模拟电子技术实验指导书文档格式.docx
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总之,为了测量静态工作点只需用直流电压表测出UC、UB、UE即可推算出。
2)静态工作点的调试:
放大电路的基本任务是在不失真的前提下,对输入信号进行放大,故设置放大电路静态工作点的原则是:
保证输出波形不失真并使放大电路具有较高的电压放大倍数。
改变电路参数UCC、RC、RB都将引起静态工作点的变化,通常以调节上偏置电阻取得一合适的静态工作点,如图1-1中调节RW1。
RB1减小将引起IC增加,使工作点偏高,放大电路容易产生饱和失真,如图1-2-a所示,U0负半周被削顶。
当RB1增加,则IC减小,使工作点偏低,放大电路容易产生截止失真,如图1-2-b所示。
U0正半周被缩顶。
适当调节Rb1可得到合适的静态工作点。
图1-2
2.电压放大倍数的测量
测量电压放大倍数的前提是放大电路输出波形不应失真,在测量时应同时观察输出电压波形。
在U0不失真条件下分别测量输出电压U0和输入电压Ui的值,则:
。
电压放大倍数大小和静态工作点位置有关,因此在测量前应先调试好一定的静态工作点。
3.最大不失真输出电压的测量
为了在动态时获得最大不失真输出电压,静态工作点应尽可能选在交流负载线中点,因此在上述调试静态工作点的基础上,应尽量加大Ui,同时适当调节偏置电阻RB1(RW1),若加大Ui先出现饱和失真,说明静态工作点太高,应将RB1增大,使IC小下来,即静态工作点低下来。
若加大Ui时先出现截止失真,则说明静态工作点太低,应减小RB1使IC增大。
直至当Ui增大时截止失真和饱和失真几乎同时出现,此时的静态工作点即在交流负载线中点。
这时,再慢慢减小Ui,当刚刚出现输出电压不失真时,此时的输出电压即为最大不失真输出。
三、实验设备及所用组件箱
名称
数量
备注
模拟(模数综合)电子技术实验箱
1
数字式直流电压、电流表
函数发生器及数字频率计
电子管毫伏表
双踪电子示波器
四、实验步骤
1.用图示仪测量所用管子的β值
测量VCE=6V,IC=1mA和IC=3mA时的β值。
β1=
2.静态工作点测试:
a)将三极管V1的信号输入端H与地短接(即用一短线将H端接地端连通)。
用线短接电位器RW2和电阻R7。
连接R6和C2的上面两端。
b)调节RW1,使IC=2mA,测UC、UB、UE值计入表1-1中。
表1-1β=
测量值
计算值
IC(mA)
UC(V)
UB(V)
UE(V)
UCE(V)
IB(V)
3.电压放大倍数的测量
a)将H、K点用一短线接通,保持IC=2mA,调节函数发生器,使其输出正弦波信号,频率为f=1kHz,信号加在US和接地端之间,逐渐加大输出信号幅度,使Ui=5mV,(注意:
Ui是H端对地的电压),同时用示波器观察输出信号U0的波形,在U0不失真情况下,测量下述二种情况下的U0值。
记入表1-2中
(1)RC=3.3kRL=∞
(2)RC=3.3kRL=2kΩ
表1-2
RC(kΩ)
RL(kΩ)
U0(V)
Ui波形
U0波形
AU
图形互相反相
b)用示波器观察Ui、U0间相位关系,描绘之。
4.静态工作点对电压放大倍数的影响
使RL=∞,Ui=5mV,用示波器监视U0波形,在U0不失真的范围内,测出数组IC和U0值。
记入表1-3。
表1-3
IC(mV)
U0(mV)
5.最大不失真输出电压的测量
使RL=∞,尽量加大Ui,同时调节RW1改变静态工作点,使U0波形同时出现削顶失真和缩顶失真,再稍许减小Ui,使U0无明显失真,测量此时的Uimax和Uomx及IC值。
记入表1-4。
表1-4
Uimax(mV)
Uomax(V)
6.静态工作点对放大电路失真的影响
取IC=1.5mA,RL=∞,调节Ui,使之略小于Uimax,此时U0波形不失真,测量UCE和IC值,并绘出U0波形,调节RW1,使IC减小,观察U0波形的变化,当U0波形出现失真后,绘出U0波形,然后将函数发生器输出信号幅度调节旋钮至零,测量此时的UC、UCE。
