模拟电子技术实验校对稿.docx

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模拟电子技术实验校对稿

第三章模拟电子技术实验

实验一　晶体管共射极单管放大器

一、实验目的

（1）了解共射基本放大电路的工作原理。

（2）学会调试静态工作点的方法。

（3）掌握电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测试方法。

二、实验仪器设备

晶体管共射极单管放大器实验所需仪器设备见表3-1。

表3-1实验仪器设备

序号

名称

型号规格

数量

1

模拟电路实验箱

THM-3

1

2

函数信号发生器

TFG6930A

1

3

双踪示波器

V-252,20MHZ

1

4

交流毫伏表

DF2170C

1

5

数字万用表

VC9801A+

1

三、预习要求

（1）复习教材中单管放大电路部分内容，估算实验电路的性能指标。

假设电路中3DG6的β=100，r＇bb≈300Ω,RB1=20kΩ,RB2=60kΩ,RC=2.4kΩ,RL=2.4kΩ,估算放大电路的静态工作点、电压放大倍数AV、输入电阻Ri和输出电阻Ro。

（2）利用仿真软件仿真本实验的实验内容。

（3）如何正确测量RB2的阻值？

四、实验原理

图3-1为电阻分压式共射极单管放大器实验电路图。

它的偏置电路由分压电阻RB1和RB2组成，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3-1电阻分压式共射极单管放大器实验电路图

在图3-1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　　　

式中，RL＇=RL//RC。

利用估算的静态值计算rbe，即

输入电阻　　Ri＝RB1//RB2//rbe

输出电阻RO≈RC

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。

（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3-2（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3-2（b）所示。

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）饱和失真（b）截止失真

图3-2静态工作点对输出波形失真的影响

改变电路参数UCC、RC、RB1、RB2都会引起静态工作点的变化，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。

但在这需要说明的是工作点“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

（1）电压放大倍数Au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，在本书中，ui和uo是指电压的峰峰值，可用示波器测量，而Ui和UO是指电压的有效值，可用交流毫伏表测量。

（2）输入电阻Ri的测量。

输入、输出电阻测量电路如图3-3所示，电路中在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R（为了减省测量误差，通常取R与Ri为同一数量级为好，本实验可取R＝10KΩ），在放大器正常工作的情况下，用交流毫伏表测出US和Ui，根据UR＝US－Ui求出UR值。

则根据输入电阻的定义可得

图3-3输入、输出电阻测量电路

（3）输出电阻R0的测量。

按图3-3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。

五、实验内容与步骤

1．连线

将单管/负反馈两级放大器固定线路板插入THM-3实验箱四个绿色固定插孔中，按实验电路图3-1接线，将固定板上的+UCC（即+12V）、地用连接线分别和实验箱的左下角直流稳压电源对应的+12V、地接上，下一步再使用两根连接线将固定板上的接点1、2和3接在一起，注意接线前先将左下角的电源开关断开以及实验箱的总电源开关断开（在实验箱的左上角）。

2．静态工作点的调试

（1）接通总电源开关及直流稳压电源开关前，先将单管/负反馈两级放大器RW1电位器调至最大（顺时针调到底），用连接线将接点4和接点5连上（即将电阻RF1短路）。

（2）不接信号发生器，用连接线将测试点Ui和地短接，将电源总开关、+12V电源开关和K1闭合，调节RW1，使IC＝2.0mA（即用直流电压表测得UE＝2.0V）。

（3）用万用表直流电压档测量UB、UE、UC及用电阻档测量RB2值（注意测量RB2值时应先将电源和开关K1断开再进行测量），将测量的数据记入表3-2中。

表3-2放大器静态工作点的测量（IC＝2.0mA）

参数

项目

UB（V）

UE（V）

UC（V）

RB2（KΩ）

UBE（V）

UCE（V）

IC（mA）

理论值

实测值

3．测量电压放大倍数

（1）断开Ui和地短接的连接线，再将TFG6930A函数信号发生器的输出信号接在放大器的输入端（即测试点Ui）。

（2）调节函数信号发生器，在放大器输入端接入频率为1KHz的正弦信号uS。

（3）用交流毫伏表测放大器输入电压Ui，调节函数信号发生器，使Ui

10mV，同时用双踪示波器观察放大器输入电压ui和输出电压uO波形。

（4）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3-3，其中表中RC=1.2KΩ可在原RC=2.4KΩ旁边并上一只2.4KΩ的电阻即可。

