模拟电子技术实验讲义

实验一常用电子仪器使用一、实验目的（l）了解双踪示波器、低频信号发生器、稳压电源、晶体管毫伏 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 及万用表的基本工作原理和主要技术指标。（2）掌握用双踪示波器测量信号的幅度、频率、相位和脉冲信号的有关参数。（3）掌握低频信号发生器和晶体管毫伏表的正确使用方法。（4）掌握万用表的使用方法，学会用万用表判断二极管、三极管的电极和性能的方法。二、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、数字式（或指针式）万用表等，如图1－1所示。图1－l电子技术实验中测量仪器、仪表连接图示波器：用来观察电路中各点的波形，以监视电路是否正常工作，同时还用于测量波形的周期、幅度、相位差及观察电路的特性曲线等。低频信号发生器：为电路提供各种频率和幅度的输人信号。直流稳压电源：为电路提供电源。晶体管毫伏表：用于测量电路的输人、输出信号的有效值。数字式（或指针式）万用表：用于测量电路的静态工作点和直流信号的值。三、实验仪器及设备（1）低频信号发生器1台（2）晶体管毫伏表1台（3）双踪示波器1台（4）双路稳压电源1台（5）数字式万用表l块（6）微型计算机系统1套四、实验内容及步骤1稳压电源接通电源开关，调电压调节旋钮使两路电源分别输出＋3Ⅴ和+12v，用数字式万用表“DCV”档测量输出电压的值。分别使稳压电源输出＋30v、±15V，重复上面过程。2．晶体管亳伏表是一种专门用来测量交流小信号电压的电子仪表。测量频率范围10Hz—1MHz，量程范围从1mV—300V,误差范围一般不超出5%。使用时应注意根据被测信号大小选择适当的量程，应以指针偏转不低于满量程的三分之一为宜。输入端连线应注意区分信号端与接地端的正确接法。从仪表上可读出电压值和相应的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 分贝值。要注意量程与刻度值间的换算关系，以免产生读数错误。3．低频信号发生器该仪器可输出正弦波、方波和矩形波，频率范围从10Hz—1MHz，可同时显示输出信号的有效值和频率大小。输出端口可根据模拟电路和数字电路实验的要求选择相应端口，较为适合作为实验用。（l）信号发生器输出频率的调节方法按下“频率倍乘”波段开关，配合面板上的“频率调节”和“频率微调”旋钮可使信号发生器输出频率在10Hz～1MHz的范围改变。输出信号的频率显示在“频率显示器”上，单位的指示灯亮。（2）信号发生器输出幅度的调节方法“电压输出”端是仪器频率信号的输出端。由“波形选择”开关选择输出信号的波形，按下“衰减”开关和“幅度”旋钮便可在输出端得到所需的电压，其输出为0-10v的范围。“TTL输出”端输出TTL脉冲波，由“脉宽调节”旋钮调节脉宽。“单脉冲输出”端输出单脉冲信号，按一下键输出一个单脉冲。（3）低频信号发生器与毫伏表的使用使信号发生器输出正弦波信号，其频率为lkHz；调节“输出调节”旋钮，使输出电压显示屏5Ⅴ，分别置分贝衰减开关于0dB、20dB、40dB、60dB、80dB档，用毫伏表分别测出相应的电压值。4．双踪示波器该仪器是一种可同时观测两路信号的示波器。其垂直通道频率响应为20MHz，灵敏度为5mV/div，扩展时达1mV/div。时间与幅度测量误差不大于5%，最高扫描速度达0.5μS/div。输入阻抗约1MΩ，最大电压小于400VP-P值。信号接入在信号要求不高的场合，通常选用开路电缆线，连接时要分清测量端和接地端，切勿接错。一般黑端接地。我们可用它来测量一个信号的幅度、周期，通过f=1/T可求出信号的频率；也可以测量直流电压的大小。如果利用示波器的双踪工作方式，还可以求出两个同频信号的相位差。（l）使用前的检查与校准先将示波器面板上各键置于如下位置：“触发方式”开关位于“AOTU”；“触发源”开关位于“INT”；“DC，CND，AC”开关位于“GND”；“垂直工作方式”开关位于“CH1(或CH2)”；“内触发”开关位于“CH1(或CH2)”；“TIME／DIV”旋钮位于“0.5ms／div”档。开启电源后，示波器屏幕上应显示一条扫描线，调节“辉度”、“聚焦”各旋钮使屏幕上观察到的扫描线细而清晰。调节“水平位移”和“垂直位移”旋钮，使扫描线位于示波器显示屏的中心。将“DC，CND，AC”开关位于“AC”。然后用同轴电缆将校准信号输出端“CAL”与CH1(或CH2)通道的输人端相连接。屏幕上出现校准信号。（2）交流信号电压幅值的测量将“DC，CND，AC”开关位于“AC”，然后用同轴电缆将低频信号发生器信号输出端与CH1(或CH2)通道的输人端相连接。使低频信号发生器产生信号频率为1kHz、信号幅度为5v，适当选择示波器灵敏度选择开关“ⅤOLTS／DIV”的位置，使示波器屏上能观察到完整的正弦波。如果波形叠加在一起，可以调节“LEVEL”旋钮，使波形稳定。则此时“ⅤOLTS／DIV”旋钮所指示的值表示显示屏上纵向每格的电压值，根据被测波形在纵向高度所占格数便可读出电压的数值，将信号发生器的“衰减”置于表1－1中要求的位置并测出其结果记人表中。表1－1输出衰减（dB）020dB40dB60dB示波器（ⅤOLTS／DIV）位置峰峰波形高度（格）峰峰电压（伏）电压有效值（伏）注意：若使用10：l探头电缆时，应将探头本身的衰减置考虑进去。（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“TIME/DIV”的刻度值表示显示屏横向坐标每格所表示的时间值。根据被测信号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被测的周期求倒数即为频率值。