10电信 模拟电路实验讲义

实验一　常用电子仪器的使用 　　一、实验目的 1、学习电子电路实验中常用的电子仪器——示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、毫伏表、频率计等的主要技术指标、性能及正确使用。 2、初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。 　二、实验原理 　　在模拟电子电路实验中，经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表及频率计等。它们和万用电表一起，可以完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试。 实验中要对各种电子仪器进行综合使用，可按照信号流向，以连线简捷，调节顺手，观察与读数方便等原则进行合理布局，各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图1－1所示。接线时应注意，为防止外界干扰，各仪器的共公接地端应连接在一起，称共地。信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线，示波器接线使用专用电缆线，直流电源的接线用普通导线。 图1－1 模拟电子电路中常用电子仪器布局图 1、 示波器 示波器是一种用途很广的电子测量仪器，它既能直接显示电信号的波形，又能对电信号进行各种参数的测量。现着重指出下列几点： 1）、寻找扫描光迹 将示波器Y轴显示方式置“Y1”或“Y2”，输入耦合方式置“GND”，开机预热后，若在显示屏上不出现光点和扫描基线，可按下列操作去找到扫描线：①适当调节亮度旋钮。②触发方式开关置“自动”。③适当调节垂直（ ）、水平（ ）“位移”旋钮，使扫描光迹位于屏幕中央。（若示波器设有“寻迹”按键，可按下“寻迹”按键，判断光迹偏移基线的方向。） 2）、双踪示波器一般有五种显示方式，即“Y1”、“Y2”、“Y1＋Y2”三种单 踪显示方式和“交替”“断续”二种双踪显示方式。“交替”显示一般适宜于输入信号频率较高时使用。“断续”显示一般适宜于输入信号频率较底时使用。 3）、为了显示稳定的被测信号波形，“触发源选择”开关一般选为“内”触发，使扫描触发信号取自示波器内部的Y通道。 4）、触发方式开关通常先置于“自动”调出波形后，若被显示的波形不稳定，可置触发方式开关于“常态”，通过调节“触发电平”旋钮找到合适的触发电压，使被测试的波形稳定地显示在示波器屏幕上。 有时，由于选择了较慢的扫描速率，显示屏上将会出现闪烁的光迹，但被 测信号的波形不在X轴方向左右移动，这样的现象仍属于稳定显示。 5）、适当调节“扫描速率”开关及“Y轴灵敏度”开关使屏幕上显示 一～二个周期的被测信号波形。在测量幅值时，应注意将“Y轴灵敏度微调”旋钮置于“校准”位置，即顺时针旋到底，且听到关的声音。在测量周期时，应注意将“X轴扫速微调”旋钮置于“校准”位置，即顺时针旋到底，且听到关的声音。还要注意“扩展”旋钮的位置。 根据被测波形在屏幕坐标刻度上垂直方向所占的格数（div或cm）与“Y轴灵敏度”开关指示值（v/div）的乘积，即可算得信号幅值的实测值。 根据被测信号波形一个周期在屏幕坐标刻度水平方向所占的格数（div或 cm）与“扫速”开关指示值（t/div）的乘积，即可算得信号频率的实测值。 2、函数信号发生器 函数信号发生器按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出电压最大可达20VP－P。通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮，可使输出电压在毫伏级到伏级范围内连续调节。函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节。 函数信号发生器作为信号源，它的输出端不允许短路。 3、 交流毫伏表 交流毫伏表只能在其工作频率范围之内，用来测量正弦交流电压的有效值。为了防止过载而损坏，测量前一般先把量程开关置于量程较大位置上，然 后在测量中逐档减小量程。 三、实验设备与器件 1、 函数信号发生器 2、 双踪示波器 　　3、 交流毫伏表 四、实验内容 1、用机内校正信号对示波器进行自检。 1) 扫描基线调节 将示波器的显示方式开关置于“单踪”显示（Y1或Y2），输入耦合方式开关置“GND”，触发方式开关置于“自动”。开启电源开关后，调节“辉度”、“聚焦”、“辅助聚焦”等旋钮，使荧光屏上显示一条细而且亮度适中的扫描基线。然后调节“X轴位移”（ ）和“Y轴位移”( )旋钮，使扫描线位于屏幕中央，并且能上下左右移动自如。 2）测试“校正信号”波形的幅度、频率 将示波器的“校正信号”通过专用电缆线引入选定的Y通道（Y1或Y2），将Y轴输入耦合方式开关置于“AC”或“DC”，触发源选择开关置“内”，内触发源选择开关置“Y1”或“Y2”。