电子技术课程设计实验电子版_51313

实验一常用电子仪器仪表使用与电子电路测试 一、实验目的 学会常用电子仪器的操作和使用。 掌握用示波器测量交流电压和脉冲信号有关参数的方法。 学习测量模拟电路性能参数的基本方法。 熟悉模拟电路实验箱的使用。二、预习要求 查阅“模拟电子技术”精品课程教学网站有关资料，复习常用电子仪器的操作和使用方法，阅读仪器的使用说明，初步认识本实验室基本仪器的功能、接线方法、换挡开关的操作。 预习本实验的思考题。准备画仪器面板图的纸笔，以备实验课上使用。三、实验原理与说明1电子技术实验中最常用的电子仪器在电子技术实验里，测试和定量分析电流的静态和动态的工作状况时，最常用的电子仪器有：示波器、信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表、数字式（或指针式）万用表等，如图1-1所示。图11 （1）直流稳压电源：为电路提供能源。（2）信号发生器：为电路提供各种频率和幅度的输入信号。信号发生器按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮，可使输出电压从毫伏级到伏级范围内连续调节。信号发生器的输出信号频率可以通过频率粗调拨段开关和频率细调旋钮进行调节。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：用于测量电路的输入、输出信号的有效值。交流毫伏表只能在其工作频率范围之内，才能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。（4）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。也可测量工作频率较低时电路的交流电压、交流电流的有效值及测量电路的阻值。（5）示波器：电子示波器是一种常用的电子测量仪器，它能直接观测和真实显示被测信号的波形。它不仅能观测电路的动态过程，还可以测量电信号的幅度、频率、周期、相位、脉冲宽度、上升和下降时间等参数。2示波器的操作方法简介1）寻找扫描光迹。将示波器Y轴显示方式置“CH1”或“CH2”，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。适当调节亮度旋钮。触发方式开关置“自动”。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“CH1”、“CH2”、“CH1+CH2”三种单踪显示方式和“交替”、“断续”两种双踪显示方式。“交替”显示一般适宜于输入信号频率较高时使用。“断续”显示一般适用于输入信号频率较低时使用。3）为了显示稳定的被测量信号波形，“触发源选择”开头一般选为“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，可置触发方式开关位于“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度，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12个周期的被测信号波形。在测量幅值时，应注意“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。3如何用数字万用表判断二极管、三极管的好坏首先将万用表档位打在“二极管档”，测二极管时，红表笔接二极管正极，黑表笔接负极，这时应有低阻指示，交换表笔则应为高阻，此时则说明二极管就是好的。三极管相当于两个二极管，可先用同样方法判断，对于NPN管而言，基极为“二极管”正极，发射极和集电极为“二极管”负极，PNP则正好相反。如此测试无问题后，悬空基极测发射极和集电极，两个测试方向都应是高阻，此时可以判定三极管是好的。四、实验仪器与设备名 称型号及使用参数数 量模拟电路实验箱TPEA41台双踪示波器SS5702/ SS78021台数字万用表DT830B1块放大电路实验板放大电路实验板1块五、实验内容及步骤1识别实验仪器（1）教师介绍实验室各种仪器（外观、型号、功能、面板、标识、参数、特性、仪器的接线和测量方法、使用注意事项等）。（2）学生分组，每组一套仪器，每人画一套仪器面板图，详细标注所有的文字符号，在实验报告中对所有的英文进行翻译。（3）按照实验要求，边操作边记录。2直流稳压电源的使用（1）接通电源开关，调粗调与细调旋钮使两路电源分别输出5V、12V，用数字式（或指针式）万用表“DCV”档测量输出电压的值。