按表1－2所示频率，由信号发生器输出信号，用示波器测出其周期计算频率，并将所测结果与已知频率比较。表1－2信号频率（kHz）1510100200扫描速度（TIME/DIV）一个周期占有水平格数信号频率（4）两个波形同步观察“垂直工作方式”开关位于“ALT”（交替）或“CHOP”（断续）使就可以观察两个波形。（“ALT”用于观察频率高的信号，“CHOP”用于观察频率低的信号。）“内触发”位于“VERTMODE”5用万用表检查晶体管（1）用万用表判断二极管的质量与极性根据二极管单向导电特性，用万用表“二极管及通断测试”档进行测量（注意：红表笔的极性为＋）。用红表笔与黑表笔碰触二极管的两个电极，表笔经过两次对二极管的交换测量，若一次显示屏上无示数（二极管反向截止），另一次显示屏上显示二极管正向导通压降的近似值，则可认定被测二极管是好的。当显示屏上显示二极管正向导通压降的近似值时，黑表笔接的是二极管的负极，另一端为正极。（2）用万用表判断三极管的电极与质量①判断晶体三极管基极b。以NPN型晶体三极管为例，用红表笔接某一个电极，黑表笔分别碰触另外两个电极，若测量结果是显示屏上读数都为二极管的正向导通压降，则可断定第一次测量中红表笔所接电极为基极。②判断晶体三极管发射极e和集电极c。确定三极管基极b后，再测量e、c极间的电阻，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c极，黑表笔接的是c极，对于PNP管，黑表笔接的是e极，而红表笔接的是c极。五、思考题1使用示波器时若要达到如下要求应调节哪些旋钮和开关？（1）波形清晰，亮度适中；（2）波形稳定；（3）移动波形位置；（4）改变波形的显示个数；（5）改变波形的高度；（6）同时观察两路波形。2用示波器测量信号的频率与幅值时，如何来保证测量精度？3示波器触发来源分为“内部”“外部”，其作用是什么？如何正确使用？4双踪示波器的“断续”和“交替”工作方式之间的差别是什么？5晶体管毫伏表能否测量20Hz以下的正弦信号，在使用时应注意什么？实验二单管放大电路一、实验目的（l）学习如何设置放大器的静态工作点及其调整方法；（2）学习放大器的放大倍数、频率响应、输人电阻和输出电阻的测量方法；（3）掌握放大器电路的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、安装及凋试方法；（4）进一步熟悉晶体管参数的测试。二、实验原理1．放大器的静态工作点放大器静态工作点的设置与调整是十分重要的，静态工作点的合理设置能使放大器工作稳定可靠。（1）静态工作点的选择首先应使放大器产生的非线性失真最小，动态范围最大。在放大器中，由于晶体管特性的非线性，当静态工作点选择不当，输人信号的变化范围进人晶体管非线性区域时，就会引起非线性失真。如图2-1所示为放大器电路及其晶体管的输人输出特性曲线。从图上可以看出晶体管的输人特性曲线iB~uBE，输出的特性曲线iC~uCE均为非线性；因此可以得出两点结论：①输人信号的幅度较小，适当提高工作点电流就会降低非线性失真，但以输人信号不进入饱和区为限。②静态工作电流相同时，输人信号的幅度越小，非线性失真也越小。图2-1晶体管放大器电路图及晶体管的输人、输出特性再者当静态工作点选择不当时，输人信号正半周进人饱和区，或是负半周进人截止区，从而引起输出信号产生限幅失真，如图2-2所示。从图上分析，输人信号变化范围不应超过交流负载线A、B两点。因此为了扩大输出动态范围，放大器的静态工作点Q应选在交流负载线的中点。图2-2放大器负载线（2）静态工作点的选择对放大器增益的影响晶体管一般采用微变等效电路，放大器的电压放大倍数为：式中rbe是晶体管的共发射极输人阻抗，它与工作电流有关，可写为：式中是晶体管基区电阻，基本上不随工作电流而变，IEQ是发射极静态工作电流。由上面分析可知，静态工作点将影响输出波形的非线性、放大器的最大输出幅度及放大倍数。因而选择工作点时，应首先在负载上得到所需的幅度及非线性要求的情况下尽可能获得最大增益。（3）静态工作点的设置为了稳定静态工作点，一般采用分压式偏置电路及电流负反馈电路来设置静态工作点。如图2-3所示。图中晶体管发射极上接了一个电阻RE，基极上接了两个分压电阻Rb1和Rb2。这种设置使静态工作点温度稳定性高。其原因在于晶体管基极电位UBQ基本上由Rb1和Rb2决定，即图2-3分压式偏置及电流负反馈放大电路由于IBQ本身比较小，Rb1和Rb2的数值又取得不大，可近似认为UBQ为恒定值。当温度变化时，晶体管ICQ变化，例如ICQ随温度升高变大，那么UEQ肯定随之升高，由于UBQ不变，就必然使UBEQ减小，从而引起IBQ减小，则ICQ要相应减小一些，结果ICQ随温度升高而增加的部分将大部分被IBQ的减小所抵消，起到了稳定静态工作点的作用。(4)静态工作点的调整描述静态工作点的参数是ICQ、UCEQ和IBQ，一般用数字式万用表测出就可以了，如果不满足要求，可调整Rb1，使其达到设计要求。在具体测试时，一定要考虑测试仪表对被测电路的影响，为此应注意下面问题：①仪表输人阻抗应远大于被测两点的等效阻抗；②测试应在没有交变信号时进行；③测电流时为了不动电路可用测电压的方法，再由电压换算为电流；④测试时最好用示波器监视输出，以防电路振荡。2．放大器的基本性能放大器的基本性能包括电压放大倍数、频率响应、输人阻抗及输出阻抗等参数。（l）电压放大倍数的测量电压放大倍数的测量实质上是输人电压ui与输出电压uo的有效值Ui和Uo的测量。实际测试时，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。