调节X轴“扫描速率”开关（t/div）和Y轴“输入灵敏度”开关（V/div），使示波器显示屏上显示出一个或数个周期稳定的方波波形。 　　a. 校准“校正信号”幅度 将“y轴灵敏度微调”旋钮置“校准”位置，“y轴灵敏度”开关置适当位置，读取校正信号幅度，记入表1－1。 表1－1 标 准 值 实 测 值 幅 度 Up-p(V) 频 率 f(KHz) 上升沿时间 μS 下降沿时间 μS 注：不同型号示波器值有所不同，请按所使用示波器将标准值填入表格中。 b. 校准“校正信号”频率 将“扫速微调”旋钮置“校准”位置，“扫速”开关置适当位置，读取校正信号周期，记入表1－1。 c． 测量“校正信号”的上升时间和下降时间 调节“y轴灵敏度”开关及微调旋钮，并移动波形，使方波波形在垂直方向上正好占据中心轴上，且上、下对称，便于阅读。通过扫速开关逐级提高扫描速度，使波形在X轴方向扩展（必要时可以利用“扫速扩展”开关将波形再扩展10倍），并同时调节触发电平旋钮，从显示屏上清楚的读出上升时间和下降时间，记入表1－1。 2、用示波器和交流毫伏表测量信号参数 调节函数信号发生器有关旋钮，使输出频率分别为100Hz、1KHz、10KHz、100KHz，有效值均为1V（交流毫伏表测量值）的正弦波信号。 改变示波器“扫速”开关及“Y轴灵敏度”开关等位置，测量信号源输出电压频率及峰峰值，记入表1－2。 表1－2 信号电压频率 示波器测量值 信号电压 毫伏表读数 （V） 示波器测量值 周期（ms） 频率（Hz） 峰峰值（V） 有效值（V） 100Hz 1KHz 10KHz 100KHz 3、测量两波形间相位差 　　1) 观察双踪显示波形“交替”与“断续”两种显示方式的特点 　　Y1、Y2均不加输入信号，输入耦合方式置“GND”，扫速开关置扫速较低挡位（如0.5s／div挡）和扫速较高挡位（如5μS／div挡），把显示方式开关分别置“交替”和“断续”位置，观察两条扫描基线的显示特点，之。 2) 用双踪显示测量两波形间相位差 ①　按图1－2连接实验电路， 将函数信号发生器的输出电压调至频率为1KHz，幅值为2V的正弦波，经RC移相网络获得频率相同但相位不同的两路信号ui和uR，分别加到双踪示波器的Y1和Y2输入端。 为便于稳定波形，比较两波形相位差，应使内触发信号取自被设定作为测量基准的一路信号。 图 1－2 两波形间相位差测量电路 ② 把显示方式开关置“交替”挡位，将Y1和Y2输入耦合方式开关置“⊥”挡位，调节Y1、Y2的（　 ）移位旋钮，使两条扫描基线重合。 ③将Y1、Y2 输入耦合方式开关置“AC”挡位，调节触发电平、扫速开关及 Y1、Y2 灵敏度开关位置，使在荧屏上显示出易于观察的两个相位不同的正弦波形ui及uR，如图1－3所示。根据两波形在水平方向差距X，及信号周期XT，则可求得两波形相位差。 图 1－3 双踪示波器显示两相位不同的正弦波 　 　　式中： XT—— 一周期所占格数 　　　　　 X—— 两波形在X轴方向差距格数 记录两波形相位差于表1－3。 表1－3 一周期格数 两波形 X轴差距格数 相 位 差 实 测 值 计 算 值 XT＝ X＝ θ＝ θ＝ 为数读和计算方便，可适当调节扫速开关及微调旋钮，使波形一周期占整数格。 　 五、实验总结 　　1、 整理实验数据，并进行分析。 　　2、 问题讨论 　　1）如何操纵示波器有关旋钮，以便从示波器显示屏上观察到稳定、清晰的波形？　　　　 2)　用双踪显示波形，并要求比较相位时，为在显示屏上得到稳定波形，应怎样选择下列开关的位置？ 　　a) 显示方式选择（Y1；Y2；Y1＋Y2；交替；断续） 　　b)　触发方式（常态；自动） 　　c)　触发源选择（内；外） d) 内触发源选择（Y1、Y2、交替） 3、函数信号发生器有哪几种输出波形？它的输出端能否短接，如用屏蔽 线作为输出引线，则屏蔽层一端应该接在哪个接线柱上? 4、交流毫伏表是用来测量正弦波电压还是非正弦波电压？它的表头指示 值是被测信号的什么数值？它是否可以用来测量直流电压的大小？ 　　六、预习要求 　　1、 阅读实验附录中有关示波器部分内容。 2、 已知C＝0.1μf、R＝1K，计算图1－2 RC移相网络的阻抗角θ。 