将测量值填入表1-1中。表1-1 用万用表测量稳压电源的输出电压稳压电源的输出电压/V+5-5+1212数字（或指针）式万用表（2）用万用表测量直流稳压电源的输出电压，记录其可调范围。3信号发生器与交流毫伏表的使用 调节实验箱信号发生器频率粗调旋钮和细调旋钮，用示波器观测，调出1kHz正弦交流信号，调节“输出调节”旋钮，用交流毫伏表分别测出相应的电压值，记入表1-2中。表1-2 信号发生器输出1kHz、05V，在不同衰减时毫伏表的测量值信号发生器的衰减级别/dB毫伏表测量值4示波器的使用（1）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：“显示方式”开关位于“CH1”；“极性”选择位于“+”；触发方式位于“内触发”；“DC，GND，AC”开关位于“AC”；“高频，常态，自动”开关位于“自动”位置；“微调V/div”开关位于“0.2V/div”档，“微调”置于“校准”位置，然后用同轴电缆将校准信号输出端与CH1通道的输入端相连接，开启电源和打开校正信号控制开关后，示波器屏幕上应显示幅度为0.3V、周期为1ms的方波。调节“辉度”“聚焦”和“辅助聚焦”各旋钮使屏幕上观察到的波形细而清晰，调节亮度旋钮于适中位置。（2）交流信号电压幅值的测量 用示波器测量信号发生器的信号波形，初步掌握示波器的使用方法，调出35个周期完整、幅度适中的稳定波形，估测信号的频率和幅度。详细记录操作过程和出现的问题。 使信号发生器输出1kHz、1V正弦信号，方法如下：适当选择灵敏度选择开关“V/div”的位置，“微调”置于“校准”位置，使示波器屏上能观察到完整、稳定的正弦波，则此时屏上纵向坐标表示电压伏特数，根据被测波形在纵向高度所占格数以及灵敏度选择开关“V/div”的位置便可计算出电压的数值，将信号发生器的分贝衰减器置于表1-3中要求的位置并测出其结果记入表1-3中。 用示波器测量正弦波信号，记录其波形、频率、幅度。再用毫伏表测量同一个波形，对其幅度的结果进行核对（注意：毫伏表的读数是有效值）。表1-3 示波器测量交流信号电压实验数据信号发生器的衰减挡级/dB有无毫伏表测量值/V示波器V/div（开关位置）示波器屏幕显示峰峰波形高度/格示波器屏幕显示峰峰电压Upp/V电压有效值/V注意：若使用101探头电缆时，应将探头本身的衰减量考虑进去。（3）交流信号频率的测量扫描速率开关“t/div”的刻度值表示屏幕横向坐标每格所表示的时间值。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，根据被检测信号波形在横向所占的格数以及扫描速率开关“t/div”的刻度值便可计算出信号的周期，若要测量频率只需将被测的周期求倒数即为频率值。按表1-4所示频率由信号发生器输出信号，用示波器测出其周期，然后计算频率，并将所测结果与已知频率比较。表1-4 示波器测量交流信号频率实验数据信号发生器输出信号频率/kHz151020示波器扫描频率开关位置t/div示波器V/div（开关位置）显示屏中一个信号周期占有水平格数（4）脉冲信号的测量 脉冲信号前、后沿时间的测量。由于示波器内部Y轴装有延迟线，因此采用内触发方式可方便地测出脉冲波形的前、后沿时间Tr和Tf。 脉冲信号宽度的测量。首先通过示波器的位移旋钮将脉冲波形移至屏幕中心，并调节“t/div”开关使其在X轴方向基本占据整数格数，例如：图1-2中t/div为1ms/div，图12则脉宽。 脉冲频率和幅度的测量。脉冲信号的重复频率和幅度的测量方法与交流信号的测量方法相同。5常用半导体器件的识别 认识实验板上的常用电子元器件。 完成半导体二极管、晶体管参数及好坏测试。 完成色环电阻、电容、电位器参数观察测试。六、思考题 使用示波器时要达到如下要求，应调节哪些旋钮和开关？ 波形清晰，亮度适中；波形稳定；移动波形位置；改变周期个数；改变波形的幅度；同时观察两路波形。 用示波器测量信号的频率与幅值时，如何保证测量精度？ 用示波器测量直流信号时应注意什么问题？ 用示波器测量交、直流混合波形的信号，从不同的输入端（AC端或DC端）输入信号，屏幕波形各代表什么含义？ 如何判断半导体二极管、晶体管的管脚功能及好坏？ 如何测量放大电路中的电阻参数？如何测量放大电路中的静态参数？如何测量放大电路中的动态参数？ 稳压源的输出有几组？如果只有一组输出，现在需要两组对称输出的电源（例如OCL功率放大器、运算放大器等的供电电源）怎么办？ 怎样测稳压电源的输出电流？直接用万用表的电流挡测量稳压电源的输出端可以吗？