将测得的Ui和Uo值代人下式，则可得到电压放大倍数：（2）频率响应的测量频率响应的测量实质上是对不同频率时放大倍数的测量，测试方法有逐点法和扫频法两种。①逐点法。测试方框图如图2-4所示。用一个可变频率的正弦信号源，将其输出信号作为被测放大器的输人信号，并保持幅度恒定，改变信号源的频率，用晶体管毫伏表测出对应的输出电压值，将所测各频率点的输出电压值连成曲线，即为该放大器的频率响应。图2-4逐点法测试频率特性方框图②扫频法。利用专门的仪器——频率特性测试仪，它能给出幅度恒定，频率连续变化的扫频信号，加到被测放大器的输入端，同时被测放大器的输出经峰值检波后送至扫频仪视频输人端，将被测放大器的频率响应显示在荧光屏上，其基本测试方框图如图2-5所示。采用扫频法，速度快、便于调整，但需要满足所需频率范围的专用设备。图2-5扫频法测试频率特性图2-6输人电阻的测试原理图（3）输人电阻的测量放大器输人电阻的大小，反映放大器消耗前级信号功率的大小，是放大器的重要指标之—。测试原理如图2-6所示。在放大器的输人回路中串联一个已知电阻R，加人交流电压后，在放大器输人端产生一个电压ui。则，而，则。所以放大器输人的电阻的测量，实际上是通过测量串联在输人回路中已知电阻R两端的电压Us和Ui并对其进行计算求出其输人电阻Ri。测量输人电阻Ri的另一种方法是替代法，测量电路如图2-7所示。先测出l端到地的电压，然后，开关拨到2端，测2端到地的电压，同时调节电位器Rp，使2端的电压与l端的相同，则Rp的阻值即为放大器的输人电阻Ri的值。图2-7用替代法测量Ri的原理图（4）输出电阻的测量放大器输出电阻的大小反映了放大器带动负载的能力。当放大器与负载连接时，对负载来说，放大器就相当于一个信号源，而这个等效信号源的内阻Ro就是放大器的输出电阻。Ro越小，放大器输出等效电路就越接近于恒压源，带负载的能力就越强。放大器输出电阻的测量电路，如图2-8所示。当接人负载时，图2-8输出电阻的测试原理而当负载开路时，因此，放大器输出电阻的测量，实际上是通过测量放大器输出开路时的电压Uo及接上负载后的输出电压UoL值，并进行计算求出放大器的输出电阻。3防止寄生振荡的几点考虑设计安装放大器时，经常会遇到寄生振荡的问题，为了防止寄生振荡应考虑下面的问题。（l）多级放大电路一般都是由同一电源供电，电源的内阻使各级之间相互耦合，特别是信号强的末级对前级的影响尤为严重，为了防止这种影响，一般除要求低内阻的电源外，还应在各级之间加退耦电路。如图2-9所示。图2-9多级放大器去耦电路（2）地线电阻应尽量小，地线应该用较粗的线。如用印刷电路板，地线应尽量加宽。电源的输入线尽量靠近末级，以防大电流在地线中流过而引起级间耦合。（3）防止元器件之间相互耦合，在布局上末级应尽置远离第一级，信号的输人引线要远离信号的输出线，防止输出信号耦合到输人级而引起振荡。三、实验仪器及设备（1）低频信号发生器1台（2）晶体管毫伏表1台（3）双踪示波器1台（4）双路稳压电源1台（5）数字式万用表l块（6）微型计算机系统1套四、实验内容及步骤1基本单元电路的测量。电路如图2-10所示。图2-10单管放大器实验电路（l）直流工作点的调整与测量调节电位器改变Rw1为某一合适值（如使UCQ＝7.5v），测量直流工作点参数UEQ、UBQ的电压值。计算：将实测的UCEQ与计算的UCEQ进行对比分析。（2）测量放大器最大不失真输出电压调节电位器改变Rw1和输入信号Us，用示波器观察输出电压波形，使输出为最大不失真正弦波形，测量此时的静态集电极电流ICQ和最大不失真输出电压UoL。（3）观察不同的静态工作点时输出波形①工作点合适时的输出波形不加输入信号，调节Rw1使静态集电极电流ICQ＝2mA。测量UCQ、UEQ、UBQ，并计算ICQ、UCEQ的值。（方法是：测量Re两端的直流电压，然后将此电压除以相应的电阻Re，即ICQ＝IEQ＝UEQ/Re）。在电路输入端接入f＝1kHz，Us＝8mV（有效值）的正弦信号，在输出端负载RL上用示波器观察输出波形并记录。②工作点偏高时的输出波形调节Rw1，使工作点偏高（即ICQ1>ICQ），测量相应的静态工作点参数。接输入信号观察输出波形，若没有明显失真，可适当增加Us。③工作点偏低时的输出波形调节Rw1，使工作点偏低（即ICQ1<ICQ），测量相应的静态工作点参数。接输入信号观察输出波形，若没有明显失真，可适当增加Us。将上述测量结果记入表2－1给定条件测量数据计算数据UBQ（v）UEQ（v）UCQ（v）输出波形UCEQ（v）ICQ（mA）Q点合适时2VUs=8mVQ点偏高时2.9VUs=8mVQ点偏低时0.6VUs=40mV表2－1（4）放大倍数的测量，测量电路如图2-11所示。图2-11放大器放大倍数测试连线图在电路输入端接入f＝1kHz，Us＝8mV（有效值）的正弦信号，在输出端负载RL上用示波器监视输出波形，在波形无明显失真时，用晶体管毫伏表测量放大器的输出电压值UoL，计算。（5）输人电阻的测量输人回路中串人一个与输入电阻Ri阻值相近的电阻R，本实验采用的串联电阻为1kΩ。用晶体管毫伏表测试Us、Ui的值，即可求得（6）输出电阻的测量将放大器输出端与负载电阻RL断开，用晶体管毫伏表测出开路电压Uo值，然后接上负载电阻RL，测得输出电压UoL值，即可求得（7）放大器频率特性的测量采用逐点进行测量，测试时要保持输人信号的幅度固定为Us＝8mV不变，改变输入信号的频率后，要用毫伏表在输出端测量相应的输出电压UoL，同时用示波器监视输出信号的波形不产生失真。将上述测量结果记入表2－2。输入信号频率f（kHz）0.10.20.50.811050100150200250300350400450输入电压Ui（mV）输出电压UoL（mV）放大倍数表2－22.