模擬電路實驗講義 - 1課件

1、 誠信 專注 創(chuàng)新 臺州天凱教學(xué)儀器有限公司目 錄實驗要求3實驗一:常用電子儀器的使用4實驗二:晶體管共射極單管放大器8實驗三:場效應(yīng)管放大器14實驗四:負(fù)反饋放大器17實驗五：射極跟隨器20實驗六：差動放大器23實驗七：集成運算放大器指標(biāo)測試26實驗八：集成運算放大器的基本應(yīng)用 模擬運算電路31實驗九：集成運算放大器的基本應(yīng)用信號處理 有源濾波器35實驗十：集成運算放大器的基本應(yīng)用 電壓比較器39實驗十一：集成運算放大器的基本應(yīng)用 波形發(fā)生器43實驗十二：RC正弦波振蕩器46實驗十三：LC正弦波振蕩器49實驗十四：函數(shù)信號發(fā)生器的組裝與調(diào)試51實驗十五：壓控振蕩器54實驗十六：低頻功率放大器

2、 OTL 功率放大器56實驗十七：低頻功率放大器 集成功率放大器59實驗十八：直流穩(wěn)壓電源集成穩(wěn)壓器63實驗十九：晶閘管可控整流電路67附錄：示波器原理及使用70附錄：用萬用電表對常用電子元器件檢測89附錄：電阻器的標(biāo)稱值及精度色環(huán)標(biāo)志法92附錄：放大器干擾、噪聲抑制和自激振蕩的消除9343臺州天凱教學(xué)儀器有限公司 編印實驗要求1、實驗前必須充分預(yù)習(xí)，完成指定的預(yù)習(xí)任務(wù)。預(yù)習(xí)要求如下：（1）認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書，分析、掌握實驗電路的工作原理，并進(jìn)行必要的估算。（2）完成各實驗“預(yù)習(xí)要求”中指定的內(nèi)容。（3）熟悉實驗任務(wù)。（4）復(fù)習(xí)實驗中所用各儀器的使用方法及注意事項。2、使用儀器和學(xué)習(xí)機(jī)前必須了

3、解其性能、操作方法及注意事項，在使用時應(yīng)嚴(yán)格遵守。3、實驗時接線要認(rèn)真，相互仔細(xì)檢查，確定無誤才能接通電源，初學(xué)或沒有把握應(yīng)經(jīng)指導(dǎo)教師審查同意后再接通電源。4、低頻電路實驗注意：（1）將實驗板插入主機(jī)插座后，對照實驗電路圖,連接線路,經(jīng)實驗指導(dǎo)教師查看后,然后再打開電源,開始實驗.（2）由于低頻電路線路較多，連接時十分細(xì)心。接地點必須接觸良好。以減少干擾。（3）做放大器實驗時如發(fā)現(xiàn)波形削頂失真甚至變成方波，應(yīng)檢查工作點設(shè)置是否正確，或輸入信號是否過大。5、實驗時應(yīng)注意觀察，若發(fā)現(xiàn)有破壞性異?，F(xiàn)象（例如有元件冒煙、發(fā)燙或有異味）應(yīng)立即關(guān)斷電源，保持現(xiàn)場，報告指導(dǎo)教師。找出原因、排除故障，經(jīng)指導(dǎo)教

4、師同意再繼續(xù)實驗。6、實驗過程中需要改接線時，應(yīng)關(guān)斷電源后才能拆、接線。7、實驗過程中應(yīng)仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象，認(rèn)真記錄實驗結(jié)果(數(shù)據(jù)、波形、現(xiàn)象) 。所記錄的實驗結(jié)果經(jīng)指導(dǎo)教師審閱簽字后再拆除實驗線路。8、實驗結(jié)束后，必須關(guān)斷電源、拔出電源插頭，并將儀器、設(shè)備、工具、導(dǎo)線等按規(guī)定整理。9、實驗后每個同學(xué)必須按要求獨立完成實驗報告。實驗一:常用電子儀器的使用一、實驗?zāi)康?、學(xué)習(xí)電子電路實驗中常用的電子儀器示波器、函數(shù)信號發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、交流毫伏表、頻率計等的主要技術(shù)指標(biāo)、性能及正確使用方法。2、初步掌握用雙蹤示波器觀察正弦信號波形和讀取波形參數(shù)的方法。二、實驗原理在模擬電子電路實驗中，經(jīng)常使用

5、的電子儀器有示波器、函數(shù)信號發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、交流毫伏表及頻率計等。它們和萬用電表一起，可以完成對模擬電子電路的靜態(tài)和動態(tài)工作情況的測試。實驗中要對各種電子儀器進(jìn)行綜合使用，可按照信號流向，以連線簡捷，調(diào)節(jié)順手，觀察與讀數(shù)方便等原則進(jìn)行合理布局，各儀器與被測實驗裝置之間的布局與連接如圖11所示。接線時應(yīng)注意，為防止外界干擾，各儀器的共公接地端應(yīng)連接在一起，稱共地。信號源和交流毫伏表的引線通常用屏蔽線或?qū)Ｓ秒娎|線，示波器接線使用專用電纜線，直流電源的接線用普通導(dǎo)線。圖11 模擬電子電路中常用電子儀器布局圖1、示波器示波器是一種用途很廣的電子測量儀器，它既能直接顯示電信號的波形，又能對電信號進(jìn)

6、行各種參數(shù)的測量?，F(xiàn)著重指出下列幾點：（1）尋找掃描光跡將示波器Y軸顯示方式置“Y1”或“Y2”，輸入耦合方式置“GND”，開機(jī)預(yù)熱后，若在顯示屏上不出現(xiàn)光點和掃描基線，可按下列操作去找到掃描線：1）適當(dāng)調(diào)節(jié)亮度旋鈕2）觸發(fā)方式開關(guān)置“自動”3）適當(dāng)調(diào)節(jié)垂直（）、水平（）“位移”旋鈕，使掃描光跡位于屏幕中央。（若示波器設(shè)有“尋跡”按鍵，可按下“尋跡”按鍵，判斷光跡偏移基線的方向。） （2）雙蹤示波器一般有五種顯示方式，即“Y1”、“Y2”、“Y1Y2”三種單蹤顯示方式和“交替”“斷續(xù)”二種雙蹤顯示方式?！敖惶妗憋@示一般適宜于輸入信號頻率較高時使用?！皵嗬m(xù)”顯示一般適宜于輸入信號頻率較低時使用。

