整理实验四负反馈放大器1.docx

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整理实验四负反馈放大器1

实验二　晶体管共射极单管放大器

　　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2－1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2－1共射极单管放大器实验电路

　　在图2－1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2－2（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2－2（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2－2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2－3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2－3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

　　　　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2－7所示）

电阻器、电容器若干

　　四、实验内容

　　实验电路如图2－1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，用直流电压表测量UB、UE、UC及用万用电表测量RB2值。

记入表2－1。

表2-1IC＝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2－2。

表2－2Ic＝2.0mAUi＝mV

RC（KΩ）

RL（KΩ）

Uo（V）

AV

观察记录一组uO和u1波形

2.4

∞

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2－3。

表2－3　　　　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2－4中。

每次测IC和UCE值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。

表2－4RC＝2.4KΩRL＝∞Ui＝　　mV

IC（mA）

UCE（V）

u0波形

失真情况

管子工作状态

2.0

五、实验总结

　1、列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数与理论计算值比较，分析产生误差原因。

2、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。

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

　　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、频率计

　　5、交流毫伏表　　　　　　6、直流电压表

　　7、晶体三极管3DG6×2（β＝50～100）或9011×2

电阻器、电容器若干。

　　四、实验内容

　　1、　测量静态工作点

按图4－1连接实验电路，取UCC＝＋12V，Ui＝0，调整RW1使Ic1为1.5mA,调整RW2使Uc2为6.5V,用直流电压表分别测量第一级、第二级的静态工作点，记入表4-1。

　　表4－1

UB（V）

UE（V）

UC（V）

IC（mA）

第一级

第二级

2、测试基本放大器的各项性能指标

　　1）　测量中频电压放大倍数AV，输入电阻Ri和输出电阻RO。

①以f＝1KHZ，US约5mV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4－2。

　表4-2

基本放大器

US

（mv）

Ui

（mv）

U0L

（V）

UO∞

（V）

AV

Ri

（KΩ）

RO

（KΩ）

5mv

3.建设项目环境影响评价文件的审查要求

（三）安全预评价程序

负反馈放大器

2.环境影响评价技术导则US

（mv）

Ui

3）选择价值。

选择价值（OV）又称期权价值。

我们在利用环境资源的时候，并不希望它的功能很快消耗殆尽，也许会设想未来该资源的使用价值会更大。

（mv）

D.可能造成轻度环境影响、不需要进行环境影响评价的建设项目，应当填报环境影响登记表U0L

（V）

UO∞

第1页（V）

（6）环境影响评价结论的科学性。

AVf

4.环境影响评价工作等级的调整Rif

2.规划环境影响评价的内容（KΩ）

（5）法律、行政法规和国务院规定的其他建设项目。

ROf

（KΩ）

5mv

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4－2。

　　2）　测量通频带

接上RL，保持1）中的US不变，然后增加和减小输入信号的频率，找出上、下限频率fh和fl，记入表4－3。

3、测试负反馈放大器的各项性能指标

　　将实验电路恢复为图4－1的负反馈放大电路。

适当加大US（约10mV），在输出波形不失真的条件下，测量负反馈放大器的AVf、Rif和ROf，记入表4－2；测量fhf和fLf，记入表4－3。

表4－3

基本放大器

fL（KHz）

fH（KHz）

△f（KHz）

负反馈放大器

fLf（KHz）

fHf（KHz）

△ff（KHz）

*4、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，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，记下此时的波形和输出电压的幅度。