放大器的设计（1）设计要求Au＝40，Ri＝3kΩ，Ro＝100Ω，Vopp＝6V，fL＝100Hz；Rs＝50Ω,RL=1kΩ；Ec＝12Vβ≥60，＝100Ω，Vces＝1V。根据放大器的指标要求，确定图2－10中的所有电阻、电容的设计数值。（2）仿真通过软件模拟仿真，修改电阻、电容的设计数值，以满足放大器设计指标的要求。① 瞬态分析记录静态工作点数值；观察输出波形失真情况，测量不失真输出波形；改变输出负载电阻的大小，观察放大器输出波形幅度变化情况。② 交流分析测量带宽、增益、输入电阻和输出电阻。（3）安装设计好的电路，调整工作点使其能稳定工作，然后，测试带宽、增益、输入电阻和输出电阻等参数的值，使其达到设计要求。五、思考题1实验电路的参数Re、RL及VCC变化，对输出信号的动态范围有何影响？如果输人信号加大，输出信号的波形将产生什么失真？2本实验在测量放大器放大倍数时，使用晶体管毫伏表，而不用万用表，为什么？3测一个放大器的输人电阻时，若选取的串人电阻过大或过小，则会出现测试误差，请分析测试误差。4在示波器屏幕上显示NPN型和PNP型两种晶体管输出信号波形，两种晶体管的饱和失真波形有什么区别？为什么？实验三场效应管放大电路一、实验目的（l）掌握场效应管放大器的性能和特点。（2）熟悉恒流源负载放大器的工作原理。（3）进一步热悉放大器动态参数的测试方法。二、实验原理1．放大器的静态工作点场效应管是一种电压控制型器件，按结构可分为绝缘栅型和结型两大类型。由于场效应管栅源间处于绝缘或反向偏置，所以输入电阻很高（一般在百兆欧以上）。又由于场效应管是一种单极型器件，因此具有稳定性好、抗辐射能力强、噪声系数小等特点。并且制造简单，便于大规模集成，应用较为广泛。图3－1场效应管实验电路图实验电路如图3－1所示，场效应管采用3DJ6G型号，电路为自给偏压共源放大器，自给偏压的大小为调节源极电阻Rw1的大小，可以调节放大器的静态工作点。为保证场效应管工作在恒流区，要求放大器的电压增益为式中gm为场效应管的跨导RL为等效负载电阻∥∥放大器的输入电阻约等于栅极电阻，即输出电阻为∥式中rDS为场效应管的输出电阻，约为几十kΩ至几百kΩ之间。结型场效应管放大器的增益较低，提高增益的有效途径式采用恒流源负载。这种电路是利用场效应管在恒流区动态电阻rDS较大这一特性。恒流源负载电路如图3－2所示，通过调节电位器Rw1、Rw2，可以改变两管的栅源电压UGS、漏源电压UDS，以保证两管均工作于恒流区。这种电路合适于负载电阻较大的情况。图3－2恒流源负载FET放大器三、实验仪器及设备（1）低频信号发生器1台（2）晶体管毫伏表1台（3）双踪示波器1台（4）双路稳压电源1台（5）数字式万用表l块（6）微型计算机系统1套四、实验内容及步骤1调试测量静态工作点按图3－1所示接好电路，调节源极电位器Rw1，使得IDQ＝2mA，测量漏源电压UDS与栅源电压UGS，检查是否工作于恒流区。2测量电压增益和输出电阻输入交流信号ƒ＝1kHz,Ui＝50～100mV，观察输出波形。在不失真的条件下测量输入电压Ui，空载输出电压Uo，有载输出电压UL。计算出电压增益Ao、AL和输出电阻Ro。3测量输入电阻并研究毫伏表内阻对测量结果的影响（1）采用测输出电压的办法（间接测量法）测量输入电阻。在放大器的输入端串接电阻RS＝510kΩ，电路如图3－1所示。从A端输入信号，测得放大器的输入电压为UL。改变信号的大小，从B端输入，测得输出电压为，则放大器的输入电阻为（2）采用测量输入电压的办法（直接测量法）测量输入电阻，在图3－1中，从B－B′端输入信号，测出信号源输出电压US和放大器的输入电压Ui，则放大器的内阻为，4测量放大器的通频带五、思考题1测量栅源电压UGS时，能否把万用表的两表笔并接在G、S两级上？为什么？2场效应管放大器的输入耦合电容为什么比晶体管电路小的多？它的数值怎样确定？实验四负反馈放大电路一、实验目的（l）掌握放大器频率特性的测量方法；（2）加深理解负反馈对放大器放大倍数、输人阻抗、输出阻抗和频率特性的影响。二、实验原理由于晶体管的参数会随着环境温度改变而改变，不仅放大器的工作点、放大倍数不稳定，还存在失真、干扰等问题。为改善放大器的这些性能，常常在放大器中加人反馈环节。根据输出端取样方式和输入端比较方式的不同，可以把负反馈放大器分成四种基本组态：电流串联负反馈、电压串联负反馈、电流并联负反馈和电压并联负反馈。见图4－l。图4－1负反馈示意图下面主要结合实验内容介绍负反馈对放大器性能的影响。1负反馈降低了放大器的增益如果原放大器输人为Us，加人负反馈后放大器输人信号为Ui，反馈电压为Uf。则式中F＝Uf/Uo称为反馈系数。若原放大器的放大量为A＝Uo/Ui加人负反馈后的放大量为Af，则l＋AF为衡量反馈强弱的重要物理量，称为反馈深度。通过上面的分析可知，引人负反馈会使放大器放大倍数降低，这是缺点。但是事物是一分为二的，负反馈虽然使放大倍数下降，但它改善了放大器的其他性能，因此负反馈在放大器中仍获得广泛的应用。2负反馈提高了放大器增益的稳定性电源电压、负载电阻及晶体管参数的变换都会使放大器的增益发生变化，加人负反馈后可使这种变化相对变小，即负反馈可以提高放大器增益的稳定性，可解释如下：如果AF>>1，则Af≈。由此可知，强负反馈时放大器的放大量是由反馈网络确定的，而与原放大器的放大量无关。为了说明放大器放大量随着外界变化的情况，通常用放大倍数的相对变化量来评价其稳定性。对式，进行微分可得：于是得这表示有负反馈使放大倍数的相对变化减小为元反馈时的，因此，负反馈提高了放大器增益的稳定性。而且反馈深度愈大，放大倍数稳定性愈好。3负反馈展宽了放大器的频带阻容耦合放大器的幅频特性，在中频范围放大倍数较高，在高低频率两端放大倍数较低，开环通频带为BW，引人负反馈后，放大倍数要降低，但是高、低频各种频段的放大倍数降低的程度不同。