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模拟电路实验报告
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【模拟电路实验报告】实验一一、实验目的常用电子仪器的使用1、学习电子电路实验中常用的电子仪器――示波器、函数信号发生器、直 流稳压电源、交流毫伏表、频率计等的主要技术指标、性能及正确使用方法。2、初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。二、实验原理 在模拟电子电路实验中，经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、 直流稳压电源、交流毫伏表及频率计等。它们和万用电表一起，可以完成对模拟 电子电路的静态和动态工作情况的测试。实验中要对各种电子仪器进行综合使用，可按照信号流向，以连线简捷，调 节顺手， 观察与读数方便等原则进行合理布局，各仪器与被测实验装置之间的布 局与连接如图1－1所示。接线时应注意，为防止外界干扰，各仪器的共公接地端 应连接在一起， 称共地。信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线， 示波器接线使用专用电缆线，直流电源的接线用普通导线。图1－1 模拟电子电路中常用电子仪器布局图1、示波器 示波器是一种用途很广的电子测量仪器，它既能直接显示电信号的波形，又 能对电信号进行各种参数的测量。现着重指出下列几点1） 、寻找扫描光迹 将示波器 Y 轴显示方式置“Y1”或“Y2” ，输入耦合方式置“GND” ，开机 预热后，若在显示屏上不出现光点和扫描基线，可按下列操作去找到扫描线：①1适当调节亮度旋钮。②触发方式开关置 “自动” ③适当调节垂直 ） 水平 。（ 、 （）“位移”旋钮，使扫描光迹位于屏幕中央。（若示波器设有“寻迹”按键，可按 下“寻迹”按键，判断光迹偏移基线的方向。） 2） 、双踪示波器一般有五种显示方式，即“Y1”“Y2”“Y1＋Y2”三种单 、 、 踪显示方式和“交替” “断续”二种双踪显示方式。“交替”显示一般适宜于输入 信号频率较高时使用。“断续”显示一般适宜于输入信号频率较底时使用。3） 、为了显示稳定的被测信号波形， “触发源选择”开关一般选为“内”触 发，使扫描触发信号取自示波器内部的 Y 通道。4） 触发方式开关通常先置于 、 “自动” 调出波形后， 若被显示的波形不稳定， 可置触发方式开关于“常态” ，通过调节“触发电平”旋钮找到合适的触发电压， 使被测试的波形稳定地显示在示波器屏幕上。有时，由于选择了较慢的扫描速率，显示屏上将会出现闪烁的光迹，但被 测信号的波形不在 X 轴方向左右移动，这样的现象仍属于稳定显示。5） 、适当调节“扫描速率”开关及“Y 轴灵敏度”开关使屏幕上显示 一～二个周期的被测信号波形。在测量幅值时，应注意将“Y 轴灵敏度微调”旋 钮置于“校准”位置，即顺时针旋到底，且听到关的声音。在测量周期时，应注 意将“X 轴扫速微调”旋钮置于“校准”位置，即顺时针旋到底，且听到关的声 音。还要注意“扩展”旋钮的位置。根据被测波形在屏幕坐标刻度上垂直方向所占的格数（div 或 cm）与“Y 轴 灵敏度”开关指示值（v/div）的乘积，即可算得信号幅值的实测值。根据被测信号波形一个周期在屏幕坐标刻度水平方向所占的格数（div 或 cm）与“扫速”开关指示值（t/div）的乘积，即可算得信号频率的实测值。2、函数信号发生器 函数信号发生器按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出电压 最大可达20VP－P。通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮，可使输出电压在毫伏 级到伏级范围内连续调节。函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开 关进行调节。函数信号发生器作为信号源，它的输出端不允许短路。3、交流毫伏表2交流毫伏表只能在其工作频率范围之内，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上，然 后在测量中逐档减小量程。三、实验设备与器件 1、 函数信号发生器 3、 交流毫伏表 四、实验内容 1、用机内校正信号对示波器进行自检。1) 扫描基线调节 将示波器的显示方式开关置于“单踪”显示（Y1或Y2），输入耦合方式开关 置“GND”，触发方式开关置于“自动”。开启电源开关后，调节“辉度”、“聚 焦”、“辅助聚焦”等旋钮，使荧光屏上显示一条细而且亮度适中的扫描基线。然后调节“X轴位移” （ ）和“Y轴位移”( )旋钮，使扫描线位于屏幕中央， 2、 双踪示波器并且能上下左右移动自如。2）测试“校正信号”波形的幅度、频率 将示波器的“校正信号”通过专用电缆线引入选定的Y通道（Y1或Y2），将Y 轴输入耦合方式开关置于“AC”或“DC”，触发源选择开关置“内”，内触发源 选择开关置“Y1”或“Y2”。调节X轴“扫描速率”开关（t/div）和Y轴“输入灵 敏度”开关（V/div），使示波器显示屏上显示出一个或数个周期稳定的方波波 形。a. 校准“校正信号”幅度 将“y轴灵敏度微调”旋钮置“校准”位置， “y轴灵敏度”开关置适当位置， 读取校正信号幅度，记入表1－1。表1－1 标 幅 度 Up-p(V) 频 率 f(KHz) 上升沿时间3准值实测值μ S 下降沿时间 μ S 注不同型号示波器标准值有所不同，请按所使用示波器将标准值填入表格 中。b. 校准“校正信号”频率 将“扫速微调”旋钮置“校准”位置，“扫速”开关置适当位置，读取校正 信号周期，记入表1－1。c． 测量“校正信号”的上升时间和下降时间 调节“y轴灵敏度”开关及微调旋钮，并移动波形，使方波波形在垂直方向 上正好占据中心轴上，且上、下对称，便于阅读。通过扫速开关逐级提高扫描速 度，使波形在X?轴方向扩展（必要时可以利用“扫速扩展”开关将波形再扩展10 倍），并同时调节触发电平旋钮，从显示屏上清楚的读出上升时间和下降时间， 记入表1－1。2、用示波器和交流毫伏表测量信号参数 调节函数信号发生器有关旋钮，使输出频率分别为100Hz、1KHz、10KHz、 100KHz，有效值均为1V（交流毫伏表测量值）的正弦波信号。改变示波器“扫速”开关及“Y轴灵敏度”开关等位置，?测量信号源输出电 压频率及峰峰值，记入表1－2。表1－2 示波器测量值 信号电压 毫伏表读数 （V） 示波器测量值 峰峰值（V） 有效值（V）信号电压频率 周期 （ms） 频率（Hz） 100Hz 1KHz 10KHz 100KHz 3、测量两波形间相位差41) 观察双踪显示波形“交替”与“断续”两种显示方式的特点 Y1、Y2均不加输入信号，输入耦合方式置“GND”，扫速开关置扫速较低挡位 （如0.5s／div挡）和扫速较高挡位（如5μ S／div挡），把显示方式开关分别置 “交替”和“断续”位置，观察两条扫描基线的显示特点，记录之。2) ① 用双踪显示测量两波形间相位差 按图 1－2 连接实验电路， 将函数信号发生器的输出电压调至频率为1KHz， 幅值为 2V 的正弦波， RC 移相网络获得频率相同但相位不同的两路信号 经 ui 和 uR，分别加到双踪示波器的 Y1 和 Y2 输入端。为便于稳定波形， 比较两波形相位差，应使内触发信号取自被设定作为测量 基准的一路信号。图 1－2 两波形间相位差测量电路② 把显示方式开关置“交替”挡位，将 Y1 和 Y2 输入耦合方式开关置“⊥” 挡位，调节 Y1、Y2 的（ ）移位旋钮，使两条扫描基线重合。③将 Y1、 2 输入耦合方式开关置 Y “AC” 挡位， 调节触发电平、 扫速开关及 Y1、 Y2 灵敏度开关位置，使在荧屏上显示出易于观察的两个相位不同的正弦波形 ui 及 uR，如图 1－3 所示。根据两波形在水平方向差距 X，及信号周期 XT，则可求 得两波形相位差。5图 1－3 双踪示波器显示两相位不同的正弦波θ?X(div) ? 3600 X T(div)式中XT―― 一周期所占格数 X―― 两波形在 X 轴方向差距格数 记录两波形相位差于表 1－3。表 1－3 两波形 X 轴差距格数 X＝ 实 θ ＝ 相 测 值 位 计 θ ＝ 差 算 值一周期格数 XT＝为数读和计算方便， 可适当调节扫速开关及微调旋钮，使波形一周期占整数 格。五、实验 1、 整理实验数据，并进行分析。2、 问题讨论 1）如何操纵示波器有关旋钮，以便从示波器显示屏上观察到稳定、清晰的 波形？ 2) 用双踪显示波形，并要求比较相位时，为在显示屏上得到稳定波形，应6怎样选择下列开关的位置？ a) b) c) d) 显示方式选择（Y1；Y2；Y1＋Y2；交替；断续） 触发方式（常态；自动） 触发源选择（内；外） 内触发源选择（Y1、Y2、交替）3、函数信号发生器有哪几种输出波形？它的输出端能否短接，如用屏蔽 线作为输出引线，则屏蔽层一端应该接在哪个接线柱上? 4、交流毫伏表是用来测量正弦波电压还是非正弦波电压？它的表头指示 值是被测信号的什么数值？它是否可以用来测量直流电压的大小？ 六、预习要求 1、 阅读实验附录中有关示波器部分内容。2、 已知 C＝0.01μ f、R＝10K，计算图 1－2 RC 移相网络的阻抗角θ 。7实验二一、实验目的晶体管共射极单管放大器1、 学会放大器静态工作点的调试方法，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、实验原理 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 RB1 和 RB2 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。图 2－1 共射极单管放大器实验电路在图 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 5～10 倍） ，则它的静态工作点可用下式估算UB ?R B1 U CC R B1 ? R B2IE ?U B ? U BE ? IC REUCE＝UCC－IC（RC＋RE）8电压放大倍数AV ? ? β R C // R L rbe输入电阻 Ri＝RB1 / RB2 / rbe / / 输出电阻 RO≈RC 由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时， 离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必 要的依据， 在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各 项性能指标。一个优质放大器， 必定是理论设计与实验调整相结合的产物。因此， 除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。放大器的测量和调试一般包括：放大器静态工作点的测量与调试，消除干扰 与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。