7、（3）為了顯示穩(wěn)定的被測信號波形，“觸發(fā)源選擇”開關(guān)一般選為“內(nèi)”觸發(fā)，使掃描觸發(fā)信號取自示波器內(nèi)部的Y通道。（4）觸發(fā)方式開關(guān)通常先置于“自動”調(diào)出波形后，若被顯示的波形不穩(wěn)定，可置觸發(fā)方式開關(guān)于“常態(tài)”，通過調(diào)節(jié)“觸發(fā)電平”旋鈕找到合適的觸發(fā)電壓，使被測試的波形穩(wěn)定地顯示在示波器屏幕上。有時，由于選擇了較慢的掃描速率，顯示屏上將會出現(xiàn)閃爍的光跡，但被測信號的波形不在X軸方向左右移動，這樣的現(xiàn)象仍屬于穩(wěn)定顯示。（5）適當(dāng)調(diào)節(jié)“掃描速率”開關(guān)及“Y軸靈敏度”開關(guān)使屏幕上顯示一二個周期的被測信號波形。在測量幅值時，應(yīng)注意將“Y軸靈敏度微調(diào)”旋鈕置于“校準(zhǔn)”位置，即順時針旋到底，且聽到關(guān)的聲音。在

8、測量周期時，應(yīng)注意將“X軸掃速微調(diào)”旋鈕置于“校準(zhǔn)”位置，即順時針旋到底，且聽到關(guān)的聲音。還要注意“擴(kuò)展”旋鈕的位置。根據(jù)被測波形在屏幕坐標(biāo)刻度上垂直方向所占的格數(shù)（div或cm）與“Y軸靈敏度”開關(guān)指示值（v/div）的乘積，即可算得信號幅值的實測值。根據(jù)被測信號波形一個周期在屏幕坐標(biāo)刻度水平方向所占的格數(shù)（div或cm）與“掃速”開關(guān)指示值（t/div）的乘積，即可算得信號頻率的實測值。2、函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器按需要輸出正弦波、方波、三角波三種信號波形。輸出電壓最大可達(dá)20VPP。通過輸出衰減開關(guān)和輸出幅度調(diào)節(jié)旋鈕，可使輸出電壓在毫伏級到伏級范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。函數(shù)信號發(fā)生器的輸出信號

9、頻率可以通過頻率分檔開關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)。函數(shù)信號發(fā)生器作為信號源，它的輸出端不允許短路。3、交流毫伏表交流毫伏表只能在其工作頻率范圍之內(nèi)，用來測量正弦交流電壓的有效值。為了防止過載而損壞，測量前一般先把量程開關(guān)置于量程較大位置上，然后在測量中逐檔減小量程。三、實驗設(shè)備與器件函數(shù)信號發(fā)生器 雙蹤示波器 交流毫伏表四、實驗內(nèi)容1、用機(jī)內(nèi)校正信號對示波器進(jìn)行自檢（1）掃描基線調(diào)節(jié)將示波器的顯示方式開關(guān)置于“單蹤”顯示（Y1或Y2），輸入耦合方式開關(guān)置“GND”，觸發(fā)方式開關(guān)置于“自動”。開啟電源開關(guān)后，調(diào)節(jié)“輝度”、“聚焦”、“輔助聚焦”等旋鈕，使熒光屏上顯示一條細(xì)而且亮度適中的掃描基線。然后調(diào)節(jié)“X軸位

10、移”（）和“Y軸位移”( )旋鈕，使掃描線位于屏幕中央，并且能上下左右移動自如。（2）測試“校正信號”波形的幅度、頻率將示波器的“校正信號”通過專用電纜線引入選定的Y通道（Y1或Y2），將Y軸輸入耦合方式開關(guān)置于“AC”或“DC”，觸發(fā)源選擇開關(guān)置“內(nèi)”，內(nèi)觸發(fā)源選擇開關(guān)置“Y1”或“Y2”。調(diào)節(jié)X軸“掃描速率”開關(guān)（t/div）和Y軸“輸入靈敏度”開關(guān)（V/div），使示波器顯示屏上顯示出一個或數(shù)個周期穩(wěn)定的方波波形。 2、用示波器和交流毫伏表測量方波信號參數(shù)調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器有關(guān)旋鈕，使輸出頻率為1KHz，有效值均為1V（交流毫伏表測量值）的方波信號。將“y軸靈敏度”開關(guān)置適當(dāng)位置，讀取校

11、正信號幅度，記入表11。表11測量項目標(biāo)準(zhǔn)值實測值幅度/Up-p(V)頻率/f(KHz)上升沿時間/S下降沿時間/S（注：不同型號示波器標(biāo)準(zhǔn)值有所不同，請按所使用示波器將標(biāo)準(zhǔn)值填入表格中。）3、用示波器和交流毫伏表測量正弦波信號參數(shù)調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器有關(guān)旋鈕，使輸出頻率分別為100Hz、1KHz、10KHz、100KHz，有效值均為1V（交流毫伏表測量值）的正弦波信號。測量信號源輸出電壓頻率及峰峰值，記入表12。表12信號電壓頻率示波器測量值信號電壓毫伏表讀數(shù)/V示波器測量值周期/ms頻率/Hz峰峰值/V有效值/V100Hz1KHz10KHz100KHz4、測量兩波形間相位差（1) 觀察雙蹤顯

