模拟电子技术实验综合共19页.docx

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模拟电子技术实验综合共19页

实验1单级晶体管放大电路

一、实验目的

1．掌握放大电路静态工作点的调整和测试方法。

2．了解静态工作点对电压放大倍数的影响。

3．了解静态工作点对输出波形的影响。

4．学习测量放大电路的交流电压放大倍数、输入电阻、输出电阻以及最大不失真输出电压的测试方法。

5．熟悉常用电子仪器、仪表及模拟电子技术实验设备的使用。

二、实验原理

电压放大电路的基本任务是在输入端接入交流信号ui后，在其输出端便可以得到一个与之相位相反、不失真的交流放大输出信号u0,且有足够的电压放大倍数。

图1-1为电阻分压式稳定静态工作点的共射极单管放大电路，其基极偏置电路由RB1和RB2分压电路构成。

如果静态工作点选择得过高或过低，或者输入信号过大，都会使输出波形失真。

为获得合适的静态工作点，一般采用调节上偏置电阻RP的方法，在发射极接有电阻Re，以稳定静态工作点Q。

图1-1分压式偏置共发射极放大电路

图1-1的电路是交流放大电路中最常用的一种基本单元电路。

根据此电路学习放大电路的主要性能指标的测量方法。

1.输入电阻ri

放大器的输入电阻是从放大器的输入端看进去的等效电阻，加上信号源之后，它就是信号源的负载电阻，用ri表示。

由此可知

ri=Ui/ii=RSUi/（US－Ui）

其中：

US—信号源电压的有效值，RS—信号源内阻；

Ui—放大电路输入电压的有效值。

ri的大小直接关系到信号源的工作情况。

2．输出电阻ro

放大器的输出电阻是从放大器的输出端回向放大器看进去的等效电阻，用ro表示，测出UoC、UoL后ro由下式计算：

ro=RL（Uo1－Uo2）/Uo2

其中：

UoC——放大电路开路时输出电压的有效值；

UoL——放大电路接负载RL时输出电压的有效值。

3．电压放大倍数Au

放大器的电压放大倍数是在输出波形不失真的情况下输出电压与输入电压有效值（或最大值）的比值Au，即

Au=Uo/Ui

三、实验仪器设备及元器件

1．直流稳压电源

2．函数信号发生器

3．数字式双踪示波器

4．数字万用表

5．交流毫伏表

6．模拟电子实验箱、单级晶体管放大电路专用实验板

7．晶体三极管、电位器、电阻器、电容器等电子元件

四、预习要求

1．理解分压式偏置放大电路的工作原理及电路中各元件的作用。

2．估算实验电路的性能指标：

假设晶体管S9018的β＝100，RB1＝15kΩ，RB2＝20kΩ，RC＝3.3kΩ，RL＝5.1kΩ，UCC＝+12V，估算放大电路的静态工作点Q，电压放大倍数Au，输入电阻ri和输出电阻ro。

3．了解饱和失真、截止失真或因信号过大引起的失真波形。

4．掌握有关输入电阻及输出电阻的测试方法。

5．极性电容接反极性会有什么后果？

怎样避免极性接反？

五、实验内容及过程

按实验原理图接好电路。

以稳压电源负端为接地参考点，按照图1-2所示各仪器与实验电路的连接方式接入UCC=+12V的直流电压，其他仪器根据需要接入相应端。

图1-2实验仪器与放大电路的连接方式

1．静态工作点的调试与测量

输入端不输入交流信号，即ui=0，接通直流稳压电源UCC=12V,调节上偏置电阻RB2（通过调节RP）使VC≈7V，以保证Q点在负载线的中间位置，测量相应的VB、VE并填入表1-1。

表1-1静态工作点（VC≈7V）的调试与测量

测量值

VB（V）

VE（V）

VC（V）

计算值

UBE（V）

UCE（V）

IC（mA）＝URC/RC

2．输入电阻ri、输出电阻ro的确定

在放大电路图1-1的输入端接入频率为1kHz的正弦交流信号uS，并串入RS＝1kΩ的电阻，在输出电压uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出uS和ui的有效值，算出输入电阻ri并填入表1-2中。