1、 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直流毫安表和直流电压表，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 UE 或 UC，然后算出 IC 的方法，例如，只要测 出 UE，即可用IC ? IE ?UE U ? UC 算出 IC（也可根据 IC ? CC ，由 UC 确定 IC） ， RE RC同时也能算出 UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。2) 静态工作点的调试放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流 I（或 UCE） 的调整与测试。C 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（一9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 加入一定的输入电压 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)(b)图 2－2 静态工作点对 uO 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置电阻 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。图 2－3 电路参数对静态工作点的影响最后还要说明的是，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， 如输入信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一 定会出现失真。所以确切地说， 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。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线 的中点。102、放大器动态指标测试 放大器动态指标包括电压放大倍数、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)U0 Ui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Ri ? Ui Ui Ui ? ? R UR Ii U S ? Ui R图 2－4 输入、输出电阻测量电路测量时应注意下列几点① 由于电阻 R 两端没有电路公共接地点， 所以测量 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。② 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＝1～2KΩ 。3) 输出电阻 R0 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 和接入负载后的输出电压 UL，根据11UL ?RL UO RO ? RL即可求出R O ?(UO ? 1)R L UL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。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 2 2U0 。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)放大器幅频特性的测量放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数 AU 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，Aum 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 / 2 倍， 即 0.707Aum 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 ＝fH－fL 放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数 AU。为此，可采 用前述测 AU 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 时应注意取点要恰当，在低频与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。12fBW此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变，且输出波形不得失真。6) 干扰和自激振荡的消除参考实验附录3DG 3CG9011(NPN) 9012(PNP) 9013(NPN)图 2－6 幅频特性曲线图 2－7 晶体三极管管脚排列三、实验设备与器件 1、＋12V 直流电源 3、双踪示波器 5、直流电压表 7、频率计 2、函数信号发生器 4、交流毫伏表 6、直流毫安表 8、万用电表9、晶体三极管 3DG6×1(β ＝50～100)或 9011×1 （管脚排列如图 2－7 所 示） 电阻器、电容器若干 四、实验内容 实验电路如图 2－1 所示。各电子仪器可按实验一中图 1－1 所示方式连接， 为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起，同时信号源、交流毫伏表和示波器 的引线应采用专用电缆线或屏蔽线，如使用屏蔽线，则屏蔽线的外包金属网应接 在公共接地端上。1、调试静态工作点 接通直流电源前，先将 RW 调至最大， 函数信号发生器输出旋钮旋至零。接 通＋12V 电源、调节 RW，使 IC＝2.0mA（即 UE＝2.0V） 用直流电压表测量 UB、 ， UE、UC 及用万用电表测量 RB2 值。记入表 2－1。13表 2-1 测 UB（V） 2.67 UE（V） 2.00IC＝2mA 量 值 UC（V） 7.64 计 算 值RB2 （KΩ ） UBE（V） UCE（V） IC（mA） 60.762、测量电压放大倍数 在放大器输入端加入频率为 1KHz 的正弦信号 uS，调节函数信号发生器的输 出旋钮使放大器输入电压 Ui ? 10mV，同时用示波器观察放大器输出电压 uO 波形， 在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述三种情况下的 UO 值，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 RC（KΩ ） RL(KΩ ) 2.4 1.2 2.4 ∞ ∞ 2.4 Ic＝2.0mA Uo(V) 0.114 0.058 0.058 AV Ui＝ mV 观察记录一组 uO 和 u1 波形3、观察静态工作点对电压放大倍数的影响 置 RC＝2.4KΩ ，RL＝∞，Ui 适量，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 值，记入表 2－3。表 2－3 IC(mA) UO(V) AV 测量 IC 时，要先将信号源输出旋钮旋至零（即使 Ui＝0） 。4、观察静态工作点对输出波形失真的影响 置 RC＝2.4KΩ ，RL＝2.4KΩ ， ui＝0，调节 RW 使 IC＝2.0mA，测出 UCE 值，再 逐步加大输入信号，使输出电压 u0 足够大但不失真。然后保持输入信号不变， 分别增大和减小 RW，使波形出现失真，绘出 u0 的波形，并测出失真情况下的 IC 和 UCE 值， 记入表 2－4 中。每次测 IC 和 UCE 值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。表 2－4 RC＝2.4KΩ RL＝∞14RC＝2.4KΩ 1.95 . 0.103RL＝∞Ui＝ 2.0mV 1.74 0.140 1.15 0.Ui＝mVIC(mA) 3.0UCE(V) 4.44u0 波形失真情况管子工作状态2.05.810.858.975、测量最大不失真输出电压 置 RC＝2.4KΩ ，RL＝2.4KΩ ，按照实验原理 2.4)中所述方法，同时调节输入 信号的幅度和电位器 RW，用示波器和交流毫伏表测量 UOPP 及 UO 值，记入表 2－5。表 2－5 IC(mA) 2.35 RC＝2.4K Uim(mV) 315 RL＝2.4K Uom(V) 0.03 UOPP(V) 0.06*6、测量输入电阻和输出电阻 置 RC＝2.4KΩ ，RL＝2.4KΩ ，IC＝2.0mA。输入 f＝1KHz 的正弦信号，在输出 电压 uo 不失真的情况下，用交流毫伏表测出 US，Ui 和 UL 记入表 2-6。保持 US 不变，断开 RL，测量输出电压 Uo，记入表 2-6。表 2-6 US (mv) 142 Ic＝2mA Ui (mv) 15.5 Rc＝2.4KΩ Ri（KΩ ） 测量值 9.88 计算值 0.154 0.305 RL＝2.4KΩ UL（V） UO（V） R0（KΩ ） 测量值 3.73 计算值*7、测量幅频特性曲线 取 IC＝2.0mA，RC＝2.4KΩ ，RL＝2.4KΩ 。保持输入信号 ui 的幅度不变，改 变信号源频率 f，逐点测出相应的输出电压 UO，记入表 2－7。表 2－7 Ui＝ 200mV15fl f（KHz） UO（V） AV＝UO/Ui 1.5 1.32fo 2 1.30fn 2.5 1.27为了信号源频率 f 取值合适，可先粗测一下，找出中频范围， 然后再仔细 读数。说明：本实验内容较多，其中 6、7 可作为选作内容。五、实验总结 1、 列表整理测量结果， 并把实测的静态工作点、 电压放大倍数、 输入电阻、 输出电阻之值与理论计算值比较（取一组数据进行比较） ，分析产生误差原因。2、总结 RC，RL 及静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻 的影响。3、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。4、分析讨论在调试过程中出现的问题。六、预习要求 1、阅读教材中有关单管放大电路的内容并估算实验电路的性能指标。假设：3DG6 的β ＝100，RB1＝20KΩ ，RB2＝60KΩ ，RC＝2.4KΩ ，RL＝2.4KΩ 。估算放大器的静态工作点，电压放大倍数 AV，输入电阻 Ri 和输出电阻 RO 2、阅读实验附录中有关放大器干扰和自激振荡消除内容。3、 能否用直流电压表直接测量晶体管的 UBE？ 为什么实验中要采用测 UB、 UE，再间接算出 UBE 的方法？ 4、怎样测量 RB2 阻值？ 5、当调节偏置电阻 RB2，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管 的管压降 UCE 怎样变化？ 6、改变静态工作点对放大器的输入电阻 Ri 有否影响？改变外接电阻 RL 对输 出电阻 RO 有否影响？ 7、在测试 AV，Ri 和 RO 时怎样选择输入信号的大小和频率？ 为什么信号频率一般选 1KHz，而不选 100KHz 或更高？ 8、测试中，如果将函数信号发生器、交流毫伏表、示波器中任一仪器的二个 测试端子接线换位（即各仪器的接地端不再连在一起） ，将会出现什么问题？16注附图 2－1 所示为共射极单管放大器与带有负反馈的两级放大器共用实验 模块。