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 　　　　　　　 　　2)　输入电阻Ri的测量 　　为了测量放大器的输入电阻，按图2－4 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2－4 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2-4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2－5）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 2－5 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2－6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 3DG 9011(NPN) 3CG 9012(PNP) 9013(NPN) 图 2－6 幅频特性曲线 图2－7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（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2－1。 表2-1 IC＝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2－2 Ic＝2.0mA Ui＝ 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2－3。 表2－3　　　　RC＝2.4KΩ RL＝∞ 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2－4 RC＝2.4KΩ RL＝∞ 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2.4)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2－5。 表2－5 RC＝2.4K RL＝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2-6。 　　保持US不变，断开RL，测量输出电压Uo，记入表2-6。 表2-6　 Ic＝2mA Rc＝2.4KΩ RL＝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2－7 Ui＝ mV fl fo fn 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？ 注：附图2－1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2－1 实验三　射极跟随器 　　一、实验目的 　　1、 掌握射极跟随器的特性及测试方法 　　2、 进一步学习放大器各项参数测试方法 　　二、实验原理 射极跟随器的原理图如图3－1所示。 它是一个电压串联负反馈放大电路，它具有输入电阻高，输出电阻低，电压放大倍数接近于1，输出电压能够在较大范围内跟随输入电压作线性变化以及输入、输出信号同相等特点。 图3－1 射极跟随器 射极跟随器的输出取自发射极，故称其为射极输出器。 1、输入电阻Ri 图3－1电路 Ri＝rbe＋(1＋β)RE 如考虑偏置电阻RB和负载RL的影响，则 Ri＝RB∥[rbe＋(1＋β)(RE∥RL)] 由上式可知射极跟随器的输入电阻Ri比共射极单管放大器的输入电阻Ri＝RB∥rbe要高得多，但由于偏置电阻RB的分流作用，输入电阻难以进一步提高。 输入电阻的测试方法同单管放大器，实验线路如图3－2所示。 图3－2 射极跟随器实验电路 即只要测得A、B两点的对地电位即可计算出Ri。 　　2、输出电阻RO 图3－1电路 如考虑信号源内阻RS，则 由上式可知射极跟随器的输出电阻R0比共射极单管放大器的输出电阻RO≈RC低得多。三极管的β愈高，输出电阻愈小。 输出电阻RO的测试方法亦同单管放大器，即先测出空载输出电压UO，再测接入负载RL后的输出电压UL，根据 即可求出 RO 3、电压放大倍数 图3－1电路 ≤ 1 上式说明射极跟随器的电压放大倍数小于近于1，且为正值。 这是深度电压负反馈的结果。但它的射极电流仍比基流大(1＋β)倍， 所以它具有一定的电流和功率放大作用。 4、电压跟随范围 电压跟随范围是指射极跟随器输出电压uO跟随输入电压ui作线性变化的区域。当ui超过一定范围时，uO便不能跟随ui作线性变化，即uO波形产生了失真。为了使输出电压uO正、负半周对称，并充分利用电压跟随范围，静态工作点应选在交流负载线中点，测量时可直接用示波器读取uO的峰峰值，即电压跟随范围；或用交流毫伏表读取uO的有效值，则电压跟随范围 U0P－P＝2 UO 　　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、频率计 　　7、3DG12×1 (β＝50～100)或9013 .电阻器、电容器若干。 　　四、实验内容 　　按图5－2组接电路 1、静态工作点的调整 接通＋12V直流电源，在B点加入f＝1KHz正弦信号ui，输出端用示波器监视输出波形，反复调整RW及信号源的输出幅度，使在示波器的屏幕上得到一个最大不失真输出波形，然后置ui＝0，用直流电压表测量晶体管各电极对地电位，将测得数据记入表3－1。 