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模拟电子技术实验指导书

前             言

本书是根据当前本科、大专、高职、高专等各类学校的电子技术教学和实验的需要，结合我公司生产的RTDZ系列电子技术实验装置的性能、指标编写而成，与我公司的产品配套使用，不做公开发行。

编写本书的目的是为实验指导教师提供一个参考，使他们在开设实验项目时有所借鉴。因此，指导教师应结合各学校的教学及实验要求选用合适的项目和内容或在此基础上设计自己的实验。

参加本书编写的有我公司的技术人员和多年从事实验教学的一线教师，他们对电子技术的教学实验具有丰富的经验和独到的见解。

限于编者的水平，本书一定还存在着许多问题和错误。恳请广大用户和专家、学者来电指正，以便再版时得以修正和完善，在此向您致谢！

目          录

绪论 …………………………………………………………………………………… （4）

实验一、常用电子仪器的使用…………………………………………………………（7）

实验二、晶体管共射极单管放大器……………………………………………………（9）

实验三、场效应管放大器………………………………………………………………（17）

实验四、两级电压串联负反馈…………………………………………………………（21）

实验五、电流串联负反馈………………………………………………………………（24）

实验六、电压并联负反馈………………………………………………………………（26）

实验七、射极输出器……………………………………………………………………（28）

实验八、差动放大器……………………………………………………………………（31）

实验九、集成运算放大器指标测试……………………………………………………（35）

实验十、集成运算放大器基本应用（Ⅰ）模拟运算电路……………………………（41）

实验十一、集成运算放大器基本应用（Ⅱ）仪表放大电路…………………………（46）

实验十二、集成运算放大器基本应用（Ⅲ）电压比较器……………………………（48）

实验十三、集成运算放大器基本应用（Ⅳ）精密整流器……………………………（52）

实验十四、集成运算放大器基本应用（Ⅴ）波形发生器……………………………（54）

实验十五、集成运算放大器基本应用（Ⅵ）信号处理有源滤波器…………………（57）

实验十六、低频功率放大器（Ⅰ）OTL功率放大器、OCL功率放大器 ……………（62）

实验十七、低频功率放大器（Ⅱ）集成功率放大器-LC正弦波振荡器 ……………（67）

实验十八、RC正弦波振荡器 …………………………………………………………（71）

实验十九、LC正弦波振荡器……………………………………………………………（74）

实验二十、函数信号发生器的组装与调试………………………………………………（77）

实验二十一、电压——频率转换电路……………………………………………………（81）

实验二十二、直流稳压电源（Ⅰ）串联型晶体管稳压电源……………………………（82）

实验二十三、直流稳压电源（Ⅱ）集成稳压电源………………………………………（88）

实验二十四、晶闸管可控整流电路………………………………………………………（93）

实验二十五、光电耦合线性放大器………………………………………………………（97）

二实验十六、应用实验——控温电路 …………………………………………………（99）

实验二十七、综合实验——万用电表的设计与调试 …………………………………（102）

绪             论

电子技术实验是《数字电子技术》、《模拟电子技术》理论教学的重要的补充和继续。通过实验，学生可以对所学的知识进行验证，加深对理论的认识；可以提高分析和解决问题的能力，提高实际动手能力。具体地说，学生在完成指定的实验后，应具备以下能力：

（1）熟悉并掌握基本实验设备、测试仪器的性能和使用方法；

（2）能进行简单的具体实验线路设计，列出实验步骤；

（3）掌握电子电路的构成及调试方法，系统参数的测试和整定方法，能初步设计和应用这些电路；

（4）能够运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理，解决实验中遇到的问题；

（5）能够综合实验数据，解释实验现象，编写实验报告。

为了在实验时能取得预期的效果，建议实验者注意以下环节：

1-1实验准备

实验准备即为实验的预习阶段，是保证实验能否顺利进行的必要步骤。每次实验前都应先进行预习，从而提高实验质量和效率，避免在实验时不知如何下手，浪费时间，完不成实验，甚至损坏实验装置。因此，实验前应做到：

（1）复习教材中与实验有关的内容，熟悉与本次实验相关的理论知识；

（2）预习实验指导书，了解本次实验的目的和内容；掌握本次实验的工作原理和方法；

（3）写出预习报告，其中应包括实验的详细接线图、实验步骤、数据记录表格等；

（4）熟悉实验所用的实验装置、测试仪器等；

（5）实验分组，一般情况下，电子技术实验以每组1-2人为宜。

1-2实验实施

在完成理论学习、实验预习等环节后，就可进入实验实施阶段。实验时要做到以下几点：

（1）实验开始前，指导教师要对学生的预习报告作检查，要求学生了解本次实验的目的、内容和方法，只有满足此要求后，方能允许实验开始。

（2）指导教师对实验装置作介绍，要求学生熟悉本次实验使用的实验设备、仪器，明确这些设备的功能、使用方法。

（3）按实验小组进行实验，小组成员应有明确的分工，各人的任务应在实验进行中实行轮换，使参加者都能全面掌握实验技术，提高动手能力。

（4）按预习报告上的详细的实验线路图进行接线，也可由二人同时进行接线。

（5）完成实验接线后，必须进行自查：串联回路从电源的某一端出发，按回路逐项检查各仪表、设备、负载的位置、极性等是否正确，合理；并联支路则检查其两端的连接点是否在指定的位置。距离较近的两连接端尽可能用短导线，避免干扰；距离较远的两连接端尽量选用长导线直接连接，尽可能不用多根导线做过渡连接。自查完成后，须经指导教师复查后方可通电实验。

（6）实验时，应按实验指导书所提出的要求及步骤，逐项进行实验和操作。改接线路时，必须断开电源。实验中应观察实验现象是否正常，所得数据是否全理，实验结果是否与理论相一致。

完成本次实验全部内容后，应请指导教师检查实验数据、记录的波形。经指导教师认可后方可拆除接线，整理好连接线、仪器、工具。

1-3实验总结

实验的最后阶段是实验总结，即对实验数据进行整理、绘制波形曲线和图表、分析实验现象、撰写实验报告。每个实验参与者都要独立完成一份实验报告，实验报告的编写应持严肃认真、实事求是的科学态度。如实验结果与理论有较大出入时，不得随意修改实验数据和结果，不得用凑数据的方法来向理论靠近，而是用理论知识来分析实验数据和结果，解释实验现象，找到引起较大误差的原因。

实验一  常用电子仪器的使用

一、实验目的

掌握电子线路实验中常用电子仪器(函数信号发生器、交流毫伏表、示波器等仪器)的一般使用方法。

二、仪器的基本组成及使用方法

1.函数信号发生器

函数信号发生器主要由信号产生电路、信号放大电路等部分组成。可输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出信号电压幅度可由输出幅度调节旋钮进行调节，输出信号频率可通过频段选择及调频旋钮进行调节。