如图4－2。对于中频段，由于开环放大倍数较大，则反馈到输人端的反馈电压也较大，所以闭环放大倍数减小很多。对于高、低频段，由于开环放大倍数较小，则反馈到输人端的反馈电压也较小，所以闭环放大倍数减小得少。因此，负反馈的放大器整体幅频特性曲线都下降。但中频段降低较多，高、低频段降低较少，相当于通频带加宽了。图4－2负反馈对频率特性的影响4负反馈使放大器的输入、输出阻抗发生变化由于串联反馈是在原放大器的输入回路串接了一个反馈电压，因而提高了放大器的输入阻抗；而并联反馈是增加原放大器的输入电流，因而降低了放大器的输入阻抗。电压反馈使放大器的输出阻抗降低；而电流反馈使放大器的输出阻抗变大。此外，负反馈对输入电阻和输出电阻影响的程度和反馈深度有关，反馈深度愈大，影响越大。三、实验仪器及设备（1）低频信号发生器1台（2）晶体管毫伏表1台（3）双踪示波器1台（4）双路稳压电源1台（5）数字式万用表l块（6）微型计算机系统1套四、实验内容及步骤双级串联电压负反馈放大器的电路图如图4－3所示。图4－4双级串联电压负反馈放大器1调整直流工作点调节电位器Rw1使放大器工作于合适的直流工作点，测量并记录参数参数UB1UC1UE1UB2UC2UE2测试值2负反馈对放大器性能的影响 阿颠三倒四地从私人堵塞阿斗werafsv虽然法国萎缩司法三三fesfwscv司法司法分别在放大器开环状态（未引入负反馈）和闭环状态（引入负反馈）下测量放大器的电压增益、输入电阻、输出电阻和通频带，通过对测量数据的分析，进一步加深负反馈对放大器影响的理解。输入信号参数为ƒ＝1kHz，Us＝2mV。在下表中记录测量的数据，并计算。参数开环闭环测量值输入电压Ui（mV）输出电压Uo（mV）输出电压UoL（mV）下限截止频率fL（kHz）上限截止频率fH（kHz）计算值放大倍数Au输入电阻Ri输出电阻Ro通频带fbw3负反馈放大器的设计（1）设计要求设计一个放大器，要求闭环放大倍数为30倍，反馈深度为10，上限截止频率为ƒHf＝400kHz。因为放大器的放大倍数要求不高，可以采用两级放大，电路参考图4－4，确定电阻、电容值。（2）仿真通过软件模拟仿真，修改电阻、电容的设计数值，以满足放大器设计指标的要求。（3）安装设计好的电路，调整工作点使其能稳定工作，然后，测试放大倍数、频带等参数的值，使其达到设计要求。五、思考题1负反馈对放大器性能的改善程度取决于反馈深度|1＋AF|，|1＋AF|是否越大越好，为什么？2在调试过程中哪些器件对放大器性能的影响最明显，为什么？实验五差动放大电路设计一、实验目的（l）掌握差动放大电路的工作原理与性能特点。（2）理解差动放大电路对共模信号的抑制作用。（3）学习差动放大电路性能指标的测试方法。二、实验原理差动放大电路广泛应用于模拟集成电路中，它具有很高的共模抑制比。诸如由电源波动、温度变化等外界干扰都会引起工作点不稳定，他们都可以看作是一种共模信号。差动放大电路能抑制共模信号的放大，对上述变化有良好的适应性，使放大器有较高的稳定度。1．典型差动放大电路如图5－1所示为一个典型差动放大电路。电路两边对称，RE为两管公用发射极电阻，RW为调零电位器。静态时，调节RW可使两管静态电流相等，输出电压UO＝UC1－UC2＝0。图5－1差动放大电路如果输入一个信号UId，对地而言则是一对大小相等而极性相反的差模信号，在和完全对称的情况下，则有增大了，减少了；同时减少了，增加了，故。如果忽略信号源内阻，则差模电压放大倍数为：式中，，，为的电压放大倍数，且调零电位器滑动端处于中间位置。如果输入一对大小相等极性相同的共模信号，则两管电流同时增大，相应随之增大，导致RE上的电压降便又随之增大且为单管电流增量的两倍，故RE对共模信号起着很强的负反馈作用。输出端由于各单管输出电压同时减少，且增量相等，故总输出，几乎对共模信号无放大作用，其单边输出增益也很小。可推导出：其中RC＝RC1＝RC1。一般故上式可简化为：晶体管因温度、电源电压等变化引起的工作点变化，在差动放大器中相当于加入了共模信号。因此，差动放大器能大大抑制温度、电源电压等变化对工作点的影响。2共模抑制比在差动放大器中常用共模抑制比来衡量放大器的性能。其定义为：或越大，表示电路对称性越好，对漂移的抑制能力也就越强。3差动放大器输入、输出的4种组态差动放大器有两个输入端和两个输出端。同样，输出也分双端输出和单端输出方式。组合起来,有四种连接方式：双端输入双端输出、双端输入单端输出,单端输入双端输出,单端输入单端输出。（1）双端输入、双端输出前面讨论就是双端输入、双端输出的情况，适用于输入、输出均不能接地的场合。双端输入、双端输出差动放大器，其放大倍数和单管放大倍数相同，实际上是通过牺牲一个管子的放大倍数去换取低温漂的效果。（2）双端输入、单端输出差模放大倍数是双端输入、双端输出的一半，输入电阻相同，输出电阻为一半。这时共模放大倍数不为0，但由于RE对共模信号有很强的抑制作用，所以共模放大倍数也很小。双端输入，单端输出适用于将双端输入信号转换成单端输出的场合。（3）单端输入、双端输出所谓单端输入，是指将输入端中一端接地。等效于双端输入、双端输出的情况，将输入分解为差模和共模，分别进行处理。单端输入、双端输出适用于将单端输入转换成双端输出或负载不允许接地的场合。（4）单端输入、单端输出就相当于双端输入，单端输出。注意输入与输出之间的相位关系。三、实验仪器及设备（1）低频信号发生器1台（2）晶体管毫伏表1台（3）双踪示波器1台（4）双路稳压电源1台（5）数字式万用表l块（6）微型计算机系统1套四、实验内容及步骤1测试差动放大电路（1） 调试测量静态工作点将两个三极管的输入端接地，即使UI＝0，用万用表测量输出UO，调节RW2，使UO＝0。