表3－1 UE(V) UB(V) UC(V) IE（mA） 在下面整个测试过程中应保持RW值不变（即保持静工作点IE不变）。 2、测量电压放大倍数Av 接入负载RL＝1KΩ，在B点加f＝1KHz正弦信号ui，调节输入信号幅度，用示波器观察输出波形uo，在输出最大不失真情况下，用交流毫伏表测Ui、UL值。记入表3－2。 表3－2 Ui（V） UL（V） AV 3、测量输出电阻R0 接上负载RL＝1K，在B点加f＝1KHz正弦信号ui，用示波器监视输出波形，测空载输出电压UO，有负载时输出电压UL，记入表3－3。 表3－3 U0（V） UL（V） RO(KΩ) 4、测量输入电阻Ri 在A点加f＝1KHz的正弦信号uS，用示波器监视输出波形，用交流毫伏表分别测出A、B点对地的电位US、Ui，记入表3－4。 表3－4 US（V） Ui（V） Ri(KΩ) 5、测试跟随特性 接入负载RL＝1KΩ，在B点加入f＝1KHz正弦信号ui，逐渐增大信号ui幅度，用示波器监视输出波形直至输出波形达最大不失真，测量对应的UL值，记入表3－5。 表3－5 Ui(V) UL(V) 6、测试频率响应特性 保持输入信号ui幅度不变，改变信号源频率，用示波器监视输出波形，用交流毫伏表测量不同频率下的输出电压UL值，记入表3－6。 表3－6 f(KHz) UL(V) 　　五、预习要求 　　1、复习射极跟随器的工作原理。 2、根据图3－2的元件参数值估算静态工作点，并画出交、直流负载线。 　　六、实验 　　1、 整理实验数据，并画出曲线UL＝f(Ui)及UL＝f(f)曲线。 2、 分析射极跟随器的性能和特点。 附：采用自举电路的射极跟随器 在一些电子测量仪器中，为了减轻仪器对信号源所取用的电流，以提高测量精度，通常采用附图3－1所示带有自举电路的射极跟随器，以提高偏置电路的等效电阻，从而保证射极跟随器有足够高的输入电阻。 附图3－1　有自举电路的射极跟随器 实验四　　集成运算放大器的基本应用(I) 　 　　　　　　　　　​​ ─ 模拟运算电路 ─ 　　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5－1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5－1 反相比例运算电路 图5－2 反相加法运算电路 　　2)　反相加法电路 电路如图5－2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5－3(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5－3(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5-3 同相比例运算电路 　 4) 差动放大电路（减法器） 　　对于图5-4所示的减法运算电路，当R1＝R2，R3＝RF时， 有如下关系式 　　　　 　 图5－4 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5－5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5－1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5-1。 表5-1　Ui＝0.5V，f＝100Hz Ui（V） U0（V） ui波形 uO波形 AV 实测值 计算值 　　2、同相比例运算电路 　　1) 按图5－3(a)连接实验电路。实验步骤同内容1，将结果记入表5－2。 2) 将图5－3(a)中的R1断开，得图5－3(b)电路重复内容1)。 表5－2　　　Ui＝0.5V　　f＝100Hz Ui（V） UO(V) ui波形 uO波形 AV 实测值 计算值 　　3、 反相加法运算电路 1) 按图5－2连接实验电路。调零和消振。 2) 输入信号采用直流信号，图5－6所示电路为简易直流信号源，也可用实验仪器面板的+5v和-5v可调电源。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5－3。 图5－6 简易可调直流信号源 表5-3 Ui1(V) Ui2(V) UO(V) 　　 4、减法运算电路 　　1) 按图5－4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5－4。 　　 表5－4 Ui1(V) Ui2(V) UO(V) 　　 5、积分运算电路 　　实验电路如图5－5所示。 　　1)　打开K2，闭合K1，对运放输出进行调零。 2)　调零完成后，再打开K1，闭合K2，使uC(o)＝0。 