使用方法：首先打开电源开关，通过“波形选择”开关选择所需信号波形，通过“频段选择”找到所需信号频率所在的频段，配合“调频”旋钮，找到所需信号频率。通过“调幅”旋钮得到所需信号幅度。

2.交流毫伏表

交流毫伏表是一种用于测量正弦电压有效值的电子仪器。主要由分压器、交流放大器、检波器等主要部分组成。电压测量范围为1mV至300V，分十个量程。

使用方法：将“测量范围”开关放到最大量程档(300V)接通电源；将输入端短路，使“测量范围”开关置于最小档(10mV)，调节“零点校准”使电表指示为0；去掉短路线接入被测信号电压，根据被测电压的数值，选择适当的量程，若事先不知被测电压的范围，应先将量程放到最大档，再根据读数逐步减小量程，直到合适的量程为止；用完后，应将选择“测量范围”开关放到最大量程档，然后关掉电源。

注意事项：①接短路线时，应先接地线后接另一根线，取下短路线时，应先取另一根线后取地线；②测量时，仪器的地线应与被测电路的地线接在一起。

3.示波器

示波器是一种用来观测各种周期性变化电压波形的电子仪器，可用来测量其幅度、频率、相位等等。一个示波器主要由示波管、垂直放大器、水平放大器、锯齿波发生器、衰减器等部分组成。

使用方法：打开电源开关，适当调节垂直()和水平()移位旋钮，将光点或亮线移至荧光屏的中心位置。观测波形时，将被观测信号通过专用电缆线与Y₁(或Y₂)输入插口接通，将触发方式开关置于“自动”位置，触发源选择开关置于“内”，改变示波器扫速开关及Y轴灵敏度开关，在荧光屏上显示出一个或数个稳定的信号波形。

三、实验设备、部件与器件

1.函数信号发生器(实验台面板右侧)

2.交流毫伏表(实验台面板右下角)

3.双踪示波器(另配)

四、实验内容

1.从函数信号发生器输出频率分别为：200Hz、1KHz、2KHz、10KHz、20KHz、100KHz(峰—峰值为1V)的正弦波、方波、三角波信号，用示波器观察并画出波形。

2.从函数信号发生器输出频率分别为200Hz、1KHz、2KHz、10KHz，幅值分别为100mV和200mV(有效值)的正弦波信号。用示波器和交流毫伏表进行参数的测量并填入表1—1。

表1—1

信号频率

信号电压

毫伏表读数

示波器测量值

示波器测量值

峰峰值

有效值

周期（mS）

频率（Hz）

200Hz

100mV

200mV

1KHz

100mV

200mV

2KHz

100mV

200mV

10KHz

100mV

200mV

五、实验报告

整理实验数据，并进行分析。

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，定性了解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。

二、实验原理

图2-1为典型的工作点稳定的阻容耦合单管放大器实验原理图。它的偏置电路采用R_B1和R_B2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻R_E，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端输入信号U_i后，在放大器的输出端便可得到一个与U_i相位相反，幅值被放大了的输出信号U_O，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，静态工作点可用下式估算

U_B≈

                I_E＝≈I_C

                U_CE＝U_CC-I_C(R_C+R_E)

电压放大倍数

                A_V＝

输入电阻          R_i＝R_B1‖R_B2‖r_be

输出电阻          R_O≈R_C

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U_i＝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I_C，及各电极对地的电位U_B、U_C和U_E。实验中为了避免断开集电极，通常采用测量电压，然后算出I_C的方法。例如，只要测出U_E，即可用I_C≈I_E＝算出I_C(也可根据I_C＝，由U_C确定I_C)，同时也能算出U_BE＝U_B-U_E，U_CE＝U_C-U_E。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

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U_O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U_O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U_i，检查输出电压U_O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。

电源电压U_CC和电路参数R_C、R_B(R_B1、R_B2)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R_B2的方法来改变静态工作点，如减小R_B2，则可使静态工作点提高等。



图2-2静态工作点对UO波形失真的影响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A_V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U_i，在输出电压U_O不失真的情况下，用交流毫伏表测出有效值U_i和U_O，则

        A_V＝

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。在放大器正常工作情况下，用交流毫伏表测出U_S和U_i，则根据输入电阻的定义可得

        Ri＝=



图2-4输入、输出电阻测量电路

测量时应注意

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U_R时必须分别测出U_S和U_i，然后按U_R＝U_S-U_i求出U_R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R_i为同一数量级为好，本实验可取R＝1～2KΩ。

3)输出电阻R_O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R_L的输出电压U_O和接入负载后的输出电压U_L，根据

         U_L＝

即可求出R_O

           R_O＝(-1)R_L

在测试中应注意，必须保持R_L接入前后输入信号的大小不变。

4)最大不失真输出电压U_OPP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R_W(改变静态工作点)，用示波器观察U_O，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U_O(有效值)，则动态范围等于2U_O，或用示波器直接读出U_OPP来。

图2-5静态工作点正常，输入信号太大引起的失真

5)放大器频率特性的测量

放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数A_V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，A_Vm为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化降到中频放大倍数的1/倍，即0.707A_Vm所对应的频率分别称为下限频率f_L和上限频率f_H，则通频带

f_BW＝f_H-f_L

放大器的幅频特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数A_V。为此可采用前述测量A_V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。



            图2-6幅频特性曲线图            2-7常用三级管的引脚排列

6)干扰和自激振荡的消除

参考教材相关章节。

三、实验设备、部件与器件

1.+12V直流电源                         2.函数信号发生器

3.双踪示波器(另配)                     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(另配)

9.晶体三极管3DG6等(另配)





图2-8



图2-9

四、实验内容

实验电路如图2-8所示，本实验利用其中的第一级放大器。各电子仪器可按图2-9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，断开C_f2、R_f2支路和C_f、R_f，并短路R_f1。

1.测量静态工作点

接通电源前，将R_W1调至最大，放大器工作点最低，函数信号发生器输出旋钮旋至零。

接通+12V电源、调节R_W1，使I_C＝2.0mA(即U_E＝2.0V)，用直流电压表测量U_B、U_E、U_C的值。记入表2-1。

表2-1        I_C＝2.0mA

测量值

计算值

U_B（V）

U_E（V）

U_C（V）

U_BE（V）

U_CE（V）

I_C（mA）≈I_E

2.测量电压放大倍数

在放大器输入端(B点)加入频率为1KHz的正弦信号，调节函数信号发生器的输出旋钮，使U_i＝5mV。同时用示波器观察放大器输出电压U_O(R_L1两端)的波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述两种情况下的U_O值，并用双踪示波器观察U_O和U_i的相位关系，记入表2-2。