如将 K1、K2 断开，则前级（Ⅰ）为典型电阻分压式单管放大器；如将 K1、 K2 接通，则前级（Ⅰ）与后级（Ⅱ）接通，组成带有电压串联负反馈两级放大器。附图 2－117实验三一、实验目的负反馈放大器加深理解放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大器各项性能指标的 影响。二、实验原理 负反馈在电子电路中有着非常广泛的应用,虽然它使放大器的放大倍数降 低，但能在多方面改善放大器的动态指标，如稳定放大倍数，改变输入、输出电 阻，减小非线性失真和展宽通频带等。因此，几乎所有的实用放大器都带有负反 馈。负反馈放大器有四种组态，即电压串联，电压并联，电流串联，电流并联。本实验以电压串联负反馈为例，分析负反馈对放大器各项性能指标的影响。1、图 3－1 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。根据反馈的判断法可知，它属于电压串联负反馈。主要性能指标如下 1) 闭环电压放大倍数A Vf ?其中 大倍数。AV 1 ? A V FVAV＝UO／Ui ― 基本放大器（无反馈）的电压放大倍数，即开环电压放1＋AVFV ― 反馈深度， 它的大小决定了负反馈对放大器性能改善的程 度。18图 3－1 带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器2)反馈系数FV ? R F1 R f ? R F13)输入电阻 Rif＝(1＋AVFV )Ri Ri ― 基本放大器的输入电阻4)输出电阻R Of ? RO 1 ? A VO FVRO ― 基本放大器的输出电阻 AVO ― 基本放大器 RL＝∞时的电压放大倍数 2、本实验还需要测量基本放大器的动态参数，怎样实现无反馈而得到基本 放大器呢？不能简单地断开反馈支路，而是要去掉反馈作用，但又要把反馈网络 的影响（负载效应）考虑到基本放大器中去。为此1) 在画基本放大器的输入回路时，因为是电压负反馈，所以可将负反馈放大器的输出端交流短路，即令 uO＝0，此时 Rf 相当于并联在 RF1 上。2) 在画基本放大器的输出回路时，由于输入端是串联负反馈，因此需将反馈放大器的输入端（T1 管的射极）开路，此时（Rf＋RF1）相当于并接在输出端。可近似认为 Rf 并接在输出端。19根据上述规律，就可得到所要求的如图 4－2 所示的基本放大器。图 3－2 基本放大器三、实验设备与器件 1、 3、 5、 7、 ＋12V 直流电源 双踪示波器 交流毫伏表 2、 4、 6、 函数信号发生器 频率计 直流电压表晶体三极管 3DG6×2(β ＝50～100)或 9011×2 电阻器、电容器若干。四、实验内容 1、 测量静态工作点按图 3－1 连接实验电路，取 UCC＝＋12V，Ui＝0，用直流电压表分别测量第 一级、第二级的静态工作点，记入表 3-1。表 3－1 UB（V） 第一级 第二级 2、测试基本放大器的各项性能指标 UE（V） UC（V） IC（mA）20将实验电路按图 3－2 改接，即把 Rf 断开后分别并在 RF1 和 RL 上，其它连线 不动。1) 测量中频电压放大倍数 AV，输入电阻 Ri 和输出电阻 RO。① 以 f＝1KHZ， S 约 5mV 正弦信号输入放大器， 用示波器监视输出波形 uO， U 在 uO 不失真的情况下，用交流毫伏表测量 U S、Ui、UL，记入表 3－2。表 3-2 US (mv) Ui (mv) UL (V) UO (V) AV Ri (KΩ ) RO (KΩ )基本放大器负反馈放大器US (mv)Ui (mv)UL (V)UO (V)AVfRif (KΩ )ROf (KΩ )②保持 US 不变，断开负载电阻 RL（注意，Rf 不要断开） ，测量空载时的输出 电压 UO，记入表 3－2。2) 测量通频带接上 RL，保持 1)中的 US 不变，然后增加和减小输入信号的频率，找出上、 下限频率 fh 和 fl，记入表 3－3。3、测试负反馈放大器的各项性能指标 将实验电路恢复为图 3－1 的负反馈放大电路。适当加大 US（约 10mV） ，在 输出波形不失真的条件下，测量负反馈放大器的 AVf、Rif 和 ROf， 记入表 3－2； 测量 fhf 和 fLf，记入表 3－3。表 3－3 fL(KHz) 基本放大器 fLf(KHz) fHf(KHz) △ff(KHz) fH(KHz) △f(KHz)负反馈放大器*4、观察负反馈对非线性失真的改善 1)实验电路改接成基本放大器形式，在输入端加入 f＝1KHz 的正弦信号， 输出端接示波器，逐渐增大输入信号的幅度，使输出波形开始出现失真，记下此21时的波形和输出电压的幅度。2)再将实验电路改接成负反馈放大器形式，增大输入信号幅度，使输出电压 幅度的大小与 1)相同，比较有负反馈时，输出波形的变化。五、实验总结 1、将基本放大器和负反馈放大器动态参数的实测值和理论估算值列表进行 比较。2、根据实验结果，总结电压串联负反馈对放大器性能的影响。六、预习要求 1、复习教材中有关负反馈放大器的内容。2、按实验电路 3－1 估算放大器的静态工作点（取β 1＝β 2＝100） 。3、怎样把负反馈放大器改接成基本放大器？为什么要把 Rf 并接在输入和输 出端？ 4、估算基本放大器的 AV，Ri 和 RO；估算负反馈放大器的 AVf、Rif 和 ROf，并验 算它们之间的关系。5、如按深负反馈估算，则闭环电压放大倍数 AVf＝？ 和测量值是否一致？ 为什么？ 6、如输入信号存在失真，能否用负反馈来改善？ 7、怎样判断放大器是否存在自激振荡？如何进行消振？注：如果实验装置上有放大器的固定实验模块，则可参考实验二附图 2－1 进行实验。22实验四射极跟随器一、实验目的 1、 掌握射极跟随器的特性及测试方法 2、 进一步学习放大器各项参数测试方法 二、实验原理 射极跟随器的原理图如图 4－1 所示。它是一个电压串联负反馈放大电路， 它具有输入电阻高，输出电阻低，电压放大倍数接近于 1，输出电压能够在较大 范围内跟随输入电压作线性变化以及输入、输出信号同相等特点。图 4－1射极跟随器射极跟随器的输出取自发射极，故称其为射极输出器。1、输入电阻 Ri 图 4－1 电路23Ri＝rbe＋(1＋β )RE 如考虑偏置电阻 RB 和负载 RL 的影响，则 Ri＝RB∥[rbe＋(1＋β )(RE∥RL)] 由上式可知射极跟随器的输入电阻 Ri 比共射极单管放大器的输入电阻 Ri＝ RB∥rbe 要高得多，但由于偏置电阻 RB 的分流作用，输入电阻难以进一步提高。输入电阻的测试方法同单管放大器，实验线路如图 4－2 所示。图 4－2 射极跟随器实验电路Ri ?Ui Ui ? R Ii U s ? U i即只要测得 A、B 两点的对地电位即可计算出 Ri。2、输出电阻 RO 图 4－1 电路RO ? rbe r ∥ R E ? be β β如考虑信号源内阻 RS，则 r ?(R S ∥ R B ) r ?(R S ∥ R B ) R O ? be ∥ R E ? be β β 由上式可知射极跟随器的输出电阻 R0 比共射极单管放大器的输出电阻 RO≈ RC 低得多。三极管的β 愈高，输出电阻愈小。输出电阻 RO 的测试方法亦同单管放大器，即先测出空载输出电压 UO，再测 接入负载 RL 后的输出电压 UL，根据UL ? RL UO RO ? RL24即可求出 ROR O ?( UO ? 1)R L UL3、电压放大倍数 图 4－1 电路AV ? (1 ?β )(R E ∥ R L ) ≤ 1 rbe ?(1 ?β )(R E ∥ R L )上式说明射极跟随器的电压放大倍数小于近于 1，且为正值。这是深度电 压负反馈的结果。但它的射极电流仍比基流大(1＋β )倍， 所以它具有一定的电 流和功率放大作用。4、电压跟随范围 电压跟随范围是指射极跟随器输出电压 uO 跟随输入电压 ui 作线性变化的区 域。当 ui 超过一定范围时，uO 便不能跟随 ui 作线性变化，即 uO 波形产生了失真。为了使输出电压 uO 正、负半周对称，并充分利用电压跟随范围，静态工作点应 选在交流负载线中点，测量时可直接用示波器读取 uO 的峰峰值，即电压跟随范 围；或用交流毫伏表读取 uO 的有效值，则电压跟随范围 U0P－P＝2 2 UO 三、实验设备与器件 1、＋12V 直流电源 3、双踪示波器 5、直流电压表 2、函数信号发生器 4、交流毫伏表 6、频率计7、3DG12×1 (β ＝50～100)或 9013 电阻器、电容器若干。四、实验内容 按图 4－2 组接电路 1、静态工作点的调整 接通＋12V 直流电源，在 B 点加入 f＝1KHz 正弦信号 ui，输出端用示波器监 视输出波形，反复调整 RW 及信号源的输出幅度，使在示波器的屏幕上得到一个 最大不失真输出波形， 然后置 ui＝0，用直流电压表测量晶体管各电极对地电位，25将测得数据记入表 4－1。表 4－1 UE(V) 0.72 UB(V) 0.78 UC(V) 12.00 IE（mA） 0.27在下面整个测试过程中应保持 RW 值不变（即保持静工作点 IE 不变） 。2、测量电压放大倍数 Av 接入负载 RL＝1KΩ ，在 B 点加 f＝1KHz 正弦信号 ui，调节输入信号幅度，用 示波器观察输出波形 uo，在输出最大不失真情况下，用交流毫伏表测 Ui、UL 值。记入表 4－2。表 4－2 Ui（V） 1.42 3、测量输出电阻 R0 接上负载 RL＝1K，在 B 点加 f＝1KHz 正弦信号 ui，用示波器监视输出波形， 测空载输出电压 UO，有负载时输出电压 UL，记入表 4－3。表 4－3 U0（V） 0.71 4、测量输入电阻 Ri 在 A 点加 f＝1KHz 的正弦信号 uS，用示波器监视输出波形，用交流毫伏表分 别测出 A、B 点对地的电位 US、Ui，记入表 4－4。表 4－4 US（V） 0.71 Ui（V） 0.70 Ri(KΩ ) 27.35 UL（V） 0.70 RO(KΩ ) 25.80 UL（V） 1.38 AV265、测试跟随特性 接入负载 RL＝1KΩ ，在 B 点加入 f＝1KHz 正弦信号 ui，逐渐增大信号 ui 幅 度，用示波器监视输出波形直至输出波形达最大不失真，测量对应的 UL 值，记 入表 4－5。表 4－5 Ui(V) UL(V) 6、测试频率响应特性 保持输入信号 ui 幅度不变，改变信号源频率，用示波器监视输出波形，用 交流毫伏表测量不同频率下的输出电压 UL 值，记入表 4－6。表 4－6 f(KHz) UL(V) 1.5 1.376 2.0 1.375 2.5 1.374 3.0 3.5 4.0 4.5 1.42 1.381.373 1..372五、预习要求 1、复习射极跟随器的工作原理。2、根据图 5－2 的元件参数值估算静态工作点，并画出交、直流负载线。六、实验报告 1、 整理实验数据，并画出曲线 UL＝f(Ui)及 UL＝f(f)曲线。2、 分析射极跟随器的性能和特点。附：采用自举电路的射极跟随器 在一些电子测量仪器中， 为了减轻仪器对信号源所取用的电流，以提高测量 精度，通常采用附图 4－1 所示带有自举电路的射极跟随器，以提高偏置电路的 等效电阻，从而保证射极跟随器有足够高的输入电阻。27附图 4－1 有自举电路的射极跟随器实验五差动放大器一、实验目的 1、加深对差动放大器性能及特点的理解 2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法 二、实验原理 图 5－1 是差动放大器的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放大 电路组成。