《模擬電子技術實驗》實驗指導書

北方民族大學BeifangUniversityofNationalities《模擬電子技術實驗》課程指導書北方民族大學教務處0/37#*7、測量幅頻特性曲線取I=2.0mA,R=2.4KQ,R=2.4KQ。保持輸入信號u的幅度不變，改變信號源頻率f,逐CCLi點測出相應的輸出電壓U。，記入表2—6。表2—6U=mvi說明：本實驗內容較多,其中3、5可作為選作內容。四、實驗報告要求1、認真做實驗,記錄實驗數據。2、討論并總結靜態(tài)工作點變化對放大器輸出波形的影響。3、閱讀教材中有關單管放大電路的內容并估算實驗電路的性能指標。4、測試中,如果將函數信號發(fā)生器、交流毫伏表、示波器中任一儀器的二個測試端子接線換位（即各儀器的接地端不再連在一起）,將會出現什么問題？5、閱讀有關放大器干擾和自激振蕩消除內容。五、預習要求1、閱讀教材中有關單管放大電路的內容并估算實驗電路的性能指標。假設：3DG6的B=100,R=20KQ,R=60KQ,R=2.4KQ,R=2.4KQ。B1B2CL估算放大器的靜態(tài)工作點，電壓放大倍數A,輸入電阻R和輸出電阻RViO2、能否用直流電壓表直接測量晶體管的U?為什么實驗中要采用測U、U,再間接算出U的BEBEBE方法?3、怎樣測量R阻值？B24、當調節(jié)偏置電阻R，使放大器輸出波形出現飽和或截止失真時，晶體管的管壓降U怎樣變B2CE化？5、列表整理測量結果,并把實測的靜態(tài)工作點、電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻之值與理論計算值比較（取一組數據進行比較）,分析產生誤差原因。6、總結RC,Rl及靜態(tài)工作點對放大器電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻的影響。

注：附圖2—1所示為共射極單管放大器與帶有負反饋的兩級放大器共用實驗模塊。如將「K2斷開，則前級（I）為典型電阻分壓式單管放大器；如將「k2接通，貝y前級（I）與后級（II）接通，組成帶有電壓串聯負反饋兩級放大器。SIK1052K2.4K41HI01-1B.2Kicjk24k0k[1—-1卜20HSIK1052K2.4K41HI01-1B.2Kicjk24k0k[1—-1卜20H附圖2—1實驗三差動放大器、實驗目的1、加深對差動放大器性能及特點的理解。2、學習差動放大器主要性能指標的測試方法。二、實驗原理圖3—1是差動放大器的基本結構。它由兩個元件參數相同的基本共射放大電路組成。當開關K撥向左邊時，構成典型的差動放大器。調零電位器Rp用來調節(jié)T2管的靜態(tài)工作點，使得輸入信號U=0時，雙端輸出電壓U=0。R為兩管共用的發(fā)射極電阻，它對差模信號無負反饋作用，因而不iO影響差模電壓放大倍數，但對共模信號有較強的負反饋作用，故可以有效地抑制零漂，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。當開關K撥向右邊時，構成具有恒流源的差動放大器。它用晶體管恒流源代替發(fā)射極電阻R,E可以進一步提高差動放大器抑制共模信號的能力。1、靜態(tài)工作點的估算(1)典型電路|U-U\_EERBE|U-U\_EERBE(認為UB1=UB2~0)I=IC1C2E2E(2)恒流源電路^^(U+|U)-UR+RCCBEIUIU—2-C3E3RE3