12、示波形“交替”與“斷續(xù)”兩種顯示方式的特點Y1、Y2均不加輸入信號，輸入耦合方式置“GND”，掃速開關(guān)置掃速較低擋位（如0.5sdiv擋）和掃速較高擋位（如5Sdiv擋），把顯示方式開關(guān)分別置“交替”和“斷續(xù)”位置，觀察兩條掃描基線的顯示特點，記錄之。（2）用雙蹤顯示測量兩波形間相位差1）按圖12連接實驗電路， 將函數(shù)信號發(fā)生器的輸出電壓調(diào)至頻率為1KHz，幅值為2V的正弦波，經(jīng)RC移相網(wǎng)絡(luò)獲得頻率相同但相位不同的兩路信號ui和uR，分別加到雙蹤示波器的Y1和Y2輸入端。為便于穩(wěn)定波形，比較兩波形相位差，應(yīng)使內(nèi)觸發(fā)信號取自被設(shè)定作為測量基準(zhǔn)的一路信號。圖 12 兩波形間相位差測量電路2）把顯示

13、方式開關(guān)置“交替”擋位，將Y1和Y2輸入耦合方式開關(guān)置“”擋位，調(diào)節(jié)Y1、Y2的（）移位旋鈕，使兩條掃描基線重合。3）將Y1、Y2 輸入耦合方式開關(guān)置“AC”擋位，調(diào)節(jié)觸發(fā)電平、掃速開關(guān)及 Y1、Y2 靈敏度開關(guān)位置，使在熒屏上顯示出易于觀察的兩個相位不同的正弦波形ui及uR，如圖13所示。根據(jù)兩波形在水平方向差距X，及信號周期XT，則可求得兩波形相位差。圖 13 雙蹤示波器顯示兩相位不同的正弦波式中： XT 一周期所占格數(shù) X 兩波形在X軸方向差距格數(shù)記錄兩波形相位差于表13。表13一周期格數(shù)兩波形X軸差距格數(shù)相 位 差實 測 值計 算 值XTX為數(shù)讀和計算方便，可適當(dāng)調(diào)節(jié)掃速開關(guān)及微調(diào)旋鈕

14、，使波形一周期占整數(shù)格。五、實驗總結(jié)1、整理實驗數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析。2、問題討論（1）如何操縱示波器有關(guān)旋鈕，以便從示波器顯示屏上觀察到穩(wěn)定、清晰的波形？（2）用雙蹤顯示波形，并要求比較相位時，為在顯示屏上得到穩(wěn)定波形，應(yīng)怎樣選擇下列開關(guān)的位置？1）顯示方式選擇（Y1；Y2；Y1Y2；交替；斷續(xù)）2）觸發(fā)方式（常態(tài)；自動）3）觸發(fā)源選擇（內(nèi)；外）4）內(nèi)觸發(fā)源選擇（Y1、Y2、交替）3、函數(shù)信號發(fā)生器有哪幾種輸出波形？它的輸出端能否短接，如用屏蔽線作為輸出引線，則屏蔽層一端應(yīng)該接在哪個接線柱上?4、交流毫伏表是用來測量正弦波電壓還是非正弦波電壓？它的表頭指示值是被測信號的什么數(shù)值？它是否可以用來測

15、量直流電壓的大小？六、預(yù)習(xí)要求1、閱讀實驗附錄中有關(guān)示波器部分內(nèi)容。2、已知C0.01f、R10K，計算圖12 RC移相網(wǎng)絡(luò)的阻抗角。實驗二:晶體管共射極單管放大器一、實驗?zāi)康?、學(xué)會放大器靜態(tài)工作點的調(diào)試方法，分析靜態(tài)工作點對放大器性能的影響。2、掌握放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測試方法。3、熟悉常用電子儀器及模擬電路實驗設(shè)備的使用。二、實驗原理圖21為電阻分壓式工作點穩(wěn)定單管放大器實驗電路圖。它的偏置電路采用RB1和RB2組成的分壓電路，并在發(fā)射極中接有電阻RE，以穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點。當(dāng)在放大器的輸入端加入輸入信號ui后，在放大器的輸出端便可得到一個與u

16、i相位相反，幅值被放大了的輸出信號u0，從而實現(xiàn)了電壓放大。圖21 共射極單管放大器實驗電路在圖2-1電路中，當(dāng)流過偏置電阻RB1和RB2的電流遠(yuǎn)大于晶體管T的 基極電流IB時（一般510倍），則它的靜態(tài)工作點可用下式估算 UCEUCCIC（RCRE） 電壓放大倍數(shù) 輸 入 電 阻 RiRB1 /RB2 / rbe輸 出 電 阻 RORC由于電子器件性能的分散性比較大，因此在設(shè)計和制作晶體管放大電路時，離不開測量和調(diào)試技術(shù)。在設(shè)計前應(yīng)測量所用元器件的參數(shù)，為電路設(shè)計提供必要的依據(jù)，在完成設(shè)計和裝配以后，還必須測量和調(diào)試放大器的靜態(tài)工作點和各項性能指標(biāo)。一個優(yōu)質(zhì)放大器，必定是理論設(shè)計與實驗調(diào)整相

17、結(jié)合的產(chǎn)物。因此，除了學(xué)習(xí)放大器的理論知識和設(shè)計方法外，還必須掌握必要的測量和調(diào)試技術(shù)。放大器的測量和調(diào)試一般包括：放大器靜態(tài)工作點的測量與調(diào)試，消除干擾與自激振蕩及放大器各項動態(tài)參數(shù)的測量與調(diào)試等。1、放大器靜態(tài)工作點的測量與調(diào)試（1）靜態(tài)工作點的測量測量放大器的靜態(tài)工作點，應(yīng)在輸入信號ui0的情況下進(jìn)行， 即將放大器輸入端與地端短接，然后選用量程合適的直流毫安表和直流電壓表，分別測量晶體管的集電極電流IC以及各電極對地的電位UB、UC和UE。一般實驗中，為了避免斷開集電極，所以采用測量電壓UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要測出UE，即可用算出IC（也可根據(jù)，由UC確定IC），同時也