当开关 K 拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器 RP 用来 调节 T1、T2 管的静态工作点，使得输入信号 Ui＝0 时，双端输出电压 UO＝0。RE 为两管共用的发射极电阻， 它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压 放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静 态工作点。28图 5－1 差动放大器实验电路当开关 K 拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。它用晶体管恒流源 代替发射极电阻 RE，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。1、静态工作点的估算 典型电路IE ?U EE ? U BE RE（认为 UB1＝UB2≈0）1 IC1 ? IC2 ? IE 2恒流源电路R2 (U CC ? U EE )? U BE R1 ? R 2 IC3 ? IE3 ? R E31 IC1 ? IC1 ? IC3 22、差模电压放大倍数和共模电压放大倍数 当差动放大器的射极电阻 RE 足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大 倍数 Ad 由输出端方式决定，而与输入方式无关。双端输出RE＝∞，RP 在中心位置时，29Ad ?△UO β RC ?? 1 △Ui R B ? rbe ? (1 ?β )R P 2单端输出A d1 ? △UC1 1 ? Ad △Ui 2 △UC2 1 ? ? Ad △Ui 2A d2 ?当输入共模信号时，若为单端输出，则有A C1 ? A C2 ?△UC1 ?β RC R ? ?? C △Ui R ? r ?(1 ?β )(1 R ? 2R ) 2R E B be P E 2若为双端输出，在理想情况下AC ?△U O ?0 △Ui实际上由于元件不可能完全对称，因此 AC 也不会绝对等于零。3、 共模抑制比 CMRR为了表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大作用和对共模信号的抑 制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比CMRR ?Ad Ac或 CMRR ? 20LogAd ?dB ? Ac差动放大器的输入信号可采用直流信号也可采用交流信号。本实验由函数信 号发生器提供频率 f＝1KHZ 的正弦信号作为输入信号。三、实验设备与器件 1、±12V 直流电源 3、双踪示波器 5、直流电压表 6、晶体三极管 3DG6×3，要求 T1、T2 管特性参数一致。（或 9011×3） 。电阻器、电容器若干。四、实验内容 2、函数信号发生器 4、交流毫伏表301、典型差动放大器性能测试 按图 5-1 连接实验电路，开关 K 拨向左边构成典型差动放大器。1) 测量静态工作点 ①调节放大器零点 信号源不接入。将放大器输入端 A、B 与地短接，接通±12V 直流电源，用 直流电压表测量输出电压 UO，调节调零电位器 RP，使 UO＝0。调节要仔细，力求 准确。②测量静态工作点 零点调好以后， 用直流电压表测量 T1、 2 管各电极电位及射极电阻 RE 两端电 T 压 URE，记入表 5－1。表 5-1 UC1(V) 6.514 UB1(V) -0.059 IC(mA) UE1(V) -0.688 UC2(V) 6.500 IB(mA) UB2(V) -0.065 UE2(V) -0.699 UCE(V) URE(V) -1.004测量值计算值2) 测量差模电压放大倍数 断开直流电源，将函数信号发生器的输出端接放大器输入 A 端，地端接放大 器输入 B 端构成单端输入方式， 调节输入信号为频率 f＝1KHz 的正弦信号，并使 输出旋钮旋至零， 用示波器监视输出端（集电极 C1 或 C2 与地之间） 。接通±12V 直流电源，逐渐增大输入电压 Ui（约 100mV） ，在输出波形无失真 的情况下，用交流毫伏表测 Ui，UC1，UC2，记入表 5－2 中，并观察 ui，uC1，uC2 之间的相位关系及 URE 随 Ui 改变而变化的情况。3) 测量共模电压放大倍数 将放大器 A、B 短接，信号源接 A 端与地之间，构成共模输入方式， 调 节输入信号 f=1kHz，Ui=1V，在输出电压无失真的情况下，测量 UC1， UC2 之值记 入表 5－2，并观察 ui， uC1， uC2 之间的相位关系及 URE 随 Ui 改变而变化的情况。31表 5-2 典型差动放大电路 单端输入 Ui 100mV 共模输入 1V 具有恒流源差动放大电路 单端输入 100mV 共模输入 1VUC1(V)0.20.006UC2(V)0.50.006A d1 ?U C1 UiU0 Ui U C1 Ui U0 Ui//Ad ?//A C1 ?//AC ?//CMRR =│A d1 │ A C12、具有恒流源的差动放大电路性能测试 将图 5－1 电路中开关 K 拨向右边，构成具有恒流源的差动放大电路。重复 内容 1－2)、1－3)的要求，记入表 5－2。五、实验总结 1、 整理实验数据，列表比较实验结果和理论估算值，分析误差原因。1) 2) 3) 静态工作点和差模电压放大倍数。典型差动放大电路单端输出时的 CMRR 实测值与理论值比较 典型差动放大电路单端输出时 CMRR 的实测值与具有恒流源的差动放大器 CMRR 实测值比较。2、 比较 ui，uC1 和 uC2 之间的相位关系。323、 根据实验结果，总结电阻 RE 和恒流源的作用。六、预习要求 1、根据实验电路参数，估算典型差动放大器和具有恒流源的差动放大器的 静态工作点及差模电压放大倍数（取β 1＝β 2＝100） 。2、测量静态工作点时，放大器输入端 A、B 与地应如何连接？ 3、实验中怎样获得双端和单端输入差模信号？怎样获得共模信号？画出 A、 B 端与信号源之间的连接图。4、怎样进行静态调零点？用什么仪表测 UO ？ 5、怎样用交流毫伏表测双端输出电压 UO ？实验六集成运算放大器的基本应用 ─ 模拟运算电路 ─一、实验目的 1、研究由集成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、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。二、实验原理 集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外 部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时， 可以灵活地实现各 种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、 对数等模拟运算电路。理想运算放大器特性 在大多数情况下， 将运放视为理想运放， 就是将运放的各项技术指标理想化， 满足下列条件的运算放大器称为理想运放。33开环电压增益 输入阻抗 输出阻抗 带宽Aud=∞ ri=∞ ro=0 fBW=∞失调与漂移均为零等。理想运放在线性应用时的两个重要特性（1）输出电压 UO 与输入电压之间满足关系式 UO＝Aud（U+－U－） 由于 Aud=∞，而 UO 为有限值，因此，U+－U－≈0。即 U+≈U－，称为“虚短” 。（2）由于 ri=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即 IIB＝0，称为 “虚断” 。这说明运放对其前级吸取电流极小。上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计 算。基本运算电路 1) 反相比例运算电路 电路如图 6－1 所示。对于理想运放， 该电路的输出电压与输入电压之间的 关系为UO ? ?RF Ui R1为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻 R2 ＝R1 // RF。图 6－1 反相比例运算电路图 6－2 反相加法运算电路2)反相加法电路电路如图 6－2 所示，输出电压与输入电压之间的关系为34U O ? ?(RF R U i1 ? F U i2 ) R1 R2R3＝R1 // R2 // RF3)同相比例运算电路图 6－3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为U O ?(1 ?RF )U i R1R2＝R1 // RF当 R1→∞时，UO＝Ui，即得到如图 6－3(b)所示的电压跟随器。图中 R2＝RF， 用以减小漂移和起保护作用。一般 RF 取 10KΩ ， RF 太小起不到保护作用，太大 则影响跟随性。(a) 同相比例运算电路 图 6-3 同相比例运算电路(b) 电压跟随器4)差动放大电路（减法器）对于图 6-4 所示的减法运算电路，当 R1＝R2，R3＝RF 时， 有如下关系式UO ? RF (U i2 ? Ui1 ) R135图 6－4 减法运算电路图图 6-5 积分运算电路5)积分运算电路1 t o u idt ? u C(o) R 1C ?反相积分电路如图 6－5 所示。在理想化条件下，输出电压 uO 等于u O(t) ? ?式中uC(o)是 t＝0 时刻电容 C 两端的电压值，即初始值。如果 ui(t)是幅值为 E 的阶跃电压，并设 uc(o)＝0，则u O(t) ? ? 1 t E ? o Edt ? - R 1C t R1 C即输出电压 uO(t)随时间增长而线性下降。显然 RC 的数值越大，达到给定 的 UO 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放最大输 出范围的限值。在进行积分运算之前，首先应对运放调零。为了便于调节，将图中 K1 闭合， 即通过电阻 R2 的负反馈作用帮助实现调零。但在完成调零后，应将 K1 打开，以 免因 R2 的接入造成积分误差。K2 的设置一方面为积分电容放电提供通路，同时可 实现积分电容初始电压 uC(o)＝0，另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号 ui 后， 只要 K2 一打开， 电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。三、实验设备与器件 1、±12V 直流电源 3、交流毫伏表 2、函数信号发生器 4、直流电压表5、集成运算放大器μ A741×1 电阻器、电容器若干。四、实验内容 实验前要看清运放组件各管脚的位置；切忌正、负电源极性接反和输出端短 路，否则将会损坏集成块。1、反相比例运算电路 1) 按图 6－1 连接实验电路，接通±12V 电源，输入端对地短路，进行调零 和消振。2) 输入 f＝100Hz，Ui＝0.5V 的正弦交流信号，测量相应的 UO，并用示波器 观察 uO 和 ui 的相位关系，记入表 6-1。36表 6-1Ui＝0.5V，f＝100Hz ui 波形 uO 波形 实测值 AV 计算值Ui（V） U0（V）2、同相比例运算电路 1) 按图 6－3(a)连接实验电路。实验步骤同内容 1，将结果记入表 6－2。