C1C12C32、差模電壓放大倍數和共模電壓放大倍數當差動放大器的射極電阻R足夠大，或采用恒流源電路時，差模電壓放大倍數A由輸出端方式TOC\o"1-5"\h\zEd決定，而與輸入方式無關。雙端輸出：R=g,R在中心位置時,EP△UO△UO-△UiPCR+r+(1+B)RBbe2P單端輸出AUc2AUc2當輸入共模信號時，若為單端輸出，則有C1C2△U△U■CT-BRbeC1C2△U△U■CT-BRbe若為雙端輸出，在理想情況下+(1+B)(-R+2R)22REAUO實際上由于元件不可能完全對稱，因此Ac也不會絕對等于零。3、共模抑制比CMRR為了表征差動放大器對有用信號（差模信號）的放大作用和對共模信號的抑制能力，通常用一個綜合指標來衡量，即共模抑制比ACMRRACMRR=fAc或CMRR=20Log片(dB)c差動放大器的輸入信號可采用直流信號也可采用交流信號。本實驗由函數信號發(fā)生器提供頻率f=1KHZ的正弦信號作為輸入信號三、實驗內容1、典型差動放大器性能測試按圖3-1連接實驗電路，開關K撥向左邊構成典型差動放大器。1）測量靜態(tài)工作點調節(jié)放大器零點信號源不接入。將放大器輸入端A、B與地短接，接通±12V直流電源，用直流電壓表測量輸出電壓U。，調節(jié)調零電位器Rp,使U°=0。調節(jié)要仔細，力求準確。測量靜態(tài)工作點零點調好以后，用直流電壓表測量T、T管各電極電位及射極電阻R兩端電壓U,記入表3—1。12ERE

表3-1測量靜態(tài)工作點測量值UC1(V)UB1(V)UE1(V)UC2(V)UB2(V)UE2(V)URE(V)計算值I(mA)I(mA)U(V)EcCE2）測量差模電壓放大倍數斷開直流電源，將函數信號發(fā)生器的輸出端接放大器輸入A端，地端接放大器輸入B端，構成單端輸入方式，調節(jié)輸入信號為頻率f=lKHz的正弦信號，并使輸出旋鈕旋至零（先使U等于0）,i用示波器監(jiān)視輸出端（集電極q或c2與地之間）。接通±12V直流電源，逐漸增大輸入電壓U（100mV，用交流毫伏表測量），在輸出波形無失真的i情況下，用交流毫伏表測u.,u,u,記入表3—2中，并觀察u,u與u之間的相位關系。ic1c2c1c2i3）測量共模電壓放大倍數將放大器A、B短接，信號源接A端與地之間，構成共模輸入方式，調節(jié)輸入信號f=lkHz,U=1Vi（用交流毫伏表測量），在輸出電壓無失真的情況下，測量u,u之值記入表3—2，并觀察u,uc1c2c1c2與u之間的相位關系。i表3-2測量電壓放大倍數典型差動放大電路具有恒流源差動放大電路單端輸入共模輸入單端輸入共模輸入u.uci(V)uc2(V)A=dlu//A=氣du//A=uciClu//A=Fcu//CMRR=|Adi|Aci2、具有恒流源的差動放大電路性能測試將圖3—1電路中開關K撥向右邊，構成具有恒流源的差動放大電路。重復內容1—2）、1—3）的要求，記入表3—2。相位關系的記錄方法：1、典型差動放大電路單端輸入時，U與U之間的相位（相同或者相反），u與U之間C1iC2i的相位（相同或者相反）；典型差動放大電路共模輸入時，U與U之間的相位（相同或者相反），u與U之間的C1iC2i相位（相同或者相反）；2、具有恒流源差動放大電路單端輸入時，uc1與匕之間的相位（相同或者相反），uC2與u之間的相彳（相同或者相反）；i具有恒流源差動放大電路共模輸入時，u與u之間的相位（相同或者相反），u與uC1iC2i之間的相位（相同或者相反）。四、實驗報告要求1、整理實驗數據，列表比較實驗結果和理論估算值，分析誤差原因。1）靜態(tài)工作點和差模電壓放大倍數。2）典型差動放大電路單端輸出時的CMRR實測值與理論值比較。3）典型差動放大電路單端輸出時CMRR的實測值與具有恒流源的差動放大器CMRR實測值比較。2、比較匕，ud和巴之間的相位關系。3、根據實驗結果，總結電阻R和恒流源的作用。E五、預習要求1、根據實驗電路參數，估算典型差動放大器和具有恒流源的差動放大器的靜態(tài)工作點及差模電壓放大倍數（取B]=B2=100）。2、測量靜態(tài)工作點時，放大器輸入端A、B與地應如何連接？3、實驗中怎樣獲得雙端和單端輸入差模信號？怎樣獲得共模信號？畫出A、B端與信號源之間的連接圖。4、怎樣進行靜態(tài)調零點？用什么儀表測U。？5、怎樣用交流毫伏表測雙端輸出電壓U。？實驗四電壓串聯(并聯)負反饋放大電路的設計、實驗目的1、了解引入負反饋后對放大器主要性能的影響。2、掌握深度負反饋條件下，各項性能的測試方法。二、實驗說明在實際的負反饋電路里，有四種常見的組態(tài)：電壓串聯、電壓并聯、電流串聯、電流并聯。引入負反饋后，放大電路的許多性能得到改善，如：提高了輸出的穩(wěn)定性；改善了輸入、輸出電阻(增大或減小)；展寬頻帶；降低非線性失真。電壓串聯負反饋放大電路是基本運算電路。本實驗僅對電壓串聯負反饋放大電路的放大倍數、輸入電阻、輸出電阻及上限頻率進行測試。電壓串聯負反饋，即同相比例運算電路，其主要特點是：V=V=v，集成運放的共模電壓等+—i于輸入電壓，對集成運放的CMRR要求比較高。由于是串聯負反饋，輸入電阻比開環(huán)時增加1+AF倍。由于是電壓負反饋，輸出電阻小，帶負載能力強。電壓并聯深度負反饋，即反相比例運算電路,集成運放的反相輸入端為虛地點，集成運放的共模輸入電壓近似為0,故這種電路對運放的CMRR要求低。由于是并聯負反饋，輸入電阻低，R=R。由于是電壓負反饋，輸出電阻小，if1R心0，帶負載能力強。of三、實驗內容(一)電壓串聯負反饋電路1、電路的電壓放大倍數Af令R=10kOR=100kORz=10k□TOC\o"1-5"\h\z1F輸入：f=500Hz,V=0.5v的正弦信號，測量V值，計算AioVfA=V/VVfoi該電路中，當R=0,R'=g時，A是多少？請實際測一測，這種電路叫什么電路？特點是什FVf