表2-2       I_C＝2.0mA         Ui＝5mV

R_C（KΩ）

R_L（KΩ）

U_O（V）

A_V

观察记录一组U_O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R_C1＝2.4KΩ，R_L1＝∞，U_i适量，调节R_W1，用示波器监视输出电压波形，在U_O不失真的条件下，测量数组I_C和U_O值，记入表2-3。

表2-3      R_C＝2.4K         R_L＝∞          U_i＝5mV

I_C（mA）

2.0

Uo(mV)

Av

4.观察静态工作点对输出波形失真的影响

置R_C＝2.4K，R_L＝2.4K，U_i＝0，调节R_W1使I_C＝1.5mA，测出U_CE值。再逐步加大输入信号，使输出电压U_O足够大但不失真。然后保持输入信号不变，分别增大和减小R_W1，使波形出现失真，绘出U_O的波形，并测出失真情况下的I_C和U_CE值，记入表2-4中。每次测I_C和U_CE值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。

表2-4      R_C＝2.4KΩ      R_L＝∞        U_i＝     mV

Ic(mA)

U_CE(V)

U_O波形

失真情况

管子工作状态

1.5

5.测量最大不失真输出电压

置R_C＝2.4KΩ,R_L＝2.4KΩ，按照实验原理4)中所述方法，同时调节输入信号的幅度和电位器R_W1，用示波器和交流毫伏表测量U_OPP及U_O值，记入表2-5。

表2-5    R_C=2.4K       R_L=2.4K

I_C（mA）

U_i(mV)

U_cm(V)

U_opp(V)

6.测量输入电阻和输出电阻

置R_C1＝2.4K，R_L1＝2.4K，I_C＝2.0mA。输入f＝1KHz的正弦信号(在A点输入)，在输出电压U_O不失真的情况下，用交流毫伏表测出U_S、U_i和U_L，记入表2-6。

保持U_S不变，断开R_L，测量输出电压U_O，记入表2-6。

表2-6     I_C＝2.0mA       R_C＝2.4KΩ       R_L1＝2.4KΩ

U_o(mA)

U_i(mV)

R_i(KΩ)

U_L(V)

U_o(V)

R_O(KΩ)

测量值

计算值

测量值

计算值

7.测量幅频特性曲线

取I_C＝2.0mA,R_c1＝2.4K，R_L1＝2.4K。保持输入信号U_i(B点输入)的幅度不变，改变信号源频率f，逐点测出相应的输出电压U_O，记入表2-7。

表2-7            U_i＝       mV

                      f_L                f_O              f_H

f(kHz)

Uo(V)

Av=Uo/Ui

为了频率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、实验报告

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R_C、R_L及静态工作点对放大器放大倍数、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，R_B1＝20K，R_B2＝60K，R_C＝2.4K，R_L＝2.4K。

估算放大器的静态工作点，电压放大倍数A_V，输入电阻R_i和输出电阻R_O。

2.能否用直流电压表直接测量晶体管的U_BE?为什么实验中要采用先测U_B、U_E再间接算出U_BE的方法?

3.当调节偏置电阻R_B1，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U_CE怎样变化?

4.改变静态工作点对放大器的输入电阻R_i有否影响?改变外接电阻R_L对输出电阻R_O有否影响?

实验三   场效应管放大器

一、实验目的

1.了解结型场效应管的性能和特点

2.进一步熟悉放大器动态参数的测试方法

二、实验原理

场效应管是一种电压控制型器件。按结构可分为结型和绝缘栅型两种类型。由于场效应管栅源之间处于绝缘或反向偏置，所以输入电阻很高(一般可达上百兆欧)。加之制造工艺较简单，便于大规模集成，因此得到越来越广泛的应用。

图3-1 3DJ6F的输出特性和转移特性曲线

1.结型场效应管的特性和参数

场效应管的特性主要有输出特性和转移特性。图3-1所示为N沟道结型场效应管3DJ6F的输出特性和转移特性曲线。其直流参数主要有饱和漏极电流IDSS，夹断电压UP等；交流参数主要有低频跨导

g_m=

表3-1列出了3DJ6F的典型参数值及测试条件

表3-1

参数名称

饱和漏极电流

I_DSS（mA）

夹断电压U_p（V）

跨导g_m(µA/V)

测试条件

U_DS=10V

U_GS=0V

U_DS=10V

I_DS=50µA

U_DS=10V

I_DS=3mA

F=1KHz

参数值

1～3.5

<

>100

2.场效应管放大器性能分析

图3-2为结型场效应管组成的共源极放大电路。其静态工作点

U_GS＝U_G-U_S＝

I_D＝I_DSS （1-）²

中频电压放大倍数        A_V＝-gmRL′＝-gmRD‖RL

输入电阻               Ri＝R_G+R_g1‖R_g2

输出电阻                R_O≈R_D

式中跨导g_m可由特性曲线用作图法求得，或用公式

                       g_m＝-

计算。但要注意，计算时U_GS要用静态工作点处之数值。

图3-2 结型场效应管共源极放大器

图3-3 输入电阻测量电路

3.输入电阻的测量方法

场效应管放大器的静态工作点、电压放大倍数和输入电阻的测量方法，与实验二中晶体管放大器的测量相同。输入电阻的测量电路如图3-3所示。在放大器的输入端串入电阻R，把开关K掷向位置1(即使R＝0)，测量放大器的输出电压U_O1＝A_VU_S；保持U_S不变，再把K掷向2(即接入R)，测量放大器的输出电压U_O2。由于两次测量中A_V和U_S保持不变，故

                         U_O2＝A_VU_i＝U_SA_V

由此可以求出

                         R_i＝R

式中R和R_i不要相差太大，本实验可取R＝100～200KΩ。

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(另配)                    4.交流毫伏表   5.直流电压表  6.结型场效应管3DJ6F× 1 电阻器、电容器若干

四、实验内容

1.静态工作点的测量和调整

1)根据附录查阅，或用图示仪测量实验中所用场效应管的特性曲线和参数，记录下来备用。

2)按图3-2连接电路(自行搭接电路，各连线尤其是接地连线应尽量短)，接通+12V电源，用直流电压表测量U_G、U_S和U_D。检查静态工作点是否在特性曲线放大区的中间部分。如合适则把结果记入表3-2。

3)若不合适，则适当调整R_g2和R_S，调好后，再测量U_G、U_S和U_D记入表3-2。

表3-2

测       量      值

计    算     值

U_G(V)

