分析差动放大电路对零点漂移的抑制能力。 (3) 根据实验结果，总结电阻Re的作用,实验5-7 差动放大电路,六、思考题 (1) 差动放大电路中Re起什么作用？提高Re受到什么限制？ (2) 调零时，应该用万用表还是用毫伏表来测试放大电路的输出电压？ (3) 差动放大电路为什么具有较高的共模抑制比,实验5-8 比例求和电路,一、实验目的 (1) 掌握用集成运算放大器组成比例、求和电路的特点及性能。 (2) 学会上述电路的测试和分析方法,实验5-8 比例求和电路,二、预习要求 (1) 计算表5-33中的Uo和AuF。 (2) 估算表5-34、表5

50、-35的理论值。 (3) 估算表5-36、表5-37中的理论值。 (4) 计算表5-38中的Uo值。 (5) 计算表5-39中的Uo值,实验5-8 比例求和电路,三、实验原理 运算放大器是具有两个输入端、一个输出端的高增益、高输入阻抗的电压放大电路。在它的输出端和输入端之间加上反馈网络，可实现各种不同的电路功能，如反馈网络为线性电路时，运算放大器的功能有放大、加、减、微分和积分等，如反馈网络为非线性电路时可实现对数、乘和除等功能，还可组成各种波形形成电路，如正弦波、三角波、脉冲波等波形发生器,实验5-8 比例求和电路,1反相比例放大电路 电路如图5.16所示，当开环增益为(大于104以上)时，

51、反相比例放大电路的闭环电压增益为,5-36,实验5-8 比例求和电路,由式(5-36)可知，选用不同的电阻比值Rf /R1，AuF 可以大于1，也可以小于1，若取Rf =R1，则放大电路的输出电压等于输入电压的负值，称为反相跟随器,图5.16 反向比例放大电路,实验5-8 比例求和电路,2同相比例放大电路 电路如图5.17所示，当运算放大器开环增益足够大时(大于104)，同相比例放大电路的闭环电压增益为,5-37,5-38,实验5-8 比例求和电路,由上式可知，AuF 恒大于1。若取R1=(或Rf =0)时，AuF =1，即Uo =Ui，于是同相比例放大电路变为跟随器,图5.17 同相比例放大

52、电路,实验5-8 比例求和电路,3加法器 加法器电路如图5.18所示。当运算放大器开环增益足够大时，运算放大器的输入端为虚地，三个输入电压可以彼此独立地通过自身的输入回路电阻转换为电流，能精确地实现代数相加运算，即,5-39,实验5-8 比例求和电路,4减法器 减法器电路如图5.19所示。当运算放大器开环增益足够大时，输出电压Uo为,5-40,图5.18 加法器电路,实验5-8 比例求和电路,若取Rf =R1，则Uo = Ui2-Ui1，电路可实现减法运算,图5.19 减法器电路,实验5-8 比例求和电路,四、实验内容 1电压跟随电路 实验电路如图5.20所示，按表5-33内容测量并记录,表5

53、-33 电压跟随电路参数测量,实验5-8 比例求和电路,图5.20 电压跟随电路,实验5-8 比例求和电路,2反相比例放大电路,图5.21 反相比例放大电路,实验5-8 比例求和电路,1) 按表5-34内容测量并记录,表5-34 输出电压测量和误差计算,实验5-8 比例求和电路,2) 按表5-35要求实验并测量记录,表5-35 反相比例放大电路参数测量,实验5-8 比例求和电路,3) 测量图5.21所示电路的上限截止频率,实验5-8 比例求和电路,3同相比例放大电路 实验电路如图5.22所示,图5.22 同相比例放大电路,实验5-8 比例求和电路,1) 按表5-36和表5-37实验测量并记录。

54、 (2) 测出电路的上限截止频率,表5-36 输出电压测量和误差计算,实验5-8 比例求和电路,表5-37 同相比例放大电路参数测量,实验5-8 比例求和电路,4反相求和放大电路。 实验电路如图5.23所示。 按表5-38内容进行实验测量，并与预习计算比较,表5-38 输出电压测量,实验5-8 比例求和电路,图5.23 反相求和放大电路,实验5-8 比例求和电路,5双端输入求和放大电路 实验电路为图5.24所示，按表5-39要求实验并测量记录,表5-39 双端输入求和放大电路参数测量,实验5-8 比例求和电路,图5.24 双端输入求和电路,实验5-8 比例求和电路,五、实验报告 (1) 总结本

