模拟电子技术基础

1、模拟电子技术基础实验报告姓名：张云虎 姓名：余海鹏学号： 学号：班级： 班级：学院：航海学院 学院：航海学院目录2.1晶体管共射极单管放大器02.5 多级负反馈放大器的研究72.7集成运算放大器的基本应用182.8 RC文氏电桥振荡器232.9 有源滤波器272.1晶体管共射极单管放大器 一、实验目的1、掌握用multisim仿真软件分析单级放大器主要性能指标的方法。2、掌握晶体管放大器静态工作点的调试和调整方法，观察静态工作点对放大器输出波形的影响。3、测量放大器的放大倍数、输入电阻和输出电阻。二、实验原理实验电路如图2.11所示，采用基极固定分压式偏置电路。电路在接通直流电源Vcc而未加入

2、信号（Vi=0）时，三极管三个极电压和电流称为静态工作点，即VBQ=R2VCC/(R2+R3+R7) （2.1-1）ICQ=IEQ=(VBQ-VBEQ)/R4 （2.1-2）IBQ=IEQ/ （2.1-3）VCEQVCCICQ（R5R4） （2.1-4）1、 放大器静态工作点的选择和测量2、 放大器的基本任务是不失真的放大小信号。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。若工作点选的太高，则容易引起饱和失真；而选的太低，又易引起截止失真。3、 静态工作点的测量是指在接通电源电压后放大器输入端不加信号时，测量晶体管的集电极电流ICQ和管压降VCEQ。其中VCEQ

3、可直接用万用表直流电压档测C-E极间的电压既得，而ICQ的测量则有直接法和间接法两种：4、 直接法：将万用表电流档串入集电极电路直接测量。此法精度高，但要断开集电极回路，比较麻烦。5、 间接法：用万用表直流电压档先测出R5上的压降，然后根据已知R5算出ICQ，此法简单，在实验中常用，但其测量精度差。为了减小测量误差，应选用内阻较高的电压表。6、 当按照上述要求搭好电路，在输入端引入正弦信号，用示波器观察输出。静态工作点具体的调节步骤如下：现象出现截止失真出现饱和失真两种失真都出现无失真动作减小R增大R减小输入信号加大输入信号7、 根据示波器上观察到的现象，做出不同的调整动作，反复进行。当加大输

4、入信号，两种失真都出现，减小输入信号，两种失真同时消失，可以认为此时的静态工作点正好处于交流负载线的中点，就是最佳的静态工作点。去掉输入信号，测量此时的VCQ,就得到了静态工作点。8、 2、电压放大倍数的测量9、 电压放大倍数是指放大器的输入电压Ui输出电压Uo之比10、 AV=UO/Ui （2.1-5）11、 用示波器分别测出UO和Ui，便可按式（2.1-5）求得放大倍数，电压放大倍数与负载R6有关。12、 3、输入电阻和输出电阻的测量13、 （1）输入电阻Ri用电流电压法测得，电路如图2.1-3所示。在输入回路中串接电阻R=1k，用示波器分别测出电阻两端电压Vi和Vs，则可求得输入电阻Ri

5、为14、 Ri=Vi/Ri=ViR/（Vs-Vi） （2.1-6）15、16、 图2.1-317、 电阻R不宜过大，否则引入干扰；也不宜过小，否则误差太大。通常取与Ri同一数量级。18、 （2）输出电阻Ro可通过测量输出端开路时的输出电压Vo，带上负载R6后的输出电压Vo。19、 Ro=（Vo/Vo-1）R6 （2.1-7）20、 三、实验步骤21、 计算机仿真部分22、 1、静态工作点的调整和测量23、 如图所示,介入函数发生器和示波器,示波器A通道接放大器输入信号,B通道接放大器输出信号。按Run键开始仿真。24、 25、 在输入端加入1kHz,幅度为20mV(峰-峰值)的正弦波,双击函数