U_S(V)

U_D(V)

U_DS(V)

U_GS(V)

I_D(mA)

U_DS(V)

U_GS(V)

I_D(mA)

2.电压放大倍数A_V、输入电阻R_i和输出电阻R_O的测量

1)A_V和R_O的测量

在放大器的输入端加入f＝1KHz的正弦信号U_i(≈50～100mV)，并用示波器监视输出电压U_O的波形。在输出电压U_O没有失真的条件下，用交流毫伏表分别测量R_L＝∞和R_L＝10KΩ的输出电压U_O(注意：保持U_i不变)，记入表3-3。

表3-3

测量值

计算值

Ui和Uo波形

U_i(V)

U_o(V)

A_V

R_o(KΩ)

A_V

R_o(KΩ)

R_L=∞

R_L=10K

用示波器同时观察U_i和U_O的波形，描绘出来并分析它们的相位关系。

2)R_i的测量

按图3-3改接实验电路，选择合适大小的输入电压U_S(约50-100mV)。将开关K掷向“1”，测出R=0时的输出电压U_O1，然后将开关掷向“2”(接入R)，保持U_S不变，再测出U_O2，根据公式

          Ri＝   求出Ri，记入表3-4。

表3-4

测量值

计算值

U₀₁

U₀₂

R_i（KΩ）

R_i（KΩ）

五、实验报告

1.整理实验数据，将测得的A_V、R_i、R_O和理论计算值进行比较。

2.把场效应管放大器与晶体管放大器进行比较，总结场效应管放大器的特点。

3.分析测试中的问题，总结实验收获。

六、预习要求

1.复习有关场效应管部分内容，并分别用图解法与计算法估算管子的静态工作点(根据实验电路参数)，求出工作点处的跨导g_m。

2.场效应管放大器输入回路的电容C₁为什么可以取得小一些(可以取C₁＝0.1μF)?

3.测量场效应管静态工作电压U_GS时，能否用直流电压表直接并在G、S两端测量? 为什么?

4.为什么测量场效应管输入电阻时要用测量输出电压的方法?

实验四    两级电压串联负反馈放大器

一、实验目的

1.学会识别放大器中负反馈电路的类型。

2.了解不同反馈形式对放大器的输入和输出阻抗的不同影响。

3.加深理解负反馈对放大器性能的影响。

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.带有负反馈的两级阻容耦合放大电路，如图4-1所示(断开R_f2、C_f2支路)，在电路中通过R_f把输出的电压U_O引回到输入端，加在晶体管T₁的发射极上，在发射极电阻R_f1上形成反馈电压U_f。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A_Vf

A_Vf=

其中 A_V＝U_O/U_i——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+A_VF_V——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

                       F_V＝

3)输入电阻       R_if＝(1+A_VF_V)R_i′

     R_i′——基本放大器的输入电阻(不包括偏置电阻)

4)输出电阻       R_Of＝

     R_O——基本放大器的输出电阻

     A_VO——基本放大器R_L=∞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U_O＝0，此时R_f相当于并联在R_f1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(R_f+R_f1)相当于并接在输出端。可近似认为R_f并接在输出端。

根据上述规律，就可得到所要求的如图4-2所示的基本放大器。



图4-1 带有负反馈的二级阻容耦合放大电路

图4-2 基本放大器

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(另配)               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、电容、插线若干。

四、实验内容

1.测量静态工作点

按图4-1连接实验电路，将R_L1开路，使电路为两级放大器，同时断开R_{f 2}C_f2和R_fC_f反馈支路。取U_CC＝+12V，U_i＝0，调整RW1、RW2，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 I_C1=2.0mA，   I_C2=2.0mA

U_B(V)

U_E(V)

U_C(V)

I_C(mA)

第一级

第二级

2.测量中频电压放大倍数A_V，输入电阻R_i和输出电阻R_o。

1)测量中频电压放大倍数A_V。

在放大器输入端(B点)加入频率为1KHz，U_i=5mV的正弦信号，用示波器观察放大器输出电压U_L的波形。在U_L不失真的情况下，用交流毫伏表测量U_L，利用A_V=算出基本放大器的电压放大倍数。

2)测量输出电阻R0

保持U_i=5mV不变，断开负载电阻RL2(注意输出端的R_F、R_F1支路不要断开)，测量空载时的输出电压U₀。利用公式R₀=()R_Ld，求出输出电阻R₀。

3)测量输入电阻R_i

在电路的A点输入频率为1KHz的正弦信号，调节“幅度”调节旋钮，使得U_i=5mV，再测出A点的输入电压U_S，利用公式Ri= Rs计算出输入电阻R_i。

4)测量通频带

接上R_L2，在放大器输入端B点输入U_i=5mV，1HKz的正弦信号，测出输出电压U_L(U_L波形不失真)然后增加和减小输入信号的频率(保持U_i=5mV)，找出上、下限频率f_H和f_L，利用f_BW=f_H-f_L得到通频带宽。

3.测量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，断开C_f2、R_f2支路。重复2中的各项测试内容和方法，得到负反馈放大器的A_vf、R_of、R_if和通频带度f_BW。

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、实验报告

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

2.按实验电路4-1估算放大器的静态工作点(β₁＝β₂＝100)

3.怎样把负反馈放大器改接成基本放大器?为什么要把R_f并接在输入和输出端?

 4.估算基本放大器的A_V，R_i和R_O；估算负反馈放大器的A_Vf、R_if和R_Of，并验算它们之间的关系。

5.如按深度负反馈估算，则闭环电压放大倍数A_Vf＝?和测量值是否一致?为什么?

6.如输入信号存在失真，能否用负反馈来改善?