　　2）再将实验电路改接成负反馈放大器形式，增大输入信号幅度，使输出电压幅度的大小与1）相同，比较有负反馈时，输出波形的变化。

　　五、实验总结

　　1、将基本放大器和负反馈放大器动态参数的实测值和理论估算值列表进行比较。

　　2、根据实验结果，总结电压串联负反馈对放大器性能的影响。

　　六、预习要求

　　1、复习教材中有关负反馈放大器的内容。

实验五　　集成运算放大器的基本应用

　　一、实验目的

　　1、研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。

　　2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。

　　二、实验原理

　　集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。

当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。

在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。

理想运算放大器特性

在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放。

开环电压增益　Aud=∞

输入阻抗　　　ri=∞

输出阻抗　　　ro=0

带宽fBW=∞

失调与漂移均为零等。

理想运放在线性应用时的两个重要特性：

（1）输出电压UO与输入电压之间满足关系式

UO＝Aud（U+－U－）

由于Aud=∞，而UO为有限值，因此，U+－U－≈0。

即U+≈U－，称为“虚短”。

（2）由于ri=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即IIB＝0，称为“虚断”。

这说明运放对其前级吸取电流极小。

上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。

基本运算电路

　　1）反相比例运算电路

电路如图8－1所示。

对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为

为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R2＝R1//RF。

图8－1反相比例运算电路图8－2反相加法运算电路

　　2）　反相加法电路

电路如图8－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为

R3＝R1//R2//RF

3）同相比例运算电路

图8－3（a）是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为

R2＝R1//RF

当R1→∞时，UO＝Ui，即得到如图8－3（b）所示的电压跟随器。

图中R2＝RF，用以减小漂移和起保护作用。

一般RF取10KΩ，RF太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。

（a）同相比例运算电路（b）电压跟随器

图8-3同相比例运算电路

　4）差动放大电路（减法器）

　　对于图8-4所示的减法运算电路，当R1＝R2，R3＝RF时，有如下关系式

图8－4减法运算电路图8-5积分运算电路

5）积分运算电路

　　反相积分电路如图8－5所示。

在理想化条件下，输出电压uO等于

　　式中　uC（o）是t＝0时刻电容C两端的电压值，即初始值。

如果ui（t）是幅值为E的阶跃电压，并设uc（o）＝0，则

即输出电压uO（t）随时间增长而线性下降。

显然RC的数值越大，达到给定的UO值所需的时间就越长。

积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限值。

　　在进行积分运算之前，首先应对运放调零。

为了便于调节，将图中K1闭合，即通过电阻R2的负反馈作用帮助实现调零。

但在完成调零后，应将K1打开，以免因R2的接入造成积分误差。

K2的设置一方面为积分电容放电提供通路，同时可实现积分电容初始电压uC（o）＝0，另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号ui后，只要K2一打开，电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。

　　三、实验设备与器件

　　1、±12V直流电源　　2、函数信号发生器

　　3、交流毫伏表　4、直流电压表

　　5、集成运算放大器μA741×1

电阻器、电容器若干。

　　四、实验内容

　　实验前要看清运放组件各管脚的位置；切忌正、负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块。

　　1、反相比例运算电路

　　1）按图8－1连接实验电路，接通±12V电源，输入端对地短路，进行调零和消振。

　　2）输入f＝100Hz，Ui＝0.5V的正弦交流信号，测量相应的UO，并用示波器观察uO和ui的相位关系，记入表8-1。

表8-1　Ui＝0.5V，

Ui（V）

U0（V）

AV

实测值

计算值

0.5

-0.5

　　2、同相比例运算电路

　　1）按图8－3（a）连接实验电路。

实验步骤同内容1，将结果记入表8－2。

2）将图8－3（a）中的R1断开，得图8－3（b）电路重复内容1）。

表8－2　　　Ui＝0.5V　　f＝100Hz

Ui（V）

UO（V）

AV

实测值

计算值

0.5

-0.5

　　3、反相加法运算电路

1）按图8－2连接实验电路。

调零和消振。

2）输入信号采用直流信号，图8－6所示电路为简易直流信号源，由实验者自行完成。

实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。

用直流电压表测量输入电压Ui1、Ui2及输出电压UO，记入表8－3。

图8－6简易可调直流信号源

表8-3

Ui1（V）

-0.2

-0.2

-0.2

Ui2（V）

-0.2

0

0.2

UO（V）

4、减法运算电路

　　1）按图8－4连接实验电路。

调零和消振。

2）采用直流输入信号，实验步骤同内容3，记入表8－4。

　　表8－4

Ui1（V）

-0.2

-0.2

-0.2

Ui2（V）

-0.2

0

-0.2

UO（V）