为什么？实验八单管交流放大电路一、实验目的 学会测量和调试单管放大电路静态工作点的基本方法。 学习电压放大倍数的测定方法，观察负载电阻对电压放大倍数的影响。 观察静态工作点对放大倍数及输出电压波形的影响。 学习测量输入电阻、输出电阻的基本方法；了解共射极放大电路的特点。 熟悉用双踪示波器测量两个同频率正弦量的方法。二、预习要求 复习有关放大电路的基本内容，理解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等性能指标的含义及计算方法；了解产生非线性失真的原因。 取85，计算图83所示实验电路未接入RP时的电压放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro。 定性分析单管放大电路各元件的作用；分析说明单管放大电路的静态工作点、电压放大倍数与哪些因素有关。三、实验原理与说明在电子线路中，放大电路的应用是非常广泛的，几乎所有的电子仪器和设备都要用到它。晶体管单管放大电路是基本的放大器，深入了解和掌握它的调试和测量方法很重要。下面说明有关静态工作点、电压放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro的测试方法。1静态工作点的调整和测量静态工作点是指放大电路没有输入信号时晶体管各极的直流电压和电流在特性曲线上所确定的点，由它确定静态值，是通过IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ来描述的。由于晶体管的非线性，为保证放大电路的正常工作，应有一个大小合适的静态工作点，使晶体管处于特性曲线上的放大区的适中位置。否则，若工作点设置过高，晶体管进入饱和区，产生饱和失真；若工作点设置过低，晶体管进入截止区，产生截止失真。2电压放大倍数的测量交流电压放大倍数Au指电压放大电路的输出电压与输入电压的相量之比，它一方面反映了输出电压与输入电压的大小关系，另一方面也反映了它们的相位关系。电压放大倍数的测量，通常有两种方法： 用交流毫伏表直接测量(本实验采用)，它适用于低频正弦电压。此时其中Ui、Uo分别为输入和输出信号电压的有效值。 通过示波器对输入信号电压和输出信号电压进行比较的方法，适用于非正弦电压。输出电压与输入电压的相位关系，可用双踪示波器同时输入这两个信号来观察。3输入电阻和输出电阻的测量 测量输入电阻Ri：放大电路的输入电阻是指从放大电路输入端看进去的等效电阻。它是由晶体管输入阻抗和偏流电阻等因素决定的，大小为 式中Ui是加到放大电路输入端的电压有效值，Ii是流入输入端的电流有效值。可见只要测出放大器输入端的电压Ui和流过输入端的电流Ii，便可由上式求得Ri。但是由于Ii一般比较小(微安级)，而一般实验室不具备高灵敏度的交流电流表，所以本实验采用“串联电阻法”。其原理如图21所示。在被测放大电路与信号源之间串入一个已知的标准电阻R，信号源输出电压为Us，放大电路得到的输入电压为。只要测出电阻R两端的电压UR及就可求出Ri 但是要直接用万用表测量R两端的电压是困难的，因为R两端不接地。使得测试仪器和放大器没有公共地线，干扰太大，不能准确测试。为此，通常是直接测出R两端对地的电压即电位值Vs和来计算Ri，由图81不难求出 =图81 输入电阻的测量 图82 输出电阻的测量在具体测试过程中，还必须注意两点：第一，已知标准电阻不宜选得过大或过小，否则将使测试误差加大，通常应选取R与Ri为同一数量级；第二，不应取得过大，否则将使晶体管工作在非线性状态，从而使测试不准，一般取=Ui为宜。因此，要用示波器监视被测放大电路的输出波形，应在不失真条件下测试。信号频率应选在所需工作频率上。 测量输出电阻Ro：放大器的输出端可以等效成一个电压源，其内阻即为输出电阻Ro，如图82所示。输出电阻Ro的大小反映了放大器带负载能力。因此可通过测量放大器接入负载前后的电压变化来求出输出电阻Ro。为此在放大器输入端加入一固定电压，先不接入负载电阻RL，测出放大器的输出电压Uoc。然后接入适当负载电阻RL，再测出输出端接入负载电阻后的电压UoL，由图82不难求出输出电阻Ro之值： Ro=在测试中必须注意以下三点：第一，RL过大或过小都将加大测试误差，应取RL与Ro为同一数量级；第二，最好用示波器监视输出波形，应在RL接入前后都不失真的条件下测试；第三，测试Ro的过程中，输入信号幅度必须保持不变，频率应选在所需工作频率上。