实验五   电流串联负反馈

一、实验目的

1.学会识别放大器中负反馈电路的类型。

2.了解不同反馈形式对放大器输入、输出电阻的不同影响。

3.加深理解负反馈对放大器性能的影响。

二、实验原理

图5-1为电流串联负反馈电路。从图中

图5-1 电流串联负反馈放大器

可以看出，F==     R′_L=R_C∥R_L

A_VO=    AVF==

通过等效电路计算可得，

        A_VF==

深度负反馈的情况下    A_VF=

三、实验设备、部件与器件

1.+12V直流电源                                2.函数信号发生器

3.双踪示波器(另配)                            4.频率计

5.交流毫伏表                                  6.直流电压表

7.晶体三极管3DG6、电阻、电容及插线若干。

四、实验内容

1.测量和调整静态工作点

将实验台面板上的单管/负反馈两级放大器接成图5-1所示电流串联负反馈电路。并把R_F1短路，即电路处于无反馈状态。调节R_W1使得I_C=≈IE==2mA，用万用电表测量晶体管的集电极、基极和发射极对地的电压U_C，U_B和U_E。

2.测量无反馈(基本放大器)的各项性能指标

1)测量电压放大倍数A_V

在放大器输入端(B点)加入U_I=5mV，1KHz的正弦信号，用示波器观察放大器输出电压U_L的波形。在U_L不失真的情况下，用交流毫伏表测量U_L，利用A_U=求出基本放大器的电压放大倍数。

2)测量输出电阻Ro

保持U_I=5mV不变，断开负载电阻R_L1，测量空载时的输出电压U₀，利用公式R_O=(-1)R_L1，求出输出电阻R_o。

3)测量输入电阻R_I

在电路的A点输入频率为1KHz的正弦信号，调节“幅度”调节旋钮，使得U_I=5mV，再测出A点的输入电压U_S。利用公式

R_I=R计算出输入电阻R_I。

4)测量通频带

接上负载R_L1，在放大器输入端B点输入U_I=5mV，1KHz的正弦信号。测出输出电压U_L(U_L波形不失真)，然后改变输入信号的频率(保持U_I=5mV)找出上，下限频率f_H和f_L并计算出通频带宽。

3.测量负反馈放大器的各项性能指标

将实验电路恢复为图5-1，调整静态工作点使得I_E=2mA。

重复2中的测试内容和方法，得到负反馈放大器的A_VF、R_OF、R_IF和通频带宽f_BW。

五、实验报告

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，总结电流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。

2.估算基本放大器的A_V、R_I和R₀；估算负反馈放大器的A_VF、R_IF、R_OF，并验算它们之间的关系。

3.为何从实验结果看不出电流反馈对输出电阻的显著提高?

实验六   电压并联负反馈

一、实验目的

1.进一步学会识别放大器中负反馈电路的类型。

2.了解不同反馈形式对放大器输入、输出电阻的不同影响。

3.加深理解负反馈对放大器性能的影响。

二、实验原理

图6-1为电压并联负反馈电路。电路中将反馈电阻接在集电极与基极之间，利用输出电压U₀在R_F中形成的电流IF反馈到输入端，与输入信号电流I_S并联，成为分流支路，使晶体管基极注入电流I_B减小。

图6-1 电压并联负反馈放大器

三、实验设备、部件与器件

1.+12V直流电源                              2.函数信号发生器

3.双踪示波器(另配)                          4.频率计

5.交流毫伏表                                6.直流电压表

7.晶体三极管3DG6、电阻、电容及插线若干。

四、实验内容

1.测量和调整静态工作点。



图6-2 单级无反馈放大器

将实验台面板上的单管/负反馈两级放大器接成图6-2所示电路。此时电路处于无反馈状态。

调节R_W1，使得I_E==2mA，用直流电压表测出晶体管集电极对地电压U_C，基极对地电压U_B和发射极对地电压U_E。

2.测量基本放大器的各项性能指标

1)测量电压放大倍数A_V

在放大器输入端(B点)加入U_I=5mV，1KHz的正弦信号，用示波器观察放大器输出电压U_L的波形。在不失真的情况下，用交流毫伏表测量U_L。利用A_V=求出基本放大器的电压放大倍数。

2)测量输出电阻Ro

保持U_I=5mV不变，断开负载电阻R_L1，测量空载时的输出电压U₀，利用公式R₀=(-1)R_L1，求出输出电阻R₀。

3)测量输入电阻R_I

在电路的A点输入频率为1KHz的正弦信号，调节“幅度”调节旋钮，使得U_I=5mV，再测出A点的输入电压U_S。利用公式

R_I=计算出输入电阻R_I。

4)测量负反馈放大器的各项性能指标

将实验电路恢复为图6-1。重复2中的测试内容，得到负反馈放大器的A_VF、R_0F、R_IF．

五、实验报告

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，总结电压并联负反馈对放大器性能的影响。

实验七   射极输出器

一、实验目的

1.掌握射极输出器的特点。

2.进一步学习放大器各项参数的测试方法。

3.了解“自举”电路在提高射极输出器的输入电阻中的作用。

二、实验原理

1.射极输出器的特点

1)输出电压U0与输入电压Ui同相

2)输入电阻高

3)输出电阻低

2.实验原理：

实验原理图如图7-1所示。

         图7-1 典型的射极输出器

引入“自举”电路可使阻值较小的基极直流偏置电阻Rb1和Rb2对信号源呈现相当大的交流输入电阻。具有“自举”电路的射极输出器如图7-2所示。

图7-2 带有“自举”的射极输出器

其等效电路如图7-3。

图7-3 带有“自举”的射极输出器等效电路

由图可见Ui升高，U₀也升高，通过R_b3使U_B相应抬高，即用输出电压的上升去“举高”自己的基极电压，所以称为“自举”电路。由于U₀与U_I同相，则R_b3两端的电压就很小，因而流过R_b3的电流I_R也很小。即R_b3的分流作用大大减弱，相当于Ui看进去R_b3的等效输入电阻被大大提高。

三、实验设备、部件与器件

1.+12直流电源                       2.函数信号发生器

3.双踪示波器(另配)                  4.交流毫伏表

5.直流电压表                        6.频率计

7.3DG6×1 电阻器、电容及插线若干。

四、实验内容

1.按图7-1连接电路(该电路需学生利用实验台面板上的元件自行搭接)。注意：a与a′连接，b与b′断开，使其处于无自举状态。

2.静态工作点的调整

接通+12V电源，在B点加入f＝1KHz正弦信号Ui(Ui大于100mV)，输出端用示波器监视，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7-1。

表7-1

U_E（V）

U_B（V）

U_C（V）

IE=

在下面整个测试过程中应保持R_W值不变(即I_E不变)。

3.测量电压放大倍数AV

接入负载R_L＝2KΩ，在B点加f＝1KHz正弦信号U_i，调节输入信号幅度，用示波器观察输出波形U_O，在输出最大不失真情况下，用交流毫伏表测U_i、U_L值。记入表7-2。

表7-2

U_i(V)

U_L(V)

A_V=

4.测量输出电阻R_O

断开负载R_L，在B点加f＝1KHz正弦信号U_i(幅度通常取100mV，下同)，用示波器监视输出波形，测空载输出电压U_O。接上负载R_L=2KΩ，测出有负载时输出电压U_L，记入表7-3。

表7-3

U_o(V)

U_L(V)

R_o=(-1)R_L(KΩ)

5.测量输入电阻Ri

在A点加f＝1KHz的正弦信号U_s，使得U_i在100mV以上，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U_S、U_i，记入表7-4。

表7-4

U_s(V)