3)　预先调好直流输入电压Ui＝0.5V，接入实验电路，再打开K2，然后用直流电压表测量输出电压UO，每隔5秒读一次UO，记入表5-5，直到UO不继续明显增大为止。 表5－5 t(s) 0 5 10 15 20 25 30 …… U0(V) 　　 五、实验总结 　　1、 整理实验数据，画出波形图（注意波形间的相位关系）。 　　2、 将理论计算结果和实测数据相比较，分析产生误差的原因。 3、 分析讨论实验中出现的现象和问题。 　　六、预习要求 　　1、 复习集成运放线性应用部分内容，并根据实验电路参数计算各电路输出电压的理论值。 2、 在反相加法器中，如Ui1 和Ui2 均采用直流信号，并选定Ui2＝－1V，当考虑到运算放大器的最大输出幅度(±12V)时，｜Ui1｜的大小不应超过多少伏？ 　　3、 在积分电路中，如R1＝100KΩ， C＝4.7μF，求时间常数。 假设Ui＝0.5V，问要使输出电压UO达到5V，需多长时间（设uC(o)＝0）？ 　　4、 为了不损坏集成块，实验中应注意什么问题？ 实验五　RC正弦波振荡器 一、实验目的 　1、 进一步学习RC正弦波振荡器的组成及其振荡条件 　2、 学会测量、调试振荡器 二、实验原理 　　从结构上看，正弦波振荡器是没有输入信号的，带选频网络的正反馈放大器。若用R、C元件组成选频网络，就称为RC 振荡器， 一般用来产生1Hz～1MHz的低频信号。 1、 RC移相振荡器 电路型式如图7－1所示,选择R＞＞Ri。 图7－1 RC移相振荡器原理图 振荡频率 　 起振条件 放大器A的电压放大倍数｜ ｜＞29 电路特点 简便，但选频作用差，振幅不稳，频率调节不便，一般 用于频率固定且稳定性要求不高的场合。 频率范围 几赫～数十千赫。 2、 RC串并联网络（文氏桥）振荡器 电路型式如图7－2所示。 振荡频率 起振条件 | |＞3 电路特点 可方便地连续改变振荡频率，便于加负反馈稳幅，容易得到良好的振荡波形。 图7－2 RC串并联网络振荡器原理图 3、 双T选频网络振荡器 电路型式如图7－3所示。 图7－3 双T选频网络振荡器原理图 振荡频率 起振条件 | |＞1 电路特点 选频特性好，调频困难，适于产生单一频率的振荡。 注：本实验采用两级共射极分立元件放大器组成RC正弦波振荡器。 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、 直流电压表 6、 3DG12×2 或 9013×2 电阻、电容、电位器等 四、实验内容 　1、 RC串并联选频网络振荡器 (1) 按图7－4组接线路 图7－4 RC串并联选频网络振荡器 (2) 断开RC串并联网络，测量放大器静态工作点及电压放大倍数。 (3) 接通RC串并联网络，并使电路起振，用示波器观测输出电压uO波形，调节Rf使获得满意的正弦信号，记录波形及其参数。 (4) 测量振荡频率，并与计算值进行比较。 (5) 改变R或C值，观察振荡频率变化情况。 (6) RC串并联网络幅频特性的观察 将RC串并联网络与放大器断开，用函数信号发生器的正弦信号注入RC串并联网络，保持输入信号的幅度不变（约3V），频率由低到高变化，RC串并联网络输出幅值将随之变化，当信号源达某一频率时，RC串并联网络的输出将达最大值（约1V左右）。且输入、输出同相位，此时信号源频率为 2、 双T选频网络振荡器 (1) 按图7－5组接线路 (2) 断开双T网络，调试T1管静态工作点，使UC1为6～7V。 (3) 接入双T网络，用示波器观察输出波形。若不起振，调节RW1，使电路起振。 (4) 测量电路振荡频率，并与计算值比较。 图7－5 双T网络RC正弦波振荡器 五、实验总结 　1、 由给定电路参数计算振荡频率，并与实测值比较， 分析误差产生的原因。 2、 总结三类RC振荡器的特点。 六、预习要求 　1、 复习教材有关三种类型RC振荡器的结构与工作原理。 　2、 计算三种实验电路的振荡频率。 　3、 如何用示波器来测量振荡电路的振荡频率。 实验六　　低频功率放大器─ 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、实验原理 图10－1所示为OTL 低频功率放大器。其中由晶体三极管T1组成推动级（也称前置放大级），T2、T3是一对参数对称的NPN和PNP型晶体三极管，它们组成互补推挽OTL功放电路。由于每一个管子都接成射极输出器形式，因此具 图10－1 OTL 功率放大器实验电路 有输出电阻低，负载能力强等优点，适合于作功率输出级。T1管工作于甲类状态，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T2管导通（T3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，T3导通（T2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 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，求得实际的 。 　