四、实验仪器与设备名 称型号及使用参数数 量模拟电路实验箱TPEA41台双踪示波器SS5702/ SS78021台数字万用表DT830B1块放大电路实验板TPEA4实验箱A1板1块五、实验内容及步骤1 测量放大电路的静态工作点【注意】接线前先测量+12V直流电源的实际大小，关掉电源后再接线；分析和测试放大电路时，要遵循“先静态，后动态”的原则。理解放大电路设置静态工作点的意义。 首先认识放大电路实验板上的元器件及信号端口，然后，将A1实验板插在模拟电路实验箱的电路板插座上，按图83所示接线。图83 单管放大电路 静态工作点测试。线路确定无误后打开电源开关。调整RP使UC=7V左右，分别测晶体管三极电位UB、UC、UE填表81中。判断此时晶体管的工作状态。表81实测根据实测结果计算UB(V)UC(V)UE(V)Rp+Rb1(k)IB(A)IC(mA)【注意】电阻Rp和Rb1阻值测量时，一定要让电阻处于断电并断开连线状态。【提示】用万用表直流电压档监测晶体管之间的压降，若过小，则管子的工作区靠近饱和区，说明RP过小；若过大，则管子的工作区靠近截止区，说明RP过大。放大电路电压放大倍数Au【注意】空载和带负载时，放大电路输出电压会发生什么变化？为什么？ 保持UC=7V左右；将实验箱的函数发生器的正弦输出信号调至频率f =1kHz(由示波器测定)、有效值U =500mV(用交流毫伏表测量)，接到放大电路的AB端，经过R1、R2衰减(100倍)，Ui端得到约为5mV左右的小信号。 在Ui=5mV、fi =1kHz、空载(RL=)条件下，用双踪示波器观察输入信号ui和输出信号uo的波形(应保证输出不失真，若有失真，可减小输入信号的幅值或调整静态工作点)，并比较相位。用交流毫伏表测量输出电压Uo，计算出电压放大倍数Au的大小，并根据电路参数得出估算值，将结果填入表82中。 在Ui=5mV、fi =1kHz、负载(RL=5k1或2k2)条件下，用示波器观察输出波形在接入负载前后的变化规律，按表82中给定的不同参数情况，用交流毫伏表分别测量出Ui和Uo，并计算出电压放大倍数Au的大小，填入表82中。比较Au测量后的计算值与估算值，分析产生误差的原因。 表82给 定 参 数实 测实测计算估 算RCRL Ui(mV)Uo(V) Au Au5k15k1 5k15k1 2k2【提示】由于共射放大电路输出电阻不等于，所以负载变化时，在输入电压相同的条件下输出电压会发生变化。注意用示波器观测，总结其变化规律。3测取放大电路的输出电阻 在UC =7V、Ui=5mV、fi =1kHz条件下，根据实验内容2测量得到的一组UOC、UOL数据，计算输出电阻Ro，将数据记入表84中。4观察RP变化对输出波形所产生的影响 在UC =7V、Ui=5mV、RL=条件下，逐渐减小Rp，用示波器观察输出波形的变化规律，用万用表直流电压档测量晶体管三个电极对地电压的变化规律，分析放大电路静态工作点的移动规律，判断有可能产生失真的性质，将结果填入表83中。 在UC =7V、Ui=5mV、RC=5.1k，RL=条件下，逐渐增大Rp，用示波器观察输出波形的变化规律，用万用表直流电压档测量晶体管三个电极对地电压的变化规律，分析放大电路静态工作点的移动规律，判断有可能产生失真的性质，将结果填入表83中。表83项目条件UB(V)UC(V)UE(V)Uo的波形电路的性质Ui=5mVRP减小后Ui=5mVRP增大后表84测 算 输 出 电 阻实 测测 算估 算空载Uoc(V)负载UoL(V)Ro(k)Ro(k)六、注意事项 如改变输入交流信号，一定不要过大，以免烧坏三极管。 使用万用表、示波器时，要可靠接地。 测电路静态参数时，用万用表的直流电压档；测动态参数时，用交流毫伏表。七、思考题 放大电路中哪些元件是决定电路静态工作点的？改变Rp电阻值对静态工作点有何影响？在调试中应注意什么？ 为了提高放大器的电压放大倍数，应采取哪些措施？ 无限增大电路负载电阻是否可无限增大Au，为什么？请说出理由。 测量放大器输出电阻Ro时，利用公式Ro=来计算Ro，若电路中负载电阻RL改变，输出电阻Ro会改变吗？放大电路的静态与动态测试有何区别？ 负载电阻变化对放大电路静态工作点有无影响？对电压放大倍数有无影响？ 如何消除放大电路因工作点不合适或者信号太大而引起的非线性失真现象？实验九差分放大电路一、实验目的 熟悉差分放大电路的工作原理。 掌握差分放大电路的基本测试方法。二、预习要求 复习差分放大器的作用、特点及基本工作原理。 回顾不同输入、输出方式下差分放大器的特性及共模抑制比的概念。 取85，计算图91所示实验电路静态工作点及RP调到中点时的电压放大倍数Au、输入电阻Ri、输出电阻Ro。