测量并记录两个三极管的各极直流电压值。参数UB1UC1UE1UB2UC2UE2测试值（2）测量差模放大倍数①双端输入在电路的两个输入端加入Ui1＝Ui2＝10mV的差模信号，构成双端输入电路（由信号发生器输出交流信号ƒ＝1kHz,，Ui＝20mV，分别加在Ui1和Ui2之间）。分别测量两个三极管输出端的单端输出电压Uod1和Uod2的值，计算出双端输出差模电压Uod＝Uod1-Uod2。注意输出电压的极性。计算单端输出差模增益和双端输出差模增益。②单端输入输入端Ui1接地，在Ui2端加入交流信号ƒ＝1kHz,，Ui＝20mV，测出Uod1、Uod2的值，计算Uod和放大倍数。将测量和计算数据填入下表输出方式输入方式测量值计算值单端输出双端输出单端增益双端增益双端Ui＝20mV单端Ui＝20mV（3）测量共模放大倍数将两端Ui1和Ui2相连，在Ui1与地之间加入交流信号ƒ＝1kHz,，Ui＝500mV，构成共模输入电路。分别测量输出电压Uoc1和Uoc2的值，计算出双端输出共模电压Uoc＝Uoc1-Uoc2。注意输出电压的极性。计算单端输出共模增益和双端输出共模增益。（4）计算共模抑制比根据共模抑制比的定义，算出该电路在双端输出和单端输出两种情况下的共模抑制比。2差动放大电路的设计（1）设计要求增益，双电源、供电，采用双端输入双端输出工作方式，要求工作点电流，负载。（2）仿真通过软件模拟仿真，修改电阻、电容的设计数值，以满足放大器设计指标的要求。（3）安装设计好的电路，调整电路，测试参数使其达到设计要求。五、思考题1为什么要求输入为零时，输入端一定要接地？2双端输入时，为什么不能用毫伏表直接跨接在两个输出端直接测出双端输出电压？3为什么差动放大器既可以加交流信号，也可以加直流信号进行测试？实验六集成运算放大器应用（一）——加减运算电路设计一、实验目的（l）掌握运算放大器构成比例、求和运算电路的结构特点。（2）掌握集成运算放大器的设计方法。二、实验原理运算放大器是具有两个输人端、一个输出端的高增益、高输人阻抗的电压放大器。在它的输出端和输人端之间加上反馈网络，则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。在线性应用中，分析电路遵循的原则是：虚短和虚断。虚短：认为流入运放两个输入端的电流近似为零。虚断：认为运放两个输入端的电压近似相等（U+≈U－）。使用运算放大器时，调节零点和相位补偿是必须注意的两个问题。为了提高集成运算放大器的运算精度，消除因失调电压和失调电流引起的误差，必须采取调零技术，保证运算放大器输人为零时，输出也为零。一般运算放大器具有外接调零端，例如F007或μA741，它的调零电路如图6－1所示。图6－1μA741调零电路1反相比例放大器电路如图6－2所示，当开环增益为∞（大于104以上）时，反相比例放大器的闭环电压增益为：由上式可知，选用不同的电阻比值，Auf可以大于l，也可以小于1，若取RF＝R1，则放大器的输出电压等于输入电压的负值，也称为反相跟随器。图6－2反相比例放大器2同相比例放大器电路如图6－3所示，当运算放大器开环增益足够大时（大于104），同相比例放大器的闭环电压增益为：由上式可知，Auf恒大于l。若R1→∞时，Auf为1，于是同相比例放大器转变为同相跟随器。图图6－3同相比例放大器3．加法器电路如图6－4所示。当运算放大器开环增益足够时，运算放大器的输人端为虚地，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。根据虚断和虚短的概念，有图6－4加法器电路4减法器电路如图6－5所示。当运算放大器开环增益足够大时，输出电压Uo为：在电阻值严格匹配的情况下，电路具有较高的共模抑制能力。图6－5减法器电路三、实验仪器及设备（1）低频信号发生器1台（2）晶体管毫伏表1台（3）双踪示波器1台（4）双路稳压电源1台（5）数字式万用表l块（6）微型计算机系统1套四、实验内容及步骤1反相放大器图6－6反相比例放大器实验电路按图6－6连接，使其满足下列关系式：在该比例放大器的输人端加人下列电压值DC：Ui（V）－0.5－0.200.20.5Uo（V）Uo/UiAC：f＝lkHzUi（V）－0.5－0.20.20.5Uo（V）Uo/Ui测出放大器的输出电压值。2同相跟随器实验电路按图6－7连接，使其满足下列关系式：在该放大器的输人端加人下列电压值,图6－7同相跟随器Ui（V）－0.5－0.200.20.5Uo（V）Uo/Ui3反相加法器实验电路按图6－8连接，使其满足下列关系式图6－8加法器电路在该放大器的输人端加人下列电压值,加人Ui1＝0.5V，Ui2＝1V，Ui3＝1.5V时，测出输出电压值Uo。输入输出放大倍数Ui1（V）Ui2（V）Uo（V）Uo/Ui0.50.50.5－14设计加减法电路（1）设计一个加法电路，使其满足下列关系式：。①输入信号Ui1、Ui2都是频率为1kHz的正弦信号，幅度分别为U1p-p＝100mV，U2p-p＝200mV，观测输出是否满足设计要求。②输入信号Ui1是频率为1kHz，幅度为U1p-p＝100mV的正弦信号，Ui2是直流电压（＋0.5V），观测输出是否满足设计要求（注意输入信号中有直流电压使输出信号中含有直流分量后与输出为纯交流信号的不同）。（1）设计一个加法电路，使其满足下列关系式：通过软件模拟仿真，修改电路中电阻值，以满足设计指标的要求。安装设计好的电路，加人Ui1＝0.5V，Ui2＝1V，Ui3＝1.5V时，测出输出电压值Uo。五、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，同相输人端对地的直流电阻要与反相输人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。