调节RW1,使IC增大,当U0波形产生失真后,绘出U0波形,然后将信号源输出旋钮旋至零,测量此时UCE、IC值,将上述结果记入表1-5。
表1-5
属何种失真
7.输入电阻ri的测量
最简单的办法是采用如图1-3所示的串联电阻法,在放大电路与信号源之间串入一个已知阻值的电阻RS,通过测出US和Ui的电压来求得ri
本实验中,用R1代替RS,断开H、K间短线其余同前面实验,函数发生器输出信号电压US加于US和接地端之间(见图2-1)其余同前面实验。
测得US、Ui'
,记入表1-6,度计算出ri。
图1-3
测试时注意US不应取得太大,以免晶体管工作在非线性区。
表1-6R1=5.1kΩ,RL=2kΩ
Ui'
US
计算ri
U0∞
U0L
计算r0
8.输出电阻r0的测量
测量输出电阻时的电路如图1-3-b所示,测出放大电路输出电压在接入负载RL时的值U0和不接负载(RL=∞)时的输出电压U0'
的变化来求得输出电阻。
具体方法是将图1-1又恢复原状,即H、K再次短接起来,函数发生器输出从US和地端输入,且将放大电路输入信号的频率调至1kHz,幅度保持恒定(Ui约5mV)的正弦电压,用双踪示波器监视输入,输出波形不失真的前提下,测得负载电阻RL接入和不接入二种情况下放大电路的输出电压U0和U0'
从而求得输出电阻
将测到的值记入表1-6,并计算出r0。
实验二晶体管多级放大电路
1.掌握多级放大电路的电压放大倍数的测量方法。
2.测量多级放大电路的频率特性。
3.了解工作点对动态范围的影响。
实验电路如图2-1所示。
总的电压放大倍数
图2-1
本实验电路输入端加入了一个
的分压器,其目的是为了使交流毫伏表可在同一量程下测US和U02,以减少因仪表不同量程带来的附加误差。
电阻R1、R2应选精密电阻,且R2<
<
ri1。
接入C7=6800pF是为了使放大电路的fh下降,便于用一般实验室仪器进行测量。
必须指出,当改变信号源频率时,其输出电压的大小略有变化,测放大电路幅频特性时,应予以注意。
双踪示波器
1.实验一中已测了三极管V1的β1的值,本实验中再测三极管V2和V3的β值,记入表2-1中。
表2-1
β1
β2
β3
2.调节工作点
(1)按图3-1接线,图中H、K用线接起来,RW2两端用线短接,与R7并联的小开关合上,连接R6和C2的上面两端,将V1的集电极与C4电容正极接通,就组成了图3-1的两级阻容耦合放大电路。
(2)调节RW1和RW3,使IE1≈1.3mA,IE3=4.9mA(通过测量R6、R12上电压求得),将V1、V3的工作点记入表2-2。
表2-2工作点测试
UB1(V)
UE1(V)
UC1(V)
IC1(mA)
UB3(V)
UE3(V)
UC3(V)
IC3(mA)
实验值
表中:
UB1、UE1、UC1分别代表三极管V1的基极对地电位,发射极对地及集电极对地电位。
UB3、UE3、UC3分别代表三极管V3的基极、发射极、集电极对地电位,IC1为V1的集电极电流
;
IC3的集电极电流
3.测量放大倍数
当输入信号Ui的频率f=1KHz,Ui的大小应使输出电压不失真,RL=2kΩ时,测试各级放大倍数。
测得的数据填入表2-3。
但须注意,应在示波器监视输出波形不失真条件下,才能读取数据。
表2-3各级放大倍数测试(RL=2kΩ)
Ui(mV)
U01(mV)
U02(mV)
Au1
Au2
Au总
4.测量幅频特性
保持US=100mV的条件下,改变输入信号的频率,先找出本放大电路的fL和fh,然后测试多级放大电路的幅频特性。
测放大电路下限频率fL和上限频率fh的方法是:
在测量放大倍数实验(3)中,已测出了中频段的电压放大倍数Au,和此时放大电路的输出电压U0=U02的值。
调节函数发生器输出正弦波频率,若先降低频率,且保持Ui大小不变,测U0的值,当输出电压的值降到中频段输出电压值的0.707倍时,此时对应的频率即为下限频率。