2) 将图 6－3(a)中的 R1 断开，得图 6－3(b)电路重复内容 1)。表 6－2 Ui＝0.5V f＝100Hz ui 波形 uO 波形 实测值 AV 计算值Ui（V） UO(V)3、 反相加法运算电路 1) 按图 6－2 连接实验电路。调零和消振。2) 输入信号采用直流信号，图 6－6 所示电路为简易直流信号源，由实验者 自行完成。实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性 区。用直流电压表测量输入电压 Ui1、Ui2 及输出电压 UO，记入表 6－3。图 6－6 简易可调直流信号源表 6-3 Ui1(V) Ui2(V) UO(V)374、减法运算电路 1) 按图 6－4 连接实验电路。调零和消振。2) 采用直流输入信号，实验步骤同内容 3，记入表 6－4。表 6－4 Ui1(V) Ui2(V) UO(V) 5、积分运算电路 实验电路如图 6－5 所示。1) 2) 3) 打开 K2，闭合 K1，对运放输出进行调零。调零完成后，再打开 K1，闭合 K2，使 uC(o)＝0。预先调好直流输入电压 Ui＝0.5V，接入实验电路，再打开 K2，然后用直流电压表测量输出电压 UO，每隔 5 秒读一次 UO，记入表 6-5，直到 UO 不继续明显 增大为止。表 6－5 t(s) U0(V) 五、实验总结 1、 整理实验数据，画出波形图（注意波形间的相位关系） 。2、 将理论计算结果和实测数据相比较，分析产生误差的原因。3、 分析讨论实验中出现的现象和问题。六、预习要求 1、 复习集成运放线性应用部分内容，并根据实验电路参数计算各电路输出 电压的理论值。2、 在反相加法器中，如 Ui1 和 Ui2 均采用直流信号，并选定 Ui2＝－1V，当 考虑到运算放大器的最大输出幅度(±12V)时，｜Ui1｜的大小不应超过多少伏？ 3、 在积分电路中，如 R1＝100KΩ ， C＝4.7μ F，求时间常数。30??假设 Ui＝0.5V，问要使输出电压 UO 达到 5V，需多长时间（设 uC(o)＝0）？ 4、 为了不损坏集成块，实验中应注意什么问题？实验七一、实验目的低频功率放大器─ OTL 功率放大器 ─1、进一步理解 OTL 功率放大器的工作原理 2、学会 OTL 电路的调试及主要性能指标的测试方法 二、实验原理 图 7－1 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） 2、T3 是一对参数对称的 NPN 和 PNP 型晶体三极管，它们组成 ，T 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39图 7－1 OTL 功率放大器实验电路有输出电阻低， 负载能力强等优点， 适合于作功率输出级。1 管工作于甲类状态， T 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、 1 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 U A ? U CC ，可以 2 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，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。OTL 电路的主要性能指标 1、最大不失真输出功率 P0m 理想情况下， Pom ?1 U2 CC ，在实验中可通过测量 RL 两端的电压有效值，来 8 RLU2 求得实际的 Pom ? O 。RL402、 效率ηη ? Pom 100% PEmaxPE ―直流电源供给的平均功率 ＝ 78.5％ 。在实验中， 可测量电源供给的平均电流 IdC ，理想情况下， η从而求得 PE＝UCC?IdC，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。3、 频率响应 详见实验二有关部分内容 4、 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 Ui 之值。三、实验设备与器件 1、 ＋5V 直流电源 2、 函数信号发生器 3、 双踪示波器 4、 交流毫伏表 8、 晶体三极管 3DG6 ( (9013) 5、 直流电压表 6、 直流毫安表 7、 频率计3CG12 (9012) 晶体二极管 IN4007 8Ω 扬声器、电阻器、电容器若干 四、实验内容 在整个测试过程中，电路不应有自激现象。1、 静态工作点的测试 按图 7－1 连接实验电路，将输入信号旋钮旋至零（ui=0）电源进线中串入 直流毫安表，电位器 RW2 置最小值，RW1 置中间位置。接通＋5V 电源，观察毫安 表指示，同时用手触摸输出级管子，若电流过大，或管子温升显著，应立即断开 电源检查原因（如 RW2 开路，电路自激，或输出管性能不好等） 。如无异常现象， 可开始调试。1) 调节输出端中点电位 UA1 调节电位器 RW1 ，用直流电压表测量 A 点电位，使 U A ? U CC 。22) 调整输出极静态电流及测试各级静态工作点41调节 RW2 ，使 T2、T3 管的 IC2＝IC3＝5～10mA。从减小交越失真角度而言，应 适当加大输出极静态电流，但该电流过大，会使效率降低，所以一般以 5～10mA 左 右为宜。由于毫安表是串在电源进线中， 因此测得的是整个放大器的电流，但 一般 T1 的集电极电流 IC1 较小， 从而可以把测得的总电流近似当作末级的静态电 流。如要准确得到末级静态电流，则可从总电流中减去 IC1 之值。调整输出级静态电流的另一方法是动态调试法。先使 RW2＝0，在输入端接入 f＝1KHz 的正弦信号 ui。逐渐加大输入信号的幅值，此时， 输出波形应出现较 严重的交越失真（注意：没有饱和和截止失真） ，然后缓慢增大 RW2 ，当交越失 真刚好消失时，停止调节 RW2 ，恢复 ui＝0 ，此时直流毫安表读数即为输出级静 态电流。一般数值也应在 5～10mA 左右，如过大，则要检查电路。输出极电流调好以后，测量各级静态工作点，记入表 7－1。表 7－1 IC2＝IC3＝ T1 UB(V) UC(V) UE(V) 注意① 在调整 RW2 时，一是要注意旋转方向，不要调得过大，更不能开路，以 免损坏输出管 ② 输出管静态电流调好，如无特殊情况，不得随意旋动 RW2 的位置。2、 最大输出功率 P0m 和效率η 的测试 1) 测量 Pom 输入端接 f＝1KHz 的正弦信号 ui，输出端用示波器观察输出电压 u0 波形。逐渐增大 ui，使输出电压达到最大不失真输出，用交流毫伏表测出负载 RL 上的 电压 U0m ，则 mA UA＝2.5V T2 T3POm ?2) 测量ηU 2 0m 。RL当输出电压为最大不失真输出时，读出直流毫安表中的电流值，此 电 流 即为直流电源供给的平均 电流 I d（有一定误差） 由此可近似求得 P E ， C42＝UCCIdc，再根据上面测得的 P0m，即可求出η ?POm 。PE3、输入灵敏度测试 根据输入灵敏度的定义， 只要测出输出功率 P0＝P0m 时的输入电压值 Ui 即可。4、 频率响应的测试 测试方法同实验二。记入表 7－2。表 7－2 Ui＝ fL f(Hz) U0(V) AV 在测试时，为保证电路的，应在较低电压下进行，通常取输入信号为输 入灵敏度的 50％。在整个测试过程中，应保持 Ui 为恒定值，且输出波形不得失 真。5、研究自举电路的作用 1)测量有自举电路，且 P0＝P0max 时的电压增益 A V ? mV f0 1000 fHU 0m Ui2)将 C2 开路，R 短路（无自举） ，再测量 P0＝P0max 的 AV。用示波器观察 1)、2)两种情况下的输出电压波形，并将以上两项测量结果 进行比较，分析研究自举电路的作用。6、噪声电压的测试 测量时将输入端短路(ui＝0) ，观察输出噪声波形，并用交流毫伏表测量输 出电压，即为噪声电压 UN，本电路若 UN＜15mV，即满足要求。7、试听 输入信号改为录音机输出，输出端接试听音箱及示波器。开机试听，并观察 语言和音乐信号的输出波形。五、实验总结431、 整理实验数据，计算静态工作点、最大不失真输出功率 P0m、效率η 等， 并与理论值进行比较。画频率响应曲线。2、 分析自举电路的作用。3、 讨论实验中发生的问题及解决办法。六、预习要求 1、 复习有关 OTL 工作原理部分内容。2、 为什么引入自举电路能够扩大输出电压的动态范围？ 3、 交越失真产生的原因是什么？怎样克服交越失真？ 4、 电路中电位器 RW2 如果开路或短路，对电路工作有何影响？ 5、 为了不损坏输出管，调试中应注意什么问题？ 6、 如电路有自激现象，应如何消除？实验八RC 正弦波振荡器一、实验目的 1、 进一步学习 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 从结构上看， 正弦波振荡器是没有输入信号的， 带选频网络的正反馈放大器。若用 R、C 元件组成选频网络，就称为 RC 振荡器， 一般用来产生 1Hz～1MHz 的44低频信号。1、 RC 移相振荡器 电路型式如图 8－1 所示,选择 R＞ R i 。＞图 8－1 RC 移相振荡器原理图振荡频率fO ?1 2π 6RC起振条件 电 路特点? 放大器 A 的电压放大倍数｜ A ｜＞29简 便，但选 频作 用差， 振幅不稳 ，频 率调节 不便，一 般 用于频率固定且稳定性要求不高的场合。频率范围几赫～数十千赫。2、 RC 串并联网络（文氏桥）振荡器 电路型式如图 8－2 所示。1 fO ? 振荡频率 2πRC 起振条件 电路特点? | A |＞3可方便地连续改变振荡频率，便于加负反馈稳幅，容易得到良 好的振荡波形。图 8－2RC 串并联网络振荡器原理图453、 双 T 选频网络振荡器 电路型式如图 8－3 所示。图 8－3 双 T 选频网络振荡器原理图振荡频率 起振条件 电路特点f0 ?1 5RC R ?? R? ? | AF |＞1 2选频特性好，调频困难，适于产生单一频率的振荡。注：本实验采用两级共射极分立元件放大器组成 RC 正弦波振荡器。三、实验设备与器件 1、 ＋12V 直流电源 3、 双踪示波器 5、 直流电压表 2、 函数信号发生器 4、 频率计 6、 3DG12×2 或 9013×2 电阻、电容、电位器等 四、实验内容 1、 RC 串并联选频网络振荡器 (1) 按图 8－4 组接线路46图 8－4RC 串并联选频网络振荡器(2) 断开 RC 串并联网络，测量放大器静态工作点及电压放大倍数。(3) 接通 RC 串并联网络，并使电路起振，用示波器观测输出电压 uO 波形， 调节 Rf 使获得满意的正弦信号，记录波形及其参数。(4) 测量振荡频率，并与计算值进行比较。(5) 改变 R 或 C 值，观察振荡频率变化情况。(6) RC 串并联网络幅频特性的观察 将 RC 串并联网络与放大器断开， 用函数信号发生器的正弦信号注入 RC 串并 联网络，保持输入信号的幅度不变（约 3V） ，频率由低到高变化，RC 串并联网络 输出幅值将随之变化，当信号源达某一频率时，RC 串并联网络的输出将达最大 值（约 1V 左右） 。且输入、输出同相位，此时信号源频率为 1 f?f ? ο 2π RC 2、 双 T 选频网络振荡器 (1) 按图 8 组接线路 (2) 断开双 T 网络，调试 T1 管静态工作点，使 UC1 为 6～7V。(3) 接入双 T 网络，用示波器观察输出波形。