保持uS不变，在输出电压uo不失真的情况下，断开RL，测量放大器空载时的输出电压UOC；接入负载电阻RL＝5.1kΩ，测量此时放大器带负载时的输出电压UOL，算出输出电阻ro并填入表1-2中。

表1-2输入/输出电阻的测量

测量值

计算值

RS

US

Ui

ri

1kΩ

RL

UOL

UOC

ro＝（UOC/UOL－1）RL

5.1kΩ

3.测量输出电压，并计算电压放大倍数

在放大电路输入端接入频率为1kHz正弦交流信号uS，调节函数信号发生器输出旋钮使输入电压有效值Ui=5mV，同时用示波器观察输出电压uo的波形，在输出波形不失真的情况下，按表1-3给定条件测量Ui和UO，计算Au=Uo/Ui并记入表1-3中。

表1-3电压放大倍数的测量

测试条件

测Ui（mV）

测Uo（V）

计算Au=Uo/Ui

RL＝∞

RL＝10kΩ

RL＝5.1kΩ

4.静态工作点Q变化对输出波形的的影响

在给定条件下，用示波器观察输出波形，并记入表1-5中。

表1-5静态工作点Q变化对输出波形的的影响

测试条件

输出波形

有旁路电容CE存在，RP适中，Q点合适，

输出波形无失真

有旁路电容CE存在，RP太小，Q点偏高

无旁路电容CE存在，RP太小，Q点偏高

有旁路电容CE存在，RP太大，Q点偏低

无旁路电容CE存在，RP太大，Q点偏低

有旁路电容CE存在，RP适中，Q点合适，

输入信号幅值太大

无旁路电容CE存在，RP适中，Q点合适，

输入信号幅值太大

*5.放大器幅频特性的测定

放大器的幅频特性就是测绘电压放大倍数随输入信号频率的变化曲线（Au–f曲线）。

测量频率特性的专用仪器是扫频仪，其测量精度高，速度快，能直接显示幅频特性曲线，还可直接读出曲线上任意点对应的频率。

本实验使用逐点测量法，在保持输入电压值不变的情况下，每改变一次输入信号的频率，测量一次输出电压Uo，算出电压放大倍数，将数据记录入表1-7中，最后逐点绘出Au–f曲线，通过该曲线可读取高、低截止频率fH、fL及通频带。

表1-7幅频特性测量（RL＝5.1kΩ）

f（Hz）

20

50

100

200

500

1K

2K

5K

10K

20K

50K

100K

150K

200K

UOL（mV）

六、实验注意事项

1．为使放大电路正常工作，不要忘记接入工作直流电源。

2．函数信号发生器、示波器应与实验电路共地。

3．放大电路的输入电压Ui和输出电压Uo不属于同数量级，测量时要特别注意转换仪表量程，以避免损坏。

4．本实验内容较多，打*号内容根据学时安排选做。

七、实验总结及思考题

1．画出实验电路原理图，列表整理测试结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻值与它们的理论计算值（取一组相关数据）进行比较，分析产生误差的原因。

2．总结旁路电容CE、集电极电阻RC、负载电阻RL值及静态工作点对电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。