2、電路的輸入電阻2、電路的輸入電阻R儀器V(v)V(v)Af（計算值）A.（理論值）毫伏表io示波器表4-1測量電壓放大倍數if在R前面串接R,令R=1M0，測量V、V，計算R。1SSSiifVR=二-R辻V-VsSi表4-2測量輸入電阻儀器V”(v)V(v)R.f（計算值）R”（理論值）毫伏表示波器3、電路的輸出電阻Rof令R=5100輸入：f=500Hz,V=0.5v的正弦信號，測量并記錄：當R=a時的V值；當R=5100iLoL時的V值，計算R。TOC\o"1-5"\h\zoLofV-V口R==0L-RofVL*4、測量電路的上限頻率f0*4、測量電路的上限頻率f儀器V(v)V(v)V.(v)Rf（計算值）R”（理論值）毫伏表iooL示波器表4-3測量輸出電阻HfTOC\o"1-5"\h\z輸入：V=0.5v的正弦信號，保持V不變，改變信號頻率，測量f（當V或A下降到0.707iiHfoVf倍中頻放大倍數時所對應的頻率值）5、觀察A點電位令V為：0.1v、0.2v、0.5v、0.6v時，測量A點電位。i表4-4觀察A點電位V(v)0.1v0.2v0.5v0.6viV(有R”)6、設計一個負反饋放大器，要求A=10，輸入阻抗R>1M0。畫出電路圖，計算電路參數,Vfif并實際測量是否達到設計要求。（二）電壓并聯負反饋電路

