模拟电路实验讲义.docx
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模拟电路实验讲义
实验一 单级交流放大电路
一、实验目的
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1－1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1－1共射极单管放大器实验电路
在图1－1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
UCE＝UCC－IC（RC＋RE）
电压放大倍数
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
算出IC（也可根据
，由UC确定IC），
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IC（或UCE）的调整与测试。
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1－2（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（一般截止失真不如饱和失真明显），如图1－2（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1－2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1－3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1－3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。
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
2） 输入电阻Ri的测量
为了测量放大器的输入电阻，按图1－4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
图1－4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1-4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
即可求出
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1－5）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
。
或用示波器直接读出UOPP来。
图1－5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1－6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
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
fBW＝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，在低频段与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。
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
3DG9011（NPN）
3CG9012（PNP）
9013（NPN）
图1－6幅频特性曲线图1－7晶体三极管管脚排列
三、实验设备与器件
1、＋12V直流电源 2、函数信号发生器
3、双踪示波器 4、交流毫伏表
5、直流电压表6、直流毫安表
7、频率计 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1－7所示）
电阻器、电容器若干
四、实验内容
实验电路如图1－1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1－1。
表1-1IC＝2mA
测量值
计算值
UB（V）
UE（V）
UC（V）
RB2（KΩ）
UBE（V）
UCE（V）
IC（mA）
2、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1－2。
表1－2Ic＝2.0mAUi＝mV
RC（KΩ）
RL（KΩ）
Uo（V）
AV
观察记录一组uO和u1波形
2.4
∞
1.2
∞
2.4
2.4
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1－3。
表1－3 RC＝2.4KΩRL＝∞Ui＝ mV
IC（mA）
2.0
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1－4中。
每次测IC和UCE值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。
表1－4RC＝2.4KΩRL＝∞Ui＝ mV
IC（mA）
UCE（V）
u0波形
失真情况
管子工作状态
2.0
5、测量最大不失真输出电压
置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，按照实验原理1.4）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
1－5。
表1－5RC＝2.4KRL＝2.4K
IC（mA）
Uim（mV）
Uom（V）
UOPP（V）
*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1-6。
保持US不变，断开RL，测量输出电压Uo，记入表1-6。
表1-6 Ic＝2mARc＝2.4KΩRL＝2.4KΩ
US
（mv）
Ui
（mv）
Ri（KΩ）
UL（V）
UO（V）
R0（KΩ）
测量值
计算值
测量值
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1－7Ui＝mV
flfofn
f（KHz）
UO（V）
AV＝UO/Ui
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？
注：
附图1－1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1－1
实验二多级交流放大电路
一、实验目的
1、学习两级交流放大电路静态工作点的调整方法。
2、学习两级交流放大电路电压放大倍数的测量方法。
3、学习交流放大电路频率特性的测量方法。
二、实验原理图
三、实验设备与器件
1、＋12V直流电源 2、函数信号发生器
3、双踪示波器 4、交流毫伏表
5、直流电压表6、直流毫安表
7、频率计 8、万用电表
9、晶体三极管3DG6×1（β＝50～100）或9011×1
电阻器、电容器若干
四、实验内容：
1、调整静态工作点。
参考值：
Vc1＝6V，Vc2＝8V。
2、输入频率为1KHz，幅度为5mV的正弦交流信号。
若输出失真，则微调静态工作点消除失真。
测量并记录各级静态工作点的参数值。
第一级
第二级
VRB（V）
VCE（V）
IB（μA）
Ic（mA）
VB（V）
Vc（V）
VE（V）
3、分别测试第一、二级和总的交流放大电路的空载电压放大倍数以及带负载电压放大倍数，测量并记录于下表中。
输入、输出电压
电压放大倍数
Vi（mV）
Vo1=Vi2V
Vo2=Vo（V）
Av1=Vo1/Vi1
Av2=Vo2/Vi2
Av=Vo/Vi
RL=∞
RL=2.7K
4、测量两级交流放大电路的频率特性。
fL=__________,fH=___________。
f（Hz）
V（V）
5、分别测量两个单级放大电路的放大倍数。
第一级
第二级
两级
Vi1（mV）
Vo1（V）
Av1
Vi2（mV）
Vo2（V）
Av2
Av=Av1.Av2
五、报告要求
1、总结两级放大电路级与级之间的影响关系。
2、用对数或半对数表画出幅频特性曲线。
3、说明交流放大电路的上、下限频率各受电路哪些参数影响。
4、运用EWB在虚拟环境中测试两级放大电路的频率特性。
方法：
（1）建立电路。
（2）设置静态工作点。
（3）应用扫频仪测试电路的幅频特性和相频特性。
六、预习要求
1、复习示波器、信号发生器和交流毫伏表的使用方法。
2、复习多级放大电路的工作原理及频率特性理论，思考各级放大器的静态工作点、放大倍数互相间是否有影响？
3、根据放大器上、下限频率的定义思考其测量方法。
4、根据实验内容拟定实验步骤（详细说明频率特性的测试方法），实验前交指导教师检查。
5、列出本实验所需仪器的名称及型号。
实验三 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3－1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。
图3－1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
（认为UB1＝UB2≈0）
恒流源电路
2、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，
单端输出
当输入共模信号时，若为单端输出，则有
若为双端输出，在理想情况下
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
或
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 2、函数信号发生器
3、双踪示波器 4、交流毫伏表
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
1、典型差动放大器性能测试
按图3-1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、T2管各电极电位及射极电阻RE两端电压URE，记入表3－1。
表3-1
测量值
UC1（V）
UB1（V）
UE1（V）
UC2（V）
UB2（V）
UE2（V）
URE（V）
计算值
IC（mA）
IB（mA）
UCE（V）
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3－2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3－2，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。
表3-2
典型差动放大电路
具有恒流源差动放大电路
单端输入
共模输入
单端输入
共模输入
Ui
100mV
1V
100mV
1V
UC1（V）
UC2（V）
/
/
/
/
/
/
/
/
CMRR=│
│
2、具有恒流源的差动放大电路性能测试
将图3－1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3－2。
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）静态工作点和差模电压放大倍数。
2）典型差动放大电路单端输出时的CMRR实测值与理论值比较
3）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。
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β1＝β2＝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？
实验四 负反馈放大器
一、实验目的
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4－1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
其中 AV＝UO／Ui—基本放大器（无反馈）的电压放大倍数，即开环电压放大倍数。
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。
图4－1带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器
2）反馈系数
3） 输入电阻
Rif＝（1＋AVFV）Ri
Ri —基本放大器的输入电阻
4）输出电阻
RO—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
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