18、能算出UBEUBUE，UCEUCUE。為了減小誤差，提高測量精度，應(yīng)選用內(nèi)阻較高的直流電壓表。（2）靜態(tài)工作點的調(diào)試放大器靜態(tài)工作點的調(diào)試是指對管子集電極電流IC（或UCE）的調(diào)整與測試。靜態(tài)工作點是否合適，對放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點偏高，放大器在加入交流信號以后易產(chǎn)生飽和失真，此時uO的負(fù)半周將被削底，如圖22(a)所示；如工作點偏低則易產(chǎn)生截止失真，即uO的正半周被縮頂（一般截止失真不如飽和失真明顯），如圖22(b)所示。這些情況都不符合不失真放大的要求。所以在選定工作點以后還必須進(jìn)行動態(tài)調(diào)試，即在放大器的輸入端加入一定的輸入電壓ui，檢查輸出電壓uO的大小和波形是否滿

19、足要求。如不滿足，則應(yīng)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點的位置。(a) (b)圖22 靜態(tài)工作點對uO波形失真的影響改變電路參數(shù)UCC、RC、RB（RB1、RB2）都會引起靜態(tài)工作點的變化，如圖23所示。但通常多采用調(diào)節(jié)偏置電阻RB2的方法來改變靜態(tài)工作點，如減小RB2，則可使靜態(tài)工作點提高等。圖23 電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響最后還要說明的是，上面所說的工作點“偏高”或“偏低”不是絕對的，應(yīng)該是相對信號的幅度而言，如輸入信號幅度很小，即使工作點較高或較低也不一定會出現(xiàn)失真。所以確切地說，產(chǎn)生波形失真是信號幅度與靜態(tài)工作點設(shè)置配合不當(dāng)所致。如需滿足較大信號幅度的要求，靜態(tài)工作點最好盡量靠近交流負(fù)載線的中點。2、放

20、大器動態(tài)指標(biāo)測試放大器動態(tài)指標(biāo)包括電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、最大不失真輸出電壓（動態(tài)范圍）和通頻帶等。（1）電壓放大倍數(shù)AV的測量調(diào)整放大器到合適的靜態(tài)工作點，然后加入輸入電壓ui，在輸出電壓uO不失真的情況下，用交流毫伏表測出ui和uo的有效值Ui和UO，則（2）輸入電阻Ri的測量為了測量放大器的輸入電阻，按圖24 電路在被測放大器的輸入端與信號源之間串入一已知電阻R，在放大器正常工作的情況下， 用交流毫伏表測出US和Ui，則根據(jù)輸入電阻的定義可得 圖24 輸入、輸出電阻測量電路測量時應(yīng)注意下列幾點:1）由于電阻R兩端沒有電路公共接地點，所以測量R兩端電壓 UR時必須分別測出US和U

21、i，然后按URUSUi求出UR值。2）電阻R的值不宜取得過大或過小，以免產(chǎn)生較大的測量誤差，通常取R與Ri為同一數(shù)量級為好，本實驗可取R12K。（3）輸出電阻R0的測量按圖2-4電路，在放大器正常工作條件下，測出輸出端不接負(fù)載 RL的輸出電壓UO和接入負(fù)載后的輸出電壓UL，根據(jù)即可求出 在測試中應(yīng)注意，必須保持RL接入前后輸入信號的大小不變。（4）最大不失真輸出電壓UOPP的測量（最大動態(tài)范圍）如上所述，為了得到最大動態(tài)范圍，應(yīng)將靜態(tài)工作點調(diào)在交流負(fù)載線的中點。為此在放大器正常工作情況下，逐步增大輸入信號的幅度，并同時調(diào)節(jié)RW（改變靜態(tài)工作點），用示波器觀察uO，當(dāng)輸出波形同時出現(xiàn)削底和縮頂現(xiàn)

22、象（如圖25）時，說明靜態(tài)工作點已調(diào)在交流負(fù)載線的中點。然后反復(fù)調(diào)整輸入信號，使波形輸出幅度最大，且無明顯失真時，用交流毫伏表測出UO（有效值），則動態(tài)范圍等于?；蛴檬静ㄆ髦苯幼x出UOPP來。圖 25 靜態(tài)工作點正常，輸入信號太大引起的失真（5）放大器幅頻特性的測量放大器的幅頻特性是指放大器的電壓放大倍數(shù)AU與輸入信號頻率f 之間的關(guān)系曲線。單管阻容耦合放大電路的幅頻特性曲線如圖26所示，Aum為中頻電壓放大倍數(shù)，通常規(guī)定電壓放大倍數(shù)隨頻率變化下降到中頻放大倍數(shù)的倍，即0.707Aum所對應(yīng)的頻率分別稱為下限頻率fL和上限頻率fH，則通頻帶fBWfHfL。放大器的幅率特性就是測量不同頻率信號時

23、的電壓放大倍數(shù)AU。為此，可采用前述測AU的方法，每改變一個信號頻率，測量其相應(yīng)的電壓放大倍數(shù)，測量時應(yīng)注意取點要恰當(dāng)，在低頻段與高頻段應(yīng)多測幾點，在中頻段可以少測幾點。此外，在改變頻率時，要保持輸入信號的幅度不變，且輸出波形不得失真。（6）干擾和自激振蕩的消除參考實驗附錄 3DG 9011(NPN) 3CG 9012(PNP) 9013(NPN)圖 26 幅頻特性曲線 圖27晶體三極管管腳排列三、實驗設(shè)備與器件1、12V直流電源 2、函數(shù)信號發(fā)生器3、雙蹤示波器 4、交流毫伏表5、直流電壓表 6、直流毫安表7、頻率計 8、萬用電表9、晶體三極管3DG6×1(50100)或9011&