表3-3电压放大倍数的测量（Ic＝2.0mA）

RC（KΩ）

RL（KΩ）

Ui（mV）

Uo（V）

Au实测值

Au理论值

观察记录一组ui和uo波形

2.4

∞

1.2

∞

2.4

2.4

4．测量输入电阻和输出电阻

（1）让RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，IC＝2.0mA，R=10KΩ。

在测试点US中输入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，然后根据

算出输入电阻Ri记入表3-4。

（2）保持US不变，断开RL，测量输出电压Uo，然后根据和

算出输出电阻Ro记入表3-4。

表3-4输入电阻和输出电阻的测量

US（mv）

Ui（mv）

Ri（KΩ）

UL（V）

UO（V）

R0（KΩ）

测量值

计算值

测量值

计算值

*5．观察静态工作点对输出波形失真的影响

（1）让RC＝2.4KΩ，RL＝∞，ui＝0，调节RW1使IC＝2.0mA（即UE＝2.0V），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。

（2）保持输入信号不变，分别增大RW1（顺时针调整），使波形出现截止失真，用示波器观测u0的波形，再断开信号源并测出截止失真情况下的IC和UCE值，记入表3-5中。

（3）同样保持输入信号不变，接通信号源，减小RW1（逆时针调整），使波形出现饱和失真，用示波器观测u0的波形，再断开信号源并测出饱和失真情况下的IC和UCE值，记入表3-5中。

表3－5静态工作点对输出波形失真的影响（RC＝2.4KΩ，RL＝∞）

IC（mA）

UCE（V）

u0波形

失真情况

管子工作状态

2.0

六、实验思考题

（1）怎样测量RB2阻值？

（2）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？

（3）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接地端不再连在一起，将会出现什么问题？

实验二　OTL功率放大器

一、实验目的

（1）进一步理解OTL功率放大器的工作原理。

（2）学会OTL电路的调试及主要性能指标的测试方法。

二、实验仪器设备

OTL功率放大器实验所需仪器设备见表3-6。

表3-6实验仪器设备

序号

名称

型号规格

数量

1

模拟电路实验箱

THM-3

1

2

函数信号发生器

TFG6930A

1

3

双踪示波器

V-252,20MHZ

1

4

交流毫伏表

DF2170C

1

5

数字万用表

VC9801A+

2

三、预习要求

（1）复习教材中有关OTL放大电路部分内容，理解其工作原理。

（2）利用仿真软件仿真本实验的实验内容。

（3）电路中C2和R构成什么电路？

有什么作用？

四、实验原理

图3－4所示为OTL低频功率放大器。

图3－4OTL功率放大器实验电路

晶体三极管T1组成推动级（也称前置放大级），T2、T3是一对参数对称的PNP和NPN型晶体三极管，它们组成互补推挽OTL功放电路。

其中T1工作于甲类状态，它的集电极电流IC1由电位器RW1进行调节。

IC1的一部分流经电位器RW2及二极管D，给T2、T3提供偏压。

调节RW2，可以使T2、T3得到合适的静态电流而工作于甲、乙类状态，以克服交越失真。

静态时要求输出端中点A的电位

，可以通过调节RW1来实现，又由于RW1的一端接在A点，因此在电路中引入交、直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大器的静态工作点，同时也改善了非线性失真。

当输入正弦交流信号ui时，经T1放大、倒相后同时作用于T2、T3的基极，ui的负半周使T3管导通（T2管截止），有电流通过负载RL，同时向电容C0充电；在ui的正半周，T2导通（T3截止），则已充好电的电容器C0起着电源的作用，通过负载RL放电，这样在RL上就得到完整的正弦波。

C2和R构成自举电路，用于提高输出电压正半周的幅度，以得到大的动态范围。

OTL电路的主要性能指标如下：

（1）最大不失真输出功率P0m。

理想情况下：

，在实验中可通过测量RL两端的电压有效值来求得实际的

。

（2）效率η。

式中PE—直流电源供给的平均功率。

理想情况下，ηmax＝78.5％。

在实验中，可测量电源供给的平均电流IdC，从而求得PE＝UCC·IdC，负载上的交流功率已用上述方法求出，因而也就可以计算实际效率了。

（3）输入灵敏度。

输入灵敏度是指输出最大不失真功率时，输入信号Ui的值。

（4）频率响应。

放大器的频率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。

晶体管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图3－5所示。

图3－5幅频特性曲线

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。

四、实验内容与步骤

　　1．连线

　　将低频OTL功率放大器固定线路板插入THM-3实验箱四个绿色插座中，在固定板上的+UCC（即+5V）、地用连接紧线分别和实验箱的左下角直流稳压电源对应的+5V、地接上，再在固定板上的电源进线中串入直流毫安表（在实验中使用数字万用表代替测电流I），注意接线前先将左下角的电源开关断开以及实验箱的总电源开关断开，把电位器RW2置最小值（逆时针调到底），RW1置中间位置。