U_i(V)

R_i=R(KΩ)

6.将a与a″相连，b与b′相连，即引入“自举”。重新测量输入电阻R′_i。

五、预习要求

1.复习射极输出器的工作原理及其特点。

2.根据图5-2的元件参数值估算静态工作点，并画出交、直流负载线。

六、实验报告

1.分析射极跟随器的性能和特点。

2.整理数据并列表进行比较。

实验八   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.学会对差动放大器的电压放大倍数、共模抑制比的测量方法

二、实验原理

图8-1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。其中RP为调零电位器，RE为两管共用的发射极电阻，它对共模信号有较强的负反馈作用。



图8-1 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能力。

1.静态工作点的估算

开关K拨向左边时，构成典型的差动放大电路，其静态为：

        I_E≈(认为U_B1=U_B2≈0)

I_C1＝I_C2＝I_E

当开关拨向右边时，构成具有恒流源电路的差动放大器。其静态为：

        I_C3≈I_E3≈

I_C1＝I_C1＝I_C3

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R_E足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数A_d由输出端方式决定，而与输入方式无关。

差模输入双端输出R_L＝∞，R_P在中心位置

A_d＝=

差模输入单端输出       A_d1=

A_d2＝

当输入共模信号时，若为单端输出，则有

A_C1＝A_C2＝

若为双端输出，在理想情况下

A_C＝

实际上由于元件不可能完全对称因此A_C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

            CMRR＝｜｜    或 CMRR＝20 Log｜｜(dB)

差动放大器的输入信号可采用直流信号也可用交流信号。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，由于该信号发生器为不平衡输出方式，所以在双端差模输入时，信号发生器与放大器输入端A-B之间需加接平衡输入变压器。

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(另配)                           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)。

四、实验内容

1.典型差动放大器性能测试。

实验电路如图8-1，开关K拨向左边构成典型差动放大器。

1)测量静态工作点

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U_O，调节调零电位器R_P，使U_O＝0。

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R_E两端电压U_RE，记入表8-1。

表8-1

测量值

U_C1（V）

U_B1（V）

U_E1（V）

U_C2（V）

U_R2（V）

U_F2（V）

U_RE（V）

计算值

Ic(mA)

I_B(mA)

U_CE(V)

2)测量差模电压放大倍数

断开短路线，将函数信号发生器的输出通过平衡输入变压器接放大器的输入端A、B，(在本实验电路中，将函数信号发生器的输出端接放大器输入端A，信号源输出地接放大器输入B)构成双端输入方式，调节信号频率f＝1KHz的正弦信号，先使输出信号大小为0，用示波器监视输出端电压(集电极C₁或C₂与地之间的电压)。

逐渐增大输入电压U_i(约100mV)，在输出波形无失真的情况下，用交流毫伏表测U_i，U_c1，U_c2，并用双踪示波器观察U_i，U_c1，U_c2之间的相位关系及U_RE随U_i改变而变化的情况。

利用A_d1=、A_d2=及A_d=分别计算双端输入、单端输出时的差模电压增益A_d1和A_d2及双端输入、双端输出的差模电压增益A_d。

3)测量共模电压放大倍数

将放大器A、B短接，(去掉平衡输入变压器)，信号源的输出端与放大器A、B相接，信号源的地与电路的地相接。构成共模输入方式，调节函数信号发生器，使输入信号U_i=1V    f=1KHz。在输出电压无失真的情况下，测量U_c1、U_c2。用双踪示波器观察U_i、U_c1、U_c2之间的相位关系及U_RE随U_i变化而变化的情况。

利用A_d1=、A_d2=及A_c=分别计算双端输入、单端输出时的共模电压增益A_C1和A_C2及双端输入、双端输出时的共模电压增益A_C。

2.具有恒流源的差动放大电路性能测试。

将图8-1电路中的开关K拨向右边，构成具有恒流源的差动放大电路。重复1中的各项内容。

五、实验报告

1.整理实验数据，列表比较实验结果和理论计算值，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实验值与理论值比较

(3)典型差动放大电路单端输出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U_i，U_C1和U_C2之间的相位关系。

3.根据实验结果，总结电阻R_E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和共模信号，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U_O?

5.怎样用交流毫伏表测双端输出电压U_O?

实验九   集成运算放大器指标测试

一、实验目的

1.掌握运算放大器主要指标的测试方法。

2.通过运算放大器μA741指标的测试，了解集成运算放大器组件的主要参数的定义和表示方法。

二、实验原理

集成运算放大器是一种线性集成电路，和其它半导体器件一样，它是用一些性能指标来衡量其质量的优劣。为了正确使用集成运放，就必须了解它的主要参数指标。集成运放组件的各项指标通常是用专用仪器进行测试的，这里介绍的是一种简易测试方法。

本实验采用的集成运放型号为，μA741(或F007)，引脚排列如图9-1所示。它是八脚双列直插式组件，②脚和③脚为反相和同相输入端，⑥脚为输出端， ⑦脚和④脚为正，负电源，①脚和⑤脚为失调调零端，①⑤脚之间可接入一只几十KΩ的电位器并将滑动触头接到负电源端。⑧脚为空脚。



图9-1 μA741管脚图                    图9-2 U_IO、I_IO测试电路

1.输入失调电压U_IO

输入失调电压U_IO是指输入信号为零时，输出端出现的电压折算到同相输入端的数值。

失调电压测试电路如图9-2所示。闭合开关K₁及K₂，使电阻R_B短接，测量此时的输出电压U_O1，则输入失调电压

              U_IO=U_O1

实际测出的U_O可能为正，也可能为负。高质量的运放U_IO一般在1mV以下。

测试中应注意：①将运放调零端开路。

              ②要求电阻R₁和R₂，R₃和R_F的参数严格对称。

2.输入失调电流I_IO

输入失调电流I_IO是指当输入信号为零时，运放的两个输入端的基极偏置电流之差

I_IO=丨I_B1-I_B2丨

输入失调电流的大小反映了运放内部差动输入级两个晶体管β的失配度，由于I_B1、I_B2本身的数值已很小(微安级)，因此它们的差值通常不是直接测量的，测试电路如9-2所示，测试分两步进行：

(1)闭合开关K₁及K₂，在低输入电阻下，测出输出电压U_O1，如前所述，这是由于输入失调电压U_IO所引起的输出电压。

(2)断开K₁及K₂，两个输入电阻R_B接入，由于R_B值较大，流经它们的输入电流的差异将变成输入电压的差异，因此，也会影响输出电压的大小，测出两个电阻R_B接入时的输出电压U_O2，若从中扣除输入失调电压U_IO的影响，则输入失调电流I_IO为