再将信号源的频率升高,当f升高到一定值,若输出电压值再度降到中频段输出电压的0.707倍时,此时对应的频率即为上限频率fh。
表2-4频率特性测试fL=fh=
f(Hz)
1000
900
600
400
200
155
50k
60k
70k
80k
V02(mV)
Au
注:
用双对数座标纸画出幅频特性
5.末级动态范围测试(RL=2kΩ)
用示波器观察U02的波形,输入信号频率f=1kHz,调节US从100mV逐渐增大,直到U02的波形在正或负峰值附近开始产生削波,这时适当调节RW3,直到在某一个US下,U02的波形在正、负峰值附近同时开始削波,这表明V3的静态工作点正好们于动态(交流)负载线的中点。
再缓慢减小US到U02无明显失真将V3的工作点(UB2、UC2、UE2)以及U02PP记入表2-5中。
表2-5末级动态范围测试
实验值
图解法
实验三多级放大负反馈电路、射级跟随电路
1.验证负反馈对放大器性能(放大倍数,频率特性,输出阻抗等)的影响。
2.掌握射极跟随器基本性能及应用。
图3-1
实验电路如图3-1所示。
(1)若H接K,RW2短接,K1合上,A'
接D,F接地,电路就成为无射极跟随无级间电压负反馈的两级阻容耦合放大器,同前一实验电路。
(2)若H接K,RW2短接,K1断开,F接G,A'
接D,则电路成为无射极跟随但有级间负反馈放大器。
(3)H接K,RW2短接,K1合上,A'
接B,CC'
接通,E接D,F接地,电路成为有射极跟随无级间电压负反馈放大器。
接入RL是为了测量放大器输出电阻,其原理在实验一中已有。
负反馈放大器的一般表示式为
A为开环放大倍数,Af为闭环放大倍数,F为反馈系数。
若Am表示中频开环放大倍数,且增益表达式只有一个主极点频率,则加负反馈后
fhf=fh(1+AmF)
fLf=fL(1+AmF)
其中fhf、fLf为加负反馈后上、下限频率。
本实验中rif=ri(1+AmF)rof
其中rif、rof为加负反馈后的输入、输出电阻。
三、实验设备及所用组件箱。
1.测量静态工作点
UCC=+12V,A'
接D,F接地,连接R6和C2的上面两端,调节RW3、RW1,使UE1=UE3=2.3V(即V1和V3的发射极对地电位),把工作点有关数值入记表3-1。
表3-1
计算值
级
β
IE(mA)
UE(V)
UC(V)
rbe(Ω)
IE(V)
第一级
第三级
2.测无射跟无级间反馈的放大器的指标(方法、步骤同实验三)。
加信号电压US=100mV,f=1kHz,测量中频电压放大倍数Aom及r0,ri,改变信号频率,测量fh和fL,数据记入表3-2。
测r0方法,保持US=100mV不变,输出端不接RL测一个输出电压U0'
,输出端接上负载电阻RL后再测一输出电压值U0,由式
,算出输出电阻值。
表3-2
Aum
fh
fL
r0
ri
计
算
值
实
验
700khz
13hz
U0'
U0
Us
Ui
测输入电阻ri的方法:
断开H、K之间连线,信号源仍从S端加入,f=1kHz,测量出此时的US和Ui根据式
算出ri的值。
3.测无射级跟随有级间负反馈时的放大器指标
A'
接D,F接G,K1断开,连接R6和C2的上面两端,组成有级间负反馈的两级放大电路,重复步骤2,数据记入表3-3。
表3-3
Auf
Auf=
fhf
fLf
rof
rif
4.*测有射级跟随无级间反馈的放大器指标
C、C'
相连,A'
接B,E接D,F接地,连接R6和C2的上面两端,K1合上加信号电压US=50mV,f=5kHz,测量其Aum及改变信号频率测fh、fL数据记入表3-4。
表3-4
五、实验报告
1.在双对数座标纸上,将上述几项测试结果,分别绘制幅频特性曲线(标明多级放大器的反馈情况)。
2.根据实验所得数据,求出各种情况下放大器的输出电阻。
3.由实验所得结果说明负反馈对放大器性能有何影响?
4.射极跟随器本身电压放大倍数≈1,加入后为何能提高总的放大倍数?