3．讨论静态工作点变化对输出波形的影响。

4．改变放大电路的静态工作点是否会影响放大电路的输入电阻？

改变负载RL是否会影响放大电路的输出电阻？

5．放大电路的测试中，输入信号频率一般选择1kHz，为何不选择100kHz或更高的频率？

6．分析讨论在调试过程中出现的问题。

7．写出完整、规范的实验报告。

实验2两级放大电路的设计

1.设计任务：

用分立元器件设计一个阻容耦合两级放大电路，在电源电压为12V，输入信号：

2mV≤Vi≤5mV，信号源内阻：

Rs=100Ω，RL=5.1kΩ的条件下，满足以下指标要求：

（1）AV>250；

（2）Ri>10kΩ；

（3）BW=50Hz~80kHz；

（4）D<5%；

2.实验目的：

（1）掌握两级放大电路的设计方法和调试技术；

（2）熟悉元器件、仪器设备的使用；

（3）培养分析和解决电路实际问题的能力。

3.实验的仪器设备：

（1）函数信号发生器1台；

（2）直流稳压电源1台；

（3）双踪示波器1台；

（4）交流毫伏表1台；

（5）数字万用表1台；

（6）常见电阻、电容及晶体管等元件；

4.设计提示：

（1）两级放大电路的放大倍数不高，为了稳定工作点，可采用两级分压式偏置的共发射极放大电路。

（2）为了满足输入电阻和失真度的要求，两级放大电路的发射极须引入交流串联负反馈。

（3）通频带的要求不高，一般容易达到，可通过改变电容的容量实现。

（4）通频带的上限频率为80kHz，可选用一般的小功率管，现选用2N2222A，取β=296.5。

5.实验原理：

（1）放大电路的级数

当电压放大倍数用一级电路不能满足要求时，就要采用多级放大电路。

电路的级数主要根据对电路的电压增益（放大倍数）的要求和分配给每级放大电路的放大倍数来确定，通常分配给前级放大电路的电压增益低一些，后级放大电路电压增益高一些为宜，并要留有15%～20%的裕量，总的放大倍数为各级放大倍数的乘积。

（2）级间耦合方式

阻容耦合有隔直作用，使各级的静态工作点互相独立，调试非常方便，只要按照单级电路的实验分析方法，一级一级地调试就可以了，在晶体管小信号放大电路中，阻容耦合得到了广泛的应用。

它具有频率响应好、各级工作点互不影响等优点，但是各级之间不易实现阻抗匹配，能量损耗也较大。

（3）放大电路的组态

放大电路的组态选择主要考虑电路的输入电阻、输出电阻、电压增益及噪声系数等因素。

共射电路既有电流放大、又有电压放大，且可减小噪声系数，因此在小信号放大电路中，较多采用。

（4）各级静态工作点

各级静态工作点（ICQ、VCEQ）的设定，一般根据电路的动态范围、噪声大小和输入电阻等要求综合考虑，这些方面当然不能全面兼顾，在实际设计中多数考虑放大电路各级所处的位置和所起的作用，来设定其静态工作点。

多级放大电路各级静态工作点的设定与单级放大电路基本相同，一般取前一级工作电流ICQ小于后级，为了提高输入电阻，同时减少噪声，第一级工作电流不宜过大。

（5）两级放大电路的输入、输出电阻

输入电阻由第一级放大电路确定，输出电阻取决于末级放大电路。

（6）放大电路的通频带

阻容耦合放大电路，由于耦合电容C1、C2、C3和射极旁路电容Ce的存在，以及杂散电容和晶体管结电容等的影响，使电路对不同频率的信号具有不同的放大能力，导致电压放大倍数AV随信号频率而改变。

放大电路通频带的下限截止频率，可通过改变耦合电容和射极旁路电容的容量实现。

一般情况下，电容取值可以凭经验确定，对于音频小信号放大电路，输入、输出耦合电容通常取5~10uF，射极旁路电容通常取50~200uF，最后通过实验调整确定。

当信号频率不是很高时，为了减小放大电路的高频噪声和高频干扰，可以适当降低放大电路的上限截止频率，通常用一个小电容C0与负载并联，C0可按下式估算：

式中的

为放大电路的上限截止频率，小电容C0的容量可通过实验调整确定。

（7）两级阻容耦合放大电路，参考电路如图2-1所示。

6.预习要求：

（1）掌握多级放大电路静态工作点的调试方法和电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测试方法。