I_IO=｜I_B1-I_B2｜=｜U_O2-U_O1｜

一般，I_IO在100nA 以下。

测试中应注意：①将运放调零端开路。

              ②两输入端电阻R_B必须精确配对。

3.开环差模放大倍数A_ud

集成运放在没有外部反馈时的直流差模放大倍数称为开环差模电压放大倍数，用A_ud表示。它定义为开环输出电压U_O与两个差分输入端之间所加信号电压U_id之比

A_ud=

按定义A_ud应是信号频率为零时的直流放大倍数，但为了测试方便，通常采用低频(几十赫兹以下)正弦交流信号进行。由于集成运放的开环电压放大倍数很高，难以直接进行测量，故一般采用闭环测量方法。A_ud的测试方法很多，现采用交、直流同时闭环的测试方法，如图9-3所示。

图9-3 Aud测试电路

被测运放一方面通过R_F、R₁、R₂完成直流闭环，以抑制输出电压漂移，另一方面通过R_F和R_S实现交流闭环。外加信号u_S经R₁、R₂分压，使u_id足够小，以保证运放工作在线性区，同相输入端电阻R₃应与反相输入端电阻R₂相匹配，以减小输入偏置电流的影响，电容C为隔直电容。被测运放的开环电压放大倍数为

A_ud＝=(1+)

测试中应注意：①测试前电路应首先消振及调零。

              ②被测运放要工作在线性区。

              ③输入信号频率应较低，一般用50～100Hz输出信号无明显失真。

4.共模抑制比CMRR

集成运放的差模电压放大倍数Ad与共模电压放大倍数Ac之比称为共模抑制比

CMRR＝｜｜或 CMRR＝20lg｜｜(db)

共模抑制比在应用中是一个很重要的参数，理想运放对输入的共模信号其输出为零。但在实际的集成运放中，其输出不可能没有共模信号的成分，输出端共模信号愈小，说明电路对称性愈好，也就是说运放对共模干扰信号的抑制能力愈强，即CMRR愈大。CMRR的测试电路如图9-4所示。

图9-4 CMRR测试电路

集成运放工作在闭环状态下的差模电压放大倍数为

A_d＝-

当接入共模输入信号U_ic时，测得U_OC时，则共模电压放大倍数为

                             A_C＝

得共模抑制比

                         CMRR＝｜｜＝

测试中应注意：①消振与调零

②R₁与R₂、R₃与RF之间阻值严格对称

               ③输入信号U_ic幅度必须小于集成运放的

最大共模输入电压范围 U_icm

5.共模输入电压范围U_icm

集成运放所能承受的最大共模电压称为共模输入电压范围，超出这个范围，运放的CMRR会大大下降，输出波形产生失真，有些运放还会出现“自锁”现象以及永久性的损坏。

U_icm的测试电路如图9-5所示。

被测运放接成电压跟随器形式，输出端接示波器，观察最大不失真输出波形，从而确定U_icm值。

6.输出电压最大动态范围U_0PP

集成运放的动态范围与电源电压、外接负载及信号源频率有关。测试电路如图9-6所示。

逐渐增大U_O幅度，观察U_O即将失真还没有失真的时刻，从而确定运放在某一电源电压下可能输出的电压峰峰值U_OPP。

图9-5 U_icm测试电路                   图9-6 U_OPP测试电路

集成运放在使用时应考虑的一些问题

1)输入信号选用交、直流量均可，但在选取信号的频率和幅度时，应考虑运放的频响特性和输出幅度的限制。

2)调零。为提高运算精度，在运算前，应首先对直流输出电位进行调零，即保证输入为零时，输出也为零。当运放有外接调零端子时，可按组件要求接入调零电位器RW，调零时，将输入端接地，用直流电压表测量输出电压UO，细心调节RW，使UO为零(即失调电压为零)。如运放没有调零端子，若要调零，可按图9-7所示电路进行调零。

图9-7 调零电路

一个运放如不能调零，大致有如下原因：

①组件正常，接线有错误

②组件正常，但负反馈不够强(R_F/R₁太大)，为此可将R_F短路，观察是否能调零。

③组件正常，但由于它所允许的共模输入电压太低，可能出现自锁现象，因而不能调零。为此可将电源断开后，再重新接通，如能恢复正常，则属于这种情况。

④组件正常，但电路有自激现象，应进行消振。

⑤组件内部损坏，应更换好的集成块。

3)消振。一个集成运放自激时，表现为即使输入信号为零，亦会有输出，使各种运算功能无法实现，严重时还会损坏器件。在实验中，可用示波器监视输出波形。为消除运放的自激，常采用如下措施:

①若运放有相位补偿端子，可利用外接R_C补偿电路，产品手册中有补偿电路及元件参数提供。

②电路布线、元器件布局应尽量减少分布电容。

③在正、负电源进线与地之间接上几十μF的电解电容和0.01～0.1μF的陶瓷电容相并联以减小电源引线的影响。

三、实验设备与器件

1.±12V直流电源                    4.交流毫伏表

2.函数信号发生器                  5.直流电压表

3.双踪示波器(另配)        6.集成运算放大器μA741×1电阻器、电容器若干。四、实验内容

1.测量输入失调电压U_IO

按图9-2连接实验电路，闭合开关K₁、K₂，用直流电压表测量输出电压U_O1，并计算U_IO。记入表9-1。

2.测量输入失调电流I_IO

实验电路如图9-2，打开开关K₁、K₂，用直流电压表测量U_O2，并计算I_IO。记入表9-1。

表9-1

U_IO(mV)

I_IO(nA)

A_ud(db)

CMRR(db)

实测值

典型值

实测值

典型值

实侧值

典型值

实侧值

典型值

3.测量开环差模电压放大倍数A_ud

按图9-3连接实验电路，运放输入端加频率100Hz，大小约30～50mV正弦信号，用示波器监视输出波形。用交流毫伏表测量U_O和U_i，并计算A_ud。记入表9-1。

4.测量共模抑制比CMRR

按图9-4连接实验电路，运放输入端加f＝100Hz，U_ic＝1～2V正弦信号，监视输出波形。测量U_OC和U_i，计算A_C及CMRR。记入表9-1。

5.测量共模输入电压范围U_icm及输出电压最大动态范围U_OPP。

自拟实验步骤及方法。

五、实验报告

1.将所测得的数据与典型值进行比较。

2.对实验结果及实验中碰到的问题进行分析、讨论。

六、预习要求

1.查阅μA741典型指标数据及管脚功能。

2.测量输入失调参数时，为什么运放反相及同相输入端的电阻要精选，以保证严格对称。

3.测量输入失调参数时，为什么要将运放调零端开路，而在进行其它测试时，则要求输出电压进行调零。

4.测试信号的频率选取的原则是什么?