6、信号发生器设置信号为正弦波,频率1kHz,幅度为10mV。按A或shift+A调节电位器,使示波器所显示的输出波形达到最大不失真。如图所示。26、 撤掉信号发生器,使输入信号电压=0,用万用表测量三极管三个极分别对地的电压，根据 ,算出。27、 2、电压放大倍数的测量28、 输入信号是1kHz，幅度是20mVpp正弦信号，利用实验原理中的公式（2.1-5）分别计算输出端开路和R6=2k时的电压放大倍数，并用示波器双踪观察Vo和Vi的相位关系。29、 3、输入电阻和输出电阻的测量30、 （1）用示波器分别测出电阻两端的Vs和Vi，用式（2.1-6）便可计算Ri的大小。如图31、 2.1-11所示

7、。32、33、 图2.1-1134、 （2）根据测得的负载开路时的电压Vo和接上2k电阻时的输出电压Vo，用式（2.1-7）可算出输出电阻Ro。35、 将2,3的结果记录于下表理论估算实际测量参数ViVoAVRiRoViVoAVRiRo负载开路RL=2k36、 （二）实验室操作部分37、 1、静态工作点的调整和测量38、 （1）按照实验电路在面包板上连接好，布线要整齐、均匀，便于检查；镜检查无误接通12V直流电源。39、 （2）在放大电路输入端加入1KHz、幅度为20mV的正弦信号，输出端接示波器，调节电位器，使示波器所显示的输出波形不失真，然后关掉信号发生器的电源，使输入电压Vi=0，用万用

8、表测量三极管三个极分别对地电压，VE，VB，VC，VCEQ，ICQ,根据I=V/R算出I=I。记录测量值，并与估算值进行比较。40、 2、电压放大倍数的测量41、 (1)打开信号发生器的电源，输入信号频率为1KHz、幅度为20mV的正弦信号，输出端开路时，用示波器分别测出Vi,Vo的大小，然后根据式（2.1-5）算出电压放大倍数。42、 （2）放大器输入端接入2k的负载电阻R6，保持输入电压Vi不变，测出此时的输出电压Vo，并算出此时的电压放大倍数，分析负载对放大电路电压放大倍数的影响。43、 （3）用示波器双踪观察Vo和Vi的波形，比较它们之间的相位关系。44、 3、输入电阻和输出电阻的测量

9、45、 （1）用示波器分别测出电阻两端的电压V和V，利用式（2.1-6）便可算出放大电路的输入电阻Ri的大小。46、 （2）根据测得的负载开路时输出电压Vo和接上负载时的输出电压Vo，利用式（2.1-7）便可算出放大电路的输出电阻Ro。记录实验数据。47、 四、实验结果48、实际测量值4.201V4.993V3.537V1.456V0.728mA49、 静态工作点放大电路动态指标测试、计算结果（仿真）实际测量值参数ViV0AVViRi负载开路14.14mV1840mV1307.754mV1217RL=2k14.14mV932.1mV667.794mV1180电压放大倍数测量（RL=）电压放大倍

10、数测量（RL=2k）2.5 多级负反馈放大器的研究一、实验目的（1）掌握用仿真软件研究多级负反馈放大电路。（2）学习集成运算放大器的应用，掌握多级集成运放电路的工作特点。（3）研究负反馈对放大器性能的影响，掌握负反馈放大器性能指标的测试方法。测试开环和闭环的电压放大倍数、输入电阻、反馈网络的电压反馈系数和 通频带；比较电压放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带在开环和闭环时的差别；观察负反馈对非线性失真的改善。二、实验原理及电路（1）基本概念：在电子电路中，将输出量（输出电压或输出电流）的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其输入量（放大电路的输入电压或输入电流）的措施称为反馈