三、实验原理与说明在直流放大电路中，由于不能采用阻容耦合，而只能采用直接耦合的方式，从而存在两个特殊的问题：一个是前后级的静态工作点相互影响的问题；一个是所谓的零点漂移问题。对于前后级的静态工作点相互影响的问题，可通过提高多级放大电路各级的后一级发射级电位的方法解决。【注意】零点漂移主要是由于晶体管的参数会随环境温度的变化而变化造成的，对于零点漂移的抑制，方法很多，其中最有效的电路结构是差分放大电路。 图91 差分放大电路实验电路差分放大电路如图91所示，它是由两个结构相同的共射级放大电路组合而成。三极管V1、V2特性相同，组成对称的电路结构。两个输入回路分别为两个单管放大电路提供偏置电流。RP为调零用电位器，通过调节RP可使不能做到完全对称的差分电路在静态下的双端输出为零。晶体管V3与Re和R2组成恒流源，从而提高了电路抑制零点漂移的能力。 差分放大电路有两个输入端和两个输出端，当信号从两管的基极输入时，称双端输入，从其中一管的基极输入时，称单端输入；信号从两管的集电极输出时，称双端输出，从其中一管的集电极输出时，称单端输出。1零点漂移的抑制 在静态下，由于电路的对称性、温度以及外界的一些干扰信号对V1、V2两管产生的影响(两管的零点漂移)是相同的。在双端输出时，漂移量相互抵消，因而抑制了零点漂移。但实际电路难以做到完全对称，这样只依靠电路的对称性零点漂移就不能被完全抑制。实践中，往往需要采用在单个集电极上取出输出信号(单端输出)的方式，这时对称结构对零点漂移就没有抑制能力了。因而上面的电路在两管的射极接有电阻Re，依靠其很强的负反馈作用，进一步使单端输出和双端输出中零点漂移受到抑制或抵消。2静态工作情况 理想情况下，由于电路对称，静态分析只讨论一个管的静态值即可，分析时可借助电路的单管直流通路。实验中可根据测得的VC1和VC2及VB1和VB2，利用关系式IC =； IB = 分别确定IC1、IC2及IB1、IB2，并进一步求出1、2。3电路的放大作用 差模输入 不论是采取双端输入方式还是单端输入方式，当输入信号加在差分放大电路的输入端时，在V1、V2两管的基极均可得到一对大小相等、极性相反的差模信号。因此，只要负载不是太小，不论是双端输出还是单端输出，差分放大电路对差模信号均有放大作用。 共模输入及共模抑制比 当差分放大电路的两个输入端得到大小相等、极性相同的共模信号时，在理想情况下，电路完全对称，因此，双端输出时每管集电极电流和集电极电压均不变化，即uo=0，共模放大倍数Ac=0。由于电路不可能完全对称，即使有RE的负反馈作用或晶体管恒流源，共模放大倍数不可能等于零。单端输出时，共模放大倍数就更不可能为零。 通常将差模放大倍数Ad与共模放大倍数Ac之比定义为共模抑制比，用KCMR表示，共模抑制比反映了差分放大电路抑制共模信号的能力，其值越大，电路抑制共模信号(零点漂移)的能力越强，放大电路的性能越好。四、实验仪器及设备名 称型号及使用参数数 量模拟电路实验箱TPEA41台数字万用表DT830B1块 差放电路实验板TPEA4实验箱A2板1块双踪示波器SS5702/ SS78021台 五、实验内容及测试方案1 静态工作点的测量【注意】为什么要调零？测量静态工作点的意义是什么？ 将差分放大电路A2实验板插在模拟电路实验箱的电路板插座上，按图91所示差分放大电路接线。 调零：将差分放大电路两个输入端接地。调节电位器RP使双端输出电压Uo=0。 测量静态工作点：在静态工作情况下，用数字万用表按表91的要求测量V1、V2各极对地电压，并计算IC1、IC2、IE3，填入表91中。 表91对 地 电 压 测 量 值(V)计 算 值(mA)VC1VC2VC3VE1VE2VE3IC1IC2IE3【提示】测量静态工作点可以确定管子是否工作在放大区，在后继测量差模与共模输出电压时，实测值必须减去静态值才是差模与共模输出电压。2 差模电压放大倍数的测量【注意】此内容用以验证差动放大电路是否具有放大差模信号的能力。 调节模拟电路实验箱上的直流电压源，使直流信号源的输出电压（OUT1或OUT2）为0.1V。 在图91所示电路的输入端（Ui）分别加入差模电压信号ui=+0.1V和ui=-0.1V，按表92的要求测量并记录，由测量数据uo(uo1、uo2)及ui算出单端和双端输出的电压放大倍数。【注意】必须先调好实验箱上的信号输出，然后才能接入电路。表92 项目输入信号u i 差 模 输 入测量值(V)计算值uo1uo2uoAd1Ad2Ad+0.1V-0.1V【提示】uo1、uo2为两晶体管集电极变化的电压，用万用表的直流电压档测出数据后应做怎样的处理才能得到表格92的计算值。