（2）根据所学的知识设计两级放大电路，并标明电路各元件的参数。

7.实验内容：

（1）静态工作点的测量

表2-1静态工作点的测量

测量值

计算值

项目

（V）

（V）

（V）

（V）

（V）

（mA）

第一级

第二级

在图2-1所示的电路中，调节

、

，令

=7V，

=6V，分别测量第一级、第二级的

、

，将结果记入表2-1中，并计算

、

和

的值。

（2）测量两级放大电路的放大倍数

调节函数信号发生器，使其输出有效值为5mV、频率为1000Hz的正弦波信号，接到图6-1电路的信号输入端，接入负载5.1

测量各级信号的电压值，并计算出各级信号的电压放大倍数，记录于表2-2中。

表2-2测量各级的电压并计算电压放大倍数

（mV）

（V）

（V）

（3）测量二级放大电路的输入和输出电阻

输入电阻：

，测量输入电压和输入电流的值，即可计算出电路的输入电阻。

输出电阻的测量：

测量输出端不接负载

时的输出电压

和接入负载后的输出电压

，根据

得

，结果记录于表2-3中。

表2-3输入、输出电阻的测量

（mV）

（μA）

（V）

（V）

（）

（）

（4）通频带和失真度D的测量

利用multisim仿真软件的波特图仪，测量放大电路的通频带，利用失真分析仪，测量放大电路输出信号的失真度，结果记入表2-4中。

表2-4通频带和失真度的测量

fL（Hz）

fH（KHz）

BW（KHz）

D

（5）观察输入、输出信号的波形

观察两级放大电路的输入与输出信号波形，说明其输入输出电压的相位关系。

8.实验总结与思考：

（1）若电路的静态工作点正常，当输入交流信号后，放大电路无信号输出，如何排除故障？

（2）两级放大电路第二级的输出波形上半周失真，试分析如何调整电路，使波形不失真？

（3）如fL、fH不满足设计指标的要求，应如何调整？

实验3集成运算放大电路的设计

1.设计任务：

（1）设计题一

用集成运算放大器设计一个反相比例运算电路。

要求：

1）uO=-10ui；

2）反馈电阻Rf=100KΩ；

3）输入频率f=1KHz，Ui=1V的正弦交流信号，测量输出电压Uo，并用双踪示波器观测输入电压ui和输出电压uo的相位及幅值关系，记录波形。

（2）设计题二

用集成运算放大器设计一个同相比例运算电路。

要求：

1）uO=2ui；

2）反馈电阻Rf=100KΩ；

3）输入频率f=1KHz，Ui=1V的正弦交流信号，测量输出电压Uo，并用双踪示波器观测输入电压ui和输出电压uo的相位及幅值关系，记录波形。

（3）设计题三

用集成运算放大器设计减法运算电路uo=3ui1-2ui2。

要求：

1）反馈电阻为Rf=200KΩ；

2）输入端为两个直流信号ui1和ui2，完成表格所示的数据测量，并说明误差产生的原因。

表3-1减法运算测试

ui1/V

2

1

-2

3

ui2/V

-2

1

2

-4

uO/V

理论值

uO/V

测量值

（4）设计题四

用集成运算放大器设计一个交流放大电路。

在负载RL=2kΩ的条件下，满足以下指标要求：

1）Av=1000；

2）输入电阻Ri≥20KΩ；

3）工作频率50Hz～10kHz。

4）待放大的输入信号为正弦交流信号，Ui=5mV。

2.实验目的：

（1）掌握集成运算放大器的工作原理和性能；

（2）熟悉集成运算放大器在模拟运算方面的应用；

（3）掌握集成运算放大器电路的设计方法；

（4）掌握集成运算放大器电路的测试和调整，熟悉电路故障的排除方法。

3.实验的仪器设备：

（1）函数信号发生器1台；

（2）直流稳压电源1台；

（3）双踪示波器1台；

（4）交流毫伏表1台；

（5）数字万用表1台；

（6）常见电阻、电容及集成运算放大器等元件；

（7）模拟电子实验箱、集成运算放大器专用实验板。

4.设计提示：

（1）集成运算放大器芯片可采用单电源和双电源两种供电方式，不同的供电方式下其相应的直流偏置电路也不同。

电源的选择要看信号处理的要求。

若输入信号为直流量，则要求信号传输的各个路径不能有电容器存在。

同时，要求放大器输入端静态时，直流电位为零，只有采用双电源供电方式。

若输入信号是交流信号，集成运放电路的供电方式采用单、双电源供电均可。

当采用单电源供电时，输入、输出端都必须加隔直电容，并注意直流偏置电路的设计；当采用双电源供电时，同相输入端必须接阻值合适的平衡电阻到地，以获得运放器件的同相输入端和反相输入端静态平衡。

（2）集成运放用于直流信号放大时，由于集成运放内部的差分放大难以达到绝对平衡，再加外界因素影响，在输入为零时输出却不为零，所以要进行调零。

当集成运放只用于交流信号放大时，输出信号受运放器件的失调影响较小，一般不需要调零。

（3）对设计题三，其电路形式可采用单运放的差动输入减法电路或双运放构成的反相求和电路。

（4）对设计题四，其要求的放大倍数较高，由于反相输入放大电路的放大倍数一般在0.1～100之间，同相输入放大电路在1～100之间，为了达到放大倍数的要求，该电路至少由两级放大电路组成。