六、预习思考
1.复习教材中有关晶体管多级放大及负反馈部分的内容。
2.在图3-1中,已知UCC=12V,IE1=1.3mA,IE2=4mA,IE3=4.9mA,根据实验三中实测的β1=、β2=、β3=,且β=β。
分别计算实验原理中所述的
(1)和
(2)两种电路的电压放大倍数,上、下限频率及输出电阻。
3.定性比较
(1)和(3)两种电路的电压放大倍数和上、下限频率。
实验四差动放大电路
1.学习差动放大电路静态工作点的测量。
2.测定差动放大电路在不同输入和输出连接方式下的差模和共模电压放大数。
3.了解差动放大电路对共模信号和抑制作用。
图4-1
将两特性相同的基本放大电路按如图5-1所示电路组合在一起便形成了差动放大器。
RW为调零电位器,信号从Ui1、Ui2两端输入,在V1、V2两管集电极输出U0,两个电阻R3、R4为均压电阻。
将A13、A14接通,构成典型的差动放大器,调零电位器RW2可以弥补电路两边的不对称,用来调节V1、V2两管的初始工作状态,使输入信号Ui为零时,双端电压U0也为零。
R12为两管共用发射极电阻,对差模信号无负反馈作用,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,即对共模信号有抑制作用。
R12与负电源UEE配合,使两管V1、V2获得合适的静态工作点。
将A13和V3的集电极接通,构成具有恒流源的差动放大器。
它用晶体管恒流源代替了发射极电阻R12,可进一步提高差动放大器的共模抑制能力。
差动放大器当输入差模信号时,差模电压放大倍数Ad的大小与输出方式有关,而与输入方式无关。
1.差动输入,双端输出
输入信号Ui从Ui1、Ui2两端输入,A13接A14,则
,其差模放大倍数为:
(4-1)
Ad等于单管时的放大倍数。
2.单端输入,双端输出
Ui加在Ui1、Ui2两端,Ui2接地,A13接A14,则电路为单端输入,双端输出,其差模放大倍数同(4-1)式。
3.不管何种输入方式,当输出为单端输出时有关系式
(4-2)
Ad等于单管放大倍数的1/2。
4.共模抑制比
Ui1、Ui2两点相联,共模信号加到Ui1与地之间,A13接A14,若为双端输出,则在理想情况下,AC=0。
若为单端输出,则共模倍数,
共模抑制比CMRR
,欲使CMRR大,就要求Ad大,AC小;
欲要AC小,就要求Re阻值大。
当图5-1中A13接V3的集电极时,由于V3的恒流作用,等效的Re极大,显然CMRR就很大。
1.典型差动放大器
(1)静态工作点的测量
a.调节放大器零点
A13接A14,Ui1、Ui2端相联接地,接通直流稳压电源,然后调节RW2电位器,使放大器双端输出电压U0=0。
b.静态工作点的测量
测量V1、V2管各电极电位及电阻R12两端电压UR12,记入表4-1。
用数字式直流电压表测量。
表4-1静态工作点测量
UC2(V)
UB2(V)
UE2(V)
UR12(V)
IC(mA)
IB(mA)
UCE(V)
(2)电压放大倍数的测量
*每次改接输入方式后,需重新校正放大器零点,以求测量数据准确。
a.将函数发生器输出的频率为1kHz的正弦信号加在Ui1、Ui2两点之间,用示波器监视输出波形,在输出无明显失真情况下,用电子管毫伏表测UC1、UC2、U0、UR12、Ui1、Ui2,并计算差动输入,双端输出时的放大倍数。
表4-2
典型差动放大器
双端输入
单端输入
共模输入
Ui1(V)
Ui2(V)
U0(V)
b.将1kHz正弦波信号加在Ui1、Ui2两点之间,且把Ui2端接地,此时电路为单端输入,在输出无明显失真情况下,测量U0、UC1、UC2、UR12、Ui1、Ui2,并计算单端输入、双端输出时的放大倍数,将以上数据记入表5-2中,并计算双端输入单端输出以及单端输入、单端输出时的放大倍数。
(3)比较相位
示波器接外同步方式,观察和比较UC1、UC2与Ui的相位。
两波形相位相差90度
(4)测量CMRR
Ui1、Ui2两点相联,A13接A14,在Ui1(Ui2)与地间加入1kHz、1V正弦交流电压,测Ui1(Ui2)、UC1、UC2、U0、UR12将测昨数据记入表4-2中,并计算共模放大倍数AC1,也记入表中。
2.具有恒流源的差动放大器
A13接A15构成具有恒流源的差动放大器,输入端Ui1、Ui2之间加入1kHz的正弦交流信号后,重复内容(1~4)的要求,记入表4-3中。
3.*测试差动放大器的输入-输出特性
表4-3
具有恒流源差动放大器
U
UC1(V)
Ad1
Ac1
CMRR
在典型差动放大器Ui1、Ui2两端加入图5-2所示的电压Ui,
图5-2
按表4-4所定输入信号电压值,记录对应的U0值。
表4-4
Ui(V)
0.1
0.2
0.3
0.5
0.6
0.7
-0.1
-0.2
-0.3
-0.5
-0.6
-0.7
实验五集成运算放大的基本运算电路
1.测试由集成运算放大电路构成的同相输入比例运算电路的电压传输