3共模电压放大倍数的测量【提示】此内容用以验证差动放大电路是否具有抑制共模信号的能力将图91所示电路的输入端（Ui）短接，然后对地分别加入共模电压信号+0.1V和-0.1V。按表93的要求测量并记录。由测量数据uo(uo1、uo2)及ui算出单端和双端输出的电压放大倍数。进一步再结合表92的数据算出共模抑制比KCMR。表93 项目输入信号u i 共 模 输 入共模抑制比测量值(V)计算值计算值uo1uo2uoAc1Ac2AcKCMR+0.1V0.1V【注意】如果在差分放大电路的两个输入端加上任意大小、任意极性的输入电压和，我们都可以将它们认为是某个差模输入电压与某个共模输入电压的组合，其中差模输入电压和共模输入电压的值分别为：， 4测量信号单端输入时差放电路的输出【提示】此内容用以比较信号单端输入与双端输入的区别。 将输入端ui2接地，组成单端输入差分放大器，从ui1端分别输入直流信号ui1 =+0.1V和ui1 =-0.1V，测量单端及双端输出电压值，填入表94中。计算单端输入时的单端及双端输出的电压放大倍数。并与双端输入时的单端及双端差模电压放大倍数进行比较。表94 项目输入信号u i 1 差 模 输 入测量值(V)计算值uo1uo2uoAd1Ad+0.1V0.1V六、注意事项 电位VB、VC值为负，测量时注意仪表的极性。 输出电压的波形若有失真，可减小输入电压值。七、思考题 差模放大倍数与输入方式有无关系，与输出方式有无关系？ 共模抑制比越大越好还是越小越好，为什么？ 为什么电路在工作前需进行零点调整？实验十一负反馈放大电路一、实验目的 研究负反馈对放大电路性能的影响。 掌握负反馈放大电路性能的测试方法。二、预习要求 如何判断电路中有无引入反馈？引入的是直流反馈、还是交流反馈？是正反馈、还是负反馈？ 回顾负反馈放大电路的四种基本组态。认真分析放大电路中引入不同组态的负反馈后，将对放大电路的性能分别产生什么样的影响？ 认真阅读实验内容要求，估算待测量内容的变化趋势。 按图112电路中晶体管的值为40，计算该放大电路开环和闭环电压放大倍数。三、实验原理与说明将输出信号的一部分或全部通过某种电路(称为反馈网络)引回到输入端的过程称为反馈。反馈有正、负之分，在放大电路中主要引入负反馈，它可以使放大电路的性能得到显著改善，所以负反馈放大电路得到了广泛应用。1.四种负反馈组态电压串联负反馈、电流串联负反馈、电压并联负反馈、电流并联负反馈。 2.反馈组态的判断 电压反馈和电流反馈将输出电压短路，若反馈回来的反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。 串联反馈和并联反馈反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极，则为并联反馈，此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈，此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。【提示】对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极，另一个加在发射极则为串联反馈。对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端，另一个加在反相输入端则为串联反馈。本次实验中放大电路引入何种反馈组态?3反馈的基本方程 闭环放大倍数的一般表达式根据图111可以推导出反馈放大电路的基本方程。 图111 反馈概念方框图放大电路的开环放大倍数 ，反馈网络的反馈系数, 放大电路的闭环放大倍数。 以上几个量都采用了复数表示，因为要考虑实际电路的相移。由于， 式中 ，称为环路增益。 反馈深度称为反馈深度，= 它反映了反馈对放大电路影响的程度。可分为下列三种情况a当 |1时，|，相当于负反馈b|1时，|，相当于正反馈c|=0 时，|= ，相当于输入为零时仍有输出，故称为“自激状态” 环路增益|环路增益|是指放大电路和反馈网络所形成环路的增益，当|1时称为深度负反馈，与|1相当。于是闭环放大倍数 也就是说，在深度负反馈条件下，闭环放大倍数近似等于反馈系数的倒数，与有源器件的参数基本无关。一般反馈网络是无源元件构成的，其稳定性优于有源器件，因此深度负反馈时的放大倍数比较稳定。4反馈对放大电路性能的影响 负反馈对增益的影响根据负反馈基本方程，不论何种负反馈，都可使反馈放大倍数减小到原来的|1+AF|分之一倍。 