RO>>RL负载从放大器获取最大功率
(II)教材图1-5是实际工程中测量放大器输出阻抗的原理图,试根据该图简单分析为什么电阻RL的取值不能太大也不能太小。
(III)对于小信号放大器来说一般希望输出阻抗足够小,根据您所学的理论知识,分析有哪些方法可以减小图1-3中放大电路的输出阻抗。
6、计算图1-3中各元件参数的理论值,其中
已知:
VCC=12V,Vi=5mV,RL=3KΩ,RS=50Ω,T为9013
指标要求:
AV>50,Ri>1KΩ,RO<3KΩ,fL<100Hz,fH>100kHz(建议IC取2mA)
必做实验:
1、除1-
(1)外的全部实验(所有波形必须定量记录,包括幅度、频率等,输入和输出波形必须记录在同一坐标内)。
2、实验修改内容:
(I)3-
(1)的内容和3-
(2)、3-(3)合并,表1-1修改为
静态工作点电流ICQ(mA)
1
x(设计值)
测量值
测量值
理论值
误差
输入端接地
VBQ(V)
VCQ(V)
VEQ(V)
输入信号Vi=5mV
VS(mV)
VO(V)
VO’(V)
计算值
VBEQ
VCEQ
AV
Ri/kΩ
RO/kΩ
(II)内容4增加下表
完全截止
(开关特性观察)
截止失真
饱和失真
完全饱和
(开关特性观察)
测量值
VBQ(V)
VCQ(V)
VEQ(V)
计算值
ICQ(mA)
VBEQ
VCEQ
R1
选做实验:
1、1-
(1)全部内容。
2、利用失真度仪测量4-
(1)、4-
(2)中失真波形的失真度。
注意事项:
1、各仪器的地线应与电路的地公共接地。
2、稳压电源的输出电压应预先调到所需的电压值再接入实验电路中。
3、若电路存在自激,可改变元件的接线位置或走向,并注意电解电容的极性。
实验二场效应管源极跟随器设计
实验时数:
3学时
时间要求:
第7周内完成,第8周内交实验报告
教材:
《电子线路实践》Page6~8
实验检查:
值班教师抽查
学习目标:
1、掌握场效应管放大电路的工程估算、安装和调试
2、了解三极管各项基本器件参数、工作点、偏置电路、输入阻抗、输出阻抗、增益、幅频特性等的基本概念以及测量方法
3、掌握基本的模拟电路的故障检查和排除方法,深化示波器、稳压电源、交流电压表、函数发生器的使用技能训练
必做实验:
1、Page8,实验内容3~8
实验三运算放大器基本参数测试
实验时数:
3学时
时间要求:
第8周内完成,第9周内交实验报告
教材:
《电子线路实践》Page15~19
实验检查:
值班教师随机抽查
学习目标:
1、理解通用运放主要参数的意义,学会其测量方法,为选择运放和设计运放应用电路打下基础。
必做实验:
1、page19页全部实验内容
实验四单级低频电压放大器(扩展)
实验时数:
3学时
时间要求:
第9周内完成,第10周内交实验报告
教材:
《电子线路实践》Page1~6
实验检查:
带班教师检查
学习目标:
1、掌握幅频特性等的基本概念以及测量方法
2、了解负反馈对放大电路特性的影响
设计提示:
1、电路频率特性的下限频率值主要受C1,C2和CE影响,其关系分别为
2、幅频特性曲线、上限频率、下限频率、截止频率中心频率、带宽的测量方法
(a)单级放大器放大特性(b)低通特性(c)高通特性(d)带通特性
幅频特性反应了电路增益和频率之间的关系,上图列出了常见的幅频特性类型。
(a)和(d)中的fL表示下限频率,fH表示上限频率,(d)中的f0表示中心频率,带宽BW=fH-fL;(b)和(c)中的f0表示截止频率。
在实验中可采用“逐点法”测量不同频率时的电压放大倍数AV来测量幅频特性。
测量时,保持输入信号幅度不变,改变输入信号频率,每改变一次信号频率,用交流毫伏表或示波器测量一个输出电压值,计算其增益,然后将测试数据列表、整理并在坐标纸上将其连接成曲线。
由于函数发生器的输出信号幅度在不同的频率会有变化,因此每改变一次频率都要用交流毫伏表或示波器测量输入信号的幅度,一定要保证输入信号的幅度不改变。
为了更快更准确的测量幅频特性,必须根据不同幅频特性类型,选择不同的测量技巧。
对于(a)可先测出中频区的输出电压值,然后调高或调低频率使输出电压降到中频电压值的0.707倍,从而找到fL和fH,然后在fL和fH之间和左右找3至5个点进行测量,即可较准确的绘制曲线。
(b)和(c)也可参考这种方式来测量。
对于(d)可从较低的频率值逐步增加频率,用交流毫伏表或示波器测量输出信号,刚开始输出信号幅度随着频率的增加而增加,当增加到某一个频率时,输出信号幅度随着频率的增加开始减小,则该频率为中心频率,记下该频率对应的幅度,然后调高或调低频率使输出电压降到中心频率电压的0.707倍,从而找到fL和fH。