11、。若反馈的结果使净输入量减小，则称之为负反馈；反之，称之为正反馈。若反馈存在于直流通路，则称为直流反馈；若反馈存在于交流通路，则称为交流反馈。交流负反馈有四种组态：电压串联负反馈；电压并联负反馈；电流串联负反馈；电流并联负反馈。若反馈量取自输出电压，则称之为电压反馈；若反馈量取自输出电流，则称之为电流反馈。输入量、反馈量和净输入量以电压形式相叠加，称为串联反馈；以电流形式相叠加，称为并联反馈。在分析反馈放大电路时，“有无反馈”决定于输出回路和输入回路是否存在反馈支路。“直流反馈或交流反馈”决定于反馈支路存在于直流通路还是交流通路；“正负反馈”的判断可采用瞬时极性法，反馈的结果使净输入量减小的为

12、负反馈，使净输入量增大的为正反馈；“电压反馈或电流反馈”的判断可以看反馈支路与输出支路是否有直接接点，如果反馈支路与输出支路有直接接点则为电压反馈，否则为电流反馈；“串联反馈或并联反馈”的判断可以看反馈支路与输入支路是否有直接接点，如果反馈支路与输入支路有直接接点则为并联反馈，否则为串联反馈。引入交流负反馈后，可以改善放大电路多方面的性能：提高放大倍数的稳定性、改变输入电阻和输出电阻、展宽通频带、减小非线性失真等。实验电路如图所示。该放大电路由两级运放构成的反相比例器组成，在末级的输出端引入了反馈网路Cf、Rf2和Rf1，构成了交流电压串联负反馈电路。（2）放大器的基本参数：1）开环参数： 将

13、反馈之路的A点与P点断开、与B点相连，便可得到开环时的放大电路。由此可测出开环时的放大电路的电压放大倍数AV、输入电阻Ri、输出电阻Ro、反馈网路的电压反馈系数Fv和通频带BW，即： 式中：VN为N点对地的交流电压；Vo为负载RL开路时的输出电压；Vf为B点对地的交流电压；fH和fL分别为放大器的上、下限频率，其定义为放大器的放大倍数下降为中频放大倍数的时的频率值，即2）闭环参数：通过开环时放大电路的电压放大倍数Av、输入电阻Ri、输出电阻Ro、反馈网络的电压反馈系数Fv和上、下限频率fH、fL，可以计算求得多级负反馈放大电路的闭环电压放大倍数AVf、输入电阻Rif、输出电阻Rof和通频带BW

14、f的理论值，即测量放大电路的闭环特性时，应将反馈电路的A点与B点断开、与P点相连，以构成反馈网络。此时需要适当增大输入信号电压Vi，使输出电压Vo（接入负载RL时的测量值）达到开环时的测量值，然后分别测出Vi、VN、Vf、BWf和Vo（负载RL开路时的测量值）的大小，并由此得到负反馈放大电路闭环特性的实际测量值为上述所得结果应与开环测试时所计算的理论值近似相等，否则应找出原因后重新测量。在进行上述测试时，应保证各点信号波形与输入信号为同频率且不失真的正弦波，否则应找出原因，排除故障后再进行测量。三、实验内容计算机仿真部分：根据电路画出实验仿真电路图。其中得到的波特图绘制仪的命令为“Simula

15、teInstrumentBode Plotter”。（2）调节J1将开关打到下面，测试电路的开环基本特性。将信号发生器输出调为1kHz、10mVp（峰值）正弦波，然后接入放大器的输入端到网络的波特图如下图。2）保持输入信号不变，用示波器观察输入和输出的波形。3）接入负载RL，用示波器分别测出Vi、VN、Vf、Vo，记录表2.51中。4）将负载RL开路，保持输入电压Vi的大小不变，用示波器测出输出电5）从波特图上读出放大器的上限频率fH与下限频率fL记入表中。6）由上述测试结果，计算放大电路开环时的Av、Ri、Ro和Fv的值，并计算出放大器闭环式Avf，Rif和Rof的理论值。（3）调节J1，将