若不起振，调节 RW1，使电路 起振。(4) 测量电路振荡频率，并与计算值比较。47图 8－5 双 T 网络 RC 正弦波振荡器* 3、 RC 移相式振荡器的组装与调试 (1) 按图 8－6 组接线路 (2) 断开 RC 移相电路，调整放大器的静态工作点，测量放大器电压放大倍 数。(3) 接通 RC 移相电路，调节 RB2 使电路起振，并使输出波形幅度最大，用示 波器观测输出电压 uO 波形，同时用频率计和示波器测量振荡频率，并与理论值 比较。* 参数自选，时间不够可不作。图 8－6 RC 移相式振荡器五、实验总结 1、 由给定电路参数计算振荡频率，并与实测值比较， 分析误差产生的原48因。2、 总结三类 RC 振荡器的特点。六、预习要求 1、 复习教材有关三种类型 RC 振荡器的结构与工作原理。2、 计算三种实验电路的振荡频率。3、 如何用示波器来测量振荡电路的振荡频率。49附录Ⅰ示波器原理及使用一、示波器的基本结构示波器的种类很多，但它们都包含下列基本组成部分，如附图 1－1 所示。附图 1－1 示波器的基本结构框图1、主机 主机包括示波管及其所需的各种直流供电电路，在面板上的控制旋钮有：辉 度、聚焦、水平移位、垂直移位等。2、垂直通道 垂直通道主要用来控制电子束按被测信号的幅值大小在垂直方向上的偏移。它包括 Y 轴衰减器，Y 轴放大器和配用的高频探头。通常示波管的偏转灵敏 度比较低， 因此在一般情况下， 被测信号往往需要通过 Y 轴放大器放大后加到垂 直偏转板上， 才能在屏幕上显示出一定幅度的波形。Y 轴放大器的作用提高了 示波管 Y 轴偏转灵敏度。为了保证 Y 轴放大不失真，加到 Y 轴放大器的信号不宜 太大， 但是实际的被测信号幅度往往在很大范围内变化，此 Y 轴放大器前还必须 加一 Y 轴衰减器，以适应观察不同幅度的被测信号。示波器面板上设有“Y 轴衰50减器” （通常称“Y 轴灵敏度选择”开关）和“Y 轴增益微调”旋钮，分别调节 Y 轴衰减器的衰减量和 Y 轴放大器的增益。对 Y 轴放大器的要求是：增益大，频响好，输入阻抗高。为了避免杂散信号的干扰， 被测信号一般都通过同轴电缆或带有探头的同轴 电缆加到示波器 Y 轴输入端。但必须注意，被测信号通过探头 幅值将衰减(或不 衰减)，其衰减比为 10∶1(或 1∶1)。3、水平通道 水平通道主要是控制电子束按时间值在水平方向上偏移。主要由扫描发生器、水平放大器、触发电路组成。3.1） 扫描发生器 扫描发生器又叫锯齿波发生器，用来产生频率调节范围宽的锯齿波，作为 X 轴偏转板的扫描电压。锯齿波的频率（或周期）调节是由“扫描速率选择”开 关和“扫速微调”旋钮控制的。使用时，调节“扫速选择”开关和“扫速微调” 旋钮，使其扫描周期为被测信号周期的整数倍，保证屏幕上显示稳定的波形。3.2） 水平放大器 其作用与垂直放大器一样，将扫描发生器产生的锯齿波放大到 X 轴偏转板 所需的数值。3.3） 触发电路 用于产生触发信号以实现触发扫描的电路。为了扩展示波器应用范围，一 般示波器上都设有触发源控制开关， 触发电平与极性控制旋钮和触发方式选择开 关等。二、示波器的二踪显示 1、二踪显示原理 示波器的二踪显示是依靠电子开关的控制作用来实现的。电子开关由“显示方式”开关控制，共有五种工作状态，即 Y1、Y2、Y1＋Y2、 交替、断续。当开关置于“交替”或“断续”位置时，荧光屏上便可同时显示两 个波形。当开关置于“交替”位置时，电子开关的转换频率受扫描系统控制，工 作过程如附图 1－2 所示。即电子开关首先接通 Y2 通道，进行第一次扫描，显示 由 Y2 通道送入的被测信号的波形；然后电子开关接通 Y1 通道，进行第二次扫描， 显示由 Y1 通道送入的被测信号的波形；接着再接通 Y2 通道??这样便轮流地对 Y2 和 Y1 两通道送入的信号进行扫描、显示，由于电子开关转换速度较快，每次扫 描的回扫线在荧光屏上又不显示出来， 借助于荧光屏的余辉作用和人眼的视觉暂 留特性， 使用者便能在荧光屏上同时观察到两个清晰的波形。这种工作方式适宜51于观察频率较高的输入信号场合。当开关置于 “断续” 位置时， 相当于将一次扫描分成许多个相等的时间间隔。在第一次扫描的第一个时间间隔内显示 Y2 信号波形的某一段；在第二个时间时 隔内显示 Y1 信号波形的某一段；以后各个时间间隔轮流地显示 Y2、Y1 两信号波形 的其余段， 经过若干次断续转换，使荧光屏上显示出两个由光点组成的完整波形 如附图 1－3(a)所示。由于转换的频率很高，光点靠得很近，其间隙用肉眼几乎 分辨不出，再利用消隐的方法使两通道间转换过程的过渡线不显示出来,见附图 1－3(b)，因而同样可达到同时清晰地显示两个波形的目的。这种工作方式适合 于输入信号频率较低时使用。附图 1-2 交替方式显示波形附图 1-3断续方式显示波形2、触发扫描 在普通示波器中，X 轴的扫描总是连续进行的，称为“连续扫描” 。为了能 更好地观测各种脉冲波形，在脉冲示波器中，通常采用“触发扫描” 。采用这种 扫描方式时，扫描发生器将工作在待触发状态。它仅在外加触发信号作用下，时 基信号才开始扫描， 否则便不扫描。这个外加触发信号通过触发选择开关分别取 自“内触发” 轴的输入信号经由内触发放大器输出触发信号） （Y ，也可取自“外 触发” 输入端的外接同步信号。其基本原理是利用这些触发脉冲信号的上升沿或 下降沿来触发扫描发生器， 产生锯齿波扫描电压，然后经 X 轴放大后送 X 轴偏转 板进行光点扫描。适当地调节“扫描速率”开关和“电平”调节旋钮，能方便地 在荧光屏上显示具有合适宽度的被测信号波形。上面介绍了示波器的基本结构， 下面将结合使用介绍电子技术实验中常用的 CA8020 型双踪示波器。三、CA8020 型双踪示波器 1、概述 CA8020 型示波器为便携式双通道示波器。本机垂直系统具有 0～20MHz 的频52带宽度和 5mV/DIV～5V/DIV 的偏转灵敏度， 配以 10∶1 探极， 灵敏度可达 5V/DIV。本机在全频带范围内可获得稳定触发，触发方式设有常态、自动、TV 和峰值自 动，尤其峰值自动给使用带来了极大的方便。内触设置了交替触发，可以稳定地 显示两个频率不相关的信号。本机水平系统具有 0.5S/DIV～0.2μ S/DIV 的扫描 速度，并设有扩展×10，可将最快扫速度提高到 20nS/DIV。2、面板控制件介绍 CA8020 面板图如附图 1－4 所示附图 1－4 CA8020 型双踪示波器面板图序号 （1） （2） （3） （4）控制件名称 亮度 辅助聚焦 聚焦 迹线旋转 调节光迹的亮度功能与聚焦配合，调节光迹的清晰度 调节光迹的清晰度 调节光迹与水平刻度线平行 提供幅度为 0.5V，频率为 1KHz 的方波信号，（5）校正信号用于校正 10∶1 探极的补偿电容器和检测示 波器垂直与水平的偏转因数（6） （7） （8）电源指示 电源开关 CH1 移位PULL CH1－X CH2－Y电源接通时，灯亮 电源接通或关闭 调节通道 1 光迹在屏幕上的垂直位置， 用作 X －Y 显示 调节通道 2 光迹在屏幕上的垂直位置， ADD 在 方式时使 CH1＋CH2 或 CH1－CH253（9）CH2 移位PULL INVERTCH1 或 CH2：通道 1 或通道 2 单独显示 ALT：两个通道交替显示 （10） 垂直方式 CHOP：两个通道断续显示，用于扫速较慢时 的双踪显示 ADD：用于两个通道的代数和或差 （11） 垂直衰减器 （12） 垂直衰减器 （13） 微调 调节垂直偏转灵敏度 调节垂直偏转灵敏度 用于连续调节垂直偏转灵敏度， 顺时针旋足为 校正位置 （14） 微调 （15） 耦合方式 (AC-DC-GND) （16） 耦合方式 (AC-DC-GND) （17） CH1 OR X Y 被测信号的输入插座 被测信号的输入插座 与机壳相联的接地端 外触发输入插座 用于选择 CH1、CH2 或交替触发 用于选择触发源为 INT（内） ，EXT（外）或 LINE（电源） （23） 触发极性 （24） 电平 （25） 微调 （26） 扫描速率 用于选择信号的上升或下降沿触发扫描 用于调节被测信号在某一电平触发扫描 用于连续调节扫描速度， 顺时针旋足为校正位 置 用于调节扫描速度 常态（NORM） ：无信号时，屏幕上无显示； 有信号时，与电平控制配合显示稳定波形。自动（AUTO） ：无信号时，屏幕上显示光迹；54用于连续调节垂直偏转灵敏度， 顺时针旋足为 校正位置 用于选择被测信号入垂直通道的耦合方式用于选择被测信号入垂直通道的耦合方式（18） CH2 OR （19） 接地(GND) （20） 外触发输入 （21） 内触发源 （22） 触发源选择（27） 触发方式有信号时，与电平控制配合显示稳定波形。电视场（TV） ：用于显示电视场信号。峰值自动（P－P AUTO） ：无信号时，屏幕上显示光迹；有信号时，无须调节电平即能获 得稳定波形显示。（28） 触发指示 （29） 水平移位 PULL×10 3、操作方法 1)、电源检查 CA8020 双踪示波器电源电压为 220V±10%。接通电源前，检查当地电源电 压，如果不相符合，则严格禁止使用！ 2)、面板一般功能检查 A．将有关控制件按下表置位 控制件名称 亮 聚 位 度 焦 移 作用位置 居中 居中 居中 CH1 10mV/div 校正位置 控制件名称 触发方式 扫描速率 极 性 作用位置 峰值自动 0.5mS/div 正 INT CH1 AC 在触发扫描时，指示灯亮 调节迹线在屏幕上的水平位置拉出时扫描速 度被扩展 10 倍垂直方式 灵敏度选择 微 调触 发 源 内触发源 输入耦合B．接通电源，电源指示灯亮，稍预热后，屏幕上出现扫描光迹，分别调节 亮度、聚焦、辅助聚焦、迹线旋转、垂直、水平移位等控制件，使光迹清晰并与 水平刻度平行。C．用 10∶1 探极将校正信号输入至 CH1 输入插座。D．调节示波器有关控制件，使荧光屏上显示稳定且易观察方波波形。E． 将探极换至 CH2 输入插座， 垂直方式置于 “CH2” 内触发源置于 ， “CH2” ， 重复 D 操作。3)、垂直系统的操作55A．垂直方式的选择 当只需观察一路信号时，将“垂直方式”开关置“CH1”或“CH2” ，此时 被选中的通道有效，被测信号可从通道端口输入。当需要同时观察两路信号时， 将“垂直方式”开关置“交替” ，该方式使两个通道的信号被交替显示，交替显 示的频率受扫描周期控制。当扫速低于一定频率时，交替方式显示会出现闪烁， 此时应将开关置于“断续”位置。当需要观察两路信号代数和时，将“垂直方式” 开关置于“代数和”位置，在选择这种方式时，两个通道的衰减设置必须一致， CH2 移位处于常态时为 CH1＋CH2，CH2 移位拉出时为 CH1－CH2。B．输入耦合方式的选择 直流（DC）耦合：适用于观察包含直流成份的被测信号，如信号的逻辑电 平和静态信号的直流电平，当被测信号的频率很低时，也必须采用这种方式。交流（AC）耦合：信号中的直流分量被隔断，用于观察信号的交流份量， 如观察较高直流电平上的小信号。接地（GND） ：通道输入端接地（输入信号断开） ，用于确定输入为零时光 迹所处位置。C．灵敏度选择(V/div)的设定 按被测信号幅值的大小选择合适档级。“灵敏度选择”开关外旋钮为粗调， 中心旋钮为细调（微调） ，微调旋钮按顺时针方向旋足至校正位置时，可根据粗 调旋钮的示值(V/div)和波形在垂直轴方向上的格数读出被测信号幅值。4)、触发源的选择 A．触发源选择 当触发源开关置于“电源”触发，机内 50Hz 信号输入到触发电路。