55、实验中五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,实验5-8 比例求和电路,六、思考题 (1) 运算放大器作比例放大时，R1 与Rf的阻值误差为10%，试问如何分析和计算电压增益的误差。 (2) 运算放大器作精密放大时，同相输入端对地的直流电阻要与反相输入端对地的直流电阻相等，如果不相等，会引起什么现象，请详细分析,实验5-9 电压比较器,一、实验目的 (1) 了解集成运算放大器的电路构成、特点及在电压比较方面的应用，进而了解比较电路在实际工作中的应用。 (2) 通过对理想集成运算放大器特性的认识，了解比较的含义，学会测试比较器的方法,实验5-9 电压比较器,二、预习

56、要求 (1) 复习教材有关比较器的内容。 (2) 画出各类比较器的传输特性曲线,实验5-9 电压比较器,三、实验原理 电压比较器是集成运放非线性应用电路，它将一个模拟电压信号和一个参考电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应地输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路以及应用于模拟与数字信号转换等领域。 图5.25所示为一最简单的电压比较器，UREF为参考电压，加在运放的同相输入端，输入电压ui加在反相输入端。图5.25 (b)为图5.25(a)比较器的传输特性,实验5-9 电压比较器,当UiUREF时，运放输出高电平，稳压管Dz反向稳压工作。输出端电位被其钳位在稳

57、压管的稳定电压Uz，即Uo=Uz。 当UiUREF时，运放输出低电平，Dz正向导通，输出电压等于稳压管的正向压降Ud，即Uo=-Ud。 因此，以UREF为界，当输入电压Ui变化时，输出端口反映出两种状态，即高电位和低电位,实验5-9 电压比较器,常用的电压比较器有过零比较器、具有滞回特性的比较器和双限比较器(又称窗口比较器)等,图5.25 电压比较器,实验5-9 电压比较器,1过零比较器 图5.26所示为加限幅电路的过零比较器，Dz为限幅稳压管。信号从运放的反相输入端输入，参考电压为零，从同相端输入。当Ui0时，输出Uo=-(Uz +Ud)，当Ui0时，Uo =+(Uz + Ud)。其电压传输

58、特性如图5.26(b)所示。 过零比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力差,图5.26 过零比较器,实验5-9 电压比较器,2滞回比较器 图5.27所示为具有滞回特性的比较器。 过零比较器在实际工作时，如果ui恰好在过零值附近，由于零点漂移的存在，uo将不断由一个极限值转换到另一个极限值，这在控制系统中，对执行机构是很不利的。为此，就需要输出特性具有滞回现象。如图5.27所示，从输出端口引一个电阻分压正反馈支路到同相输入端，若uo改变状态，同相输入端也随着改变电位，使过零点离开原来位置。当uo为正的阈值电压(记作U+)时 ，则当uiUT后，uo即由正跳变负，此时UT变为-UT，故只有当ui下降

59、到-UT以下，才能使uo再度回升到U+，于是出现图5.27(b)中所示的滞回特性。-UT与UT的差称为回差。改变R2的数值可以改变回差的大小,实验5-9 电压比较器,图5.27 滞回比较器,实验5-9 电压比较器,四、实验内容 1过零比较器 实验电路如图5.26所示。 (1) 接通12V电源。 (2) 测量ui悬空时的Uo值。 (3) 输入500Hz、幅值为2V的正弦信号，观察ui和uo波形并记录。 (4) 改变ui幅值，测量传输特性曲线,实验5-9 电压比较器,2反相滞回比较器 (1) 按图5.28连接电路，接+5V可调直流电源，测出uo由+Uo max-Uo max时ui的临界值,图5.2

60、8 反相滞回比较器,实验5-9 电压比较器,2) 测出uo由-Uo min+Uo min时ui的临界值。 (3) 接500Hz，峰值为2V的正弦信号，观察并记录 ui和uo波形。 (4) 将分压支路100k电阻改为200k，重复上述实验，测量传输特性,实验5-9 电压比较器,3同相滞回比较器 实验线路如图5.29所示。 (1) 参照“2. 反相滞回比较器”，自拟实验步骤及方法。 (2) 将结果与“2. 反相滞回比较器”进行比较,图5.29 同相滞回比较器,实验5-9 电压比较器,五、实验报告 (1) 整理实验数据，绘制各类比较器的传输特性曲线。 (2) 总结几种比较器的特点，阐明它们的应用,实