24、#215;1 （管腳排列如圖27所示） 電阻器、電容器若干四、實驗內(nèi)容實驗電路如圖21所示。各電子儀器可按實驗一中圖11所示方式連接，為防止干擾，各儀器的公共端必須連在一起，同時信號源、交流毫伏表和示波器的引線應(yīng)采用專用電纜線或屏蔽線，如使用屏蔽線，則屏蔽線的外包金屬網(wǎng)應(yīng)接在公共接地端上。1、調(diào)試靜態(tài)工作點接通直流電源前，先將RW調(diào)至最大， 函數(shù)信號發(fā)生器輸出旋鈕旋至零。接通12V電源、調(diào)節(jié)RW，使IC2.0mA（即UE2.0V）， 用直流電壓表測量，記入表21。表2-1 IC2mA測量值UB（V）UE（V）UC（V）RB2（K）注：斷電時測量RB2的值。2、測量電壓放大倍數(shù)在放大器輸入端加入

25、頻率為1KHz的正弦信號uS，調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器的輸出旋鈕使放大器輸入電壓Ui10mV，同時用示波器觀察放大器輸出電壓uO波形，在波形不失真的條件下用交流毫伏表測量下述三種情況下的UO值，并用雙蹤示波器觀察uO和ui的相位關(guān)系，記入表22。表22 Ic2.0mA Ui10mVRC（K）RL(K)Uo(V)AV觀察記錄一組uO和u1波形2.41.22.42.43、觀察靜態(tài)工作點對輸出波形失真的影響置RC2.4K，RL2.4K， ui0，調(diào)節(jié)RW使IC2.0mA，測出UCE值，再逐步加大輸入信號，使輸出電壓u0 足夠大但不失真。 然后保持輸入信號不變，分別增大和減小RW，使波形出現(xiàn)失真，繪出u0的

26、波形，并測出失真情況下的IC和UCE值，記入表23中。每次測IC和UCE 值時都要將信號源的輸出旋鈕旋至零。表23 RC2.4K RL Ui0mVIC(mA)UCE(V)u0波形失真情況管子工作狀態(tài) *4、測量最大不失真輸出電壓置RC2.4K，RL2.4K，按照實驗原理2.4中所述方法，同時調(diào)節(jié)輸入信號的幅度和電位器RW，用示波器和交流毫伏表測量UOPP及UO值，記入表24。表24 RC2.4K RL2.4KIC(mA)Uim(mV)Uom(V)UOPP(V)*5、測量輸入電阻和輸出電阻置RC2.4K，RL2.4K，IC2.0mA。輸入f1KHz的正弦信號，在輸出電壓uo不失真的情況下，用交流

27、毫伏表測出US，Ui和UL記入表2-5；保持US不變，斷開RL，測量輸出電壓Uo，記入表2-5。表2-5 Ic2mA Rc2.4K RL2.4KUS(mv)Ui(mv)Ri（K）UL（V）UO（V）R0（K）測量值計算值測量值計算值*6、測量幅頻特性曲線取IC2.0mA，RC2.4K，RL2.4K。 保持輸入信號ui的幅度不變，改變信號源頻率f，逐點測出相應(yīng)的輸出電壓UO，記入表26。表26 Ui mVflfofnf/KHzUO/VAVUO/Ui為了信號源頻率f取值合適，可先粗測一下，找出中頻范圍， 然后再仔細(xì)讀數(shù)。說明：本實驗內(nèi)容較多，其中帶*號可作為選作內(nèi)容。五、實驗總結(jié)1、列表整理測量結(jié)

28、果，并把實測的靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻之值與理論計算值比較（取一組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較），分析產(chǎn)生誤差原因。2、總結(jié)RC，RL及靜態(tài)工作點對放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的影響。3、討論靜態(tài)工作點變化對放大器輸出波形的影響。4、分析討論在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題。六、預(yù)習(xí)要求1、閱讀教材中有關(guān)單管放大電路的內(nèi)容并估算實驗電路的性能指標(biāo)。假設(shè)：3DG6 的100，RB120K，RB260K，RC2.4K，RL2.4K。估算放大器的靜態(tài)工作點，電壓放大倍數(shù)AV，輸入電阻Ri和輸出電阻RO。2、閱讀實驗附錄中有關(guān)放大器干擾和自激振蕩消除內(nèi)容。3、 能否用直流電壓表直接測量晶體管的UB

29、E？ 為什么實驗中要采用測UB、UE，再間接算出UBE的方法？4、怎樣測量RB2阻值？5、當(dāng)調(diào)節(jié)偏置電阻RB2，使放大器輸出波形出現(xiàn)飽和或截止失真時，晶體管的管壓降UCE怎樣變化？6、改變靜態(tài)工作點對放大器的輸入電阻Ri有否影響？改變外接電阻RL對輸出電阻RO有否影響？7、在測試AV，Ri和RO時怎樣選擇輸入信號的大小和頻率？為什么信號頻率一般選1KHz，而不選100KHz或更高？ 8、測試中，如果將函數(shù)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(xiàn)什么問題。實驗八：集成運算放大器的基本應(yīng)用模擬運算電路一、實驗?zāi)康?、研究由集成運算放大

30、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(yīng)用時應(yīng)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(shù)的直接耦合多級放大電路。當(dāng)外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負(fù)反饋電路時，可以靈活地實現(xiàn)各種特定的函數(shù)關(guān)系。在線性應(yīng)用方面，可組成比例、加法、減法、積分、微分、對數(shù)等模擬運算電路。理想運算放大器特性在大多數(shù)情況下，將運放視為理想運放，就是將運放的各項技術(shù)指標(biāo)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Aud=輸入阻抗ri=輸出阻抗ro=0帶寬 fBW=失調(diào)與漂移均為零等。理想運放在線性應(yīng)用時的兩個重要特性：1、輸出電壓UO與