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关，即与串联反馈或并联反馈有关，而与电压反馈或电流反馈无关。a串联负反馈使输入电阻增加,增加到原来输入电阻的|1+AF|倍。b并联负反馈使输入电阻减小，减小到原来输入电阻的|1+AF|分之一倍。 负反馈对输出电阻的影响a电流负反馈使输出电阻增加,增加到原来输出电阻的|1+AF|倍。b电压负反馈使输出电阻减小，减小到原来输出电阻的|1+AF|分之一倍。 负反馈对通频带的影响放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。 负反馈对非线性失真的影响负反馈可以改善放大电路的非线性失真，但是只能改善反馈环内产生的非线性失真。 负反馈对噪声、干扰和温漂的影响原理同负反馈对放大电路非线性失真的改善。负反馈只对反馈环内的噪声和干扰有抑制作用，且必须加大输入信号后才使抑制作用有效。四、实验仪器与设备名 称型号及使用参数数 量模拟电路实验箱TPEA41台数字万用表DT830B1块放大电路实验板TPEA4实验箱A1板1块双踪示波器SS5702/ SS78021台五、实验内容及测试方案1. 负反馈放大电路开环和闭环放大倍数的测试 开环电路a将放大电路A1实验板插在模拟电路实验箱的电路板插座上，按图112所示放大电路接线，RF先不接入，注意接线尽可能短，接线完毕仔细检查，确定无误后接通电源。检查各级放大电路的静态工作点是否合适。b. 在输入A端和参考地之间接入频率为1kHz、幅度为100mV左右的交流信号，使Ui为1mV，断开RF。【提示】截止失真是由于基极电流过小造成；饱和失真是由于集电极电流过大或集电极电阻压降过大造成。截止失真可以调整那些元件参数?饱和失真可以调整那些元件参数?c. 分别在空载和负载条件下，按表111要求进行测量并填表；用示波器观察接入负载前后输出波形的变化规律。根据实测值计算开环放大倍数Av和输出电阻Ro。 闭环电路a保持输入不变（fi=1kHz、Ui=1mV左右），接入RF。分别在空载和负载条件下，按表111要求进行测量并填表；用示波器观察接入负载前后输出波形的变化规律。根据实测值计算开环放大倍数Av和输出电阻Ro。b按表111要求测量并填表，计算闭环放大倍数Avf、反馈系数F和输出电阻Rof。c根据实测结果，分析Av与Avf的关系，Ro 与Rof的关系。图112反馈放大电路表111RL(k)Ui(mV)UO (mV)Uf (mV)Av(Avf)Ro (Rof)开环11K51闭环11K511 将RF改接成10K电位器，调节RF，观察并记录RF的变化对输出波形幅度的影响。【提示】示波器输入耦合开关拨在AC位置上信号要经过一个截止频率在20-30Hz的高通滤波器在进入示波器机内电路；拨在DC位置上信号直接进入示波器机内电路。观察反馈信号时，输入耦合开关拨在什么位置上？.六、注意事项在负反馈放大电路中，为了防止产生自激振荡，通常在电路中接入相位补偿网络。七、思考题 放大电路只能引入负反馈吗？放大电路引入正反馈能改善性能吗？ 负反馈愈深愈好吗？什么是自激振荡？什么样的反馈放大电路容易产生自激振荡？如何消除自激振荡？ 用OP设计一个负反馈放大电路，交流性能指标要求与图112相同。通过仿真实验测试所设计电路性能，并与图112进行性能比较。实验十二集成运算放大器线性应用电路一、实验目的 了解集成运算放大器的使用方法及特点。 掌握用集成运算放大器组成的比例、加法、减法、积分等运算电路的特点及性能。二、预习要求 回顾运算放大器的基本工作原理及基本运算关系。 熟悉比例、加法、积分等运算电路的特点。 计算表121124的理论值。三、实验原理与说明 集成运算放大器实质上是一个具有很高开环放大倍数的多级直接耦合放大电路，可实现对电信号的比例、加法、减法、积分、微分和乘除等运算，同时在信号处理、信号测量及波形产生等方面也有广泛的应用。在众多的模拟集成电路中，它是最基本、用途最广的一种放大器。【提示】运算电路是集成运算的线性应用电路，均引入深度电压负反馈，两输入端存在“虚短”和“虚断”的特性1. 比例运算电路 反相输入比例运算电路： 图121即为反相输入比例运算电路。运算放大器输出与输入电压之间的比例关系为 式中负号表明输出与输入相位相反(或极性相反)图121 反相比例运算电路 图122 同相比例运算电路闭环电压放大倍数则为 图中的R2为平衡电阻，R2 =R1RF ，其作用是消除静态电流对输出电压的影响。 