　2．静态工作点的测试

（1）调节输出端中点电位UA。

连接完电路后，使ui接地，打开电源总开关和＋5V电源开关，调节电位器RW1，用万用表直流电压档测量A点电位，使

。

（2）调整输出级静态电流及测试各级静态工作点。

　　方法一：

调节RW2，使T2、T3管的IC2＝IC3＝5～10mA。

从减小交越失真角度而言，应适当加大输出极静态电流，但该电流过大，会使效率降低，所以一般以5～10mA左右为宜。

由于数字万用表是串在电源进线中，因此测得的是整个放大器的电流，但一般T1的集电极电流IC1较小，从而可以把测得的总电流近似当作末级的静态电流。

如要准确得到末级静态电流，则可从总电流中减去IC1之值。

　　方法二：

调整输出级静态电流的另一方法是动态调试法。

先使RW2＝0，在输入端接入f＝1KHz的正弦信号ui。

逐渐加大输入信号的幅值，此时，输出波形应出现较严重的交越失真（注意：

没有饱和和截止失真），然后缓慢增大RW2，当交越失真刚好消失时，停止调节RW2，恢复ui＝0，此时直流毫安表读数即为输出级静态电流。

一般数值也应在5～10mA左右，如过大，则要检查电路。

输出级电流调好以后，测量各级静态工作点，记入表3－7。

表3－7静态工作点的调试（IC2＝IC3＝mA，UA＝2.5V）

晶体管

电压

T1

T2

T3

UB（V）

UC（V）

UE（V）

　　注意：

①在调整RW2时，一是要注意旋转方向，不要调得过大，更不能开路，以免损坏输出管。

　②输出管静态电流调好，如无特殊情况，不得随意旋动RW1和RW2的位置。

　3．最大输出功率P0m和效率η的测试

（1）测量最大输出功率Pom

将TFG6930A函数信号发生器的输出信号接到低频OTL功率放大器固定线路板的输入端（即ui），并在输出端接上喇叭。

调节函数信号发生器，输出f＝1KHz正弦信号，在电路的输出端用示波器观察输出电压u0波形。

逐渐增大ui，使输出电压达到最大不失真输出，用交流毫伏表分别测出输入电压Ui和负载RL上的电压U0m，将测量数据记录在表3-8，然后根据

即可求出Pom。

表3－8最大输出功率的测试

Ui（V）

Uom（V）

RL（

）

Pom（W）

（2）测量效率η

当输出电压为最大不失真输出时，读出数字万用表中的电流值，此电流即为直流电源供给的平均电流IdC（有一定误差），由此可近似求得PE＝UCCIdc，再根据上面测得的P0m，即可求出

填写表3－9。

表3－9效率的测试

UCC（V）

IdC（mA）

PE（W）

Pom（W）

η

4．输入灵敏度测试

　　根据输入灵敏度的定义，只要用交流毫伏表测出输出功率P0＝P0m时的输入电压值

Ui=毫伏，即是输入灵敏度。

　5．频率响应的测试

（1）取RL＝8Ω，使用交流毫伏表测量固定板的信号输入电压Ui，在测试时，保持输入信号ui的幅度不变，为保证电路的安全，应在较低电压下进行，通常取输入信号为输入灵敏度的50％。

在整个测试过程中，应保持Ui为恒定值，且输出波形不得失真。

（2）改变信号源频率f，逐点使用交流毫伏表测出相应频率的输出电压UO，为了使信号源频率f取值合适，可先粗测一下，找出中频范围，然后再仔细读数，将数据记入表3－10。

表3－10频率响应的测试（Ui＝mV）

fLfofH

f（Hz）

1000

UO（V）

Au＝UO/Ui

六、实验思考题

（1）电路中电位器RW2如果开路，对电路工作有何影响？

（2）交越失真产生的原因是什么？

怎样克服交越失真？

（3）根据表3-10的测量数据，给出频率响应曲线，并求出其通频带fBW。

实验三　电压串联负反馈放大器

一、实验目的

（1）了解电压串联负反馈放大电路的工作原理。

（2）理解两级放大电路引入负反馈的方法。

（3）掌握负反馈放大器各项性能指标的测试方法。

二、实验仪器设备

负反馈放大器实验所需仪器设备见表3-11。

表3-11实验仪器设备

序号

名称

型号规格

数量

1

模拟电路实验箱

THM-3

1

2

函数信号发生器

TFG6930A

1

3

双踪示波器

V-252,20MHZ

1

4

交流毫伏表

DF2170C

1

5

数字万用表

VC9801A+

1

三、预习要求

（1）复习教材中有关负反馈放大器的内容。

（2）利用仿真软件仿真本实验的实验内容。

（3）怎样把负反馈放大器改接成基本放大器？

四、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。

1．负反馈电路

图3－6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。

图3－6带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器

主要性能指标如下：

（1）闭环电压放大倍数.