自行設計。四、實驗報告要求1、計算Af的理論值。2、什么是“虛短”現象？什么是“虛斷”現象？什么是“虛地點”？請用實驗數據說明。五、思考題1、電壓串聯負反饋的特點是什么？在什么情況下被采用？2、若在測電路的輸入電阻之后，忘記拆掉串在R前面的R（1M），就接著測量電路f，這時1SHf測得的f值應該是偏高還是偏低？試說明信號源內阻的大小，對于電壓串聯負反饋的反饋效果影響Hf如何？對于電壓并聯負反饋的反饋效果影響如何？3、電壓并聯負反饋的特點是什么？在什么情況下被采用？六、備注同相輸入反相輸入輸岀正電源同相輸入反相輸入輸岀正電源負電源11N+——虹齡11N4UI-10UT——4OUTV_uA741通用高增益運算通用放大器，早些年最常用的運放之一?應用非常廣泛，雙列直插8腳或圓筒8腳封裝?？梢源鷵Q的其他運放有,uA709,LM301,LM308,LF356QP07,op37,max427等。實驗五集成運放基本運算電路、實驗目的1、研究由集成運算放大器組成的比例、加法、減法和積分等基本運算電路的功能。2、了解運算放大器在實際應用時應考慮的一些問題。二、實驗原理集成運算放大器是一種具有高電壓放大倍數的直接耦合多級放大電路。當外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負反饋電路時，可以靈活地實現各種特定的函數關系。在線性應用方面，可組成比例、加法、減法、積分、微分、對數等模擬運算電路。理想運算放大器特性在大多數情況下，將運放視為理想運放，就是將運放的各項技術指標理想化，滿足下列條件的運算放大器稱為理想運放。開環(huán)電壓增益輸入阻抗輸出阻抗帶寬A=8udr=ooir=0of=^BW失調與漂移均為零等。理想運放在線性應用時的兩個重要特性:輸出電壓U。與輸入電壓之間滿足關系式U=A(U—u)TOC\o"1-5"\h\zOud+—由于A=g,而U為有限值，因此，U—U~0。即U~U，稱為“虛短”udO+—+—由于r=-，故流進運放兩個輸入端的電流可視為零，即I=0,稱為“虛斷”這說明運iIB放對其前級吸取電流極小。上述兩個特性是分析理想運放應用電路的基本原則，可簡化運放電路的計算?；具\算電路1.加法器是指輸出信號為幾個輸入信號之和的放大器。用數學式子表示為:12n

TOC\o"1-5"\h\zVVVV二iil+i2+T3++infRRRR于是有V0=于是有V0=i1i2i3in如果各電阻的阻值不同,則可作為比例加法器，則有V0=-RR匚V+—V+RiiRi212R+-fVRin如果各電阻的阻值不同,則可作為比例加法器，則有V0=-RR匚V+—V+RiiRi212R+-fVRinn2、減法器是指輸出信號為兩個輸入信號之差的放大器。用數學關系表示時，可寫為：y=X]-x2下圖為減法器的基本結構圖。由于V=VABV-VV-V.—ilA=—A0=iRRifR=Vfi2R+R1(已知R=R)3f所以V0乞(y-v)Ril13、積分器是指輸出信號為輸入信號積分后的結果，用數學關系表示為:y=Jtxdt0右圖是最基本的積分器的結構圖。這里反饋網絡的一個部分用電容來代替電阻，則有:而jj=上式表示了輸出信號是輸入信號積分的結果。dxdt4、微分器。微分是積分的反運算，微分器是指輸出信號為輸入信號微分運算的結果。用數學式dxdt下圖示出微分器的基本原理圖，利用“虛斷”和和“虛短”的概念，可以建立以下關系式:

三、實驗設計要求要求根據實驗原理設計反相加法運算電路、減法運算電路、積分運算電路，并設計數據記錄表格。1、整理實驗數據，畫出波形圖（注意波形間的相位關系）2、將理論計算結果和實測數據相比較，分析產生誤差的原因。3、分析討論實驗中出現的現象和問題。實驗提示：實驗前要看清運放組件各管腳的位置；切忌正、負電源極性接反和輸出端短路，否則將會損壞集成塊。四、實驗參考方案%100K反相比例放大電路表5-1Ui0.3V0.4V0.5V毫伏表讀數示波器讀數毫伏表讀數示波器讀數毫伏表讀數示波器讀數V0（理論值）V0（測量值）反相加法運算電路1）按下圖連接實驗電路。2）調節(jié)信號源的輸出。用交流毫伏表或示波器測量輸入電壓V及A、B點電壓V和V,及輸出iAB電壓V°,數據記入表5—2。

表5-2Ui0.1V0.2V0.3V毫伏表讀數示波器讀數毫伏表讀數示波器讀數毫伏表讀數示波器讀數UAUV0（理論值）V0（測量值）3.減法運算電路ifRf1nnku1UUH色10K^3iRJ]00KRJ]00KR110K10K%R21CIOSiX表5—3Ui0.5V1.0V1.5V毫伏表讀數示波器讀數毫伏表讀數示波器讀數毫伏表讀數示波器讀數UAUBV0（理論值）V0（測量值）五、思考題為了不損壞集成塊，實驗中應注意什么問題?實驗六集成運放比較器、實驗目的1、掌握電壓比較器的電路構成及特點。2、學會測試比較器的方法。二、實驗原理電壓比較器是集成運放非線性應用電路，它將一個模擬量電壓信號和一個參考電壓相比較，在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產生躍變，相應輸出高電平或低電平。比較器可以組成非正弦波形變換電路及應用于模擬與數字信號轉換等領域。圖6—1所示為一最簡單的電壓比較器，U為參考電壓，加在運放的同相輸入端，輸入電壓u加Ri在反相輸入端。(a)電路圖(a)電路圖圖6—1電壓比較器當uVU時，運放輸出高電平，穩(wěn)壓管Dz反向穩(wěn)壓工作。輸出端電位被其箝位在穩(wěn)壓管的穩(wěn)定iR電壓U,即u=UTOC\o"1-5"\h\zZOZ當u>U時，運放輸出低電平，D正向導通，輸出電壓等于穩(wěn)壓管的正向壓降卩，即口=—卩iRZDoD因此，以U為界，當輸入電壓u變化時，輸出端反映出兩種狀態(tài)：高電位和低電位。Ri表示輸出電壓與輸入電壓之間關系的特性曲線，稱為傳輸特性。圖6—1(b)為(a)圖比較器的傳輸特性。常用的電壓比較器有過零比較器、具有滯回特性的過零比較器、雙限比較器(又稱窗口比較器)等。1、過零比較器電路如圖6—2所示為加限幅電路的過零比較器，Dz為限幅穩(wěn)壓管。信號從運放的反相輸入端輸入，參考電壓為零,從同相端輸入。當U>0時，輸出U=-(U+U),當UV0時，U=+(U+U)。其電iOZDiOZD壓傳輸特性如圖6—2(b)所示。過零比較器結構簡單，靈敏度高，但抗干擾能力差。

——U1—(+Ud)——U1—(+Ud)(a)過零比較器2、滯回比較器(b)電壓傳輸特性圖6—2過零比較器圖6—3為具有滯回特性的過零比較器。過零比較器在實際工作時，如果u恰好在過零值附近，i則由于零點漂移的存在，uo將不斷由一個極限值轉換到另一個極限值，這在控制系統(tǒng)中，對執(zhí)行機構將是很不利的。為此，就需要輸出特性具有滯回現象。如圖6—3所示，從輸出端引一個電阻分壓正反饋支路到同相輸入端，若u改變狀態(tài)，工點也隨著改變電位，使過零點離開原來位置。當u為正TOC\o"1-5"\h\zo0R(記作U+)u二2,u，則當u>u后，u即由正變負(記作U),此時U變?yōu)橐籙。故只有ER+R+iE0-EEf2當u下降到一U以下，才能使u再度回升到U,于是出現圖6-3(b)中所示的滯回特性。一U與U的i￡0+￡￡差別稱為回差。改變R2的數值可以改變回差的大小。(a)電路圖L.+r門—(b)(a)電路圖L.+r門—(b)傳輸特性0omaxUi0omaxUi圖6—3滯回比較器3、窗口(雙限)比較器簡單的比較器僅能鑒別輸入電壓u比參考電壓U高或低的情況，窗口比較電路是由兩個簡單比-R較器組成，如圖6-4所示，它能指示出u值是否處于U；和u—之間。如U—VUVS，窗口比較器的輸出電壓U等于運放的正飽和輸出電壓(+U)，如果UVU-或U>U+，則輸出電壓U等于運放b)傳輸特性