预习思考:
1、对于小信号放大器来说一般希望上限频率足够大,下限频率足够小,根据您所学的理论知识,分析有哪些方法可以增加图1-3中放大电路的上限频率,那些方法可以降低下限频率。
2、负反馈对放大器性能的影响
引入交流负反馈后,放大器的电压放大倍数将下降,其表达式为
式中,F为反馈网络的传输系数;AV为无负反馈时的电压放大倍数。
引入负反馈后通频带加宽,负反馈放大器的上限频率fHF与下限频率fLF的表达式分别为
和
。
引入负反馈还会改变放大器的输入电阻与输出电阻,其中并联负反馈能降低输入阻抗,串联负反馈能提高输入阻抗,电压负反馈使输出阻抗降低,电流负反馈使输出阻抗升高。
必做实验:
1、内容6修改为:
调整ICQ=x(设计值),保持Vi=5mV不变,改变信号频率,用逐点法测量不同频率下的VO值,计入表1-2中,并画出幅频特性曲线,记录下限频率fL、上限频率fH,计算带宽BW
增加以下内容:
a)输入Vi=5mV,f=fL,用示波器双踪显示输入输出波形,记录波形,并测量两者间的相位差
b)输入Vi=5mV,f=fH,用示波器双踪显示输入输出波形,记录波形,并测量两者间的相位差
2、负反馈对放大器性能的影响
在实验电路中增加反馈电阻RF=10Ω,构成电流串联负反馈放大器,调整ICQ=x(设计值),测量该电路的增益、输入阻抗、输出阻抗、下限频率fL、上限频率fH、带宽BW,并和前面实验测量的结果进行分析比较。
注意事项:
1、在测幅频特性时,随着频率升高,信号发生器的输出幅度可能会下降,从而出现输入信号Vi与输出信号Vo同时下降的现象。
所以在实验中要经常测输入电压值,使其维持5mV不变。
实验五模拟运算放大电路
(一)
实验时数:
3学时
时间要求:
第10周内完成,第11周内交实验报告
教材:
《电子线路实践》Page20~30
实验检查:
带班教师检查
学习目标:
1、了解运放调零和相位补偿的基本概念。
2、熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法等电路的设计方法。
3、熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法,以及增益、传输特性曲线的测量方法。
设计提示:
1、运放“调零”,是指运放作直流放大器用时,由于输入失调电压和失调电流的影响,当运放的输入为零时,输出不为零,这不仅影响运放的精度,严重时还会造成运放不能正常工作。
调零一般是在运放的输人端外加一个补偿电压,抵消运放本身的失调电压,达到凋零的目的。
有的运放有调零引出端如本实验用到的741,其调零电路如下图所示,调节电位器RW,可使运放输出电压为零。
也有的运放无调零引出端,需要在同相端或反相端接一定的补偿电压来实现。
图1调零电路图
2、用示波器测量电压传输特性曲线的方法
图2电压传输特性曲线测量
双端口网络的输出电压值随输入电压值的变化而变化的特性叫做电压传输特性。
电压传输特性在实验中一般采用两种方法进行测量。
一种是手工逐点测量法,另一种是采用示波器X-Y方式进行直接观察。
手工逐点测量法可以在输入端加一个直流电压,逐步改变输入端电压,每改变一次记录一个输出电压值,最后把所有测量所得数据记录在坐标纸上,所有的点连接起来就是电压传输特性曲线。
这种测量方式最大的优点是设备简单,只要有直流电压表就可以了,缺点是繁琐,同时由于是取有限的点进行测量,有可能丢失比较重要的信息点,所以测量精度有限。
示波器X-Y方式进行直接观察,是把一个电压随时间变化的信号(如:
正弦波、三角波、锯齿波)在加到电路输入端的同时加到示波器的X通道,电路的输出信号加到示波器的Y通道,利用示波器X-Y图示仪的功能,在屏幕上显示完整的电压传输特性曲线,同时还可以测量相关参数。
测量方法如图2所示。
具体测量步骤如下:
(1)选择合理的输入信号的电压,一般与电路实际的输入动态范围相同,太大除了会影响测量结果以外还可能会损坏器件;太小不能完全反应电路的传输特性。
(2)选择合理的输入信号频率,频率太高会引起电路的各种高频效应,太低则使显示的波形闪烁,都会影响观察和读数。
一般取50~500Hz即可。
(3)选择示波器输入耦合方式,一般要将输入耦合方式设定为DC,比较容易忽视的是在X-Y方式下,X通道的耦合方式是通过触发耦合按钮来设定的,同样也要设成DC。