31、輸入電壓之間滿足關(guān)系式UOAud（U+U）由于Aud=，而UO為有限值，因此，U+U0。即U+U，稱為“虛短”。2、由于ri=，故流進(jìn)運放兩個輸入端的電流可視為零，即IIB0，稱為“虛斷”。這說明運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(yīng)用電路的基本原則，可簡化運放電路的計算。基本運算電路（1）反相比例運算電路電路如圖81所示。對于理想運放， 該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為為了減小輸入級偏置電流引起的運算誤差，在同相輸入端應(yīng)接入平衡電阻R2R1 / RF。圖81 反相比例運算電路 圖82 反相加法運算電路（2）反相加法電路電路如圖82所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為 R

32、3R1/ R2/ RF（3）同相比例運算電路圖83(a)是同相比例運算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為 R2R1/ RF當(dāng)R1時，UOUi，即得到如圖83(b)所示的電壓跟隨器。圖中R2RF，用以減小漂移和起保護(hù)作用。一般RF取10K， RF太小起不到保護(hù)作用，太大則影響跟隨性。(a) 同相比例運算電路 (b) 電壓跟隨器圖8-3 同相比例運算電路（4）差動放大電路（減法器）對于圖8-4所示的減法運算電路，當(dāng)R1R2，R3RF時， 有如下關(guān)系式 圖84 減法運算電路圖 8-5 積分運算電路（5）積分運算電路反相積分電路如圖85所示。在理想化條件下，輸出電壓uO等于式中uC(o)是t0時

33、刻電容C兩端的電壓值，即初始值。如果ui(t)是幅值為E的階躍電壓，并設(shè)uc(o)0，則即輸出電壓 uO(t)隨時間增長而線性下降。顯然RC的數(shù)值越大，達(dá)到給定的UO值所需的時間就越長。積分輸出電壓所能達(dá)到的最大值受集成運放最大輸出范圍的限值。在進(jìn)行積分運算之前，首先應(yīng)對運放調(diào)零。為了便于調(diào)節(jié)，將圖中K1閉合，即通過電阻R2的負(fù)反饋作用幫助實現(xiàn)調(diào)零。但在完成調(diào)零后，應(yīng)將K1打開，以免因R2的接入造成積分誤差。K2的設(shè)置一方面為積分電容放電提供通路，同時可實現(xiàn)積分電容初始電壓uC(o)0，另一方面，可控制積分起始點，即在加入信號ui后， 只要K2一打開， 電容就將被恒流充電，電路也就開始進(jìn)行積分

34、運算。三、實驗設(shè)備與器件1、±12V直流電源2、函數(shù)信號發(fā)生器3、交流毫伏表 4、直流電壓表5、集成運算放大器A741×1 電阻器、電容器若干四、實驗內(nèi)容實驗前要看清運放組件各管腳的位置；切忌正、負(fù)電源極性接反和輸出端短路，否則將會損壞集成塊。1、反相比例運算電路（1）按圖81連接實驗電路，接通±12V電源，輸入端對地短路，進(jìn)行調(diào)零和消振。（2）輸入f100Hz，Ui0.5V的正弦交流信號，測量相應(yīng)的UO，并用示波器觀察uO和ui的相位關(guān)系，記入表8-1。表8-1Ui0.5V，f100HzUi（V）U0（V）ui波形uO波形AV實測值計算值2、同相比例運算電路（1

35、）按圖83(a)連接實驗電路。實驗步驟同內(nèi)容1，將結(jié)果記入表82。（2）將圖83(a)中的R1斷開，得圖83(b)電路重復(fù)內(nèi)容1。表82Ui0.5Vf100HzUi（V）UO(V)ui波形uO波形AV實測值計算值3、反相加法運算電路（1）按圖82連接實驗電路。調(diào)零和消振。（2）輸入信號采用直流信號，圖86所示電路為簡易直流信號源，由實驗者自行完成。實驗時要注意選擇合適的直流信號幅度以確保集成運放工作在線性區(qū)。用直流電壓表測量輸入電壓Ui1、Ui2及輸出電壓UO，記入表83。圖86 簡易可調(diào)直流信號源表8-3Ui1(V)Ui2(V)UO(V)4、減法運算電路（1）按圖84連接實驗電路。調(diào)零和消振

36、。（2）采用直流輸入信號，實驗步驟同內(nèi)容3，記入表84。表84Ui1(V)Ui2(V)UO(V)5、積分運算電路實驗電路如圖85所示。（1）打開K2，閉合K1，對運放輸出進(jìn)行調(diào)零。（2）調(diào)零完成后，再打開K1，閉合K2，使uC(o)0。（3）預(yù)先調(diào)好直流輸入電壓Ui0.5V，接入實驗電路，再打開K2，然后用直流電壓表測量輸出電壓UO，每隔5秒讀一次UO，記入表8-5，直到UO不繼續(xù)明顯增大為止。表85t(s)051015202530U0(V)五、實驗總結(jié)1、整理實驗數(shù)據(jù)，畫出波形圖（注意波形間的相位關(guān)系）。2、將理論計算結(jié)果和實測數(shù)據(jù)相比較，分析產(chǎn)生誤差的原因。3、分析討論實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象和問

37、題。六、預(yù)習(xí)要求1、復(fù)習(xí)集成運放線性應(yīng)用部分內(nèi)容，并根據(jù)實驗電路參數(shù)計算各電路輸出電壓的理論值。2、為了不損壞集成塊，實驗中應(yīng)注意什么問題？實驗九：集成運算放大器的基本應(yīng)用信號處理有源濾波器一、實驗?zāi)康?、熟悉用運放、電阻和電容組成有源低通濾波、高通濾波和帶通、帶阻濾波器及其特性。2、學(xué)會測量有源濾波器的幅頻特性。二、實驗原理1、低通濾波器低通濾波器是指低頻信號能通過而高頻信號不能通過的濾波器，用一級RC網(wǎng)絡(luò)組成的稱為一階RC有源低通濾波器，如圖13-1所示：圖9-1 基本的有源低通濾波器為了改善濾波效果，在圖9-1(a)的基礎(chǔ)上再加一級RC網(wǎng)絡(luò)，為了克服在截止頻率附近的通頻帶范圍內(nèi)幅度下降過