2、 效率η 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、 频率响应------详见实验二有关部分内容 　 4、 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之值。 三、实验设备与器件 　1、 ＋5V直流电源 5、 直流电压表 2、 函数信号发生器 6、 直流毫安表 3、 双踪示波器 7、 频率计 4、 交流毫伏表 8、 晶体三极管 3DG6 (9011) 3DG12 (9013) 3CG12 (9012) 晶体二极管 IN4007 8Ω扬声器、电阻器、电容器若干 四、实验内容 　　在整个测试过程中，电路不应有自激现象。 　1、 静态工作点的测试 　　按图10－1 连接实验电路，将输入信号旋钮旋至零（ui=0）电源进线中串入直流毫安表，电位器 RW2置最小值，RW1 置中间位置。接通＋5V 电源，观察毫安表指示，同时用手触摸输出级管子，若电流过大，或管子温升显著，应立即断开电源检查原因（如RW2 开路，电路自激，或输出管性能不好等）。如无异常现象，可开始调试。 　 1) 调节输出端中点电位UA 调节电位器RW1 ，用直流电压表测量A 点电位，使 。 　2) 调整输出极静态电流及测试各级静态工作点 　　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。由于毫安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。 　　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。 输出极电流调好以后，测量各级静态工作点，记入表10－1。 表10－1 IC2＝IC3＝ mA UA＝2.5V 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 RW2的位置。 　 2、 最大输出功率P0m 和效率η的测试 　1) 测量Pom 输入端接f＝1KHz 的正弦信号ui，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，用交流毫伏表测出负载RL上的电压U0m ，则 。 　2) 测量η 当输出电压为最大不失真输出时，读出直流毫安表中的电流值，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 。 3、输入灵敏度测试 　　根据输入灵敏度的定义，只要测出输出功率P0＝P0m 时的输入电压值Ui即可。 　4、 频率响应的测试 　　测试方法同实验二。记入表10－2。 表10－2 Ui＝ mV fL f0 fH f(Hz) 1000 U0(V) AV 　　在测试时，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。 　5、研究自举电路的作用 1)测量有自举电路，且P0＝P0max 时的电压增益 　2)将C2开路，R 短路（无自举），再测量P0＝P0max 的AV。 　　用示波器观察1)、2)两种情况下的输出电压波形，并将以上两项测量结果进行比较，分析研究自举电路的作用。 　 6、噪声电压的测试 　　测量时将输入端短路(ui＝0) ，观察输出噪声波形，并用交流毫伏表测量输出电压，即为噪声电压UN，本电路若UN＜15mV，即满足要求。 　7、试听 　　输入信号改为录音机输出，输出端接试听音箱及示波器。开机试听，并观察语言和音乐信号的输出波形。 五、实验总结 　1、 整理实验数据，计算静态工作点、最大不失真输出功率P0m、效率η等，并与理论值进行比较。画频率响应曲线。 　2、 分析自举电路的作用。 　3、 讨论实验中发生的问题及解决办法。 六、预习要求 　1、 复习有关OTL 工作原理部分内容。 　2、 为什么引入自举电路能够扩大输出电压的动态范围？ 　3、 交越失真产生的原因是什么？怎样克服交越失真？ 　4、 电路中电位器RW2如果开路或短路，对电路工作有何影响？ 　5、 为了不损坏输出管，调试中应注意什么问题？ 6、 如电路有自激现象，应如何消除？ 实验七　函数信号发生器的组装与调试 一、实验目的 　1、 了解单片多功能集成电路函数信号发生器的功能及特点 　2、 进一步掌握波形参数的测试方法 二、实验原理 1、 ICL8038是单片集成函数信号发生器，其内部框图如图9－1所示。它由恒流源I1和I2、电压比较器A和B、触发器、缓冲器和三角波变正弦波电路等组成。 图9－1 ICL8038原理框图 外接电容C由两个恒流源充电和放电，电压比较器A、