(4)选择示波器显示方式,示波器设成X-Y方式,对于模拟示波器,将扫描速率旋钮逆时针旋到底就是X-Y方式;对于数字示波器,按下“Display”按钮,在菜单项中选择X-Y。
(5)进行原点校准,对于模拟示波器,可把两个通道都接地,此时应该能看到一个光点,调节相应位移旋钮,使光点处于坐标原点;对于数字示波器,先将CH1通道接地,此时显示一条竖线,调节相应位移旋钮,将其调到和Y轴重合,然后将CH1改成直流耦合,CH2接地,此时显示一条水平线,调节相应位移旋钮,将其调到和X轴重合。
3、电压增益(电压放大倍数AV)测量方法
电压增益是电路的输出电压和输入电压的比值,包括直流电压增益和交流电压增益。
实验中一般采用万用表的直流档测量直流电压增益,测量时要注意表笔的正负。
交流电压增益测量要在输出波形不失真的条件下,用交流毫伏表或示波器测量输入电压Vi(有效值)或Vim(峰值)或Vip-p(峰-峰值)与输出电压Vo(有效值)或Vom(峰值)或Vop-p(峰-峰值),再通过计算可得。
测试框图如图所示,其中示波器起到了监视输出波形是否失真的作用。
测电压增益(电压放大倍数AV)
预习思考:
1、设计一个反相比例放大器,|AV|=10,Ri>10KΩ,将设计过程记录在预习报告上
2、设计一个同相比例放大器,|AV|=11,Ri>100KΩ,将设计过程记录在预习报告上
3、设计一个电路满足运算关系VO=-2Vi1+3Vi2
必做实验:
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=10kΩ,RF=100kΩ,RL=100kΩ,RP=10k//100kΩ。
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
(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。
(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。
2、24页内容3-
(2),其中方波信号从示波器的校准信号获取,模拟示波器Vi1为1KHz、1V的方波信号,数字示波器Vi1为1KHz、5V的方波信号,实验中如波形不稳定,可微调Vi2的频率。
选做实验:
1、按图5-1连接电路,电路中电源电压±15V,R1=10kΩ,RF=100kΩ,RL=100kΩ,RP=10k//100kΩ。
,将输入端接地,用万用表测量并记录输出端电压值;如果不为0,按照预习思考题中的电路接入调零电路,调节电位器RW,使运放输出电压为零。
分析如果不调零1—(I)的实验结果会增加多少误差,以及如果不调零对必做实验内容1—(II)的结果有没有影响。
注意事项:
1、要注意运放器件的管脚顺序和电解电容的极性。
2、使用运算放大器时要注意不能超过各项参数的极限值,如最大电源电压、最大输入电压、最大输出电流等。
电源电压应预先调到所需的电压值后再接入到实验电路中,同时请注意正负电源的接法。
3、部分实验需要输入可调的直流电压,这可通过由电位器串接电阻组成分压电路来实现,串接固定电阻的目的是限流,避免烧坏器件和电源。
4、仪器和电路的接地:
在电路的调试过程中,如果仪器的接地端连接不正确,或者接触不良,会直接影响测量精度,甚至影响到测量结果的正确与否。
在实验中直流稳压电源的地、示波器的“地”、函数信号发生器、交流毫伏表的“地”都必须和电路的“地”连接在一起,否则会导致信号不正确。
5、运算放大器电路的调试方法
1)在调试741应用电路时,一般采用以下步骤
2)检查集成电路插接方向是否正确;
3)测量7脚的电压是否为正电源电压值,4脚的电压是否为负电源电压值;
4)根据电路特性,测量2脚和3脚电压值是否符合理论值。
以反相放大器为例,电路中2脚=3脚=0V。
如果3脚电压不等于0V,一般是同相端外接电路开路,如果2脚和3脚不等,则有可能运算放大器损坏;
5)用万用表测量运放的好坏。
主要测正负电源端与其它各引脚之间是否短路,若无短路则正确;电路中主要晶体管的PN结电阻值是否正确,应该正向电阻小,反向电阻大。
测试时注意,不用小电阻档(如“×1”档),以免测试电流过大;也不要用大电阻档(如“×10K”档),以免电压过高损坏运放。
对于完好的741,测试结果应该如所示,如果测得阻值与表中值相差太多,说明运放的差动输入级或者推挽输出管有损坏。
表笔
阻值
表笔
阻值
表笔
阻值
表笔
阻值
黑+
红-
黑+
红-
黑+
红-
黑+
红-
7脚