16、开关打到上面，测试电路的闭环基本特性。信号发生器输入调为1kHz、10mVp（峰值）正弦波，然后接入放大器的输入端，得到网络的波特图。2）接入负载RL，逐渐增大输入信号Vi，使输入电压Vo达到开环时的测量值，然后用示波器分别测出Vi、VN和Vf的值，记入表格。3）将负载RL开路，保持输入电压Vi的大小不变，用示波器分别测出的值，记入表中。4)闭环式放大器的频率特性测试同开环时的测试，即重复开环测试（5）步。5）有上述结果并根据公式计算出闭环时的Avf、Rif、Rof和Fv的实际值，记入表中。6)由波特图测出上下限频率，计算通频带BW。四、实验结果1.示波器截图开环未接负载输出开环接负载输出闭环

17、未接负载输出闭环接负载输出2、实验数据 表2.51 负反馈放大电路仿真测试数据Vi/mVVN/mVVf/mV/VV0/V开环测试9.9960.10125.5671.9911.641200.0164.2闭环测试9.9946.7026.1330.5220.49552.249.5/kHz/HzBW/kHz/开环测试40.6831.63540.682101011002.40.01539闭环测试142.2140.662142.21430358256.40.054552.6 功率放大电路一、实验目的（1）熟悉集成功放的工作原理，掌握测试其性能指标的方法，体会功率放大器的作用。 二、实验原理（1）基本概念在

18、放大器的输出端，电压、电流和功率三者都是相互伴随的，以提供负载足够大的功率为主要目的的放大器，称为功率放大器。其作用是把信号进行功率放大，提供一定功率的不失真信号，当负载一定时，要求功放输出功率尽可能大，输出非线性失真尽可能小。（2）基本参数1）直流电源供给功率。直流电源供给功率，是指在功放中直流电源实际输出功率。在实际应用中，直流电源的输出电流I随输入信号的幅度变化。因此，通常可以在输入端施加一个幅值稳定的信号进行测量。 （2.6-1）2）最大不失真输出功率。最大不失真输出功率，是指在加大输入信号，直至输出电压波形临界失真为止时的输出功率。 （） （2.6-2） 3）电路的最大效率 （2.6

19、-3）4）功放的增益（dB） （2.6-4）5）功放的带宽。对于一般的交流放大电路，输出幅值随输入信号频率的变化成为幅频特性。保持输入的幅值不变，降低其频率，当输出电压降至平坦部分的0.707倍的输入频率称为下限频率，记为。保持输入幅值不变，升高频率，当输出电压降至平坦部分的0.707倍的输入频率称为上限频率，记为。二者之间的频率范围，成为放大器的通频带或带宽BW。 （2.6-5）三、实验内容（1）在输入端加1kHz，峰值为200mV的正弦波，调节滑动变阻器，逐渐加大输入的幅值，直至示波器观察到的临界失真为止。用示波器测出和，读出此时稳压电源的电压和电流I，算出、和，将结果填入表2.6-1中。

20、用波特图绘制仪绘出网络的波特图，读出功放的，记入表中。四、实验结果输入输出信号波形及幅值测量截止频率测量表2.6-1 功放仿真测试数据记录IR8=8.2167.175mV5.499V30.34dB14V7.855mA？3.89V1.84W？0.1115.902kHz18.354Hz测量方法有误2.7集成运算放大器的基本应用一、实验目的（1）了解并掌握由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）掌握集成运算放大器的基本应用，为综合应用奠定基础。（3）进一步熟悉仿真软件的使用。二、实验原理集成运放是一种具有高电压放大倍数的直接耦合器件。当外部接入有不同的线性或非线性元器件组

21、成的输入负反馈电路时，可以灵活的实现各种函数关系，在线性应用方面，可组成加法、减法、比例。积分、微分、对数等模拟运算电路。在大多数情况下，将运放视为理想的，即在一般讨论中，以下三条基本结论是普遍使用的：1）开环电压增益2）运放的两个输入端电压近似相等，即，称为“虚短”。3）运放的同相和反相两个输入端的电流可视为零，即，称为“虚断”。应用理想运放的三条基本原则，可简化运放电路计算，得出本次实验结论。（1）反相加法电路。电路如下图所示，输出电压和输入电压的关系是当时，。（2）差动放大电路（减法器）。减法器实际上是反相加法器和同相加法器的组合。如图所示的电路中，有当，时，有如下关系：(3)积分运算电