圖6—4由兩個簡單比較器組成的窗口比較器三、實驗設計要求要求根據實驗原理設計過零比較器、反相滯回比較器、同相滯回比較器、窗口比較器，并記錄實驗數據。1、整理實驗數據，繪制各類比較器的傳輸特性曲線2、總結幾種比較器的特點，闡明它們的應用。四、實驗參考方案1、過零比較器實驗電路如圖6—2所示。接通±12V電源。測量u懸空時的U值。iOu輸入500Hz、幅值為2V的正弦信號，觀察ufu波形并記錄。iiO改變u幅值，測量傳輸特性曲線。i2、反相滯回比較器實驗電路如圖6—5所示。按圖接線，u接+5V可調直流電源，測出u由+Uf—U時u的臨界值。TOC\o"1-5"\h\ziOomcxomcxi同上，測出u由一Uf+U時u的臨界值。Oomcxomcxiu接500Hz，峰值為2V的正弦信號，觀察并記錄ufu波形。iiO將分壓支路100K電阻改為200K，重復上述實驗，測定傳輸特性。丄￡I圖6—5反相滯回比較器3、同相滯回比較器實驗線路如圖6—6所示參照2，自擬實驗步驟及方法。將結果與2進行比較。4、窗口比較器參照圖6-4自擬實驗步驟和方法測定其傳輸特性。五、預習要求1、復習教材有關比較器的內容2、畫出各類比較器的傳輸特性曲線。3、若要將圖6-4窗口比較器的電壓傳輸曲線高、低電平對調，應如何改動比較器電路。實驗七RC正弦波振蕩器、實驗目的1、進一步學習RC正弦波振蕩器的組成及其振蕩條件2、學會測量、調試振蕩器。二、實驗原理從結構上看，正弦波振蕩器是沒有輸入信號的，帶選頻網絡的正反饋放大器。若用R、C元件組成選頻網絡，就稱為RC振蕩器，一般用來產生1Hz?1MHz的低頻信號。1、RC移相振蕩器電路型式如圖7—1所示，選擇R?Rj。圖7圖7—1RC移相振蕩器原理圖12n：6RC振蕩頻率振蕩頻率f-12n：6RC振蕩頻率振蕩頻率f-1O2tRC起振條件IA1>3電路特點可方便地連續(xù)改變振蕩頻率,波形。便于加負反饋穩(wěn)幅，容易得到良好的振蕩起振條件電路特點放大器A的電壓放大倍數|A丨＞29簡便，但選頻作用差，振幅不穩(wěn)，頻率調節(jié)不便，一般用于頻率固定且穩(wěn)定性要求不咼的場合。頻率范圍幾赫?數十千赫。O2、RC串并聯網絡（文氏橋）振蕩器電路型式如圖7—2所示。圖7—2RC串并聯網絡振蕩器原理圖3、雙T選頻網絡振蕩器電路型式如圖7—3所示。振蕩頻率f=丄05RCR…起振條件R'<2IAF|>1電路特點選頻特性好，調頻困難，適于產生單一頻率的振蕩。注：本實驗采用兩級共射極分立元件放大器組成RC正弦波振蕩器。三、實驗內容1、RC串并聯選頻網絡振蕩器按圖7—4組接線路。圖7—4RC串并聯選頻網絡振蕩器(2)斷開RC串并聯網絡，測量放大器靜態(tài)工