当触发 源开关置于“常态”触发，有两种选择，一种是“外触发” ，由面板上外触发输 入插座输入触发信号；另一种是“内触发” ，由内触发源选择开关控制。B．内触发源选择 “CH1”触发：触发源取自通道 1。“CH2”触发：触发源取自通道 2。“交替触发” ：触发源受垂直方式开关控制，当垂直方式开关置于“CH1” ， 触发源自动切换到通道 1；当垂直方式开关置于“CH2” ，触发源自动切换到通 道 2；当垂直方式开关置于“交替” ，触发源与通道 1、通道 2 同步切换，在这种56状态使用时， 两个不相关的信号其频率不应相差很大，同时垂直输入耦合应置于 “AC” ，触发方式应置于“自动”或“常态” 。当垂直方式开关置于“断续”和 “代数和”时，内触发源选择应置于 “CH1”或”CH2”。5)、水平系统的操作 A．扫描速度选择(t/div)的设定 按被测信号频率高低选择合适档级， “扫描速率”开关外旋钮为粗调，中心 旋钮为细调（微调） ，微调旋钮按顺时针方向旋足至校正位置时，可根据粗调旋 钮的示值(t/div)和波形在水平轴方向上的格数读出被测信号的时间参数。当需要 观察波形某一个细节时， 可进行水平扩展×10，此时原波形在水平轴方向上被扩 展 10 倍。B．触发方式的选择 “常态” ：无信号输入时，屏幕上无光迹显示；有信号输入时，触发电平调 节在合适位置上，电路被触发扫描。当被测信号频率低于 20Hz 时，必须选择这 种方式。“自动” ：无信号输入时，屏幕上有光迹显示；一旦有信号输入时，电平调 节在合适位置上，电路自动转换到触发扫描状态，显示稳定的波形，当被测信号 频率高于 20Hz 时，最常用这一种方式。“电视场” 对电视信号中的场信号进行同步， 如果是正极性， 则可以由 CH2 输入，借助于 CH2 移位拉出，把正极性转变为负极性后测量。“峰值自动” ：这种方式同自动方式，但无须调节电平即能同步，它一般适 用于正弦波、对称方波或占空比相差不大的脉冲波。对于频率较高的测试信号， 有时也要借助于电平调节，它的触发同步灵敏度要比“常态”或“自动”稍低一 些。C． “极性”的选择 用于选择被测试信号的上升沿或下降沿去触发扫描。D． “电平”的位置 用于调节被测信号在某一合适的电平上启动扫描，当产生触发扫描后，触发 指示灯亮。4、测量电参数 1) 电压的测量57示波器的电压测量实际上是对所显示波形的幅度进行测量，测量时应使被 测波形稳定地显示在荧光屏中央， 幅度一般不宜超过 6div， 以避免非线性失真造 成的测量误差。1.1) 交流电压的测量 A．将信号输入至 CH1 或 CH2 插座，将垂直方式置于被选用的通道。B．将 Y 轴“灵敏度微调”旋钮置校准位置，调整示波器有关控制件，使荧 光屏上显示稳定、易观察的波形，则交流电压幅值 Vp-p = 垂直方向格数(div)×垂直偏转因数(V/div) 1.2) 直流电平的测量 A．设置面板控制件，使屏幕显示扫描基线。B．设置被选用通道的输入耦合方式为“GND” 。C．调节垂直移位，将扫描基线调至合适位置，作为零电平基准线。D．将“灵敏度微调”旋钮置校准位置，输入耦合方式置“DC” ，被测电平 由相应 Y 输入端输入，这时扫描基线将偏移，读出扫描基线在垂直方向偏移的 格数(div)，则被测电平 V ＝ 垂直方向偏移格数（div）×垂直偏转因数（V/div）×偏转方向（＋或一） 式中，基线向上偏移取正号，基线向下偏移取负号。2)、时间测量 时间测量是指对脉冲波形的宽度、周期、边沿时间及两个信号波形间的时间 间隔（相位差）等参数的测量。一般要求被测部分在荧光屏 X 轴方向应占(4～ 6)div。2.1) 时间间隔的测量对于一个波形中两点间的时间间隔的测量，测量时先将“扫描微调”旋钮 置校准位置，调整示波器有关控制件，使荧光屏上波形在 X 轴方向大小适中， 读出波形中需测量两点间水平方向格数，则时间间隔：时间间隔 = 两点之间水平方向格数（div）×扫描时间因数（t/div）2.2） 脉冲边沿时间的测量58上升（或下降）时间的测量方法和时间间隔的测量方法一样，只不过是测 量被测波形满幅度的 10%和 90%两点之间的水平方向距离，如附图 1-5 所示。用示波器观察脉冲波形的上升边沿、下降边沿时，必须合理选择示波器的触 发极性（用触发极性开关控制） 。显示波形的上升边沿用“＋”极性触发，显示 波形下降边沿用“－”极性触发。如波形的上升沿或下降沿较快则可将水平扩展 ×10，使波形在水平方向上扩展 10 倍，则上升（或下降）时间：水平方向格数（ div） 扫描时间因数（ ? t/div ) 上升（或下降）时间＝ 水平扩展倍数2.3） 相位差的测量 A．参考信号和一个待比较信号分别入“CH1”和“CH2”输入插座。B．根据信号频率，将垂直方式置于“交替”或“断续” C．设置内触发源至参考信号那个通道。D．将 CH1 和 CH2 输入耦合方式置“ 两条扫描基线重合。E．将 CH1、CH2 耦合方式开关置“AC” ，调整有关控制件，使荧光屏显示 大小适中、便于观察两路信号，如附图 1-6 所示。读出两波形水平方向差距格数 D 及信号周期所占格数 T，则相位差：θ? D ? 360 o T” ，调节 CH1、CH2 移位旋钮，使附图 1-5 上升时间的测量附图 1-6 相位差的测量59附录Ⅱ用万用电表对常用电子元器件检测用万用表可以对晶体二极管、三极管、电阻、电容等进行粗测。万用表电阻 档等值电路如附图(Ⅱ)－1 所示，其中的 R0 为等效电阻，EO 为表内电池，当万用 表处于 R×1、R×100、R×1K 档时，一般，E0＝1.5V，而处于 R×10K 档时，EO ＝15V。测试电阻时要记住，红表笔接在表内电池负端（表笔插孔标“+”号） ， 而黑表笔接在正端（表笔插孔标以“－”号） 。1、晶体二极管管脚极性、质量的判别 晶体二极管由一个 PN 结组成，具有单向导电性，其正向电阻小（一般为几 百欧）而反向电阻大（一般为几十千欧至几百千欧） ，利用此点可进行判别。（1）管脚极性判别 将万用表拨到 R×100（或 R×1K）的欧姆档，把二极管的两只管脚分别接到 万用表的两根测试笔上，如附图Ⅱ－2 所示。如果测出的电阻较小（约几百欧） ， 则与万用表黑表笔相接的一端是正极，另一端就是负极。相反，如果测出的电阻 较大（约百千欧） ，那么与万用表黑表笔相连接的一端是负极，另一端就是正极。附图Ⅱ－1 万用表电阻档等值电路附图Ⅱ－2 判断二极管极性（2）判别二极管质量的好坏 一个二极管的正、 反向电阻差别越大， 其性能就越好。如果双向电值都较小，60说明二极管质量差，不能使用；如果双向阻值都为无穷大，则说明该二极管已经 断路。如双向阻值均为零，说明二极管已被击穿。利用数字万用表的二极管档也可判别正、负极，此时红表笔（插在“V?Ω ” 插孔）带正电，黑表笔（插在“COM”插孔）带负电。用两支表笔分别接触二极 管两个电极，若显示值在 1V 以下，说明管子处于正向导通状态，红表笔接的是 正极，黑表笔接的是负极。若显示溢出符号“1” ，表明管子处于反向截止状态， 黑表笔接的是正极，红表笔接的是负极。2、晶体三极管管脚、质量判别 可以把晶体三极管的结构看作是两个背靠背的 PN 结，对 NPN 型来说基极是 两个 PN 结的公共阳极， PNP 型管来说基极是两个 PN 结的公共阴极，分别如附 对 图Ⅱ－3 所示。（a）NPN 型（b）PNP 型附图Ⅱ－3 晶体三极管结构示意图（1）管型与基极的判别 万用表置电阻档，量程选 1K 档（或 R×100） ，将万用表任一表笔先接触某 一个电极―假定的公共极， 另一表笔分别接触其他两个电极，当两次测得的电阻 均很小（或均很大） ，则前者所接电极就是基极，如两次测得的阻值一大、一小， 相差很多，则前者假定的基极有错，应更换其他电极重测。根据上述方法，可以找出公共极，该公共极就是基极Β ，若公共极是阳极， 该管属 NPN 型管，反之则是 PNP 型管。（2）发射极与集电极的判别 为使三极管具有电流放大作用，发射结需加正偏置，集电结加反偏置。如附 图Ⅱ－4 所示。61（a） NPN 型(b)PNP 型图附Ⅱ－4 晶体三极管的偏置情况当三极管基极 B 确定后，便可判别集电极 C 和发射极 E，同时还可以大致了 解穿透电流 ICEO 和电流放大系数 ? 的大小。以 PNP 型管为例，若用红表笔（对应表内电池的负极）接集电极 C，黑表笔 接 E 极， （相当 C、E 极间电源正确接法） ，如附图Ⅱ－5 所示，这时万用表指针 摆动很小，它所指示的电阻值反映管子穿透电流 ICEO 的大小（电阻值大，表示 ICEO 小） 。如果在 C、B 间跨接一只 RB＝100K 电阻，此时万用表指针将有较大摆动， 它指示的电阻值较小，反映了集电极电流 IC＝ICEO＋?IB 的大小。且电阻值减小愈 多表示 ? 愈大。如果 C、E 极接反（相当于 C-E 间电源极性反接）则三极管处于 倒置工作状态，此时电流放大系数很小（一般＜1）于是万用表指针摆动很小。因此，比较 C-E 极两种不同电源极性接法，便可判断 C 极和 E 极了。同时还可大 致了解穿透电流 ICEO 和电流放大系数β 的大小，如万用表上有 hFE 插孔，可利用 hFE 来测量电流放大系数β 。附图Ⅱ－5 晶体三极管集电极 C、发射极 E 的判别3、检查整流桥堆的质量 整流桥堆是把四只硅整流二极管接成桥式电路， 再用环氧树脂 （或绝缘塑料） 封装而成的半导体器件。桥堆有交流输入端（A、B）和直流输出端（C、D） ，如62附图Ⅱ－6 所示。采用判定二极管的方法可以检查桥堆的质量。从图中可看出， 交流输入端 A-B 之间总会有一只二极管处于截止状态使 A-B 间总电阻趋向于无穷 大。直流输出端 D-C 间的正向压降则等于两只硅二极管的压降之和。因此，用数 字万用表的二极管档测 A-B 的正、反向电压时均显示溢出，而测 D-C 时显示大约 1V，即可证明桥堆内部无短路现象。如果有一只二极管已经击穿短路，那么测 A-B 的正、反向电压时，必定有一次显示 0.5V 左右。附图Ⅱ－6 整流桥堆管脚及质量判别4、电容的测量 电容的测量，一般应借助于专门的测试仪器。通常用电桥。而用万用表仅能 粗略地检查一下电解电容是否失效或漏电情况。测量电路如附图Ⅱ－7 所示附图Ⅱ－7 电容的测量测量前应先将电解电容的两个引出线短接一下，使其上所充的电荷释放。然 后将万用表置于 1K 档，并将电解电容的正、负极分别与万用表的黑表笔、红表 笔接触。在正常情况下，可以看到表头指针先是产生较大偏转（向零欧姆处） ， 以后逐渐向起始零位（高阻值处）返回。这反映了电容器的充电过程，指针的偏 转反映电容器充电电流的变化情况。一般说来，表头指针偏转愈大，返回速度愈慢，则说明电容器的容量愈大，63若指针返回到接近零位（高阻值） ，说明电容器漏电阻很大，指针所指示电阻值， 即为该电容器的漏电阻。对于合格的电解电容器而言，该阻值通常在 500KΩ 以 上。电解电容在失效时（电解液干涸，容量大幅度下降）表头指针就偏转很小， 甚至不偏转。已被击穿的电容器，其阻值接近于零。对于容量较小的电容器（云母、瓷质电容等） ，原则上也可以用上述方法进 行检查，但由于电容量较小，表头指针偏转也很小，返回速度又很快，实际上难 以对它们的电容量和性能进行鉴别，仅能检查它们是否短路或断路。这时应选用 R×10K 档测量。附录Ⅲ电阻器的标称值及精度色环标志法色环标志法是用不同颜色的色环在电阻器表面标称阻值和允许偏差。1、两位有效数字的色环标志法。普通电阻器用四条色环表示标称阻值和允许偏差，其中三条表示阻值，一条 表示偏差，如附图Ⅲ－1 所示。