38、多的缺點，通常采用將第一級電容C的接地端改接到輸出端的方式，如圖9-2所示，即為一個典型的二階有源低通濾波器。圖9-2 二階低通濾波器這種有源濾波器的幅頻率特性為 （9-1）式中：為二階低通濾波器的通帶增益； 為截止頻率，它是二階低通濾波器通帶與阻帶的界限頻率。為品質(zhì)因數(shù)，它的大小影響低通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。注：式中S代表2、高通濾波器只要將低通濾波電路中起濾波作用的電阻、電容互換，即可變成有源高通濾波器，如圖9-3所示。其頻率響應(yīng)和低通濾波器是“鏡象”關(guān)系。圖9-3 高通濾波器這種高通濾波器的幅頻特性為 （9-2）式中，的意義與前同。3、帶通濾波器這種濾波電路的作用是只允許在某

39、一個通頻帶范圍內(nèi)的信號通過，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號都被阻斷。典型的帶通濾波器可以從二階低通濾波電路中將其中一級改成高通而成。如圖9-4所示，它的輸入輸出關(guān)系為 （9-3）中心角頻率 （9-4）頻帶寬 （9-5）選擇性 （9-6）圖9-4 典型二階帶通濾波器這種電路的優(yōu)點是改變Rf和R1的比例就可改變頻帶寬而不影響中心頻率。4、帶阻濾波器如圖9-5所示，這種電路的性能和帶通濾波器相反，即在規(guī)定的頻帶內(nèi)，信號不能通過（或受到很大衰減），而在其余頻率范圍，信號則能順利通過。常用于抗干擾設(shè)備中。圖9-5 二階帶阻濾波器這種電路的輸入、輸出關(guān)系為 （9-7）式中：由式中可見，愈接近2，

40、愈大，即起到阻斷范圍變窄的作用。三、實驗儀器1、雙蹤示波器2、頻率計3、交流毫伏表4、信號發(fā)生器5、運算放大器6、電阻器、電容器若干四、實驗內(nèi)容a. 二階低通濾波器1、關(guān)閉系統(tǒng)電源。按圖9-2正確連接電路圖。連接信號源輸出和Ui。2、打開系統(tǒng)電源，調(diào)節(jié)信號源輸出Ui = 1V（峰峰值）的正弦波，改變其頻率（接近理論上的截止頻率338Hz 附近改變），并維持Ui = 1V（峰峰值）不變，用示波器監(jiān)視輸出波形，用頻率計測量輸入頻率，用毫伏表測量輸出電壓UO，記入表9-1。表9-1f(Hz)U0(V)3、輸入方波，調(diào)節(jié)頻率（接近理論上的截止頻率338Hz附近調(diào)節(jié)），取Ui =1V（峰峰值），觀察輸出

41、波形，越接近截止頻率得到的正弦波越好，頻率遠(yuǎn)小于截止頻率時波形幾乎不變?nèi)詾榉讲āＳ信d趣的同學(xué)以下濾波器也可用方波作為輸入，因為方波頻譜分量豐富，可以用示波器更好的觀察濾波器的效果。b. 二階高通濾波器1、關(guān)閉系統(tǒng)電源。按圖9-3正確連接電路圖。連接信號源輸出和Ui。2、打開系統(tǒng)電源，調(diào)節(jié)信號源輸出Ui =1V（峰峰值）的正弦波，改變其頻率（接近理論上的高通截止頻率1.6K附近改變），并維持Ui =1V（峰峰值）不變，用示波器監(jiān)視輸出波形，用頻率計測量輸入頻率，用毫伏表測量輸出電壓UO，記入表9-2。表9-2f(Hz)U0(V)c. 帶通濾波器1、關(guān)閉系統(tǒng)電源。按圖9-4正確連接電路圖。連接信號

42、源輸出和Ui。2、打開系統(tǒng)電源。調(diào)節(jié)信號源輸出Ui =1V（峰峰值）的正弦波，改變其頻率（接近中心頻率為1040Hz附近改變），并維持Ui =1V（峰峰值）不變，用示波器監(jiān)視輸出波形，用頻率計測量輸入頻率，用毫伏表測量輸出電壓U0，自擬表格記錄之。理論值中心頻率為1040Hz，上限頻率為1080Hz，下限頻率為990Hz。3、實測電路的中心頻率f04、以實測中心頻率為中心，測出電路的幅頻特性。d. 帶阻濾波器1、關(guān)閉系統(tǒng)電源。按圖9-5正確連接電路圖。連接信號源輸出和Ui。2、打開系統(tǒng)電源。調(diào)節(jié)信號源輸出Ui =1V（峰峰值）的正弦波，改變其頻率，并維持Ui =1V（峰峰值）不變，用示波器監(jiān)視

43、輸出波形，用頻率計測量輸入頻率，用毫伏表測量輸出電壓UO。3、實測電路的中心頻率。4、測出電路的幅頻特性。五、實驗總結(jié)1 、整理實驗數(shù)據(jù)，畫出各類濾波電路實測的幅頻特性。2 、根據(jù)實驗曲線，計算截止頻率、帶寬及品質(zhì)因數(shù)。3 、總結(jié)有源濾波電路的特性。六、預(yù)習(xí)要求1 、復(fù)習(xí)教材有關(guān)濾波器的內(nèi)容。2 、有源濾波器和無源濾波器比較有何優(yōu)點？3 、分析圖9-2，寫出增益特性表達(dá)式，計算截止頻率，畫出幅頻特性曲線。實驗十一：集成運算放大器的基本應(yīng)用波形發(fā)生器一、實驗?zāi)康?、學(xué)習(xí)用集成運放構(gòu)成正弦波、方波和三角波發(fā)生器。2、學(xué)習(xí)波形發(fā)生器的調(diào)整和主要性能指標(biāo)的測試方法。二、實驗儀器1、雙蹤示波器2、頻率計