（5）对反向输入放大电路其输入阻抗有要求的，应先确定输入端的电阻，再根据运算关系确定反馈电阻的大小。

5.实验原理：

集成运算放大器是一种具有高电压增益的直接耦合放大器件，分为专用型和通用型。

本实验选用通用型μA741，它是一种具有内部频率补偿和短路保护等特点的高性能集成运算放大器，集成运算放大器在线性应用时，均构成深度负反馈状态，其输入、输出关系决定于外电路，外接不同的反馈网络，可以构成不同功能的运算电路。

集成运算放大器的基本运算有：

比例运算电路、加法运算电路、差分运算电路、积分运算电路微分运算电路等。

为简化起见，多数情况将运放视为工作在理想状态，其线性分析依据为：

u+=u_；I+=I_。

（1）比例运算电路

比例运算电路指的是集成运算放大器的输出电压和输入电压有着比例的关系。

根据输入信号加在运算放大器的同相输入端和反相输入端可分为同相比例运算和反相比例运算，为了使运算放大器工作在线性范围，必须为运算放大器设置负反馈，并且对输入信号的幅度加以限制，保证运算放大器不进入饱和工作区。

图3-1反相比例运算电路图3-2同相比例运算电路

反相比例运算电路：

同相比例运算电路：

图3-1和图3-2中，电阻R2的选择应使两输入端外接直流通路的等效电阻值平衡，即R2=R1//Rf,其作用是消除静态基极电流对输出电压的影响，所以R2称为平衡电阻。

（2）加法运算电路

如果多个输入信号同时加在带负反馈的运算放大器的同一输入端，可构成加法运算电路。

如图3-3和图3-4，分别是反相加法运算电路和同相加法运算电路。

图3-3反相加法运算电路图3-4同相加法运算电路

反相比例运算电路：

同相比例运算电路：

如果取R21=R22=R23，且Rf=2R1，则有uo=ui1+ui2+ui3。

为了保证运放的差动输入电路的对称，要求静态时外接的等效电阻相等，即R+=R-。

反相加法运算电路应选择平衡电阻R2=R11//R12//R13//Rf；同相加法运算电路应选择平衡电阻R1//Rf=R21//R22//R23。

（3）减法运算电路

如果两个输入信号分别从两个输入端加入，则构成减法运算电路，如图3-5所示。

图3-5减法运算电路3-6μA741管脚图

如果取R1=R2、R3=Rf时，,电路实现了加权减法运算。

若取R1=R2=R3=Rf时，则uo=ui2-ui1。

6.预习要求：

（1）复习利用运算放大器构成比例运算电路、加法运算电路和减法运算电路。

（2）根据题目要求设计出对应的电路，标明各元件参数值，自拟所需表格和坐标纸。

7.实验内容：

（1）在模拟电子实验箱和集成运算放大器专用实验板上插接好自行设计的电路，检查无误后，接通电源进行调整和测试。

实验用通用型集成运算放大器μA741，其管脚图见图3-6所示。

（2）验证自行设计的各电路的运算功能，将相应的数据填入自行拟定的表格中，要求画出输入、输出电压波形图的，应用坐标纸按比例画出，并标出幅值、周期和相位关系。

8.实验总结与思考：

（1）整理实验报告，按照每个设计题目的要求画出对应经过调整并验证过的运算电路，在图中标明各元件的参数值，整理相应的表格、波形图（注意输入和输出波形坐标要对齐）等。

（2）将测试数据与理论值进行比较，定性分析产生误差的原因。

（3）集成运算放大器工作在线性区为何要引入负反馈？

其工作在线性区时的分析依据是什么？

运算放大器工作在线性区时的最大输出电压接近何值？

（4）写出本次实验的心得体会。

希望以上资料对你有所帮助，附励志名言3条：

1、生气，就是拿别人的过错来惩罚自己。

原谅别人，就是善待自己。

2、未必钱多乐便多，财多累己招烦恼。

清贫乐道真自在，无牵无挂乐逍遥。

3、处事不必求功，无过便是功。

为人不必感德，无怨便是德。