64颜色 黑 棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白 金 银 无色第一第二有效数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9有效数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9倍率 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 100允许偏差颜色 黑 棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰第 一 有效数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9第二第三有效数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9有效数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9倍率 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 100允许偏差11±1% ±2%.5% ±0.25% ±0.1%% －20%白 金 银9－1－1±5% ±10% ±20%－2－2图Ⅲ－1 两位有效数字的阻值色环标志法附图Ⅲ－2 三位有效数字的阻值色环标志法2、三位有效数字的色环标志法。精密电阻器用五条色环表示标称阻值和允 许偏差，如附图Ⅲ－2 所示。示例：如：色环A－红色；B－黄色 C－棕色；D－金色如：色环A－蓝色；B－灰色；C－黑色 D－橙色；E－紫色则该电阻标称值及精度为24×10 =240Ω1则该电阻标称值及精度为680×10 =680KΩ3精度：±5%精度：±0.1%65附录Ⅳ放大器干扰、噪声抑制和自激振荡的消除放大器的调试一般包括调整和测量静态工作点， 调整和测量放大器的性能指 标放大倍数、 输入电阻、 输出电阻和通频带等。由于放大电路是一种弱电系统， 具有很高的灵敏度， 因此很容易接受外界和内部一些无信号的影响。也就是 在放大器的输入端短路时， 输出端仍有杂乱无规则的电压输出，这就是放大器的 噪声和干扰电压。另外，由于安装、布线不合理，负反馈太深以及各级放大器共 用一个直流电源造成级间耦合等，也能使放大器没有输入信号时，有一定幅度和 频率的电压输出，例如收音机的尖叫声或“突突??”的汽船声，这就是放大器 发生了自激振荡。噪声、 干扰和自激振荡的存在都妨碍了对有用信号的观察和测 量，严重时放大器将不能正常工作。所以必须抑制干扰、噪声和消除自激振荡， 才能进行正常的调试和测量。66附图 4－1一、干扰和噪声的抑制 把放大器输入端短路，在放大器输出端仍可测量到一定的噪声和干扰电压。其频率如果是 50Hz（或 100Hz） ，一般称为 50Hz 交流声， 有时是非周期性的， 没有一定规律，可以用示波器观察到如附图 4－1 所示波形。50Hz 交流声大都来 自电源变压器或交流电源线，100Hz 交流声往往是由于整流滤波不良所造成的。另外， 由电路周围的电磁波干扰信号引起的干扰电压也是常见的。由于放大器的 放大倍数很高（特别是多级放大器） ，只要在它的前级引进一点微弱的干扰，经 过几级放大，在输出端就可以产生一个很大的干扰电压。还有，电路中的地线接 得不合理，也会引起干扰。抑制干扰和噪声的措施一般有以下几种 1、选用低噪声的元器件 如噪声小的集成运放和金属膜电阻等。另外可加低噪声的前置差动放大电 路。由于集成运放内部电路复杂，因此它的噪声较大。即使是“极低噪声”的集 成运放，也不如某些噪声小的场效应对管，或双极型超β 对管，所以在要求噪声 系数极低的场合， 以挑选噪声小对管组成前置差动放大电路为宜。也可加有源滤 波器。2、合理布线 放大器输入回路的导线和输出回路、交流电源的导线要分开，不要平行铺设 或捆扎在一起，以免相互感应。3、屏蔽 小信号的输入线可以采用具有金属丝外套的屏蔽线，外套接地。整个输入级用 单独金属盒罩起来，外罩接地。电源变压器的初、次级之间加屏蔽层。电源变压器 要远离放大器前级，必要时可以把变压器也用金属盒罩起来，以利隔离。4、滤波67为防止电源串入干扰信号，可在交（直）流电源线的进线处加滤波电路。附图 4－2(a)、(b)、(c)所示的无源滤波器可以滤除天电干扰（雷电等引起）(a)(b)附图 4－2(c)(d)和工业干扰（电机、电磁铁等设备起、制动时引起）等干扰信号，而不影响 50Hz 电源的引入。图中电感，电容元件，一般 L 为几～几十毫亨，C 为几千微微法。图(d)中阻容串联电路对电源电压的突变有吸收作用，以免其进入放大器。R 和 C 的数值可选 100Ω 和 2μ F 左右。5、选择合理的接地点 在各级放大电路中，如果接地点安排不当，也会造成严重的干扰。例如，在 附图 4－3 中，同一台电子设备的放大器， 由前置放大级和功率放大级组成。当 接地点如图中实线所示时， 功率级的输出电流是比较大的，此电流通过导线产生 的压降，与电源电压一起，作用于前置级，引起扰动，甚至产生振荡。还因负载 电流流回电源时，造成机壳（地）与电源负端之间电压波动，而前置放大级的输 入端接到这个不稳定的“地”上，会引起更为严重的干扰。如将接地点改成图中 虚线所示，则可克服上述弊端。68附图 4－3二、自激振荡的消除 检查放大器是否发生自激振荡，可以把输入端短路，用示波器（或毫伏表） 接在放大器的输出端进行观察， 如附图 4－4 所示波形。自激振荡和噪声的区别 是， 自激振荡的频率一般为比较高的或极低的数值，而且频率随着放大器元件参 数不同而改变（甚至拨动一下放大器内部导线的位置，频率也会改变） ，振荡波 形一般是比较规则的，幅度也较大，往往使三极管处于饱和和截止状态。附图 4－4高频振荡主要是由于安装、 布线不合理引起的。例如输入和输出线靠的太近， 产生正反馈作用。对此应从安装工艺方面解决，如元件布置紧凑，接线要短等。也可以用一个小电容（例如 1000PF 左右）一端接地，另一端逐级接触管子的输 入端，或电路中合适部位，找到抑制振荡的最灵敏的一点（即电容接此点时，自 激振荡消失） ，在此处外接一个合适的电阻电容或单一电容（一般 100PF～0.1μ F，由试验决定） 进行高频滤波或负反馈，以压低放大电路对高频信号的放大 ，69倍数或移动高频电压的相位，从而抑制高频振荡（如附图 4－5 所示） 。(a) 附图 4－5(b)低频振荡是由于各级放大电路共用一个直流电源所引起。如附图 4-6 所示， 因为电源总有一定的内阻 RO， 特别是电池用得时间过长或稳压电源质量不高，使 得内阻 RO 比较大时，则会引起 U ? 处电位的波动， U ? 的波动作用到前级，使前 CC CC 级输出电压相应变化， 经放大后， 使波动更历害， 如此循环， 就会造成振荡现象。最常用的消除办法是在放大电路各级之间加上“去耦电路”如图中的 R 和 C，从 电源方面使前后级减小相互影响。去耦电路 R 的值一般为几百欧，电容 C 选几十 微法或更大一些。附图 4-67071
【模拟电路实验报告】模拟电路实验报告实验一模拟运算放大电路（一）电气工程学院 学号
姓名黄博然 任课团雷鸣 日期 -一、实验目的1.了解运算放大器的基本工作原理，熟悉运放的使用。2.掌握反向比例运算器、同向比例运算器、加法和减法运算及单电流放大等电路 的设计方法。3.学会运用仿真软件 Multisim 设计电路图并仿真运行。4.学会连接运算放大电路，正确接线与测量。5.复习各种仪器（数字示波器、万用表、函数发生器等）的使用。二、实验原理。1. 集成运算放大器是一种电压放大倍数极高的直接耦合多级放大电路。当外部 接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现 各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、 微分、对数等模拟运算电路。2．基本运算电路几种典型的运算电路如下同相放大电路反相放大电路减法电路加法电路三、预习思考。1、 设计一个反相比例放大器，要求：|AV|=10，Ri&10KΩ ，将设计过程记录在预 习报告上；设计思路由题意，要使|AV|=10，Ri&10KΩ，所以取 RF/R1=10，R1、R2、R4、RF 均大于 10KΩ，R1=R2=20KΩ，RF=200KΩ，R4=100KΩ2. 设计一个同相比例放大器，要求：|AV|=11，Ri&100KΩ ，将设计过程记录在 预习报告上；设计过程由题意，要使|AV|=11，Ri&100KΩ ， 则 R3=110 KΩ，R2=100 KΩ，RF=1.1MΩ，于是，1+R4/R3=11。3. 设计一个电路满足运算关系 VO= -2Vi1+ 3Vi2利用差分放大电路 U0=(1+R4/R1)(R3/(R2+R3))Ui2-(R4/R1)Ui1 可得 R4=2*R1;R2=0;R3=R1; 4. 如上图，取 R1=R3=1KΩ,RF=2KΩ,即可使 VO= -2Vi1+ 3Vi2。模拟示波器图四、实验内容1、 23 页实验内容 1，具体内容改为(I) 图 5-1 电路中电源电压±15V，R1=10k?，RF=100 k?，RL＝100 k?，RP＝ 10k//100k?。按图连接电路，输入直流信号 Vi 分别为－2V、－0.5V、0.5V、2V， 用万用表测量对应不同 Vi 时的 Vo 值，列表计算 Avf 并和理论值相比较。其 中 Vi 通过电阻分压电路产生。实验数据表格见下页表一序号 Ui/V U0/V Avf 理论值1 -2.192 14.092 -0.487 5. 0. -5. -12.79 6.149 -10-6.428 -11.183 -10.919 -11.293 -10 -10 -10 -10实验结果分析：在输入 Vi 较小时，从表中数据可看出，运放的闭环电压放大倍 数 Avf 的测量值和理论值比较接近，误差在 12%以内，而当增加 Vi 时，Avf 的测 量值和理论值相差较大，达到了 40%。这是因为当 (V+)-(V-) 较大时，运放不再 工作在理想线性区，此时放大倍数不再满足线性关系。(II) Vi 输入 0.2V、 1kHz 的正弦交流信号，在双踪示波器上观察并记录输入输出 波形，在输出不失真的情况下测量交流电压增益，并和理论值相比较。注意此时 不需要接电阻分压电路。输入信号输出信号 (III)输入信号频率为 1kHz 的正弦交流信号，增加输入信号的幅度，测量最大不 失真输出电压值。(IV) 用示波器 X-Y 方式，测量电路的传输特性曲线，计算传输特性的斜率和转 折点值。(V) 电源电压改为 12V，重复(III)、(IV)，并对实验结果结果进行分析比较。表二 15V 12V 电压 0.82V 0.59V 最大不失真输入电压 13.6V 9.08 最大不失真输出电压
2、 设计电路满足运算关系 Uo=-2Ui1+3Ui2 预习时设计好电路图， （ 并用 Multisim 软件仿真),Ui1 接入方波信号，方波信号从示波器的校准信号获取（模拟示波 器 Ui1 为 1KHz、1V（峰峰值）的方波信号，数字示波器 Ui1 为 1KHz、5V （峰峰值）的方波信号） ，Ui2 接入 5kHz，0.1V（峰峰值）的正弦信号，用 示波器观察输出电压 Uo 的波形，画出波形图并与理论值比较。实验中如波 形不稳定，可微调 Ui2 的频率。五、思考题1、 理想运放有哪些特点？ 答：开环增益无限大；输入阻抗无限大；输出阻抗为零；开环带宽无限； 失调及其温漂为零；共模抑制比为无穷大；转换速率为无穷大。2、 运放用作模拟运算电路