　　其中　Au＝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＋AuFu—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。

（2）反馈系数。

（3）输入电阻。

Rif＝（1＋AuFu）Ri

　式中Ri　—基本放大器的输入电阻。

（4）输出电阻。

　式中RO—基本放大器的输出电阻。

　　AuO—基本放大器RL＝∞时的电压放大倍数

2．等效的基本放大电路

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路时，由于输入端是串联负反馈，因此需将反馈放大器的输入端（T1管的射极）开路，此时（RF＋RF1）相当于并接在输出端。

可近似认为RF并接在输出端。

　根据上述规律，就可得到所要求的如图3-7所示等效的基本放大器。

图3-7等效的基本放大器

　五、实验内容与步骤

　　1．连线

将单管/负反馈两级放大器固定线路板插入THM-3实验箱四个绿色固定插孔中，按实验电路图3-6连接实验电路。

（1）将固定板上的+UCC（即+12V）、地用连接线分别和实验箱的左下角直流稳压电源对应的+12V、地接上。

（2）用两根连接线将固定板上的接点1、2和3接在一起，将RW1支路的开关K1闭合。

（3）使用一根连接线将接点5和6接通。

2．测量静态工作点

（1）断开RF反馈支路的开关K2，不接输入信号，即让Ui＝0，调节RW1,使第一级的IC1=2.0mA（即UE1=2.2V实验原理类似实验一），用直流电压表测量第一级的静态工作点，记入表3-12。

（2）在上述基础上，调节RW2,使第二级的IC2=2.0mA（即UE2=2.0V）用直流电压表测量第二级的静态工作点，记入表3-12。

表3－12静态工作点的测量

UB（V）

UE（V）

UC（V）

IC（mA）

第一级

2.0

第二级

2.0

3．测试基本放大器的各项性能指标

　　将实验电路按3-7改接成基本放大电路，其它连线不动。

（1）测量中频电压放大倍数Au（即

），输入电阻Ri（即

，其中R=10KΩ）和输出电阻RO，其中

，RL=2.4KΩ。

①以f＝1KHZ，US约5mV的正弦信号输入放大器，用示波器监视输出波形uO，在uO不失真的情况下，用交流毫伏表测量US、Ui、UL，记入表3－13基本放大器部分的表格中。

②保持US不变，断开负载电阻RL（注意，RF不要断开），测量空载时的输出电压UO，记入表3－13基本放大器的表格中。

表3-13基本放大器/负反馈放大器测试记录表

基本放大器

US

（mv）

Ui

（mv）

UL

（V）

UO

（V）

Au

Ri

（KΩ）

RO

（KΩ）

负反馈放大器

US

（mv）

Ui

（mv）

UL

（V）

UO

（V）

Auf

Rif

（KΩ）

ROf

（KΩ）

（2）测量通频带。

接上RL，保持输入f＝1KHZ，US约5mV正弦信号（即测量过程中要保持输入中的US不变），用交流毫伏表测得中频时的U0=V，然后改变信号源的频率，先增加f，使U0值降到中频时的0.707倍，即U0H=0.707U0=V,此时输入信号的频率即为fH。

降低频率f，使U0值降到中频时的0.707倍，即U0L=0.707U0=V，此时输入信号的频率即为fL。

找出上、下限频率fH和fL后，再根据fBW＝fH－fL求出通频带，将测量数据记入表3－14基本放大器部分中。

表3-14基本放大器/负反馈放大器通频带测试记录表

基本放大器

fL（KHz）

fH（KHz）

fBW（KHz）

负反馈放大器

fLf（KHz）

fHf（KHz）

fBWf（KHz）

4．测试负反馈放大器的各项性能指标

　　将实验电路恢复为图3－6的负反馈放大电路，接通RF反馈支路的开关，适当加大US（约10mV），在输出波形不失真的条件下，利用类似测量基本放大器的方法来测量负反馈放大器的Auf、Rif和ROf，将测量数据记入表3－13负反馈放大器部分的表格中。

再测量fHf和fLf，将数据记入表3－14负反馈放大器部分的表格中。

*5.观察负反馈对非线性失真的改善

（1）实验电路改接成基本放大器形式，不接负载RL，在输入端加入f＝1KHz的正弦信号，输出端接示波器，逐渐增大输入信号的幅度，使输出波形开始出现失真，