（3）为什么交流电压放大器不需要调零？实验七集成运算放大器应用（二）——积分与微分电路设计一、实验目的（l）掌握运算放大器构成积分、微分电路的结构特点。（2）掌握集成运算放大器的设计方法。二、实验原理1积分器电路如图7－1所示，当运算放大器的开环增益足够大时，可认为：其中，图7－1积分器电路将其代人上式，则如果电容器两端的初始值电压为零，则当输入信号ui(t)为幅度U的阶跃电压时此时输出电压uo(t)的波形是随时间线性下降，如图7－2所示。如果输人信号ui(t)为幅度U的矩形波，其输出电压uo(t)的波形为三角波，如图7－3所示。图7－2积分电路输入与输出波形图7－3输入方波时积分器输入与输出波形实际电路中，通常在积分电容两端并接反馈电阻RF，用做直流负反馈，目的是减小集成运算放大器输出端的直流漂移。但是反馈电阻的存在将影响积分器的线性关系，为了改善线性特性，反馈电阻一股不宜太小，但太大又对抑制直流漂移不利，因而反馈电阻应取适中值。2微分电路电路如图7－4所示。当运算放大器的开环增益足够大时，可得出下列关系：因此实现了输出电压与输人电压的微分C关系。当输人电压ui(t)＝Umsinωt时，输出电压：实际电路中，应在C2两端并联电阻R2，在C1一端串人电阻R1解决直流漂移、高频噪声等问题。具体电路见图7－5所示。图7－4微分电路图7－5实际微分电路三、实验仪器及设备（1）低频信号发生器1台（2）晶体管毫伏表1台（3）双踪示波器1台（4）双路稳压电源1台（5）数字式万用表l块（6）微型计算机系统1套四、实验内容及步骤1积分器实验电路按图7－6连接。输人信号Ui为正弦信号，幅度为2V，频率分别为100Hz、500Hz，lkHz时，用双踪示波器同时观察Ui及Uo，记录Uo的幅度和Ui相的相位。输人信号Ui为方波信号，幅度在±2V之间交替变化，频率为200Hz。用双踪示波器同时观察Uo和Ui的波形，并记录幅度值。图7－6积分电路2微分器实验电路按图7－7连接，为了防止振荡及噪声，实际电路中附加C2。①在输人端加人正弦信号，其峰峰值为5V，频率分别为100Hz、200Hz、500Hz，用双踪示波器同时观察Ui和Uo，详细记录其峰值和相位。②输人信号Ui改为三角波信号，其幅度为5Ⅴ，频率为500Hz，用双踪示波器观察Ui和Uo，详细记录输人和输出波形以及它们相互间的相位关系。图7－7微分电路 3设计反相积分器设计一个反相积分器，积分时间常数为2ms。（1）输入信号为方波，频率为1kHz，，幅度Up-p＝6V，观测输出信号的幅度，与理论值相比较。（2）改变积分器的时间常数，使之增大或减小，观测输出信号的幅度的变化及失真情况，进一步掌握积分时间常数RC对输出的影响。4设计反相微分器设计一个反相微分器，时间常数为1ms。（1）输入信号为三角波，频率为1kHz，，幅度Up-p＝2V，观测输出信号的幅度，与理论值相比较。若输出有振荡，对电路进行改进，直至振荡基本消除。（2）改变输入信号的频率，使之增大或减小，观测输出信号的幅度的变化及失真情况，进一步掌握当输入信号频率变化时微分器时间常数RC对输出的影响。五、思考题（l）运算放大器接成积分器时，在积分电容两端跨接电阻RF，试分析为什么能减少输出端的直流漂移？（2）分析同相积分器的原理，并与反相积分器进行比较，分析有何优缺点。实验八集成运算放大器应用（三）——波形发生电路设计一、实验目的（1）学习用运放组成方波、三角波发生器。（2）观测方波、三角波发生器的波形、幅度和频率。（3）通过自行设计正弦波变三角波电路，进一步熟悉波形变换电路的工作原理及参数计算和调试方法。二、实验原理方波、三角波发生电路组成框图如图8－1所示。图8－1方波、三角波发生器组成框图1方波发生器图8－2（a）是一种简单的方波发生器，电路由迟滞比较电路和积分电路构成。图中运放和电阻R1、R2组成反相迟滞比较电路。通过正反馈网络R1、R2从输出电压取得基准电压VR。R、C组成积分电路，产生比较电压UC(t)。双向稳压管DZ和限流电阻R3组成双向限幅电路，控制输出幅度为±UZ。电路中输出电压波形Uo，电容两端电压UC的波形如图8－2（b）所示，由此可以计算出振荡周期为：图8－2方波发生器2方波、三角波发生器电路如图8－3（a）所示。图中运放A1和电阻R1、R2组成同相迟滞比较电路，运放A2和电阻R、C组成反相有源积分电路。电路波形如图8－3（b）所示，由此可以计算出振荡周期为：图8－3方波、三角波发生器R的阻值在调整方波－三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。若要求输出频率范围较宽，可用C改变频率的范围，R实现频率的微调。方波的输出幅值应近似等于电源电压＋UCC。三角波的输出幅值应不超过电源电压＋UCC。电阻R的值变化可以实现幅度微调，但会影响方波－三角波的频率。3锯齿波发生器对三角波发生电路作适当修改，使积分电路具有不同的充放电时间常数，便可构成锯齿波发生器。如图8－4所示。图8－4锯齿波发生器三、实验仪器及设备（1）低频信号发生器1台（2）晶体管毫伏表1台（3）双踪示波器1台（4）双路稳压电源1台（5）数字式万用表l块（6）微型计算机系统1套四、实验内容及步骤1测量方波－三角波发生器的参数按实验电路图接线，构成方波－三角波发生器，用示波器观测Uo1和Uo2的波形。测量方波的幅值、频率及频率的调节范围。测量三角波的峰值及峰值调节范围，并观察在调节三角波峰值时，波形有什么变化。2设计振荡频率为500Hz的方波发生器，输出幅度为±6V。设计电路，并用软件仿真确定电路中电阻、电容的值，按照设计的电路图搭接电路，达到设计要求。3设计振荡频率为1kHz的三角波发生器或者锯齿波发生器，要求第一级输出的矩形波的占空比为20%。