44、3、交流毫伏表三、實驗原理1、RC橋式正弦波振蕩器（文氏電橋振蕩器）圖11-1 RC橋式正弦波振蕩器 圖11-1 RC串、并聯(lián)電路構(gòu)成正反饋支路同時兼作選頻網(wǎng)絡(luò)，R1、RW及二極管等元件構(gòu)成負(fù)反饋和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)電位器RW，可以改變負(fù)反饋深度，以滿足振蕩的振幅條件和改善波形。利用兩個反向并聯(lián)二極管D1、D2正向電阻的非線性特性來實現(xiàn)穩(wěn)幅。D1、D2采用硅管（溫度穩(wěn)定性好），且要求特性匹配，才能保證輸出波形正、負(fù)半周對稱。電路的振蕩頻率 （11-1） 起振的幅值條件 （11-2）式中RF=RW+（R3|rD），rD二極管正向?qū)娮?。調(diào)整RW，使電路起振，且波形失真最小。如不能起振，則說明負(fù)反饋

45、太強，應(yīng)適當(dāng)加大RF。如波形失真嚴(yán)重，則應(yīng)適當(dāng)減小RF。改變選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)C或R，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率。一般采用改變電容C作頻率量程切換，而調(diào)節(jié)R作量程內(nèi)的頻率細(xì)調(diào)。1、方波發(fā)生器由集成運放構(gòu)成的方波發(fā)生器和三角波發(fā)生器，一般均包括比較器和RC積分器兩大部分。圖11-2所示為由遲回比較器及簡單RC積分電路組成的方波三角波發(fā)生器。它的特點是線路簡單，但三角波的線性度較差。主要用于產(chǎn)生方波，或?qū)θ遣ㄒ蟛桓叩膱龊稀Ｔ撾娐返恼袷庮l率： （11-3）RW從中點觸頭分為RW1和RW2，。方波的輸出幅值 Uom=±Uz （11-4）式中Uz為兩級穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值。 三角波的幅值 （11-5）調(diào)節(jié)電位器

46、RW，可以改變振蕩頻率，但三角波的幅值也隨之變化。如要互不影響，則可通過改變RF（或CF）來實現(xiàn)振蕩頻率的調(diào)節(jié)。圖11-2 方波發(fā)生器2、三角波和方波發(fā)生器如把滯回比較器和積分器首尾相接形成正反饋閉環(huán)系統(tǒng)，如圖11-3所示，則比較器輸出的方波經(jīng)積分器積分可到三角波，三角波又觸發(fā)比較器自動翻轉(zhuǎn)形成方波，這樣即可構(gòu)成三角波、方波發(fā)生器。由于采用運放組成的積分電路，因此可實現(xiàn)恒流充電，使三角波線性大大改善。電路的振蕩頻率 （11-6）方波的幅值 UO1=±Uz （11-7）三角波的幅值 UO2=±R1·Uz /R2 （11-8）調(diào)節(jié)RW可以改變振蕩頻率，改變比值R1/R

47、2可調(diào)節(jié)三角波的幅值。圖11-3 三角波、方波發(fā)生器四、實驗內(nèi)容a. RC橋式正弦波振蕩器1、關(guān)閉系統(tǒng)電源。按圖11-1連接實驗電路，輸出端Uo接示波器。2、打開直流開關(guān)，調(diào)節(jié)電位器RW，使輸出波形從無到有，從正弦波到出現(xiàn)失真。描繪Uo的波形，記下臨界起振、正弦波輸出及失真情況下的RW值，分析負(fù)反饋強弱對起振條件及輸出波形的影響。3、調(diào)節(jié)電位器RW，使輸出電壓Uo幅值最大且不失真，用交流毫伏表分別測量輸出電壓Uo、反饋電壓U+（運放腳電壓）和U-（運放腳電壓），分析研究振蕩的幅值條件。4、用示波器或頻率計測量振蕩頻率fO，然后在選頻網(wǎng)絡(luò)的兩個電阻R上并聯(lián)同一阻值電阻，觀察記錄振蕩頻率的變化情況

48、，并與理論值進(jìn)行比較。5、斷開二極管D1、D2，重復(fù)3）的內(nèi)容，將測試結(jié)果與3）進(jìn)行比較分析D1、D2的穩(wěn)幅作用。b. 方波發(fā)生器1、關(guān)閉系統(tǒng)電源。按圖11-2連接電路。2、打開直流開關(guān)，用雙蹤示波器觀察U01及U02的波形（注意對應(yīng)關(guān)系），調(diào)節(jié)RW輸出正弦波和方波。測量其幅值及頻率，記錄之。3、改變RW的值，觀察U01、U02幅值及頻率變化情況。改變RW并用頻率計測出頻率范圍并記錄。4、將RW恢復(fù)到中心位置，將穩(wěn)壓管D1兩端短接，觀察UO波形，分析D2的限幅作用。c. 三角波和方波發(fā)生器1、關(guān)閉系統(tǒng)電源。按圖11-3連接實驗電路。2、打開直流開關(guān)，調(diào)節(jié)RW起振，用雙蹤示波器觀察UO1和UO2的波形，測其幅值、頻率及RW值，記錄之。3、改變RW的位置，觀察對UO1、UO2幅值及頻率的影響。4、改變R1（或R2），觀察對UO1、UO2幅值及頻率的影響。五、實驗總結(jié)1 .列表整理實驗數(shù)據(jù)，在同一座標(biāo)紙上，按比例畫出方波和三角波的波形圖（標(biāo)出時間和電壓幅值）。2 .分析RW變化時，對UO波形的幅值及頻率的影響。六、預(yù)習(xí)要求1 .復(fù)習(xí)教材有關(guān)各類波形發(fā)生器的內(nèi)容。2 .分析圖11-1中R3的作用和對輸出波形的影響。3 .設(shè)計實驗數(shù)據(jù)表格。實驗十八：直流穩(wěn)壓電源集成穩(wěn)壓器一、實驗?zāi)康?、研究集成穩(wěn)壓器的特點和性能指標(biāo)的測試方法。2、