22、路。反相积分电路如图所示。在理想条件下，有式中是t=0时刻电容两端的电压值，即初始值。如果输入幅值未E得阶跃电压，并设，则即输出电压和时间成正比。显然RC的数值越大，打到给定的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算放大器最大输出范围的限制。三、实验内容（一）计算机仿真部分（1）加法电路。Vi1 = 100 mV，Vi2 = 200 mV（峰峰值），Vi1和Vi2均为频率为1kHz的正弦信号，使输出波形不失真，观察并记录结果。（2）积分电路。输入为方波，频率为1kHz，幅度为100 mV（峰峰值），观察并记录输出波形。（3）减法电路。输入Vi1 = 200 mV，Vi2 =

23、500 mV（峰峰值），Vi1和Vi2均为频率为1kHz的正弦信号，使输出波形不失真，观察并记录结果。四、实验结果加法电路输出波形积分电路输出波形减法电路输出波形2.8 RC文氏电桥振荡器一、实验目的 (1)学习RC正弦波振荡器的组成及其振荡条件。 (2)学会测量、调试振荡器。二、实验原理文氏电桥振荡器是一种较好的正弦波产生电路，适用于产生频率小于1MHz，频率范围宽，波形较好的低频振荡信号。因为没有输入信号，为了产生正弦波，必须在电路里加入正反馈。下图是用运算放大器组成的电路，图中R3,R4构成负反馈支路，R1，R2，C1，C2的串并联选频网络构成正反馈支路并兼作选频网络，二极管构成稳幅电路

24、。调节电位器Rp可以改变负反馈的深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。二极管D1，D2要求温度稳定性好且特性匹配，这样才能保证输出波形正负半周对称，同时接入R4以消除二极管的非线性影响。若R1=R2，C1=C2，则振荡频率为f0=1/2RC，正反馈的电压与输出电压同相位，且正反馈系数为1/3。为满足电路的起振条件放大器的电压放大倍数AV 3，其中AV = 1+R5/ =Rp+R4。由此可得出当R5 2R3时，可满足电路的自激振荡的振幅起振条件。在实际应用中R5应略大于R3，这样既可以满足起振条件，又不会因其过大而引起波形严重失真。此外，为了输出单一的正弦波，还必须进行选频。由于振荡频率为f0=

25、1/2RC，故在电路中可变换电容来进行振荡频率的粗调，可用电位器代替R1，R2来进行频率的细调。电路起振后，由于元件参数的不稳定性，如果电路增益增大，输出幅度将越来越大，最后由于二极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。反之，如果增益不足，则输出幅度减小，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。图中两个二极管主要是利用二极管的正向电阻随所加电压而改变的特性，来自动调节负反馈深度。三、实验内容（一）计算机仿真部分（1）按实验电路图连接好仿真电路。（2）启动仿真，用示波器观测有无正弦波输出。若无输出，可调节Rp使V0为伍明显失真的正弦波，并观察V0的值是否稳定。记录起振、正弦波输出和临界失真情况下

26、的f、Rp和 V0有效值在表2.8-1中。（3）保持其他参数不变，分别测量C1=C2=0.01F和C1=C2=0.02F两种情况下V0和Vf的有效值及频率，记录在表2.8-2中。四、实验结果 表2.8-1起振正弦波输出临界失真f/kHz1.5791.5721.56Rp/k4.17.59.2V0/V1.2898.0011.4表2.8-2VfV0fH /fLC1=C2=0.01F1.413V4.100V1.56kHzC1=C2=0.02F1.413V4.103V783.227Hz起振波形稳定波形2.9 有源滤波器一、实验目的掌握在仿真情况下测试滤波器的波特图与上限频率。掌握滤波器上限频率的测试方法，了解滤波器在实际中的应用。二、实验原理滤波器是具有频率选择功能的电路，它允许一定频率范围内的信号通过，而对不需要传送的频率范围的信号实现有效的抑制，从而