设计电路，并用软件仿真确定电路中电阻、电容的值，按照设计的电路图搭接电路，达到设计要求。五、思考题1分析图8－4工作原理，导出电压（V）与频率的关系式。2设计一正弦波变换为三角波电路，要求如下：（1）输人信号频率为500Hz、有效值在1V－3V范围内的正弦波。（2）要求输出电压是峰峰值为6V的三角波，其频率与输人信号相同。实验九RC有源滤波电路设计一、实验目的（l）熟悉用运放构成有源低通、高通滤波器。（2）掌握滤波器的设计方法。（3）进一步熟悉幅频特性的测试。二、实验原理滤波器是模拟信号处理地常用单元。由R、C元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面。和无源滤波器相比，RC有源滤波器的主要优点是：截止频率（或中心频率）调节方便；可提供通带内一定的增益；输出阻抗低，便于级联组合为高阶滤波器，或由高通及低通滤波器组合成带通或带阻滤波器。但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。目前有源滤波器的最简工作频率只能达到lMHz左右。根据对频率范围的选择不同，可分为低通、高通、带通与带阻等四种滤波器，它们的幅频特性如图9－1所示。按滤波器逼近函数不同，又分巴特沃斯（Butterwoth）、切比雪夫（Chebyshev）滤波器和椭圆（Eliptic）滤波器。这里主要介绍通常具有最大平坦响应的巴特沃斯二阶滤波器的 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 实用设计方法。图9－1滤波器的幅频特性1二阶有源低通滤波器典型的二阶有源滤波器如图9－2所示，抑制尖峰脉冲，反馈回路可增加C3，C3的容量一般为2pF~51pF。图9－2二阶有源低通滤波器其传递函数的关系式为式中，、、Q分别表示如下：当Q＝0.707时，这种滤波器称为巴特沃斯滤波器。在设计中，一般R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，则、Q分别由R、C值和运放增益的变化来单独调整，相互影响不大，因此该设计法对要求特性保持一定而在较宽范围内变化的情况比较适用。2二阶有源高通滤波器高通滤波器与低通滤波器具有完全的对偶性，把图9－2中R1和C1、R2和C2位置互换就能构成如图9－3所示的二阶有源高通滤波器，二者的参数表达式和特性也有对偶性。图9－3二阶有源高通滤波器二阶有源高通滤波器的传递函数为式中，、、Q分别表示如下：在设计中，一般R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，则设计参数时。先确定截止频率。通常电容C的容量宜在微法数量级以下，R的值一般为几百千欧以内，由于电容容值档量级较少，常先选用C值，再利用、、Q等公式计算电阻R的值。三、实验仪器及设备（1）低频信号发生器1台（2）晶体管毫伏表1台（3）双踪示波器1台（4）双路稳压电源1台（5）数字式万用表l块（6）微型计算机系统1套四、实验内容及步骤1设计一个二阶有源低通滤波器，具有巴特沃斯特性，已知＝1kHz。通过计算确定参数，并用软件仿真，以达到设计要求。连接电路测试滤波器的幅频响应，将结果填入下表。Vi＝0.1V的正弦信号信号频率（Hz）501003005007001k2k5kVo(V)20lg∣Vo/Vi∣dB2设计一个二阶有源高通滤波器，具有巴特沃斯特性，已知＝100Hz。通过计算确定参数，并用软件仿真，以达到设计要求。连接电路测试滤波器的幅频响应，将结果填入下表。Vi＝0.1V的正弦信号信号频率（Hz）501003005007001k2k5kVo(V)20lg∣Vo/Vi∣dB3设计一个弱信号放大器，频率范围为（0～1.5）kHz，为了抑制噪声，需要将高于1.5kHz的信号去除，用滤波器进行设计。要求＝2，阻带区以20dB/十倍频程的斜率衰减。实验调整，测量滤波器的性能参数及幅频特性。五思考题1低通滤波器中为什么要节调零电位器，说明接入调零电位器后可改善滤波器的哪些性能2高通滤波器的上限截止频率受受哪些因素影响，采取什么措施减小这些影响。实验十直流稳压电源设计—、实验目的1加深理解串联型直流稳压电路的工作原理。2掌握串联型直流稳压电路技术指标的测量方法。3熟悉串联型直流稳压电路的特性。二、实验原理1直流稳压电源的基本原理直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如图10－1所示。各部分电路的作用如下：图10－1直流稳压电源基本组成框图（l）电源变压器T的作用是将电网220Ⅴ的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器副边与原边的功率比为P2/P2=η，式中η为变压器的效率。（2）整流滤波电路 整波滤波电路Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路将脉动直流电压的纹波减小或滤除，输出直流电压U1。常用的整流滤波电路由全波整流滤波、桥式整流滤波、倍压整流滤波电路如图10－2(a)、(b)和(c)。各滤波电容C满足：式中T为输人交流信号周期；RL1为整流滤波电路的等效负载电阻。图10－2几种常见整流滤波电路（3）稳压电路采用输出电压连续可调的串联型稳压电源，串联反馈式稳压电路由基准电压源、取样电路、比较放大电路和调整电路四部分组成。在分析这种电路时，要抓住调整电路中的调整管和比较放大电路中的放大器件均工作在线性区这一特点来进行。基本电路如图10－4所示，R36与BG5组成BG6的基准电压，R41，RW10，R42组成了输