同相输入比例运算电路：同相输入比例运算电路如图122所示。分析可得其输出与输入电压之间的比例关系为，输出与输入相位相同(或极性相同)。2反相求和运算电路实验用反相求和运算电路如图123所示，输入信号ui1 、ui2均加在反相输入端。可得其输出与输入电压之间的关系为 ，负号表明输出与输入反相。若R1 =R2，则为 若R1=R2 =RF，则有 ，平衡电阻R3=R1R2RF。图123 反相求和运算电路 图124 减法运算电路3减法运算电路减法运算电路如图124所示。分析可得其输出与输入电压之间的关系为 若R1 =R2；RF=R3，则为 若R1=R2 =RF=R3，则可得 4积分运算电路实验用反相积分运算电路如图125所示。在理想条件下，开关K断开时，若电容两端初始储能为零，则。图125 积分运算电路 图126 输入、输出波形上式表明uo与ui的积分成比例，式中的负号表示两者反相，R1CF称为积分时间常数。当ui是幅值为Uim的阶跃电压时，则有 t 0此时输出电压uo(t) 随时间线性下降，如图126所示，显然时间常数R1CF值越大，达到饱和电压-Uo(sat)所需时间越长。四、实验仪器与设备名 称型号及使用参数数 量模拟电路实验箱TPEA31台数字万用表DT830B1块运算电路实验板TPEA4实验箱A3板1块双踪示波器SS57021台五、实验内容及测试方案1比例运算电路的测量【提示】不同比例运算电路分别引入了那种组态的负反馈？如何识别基本运算电路 反相输入a将运算电路A3实验板插在模拟电路实验箱的电路板插座上，选R1=10k，RF =100k，R2 =R1RFR1，构成图121所示的反相比例运算放大电路。b将直流电源+12V及12V分别引至实验板上的+12V及-12V插口。打开电源，将输入端接地，观测是否Uo=0。否则需要检查运放是否损坏。c输入信号由模拟电路实验箱上的直流信号源的-5V+5V档提供。根据表121中的要求，调节电位器，用数字万用表测量得到不同的输入电压值Ui，以及相应的输出电压值Uo，将结果填入表121中，并与计算值进行比较。 表121直流输出电压Ui(V)0.1V0.5V1V输出电压Uo(V)实测值(V)计算值(V)误 差（%） 同相输入a断开电源，同样取R1=10 k，RF =100 k，R2=R1RF R1，在上述实验电路的基础上，将电路改接为图122所示的同相比例运算电路。b输入信号取法同上，按表122的要求，用万用表测量并记录，并与估算值进行比较。表122直流输出电压Ui(V)0.1V0.5V1V输出电压Uo(V)实测值(V)计算值(V)误 差（%）2 反相输入求和运算电路的测量【提示】反相求和运算电路引入了那种组态的负反馈？表12-3中第三组数据测量结果是否满足反相求和关系？为什么？ 在运算电路实验板上构成图123 表123测 量 量测 量 数 据Ui1(V)0.30.3 11Ui2(V)0.20.2 0.50.5Uo(V)所示的反相输入求和运算电路，直流电源电压仍为12V，取R1=R2 =10 k，RF =100 k， R3 =5 k(可用两个10 k电阻并联代替)。 接通电源，两个输入信号由双路 直流信号源的5V+5V档提供，按表123中的要求进行实验测量，将结果填入表123中，并与计算值进行比较。 3减法运算电路的测量 按图124所示减法运算电路连接线路，直流电源电压仍为12V，取R1=R2 =10 k，RF= R3 =100 k。 接通电源，两个输入信号由双路直流信号源的5V+5V档提供，按表124中的要求进行实验测量，将结果填入表124中，并与计算值进行比较。表124测 量 量测 量 数 据Ui1(V)12 0.20.2Ui2(V)0.51.8 0.20.2Uo(V)4反相输入积分运算电路的测量 在运算电路实验板上构成图125所示的反相输入积分运算电路，电源直流电压仍为12V，CF =10F，R1=R2 =10 k。 使Ui = -1V，断开开关K，用示波器观察Uo的变化，并测量饱和输出电压及有效积分时间。【提示】示波器输入耦合开关拨在AC位置上信号要经过一个截止频率在20-30Hz的高通滤波器在进入示波器机内电路；拨在DC位置上信号直接进入示波器机内电路。观察积分电路饱和输出电压及有效积分时间时，输入耦合开关拨在什么位置上？ 使图125中积分电容改为0.1F，断开K，Ui输入100Hz幅值为0.2V的方波信号，观察Ui和Uo大小及相位关系，并记录波形。 改变Ui频率(20Hz400Hz)，观察Ui与Uo的相位，幅值关系。将测量结果填入自拟表格，画出输出Uo随时间t的变化曲线。六、注意