实验十    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。

基本运算电路

（1)反相比例运算电路

电路如图10-1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

    U_O＝-U_i



                        图10-1 反相比例运算电路

为了减小输入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||R_F。

(2)反相加法电路

电路如图10-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为

            U_O=-()         R₃=R₁||R₂||R_F

图10-2 反相加法运算电路

(3)同相比例运算电路

图10-3(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

                        U_O=(1+)U_i

                        R₂=R₁||R_F

当R₁→∞时，U_O=U_i，即得到如图10-3(b)所示的电压跟随器。图中R₂=R_F，用以减小漂移和起保护作用。一般R_F取10KΩ，R_F太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。



图10-3 同相比例运算电路

(4)差动放大电路(减法器)

对于图10-4所示的减法运算电路，当R₁=R2，R₃=R_F时，有如下关系式

U_O=(U_i2-U_i1)

图10-4 减法运算电路

(5)积分运算电路

反相积分电路如图10-5所示。在理想化条件下，输出电压uO等于

U_O(t)=-∫^t_ou_idt+u_c(o)

式中 u_c(o)是t=0时刻电容C两端的电压值，即初始值。

图10-5 积分运算电路

如果u_i(t)是幅值为E的阶跃电压，并设u_c(o)=0，则

               u_o(t)==-∫^t_o Edt=-t

即输出电压u_o(t)随时间增长而线性下降。显然R_C的数值大，达到给定的U_O值所需的时间就长。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制。

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，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U_c(o)=0。另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号U_i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。

（6）微分运算电路，如图10-6所示

图10-6 微分运算电路

三、实验设备、部件与器件

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.双踪示波器(另配)  6. 集成运算放大器μA741×1电阻器、电容器及插线若干。

四、实验内容

在实验台的面板上找一具有8脚插座的适当位置，结合以下实验内容进行连线。

1.反相比例运算电路

(1)按图10-1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,U_i=0.5V的正弦交流信号，测量相应的U_O，并用示波器观察u_o和u_i的相位关系，记入表10-1。

表10-1      Ui=0.5V   f=100Hz

U_i(V)

U_o(V)

U_i波形

U_o波形

A_v

实测值

计算值

2.同相比例运算电路

(1)按图10-3(a)连接实验电路。实验步骤同上，将结果记入表10-2。

(2)将图10-3(a)中的R1断开，得图10-3(b)电路，重复内容(1)。

3.反相加法运算电路

(1) 按图10-2连接实验电路。调零和消振。

表10-2     Ui=0.5V    f=100Hz

U_i(V)

U_o(V)

U_i波形

U_o波形

A_v

实测值

计算值

(2)输入信号采用直流信号，图10-6所示电路为简易直流信号源，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U_i1、U_i2及输出电压U_O，记入表10-3。

表10-3

U_i1(V)

U_i2(V)

U_o(V)

图10-7 简易可调直流信号源

4.减法运算电路

(1)按图10-4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10-4。

表10-4

U_i1(V)

U_i2(V)

U_o(V)

5.积分运算电路

实验电路如图10-5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5秒读一次UO，记入表10-5，直到UO不继续明显增大为止。

表10-5

t(S)

0    5     10    15   20    25    30   ……………

U_o(V)

6.微分电路

（1）按图10-6搭接电路，在函数发生器上调节输入方波信号ui，用示波器监视之，要求方波信号的周期为1-5ms。

（2）把vi信号加到微分电路的输入端，用示波器分别测量ui和uo的波形，画出波形图，并记录数据。

五、实验报告

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值。

2.在反相加法器中，如U_i1和U_i2均采用直流信号，并选定U_i2=-1V,当考虑到运算放大器的最大输出幅度(±12V)时，｜U_i1｜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U1=0.5V，问要使输出电压达到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?

实验十一仪表放大电路

一、实验目的

1．进一步了解运算放大电路的应用。

2．掌握仪表放大电路的调试及测量方法。

二、实验电路原理

在自动控制和非电量系统中，常用各种传感器将非电量（温度、应变、压力等）的变化变换为电压信号，而后输入系统。但这种电信号的变化非常小（一般只有几毫伏到几十毫伏），所以要将电信号加以放大，有的甚至放大上千倍或上万倍，因此都采用这种仪表放大电路（如图11-1所示）。电路有两级放大级，第一级由A₁、A₂组成，他们都是同相输入，输入电阻高，并且由于电路结构对称，可抑制零点漂移；第二级由A₃组成差动放大电路，它具有很大的共模抑制比、极高的输入电阻，且其增益能在大范围内可调。

如果R₂=R₃ 、R₄=R₅、R₆=R₇

改变R₁的电阻阻值，即可调节放大倍数。

图11-1  仪表放大电路

三、实验设备

1.±12V 直流电源          4.直流电压表

2.函数信号发生器            5.μA741x3、二极管、电阻器等

3.双踪示波器（另配）

四、实验内容及步骤

1．检查芯片

对照如图11-2所示检查芯片，先搭接成反相放大电路。V_I=0.1V、R₁=10kΩ、R_f=100kΩ、R₂=10kΩ，测量V_O的幅值。

2．μA741芯片检查无误后，按仪表放大电路图11-1搭接电路，令f=1kHz，V_I1=V_I2=0V，用数字万用表测量V_O1=V_O2=V_O。

3．单端输入，v_I1=5mV，f=1kHz的输入信号，测量输出电压v_O的值。

4．双端输入，v_I1=5mV，f=1kHz的输入信号，测量输出电压v_O的值。

五、报告要求

1．计算仪表放大电路的A_V的值与理论值比较。

2．掌握仪表放大电路的应用范围。

六、预习要求

1.复习仪表放大电路的工作原理，推导出A_V的计算关系式。

2.了解仪表放大电路在精密测量和控制系统中的应用范围。

实验十二   集成运算放大器的基本应用(Ⅱ)

信号处理一电压比较器

一、实验目的

1.掌握比较器的电路构成及特点

2.学会测试比较器的方法

二、实验原理

1.信号幅度比较就是一个模拟电压信号去和一个参考电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变。通常用于越限报警和波形变换等场合。此时，幅度鉴别的精确性、稳定性以及输出反应的快速性是主要的技术指标。

图12-1所示为一最简单的电压比较器，U_R为参考电压，加在运放的同相输入端，电压u_i加在反相输入端。

当u_i＜U_R时，运放输出高电平，输出端电位被箝位在稳压管的稳定电压U_z，即u_o=U_z

当u_i＞U_R时，运放输出低电平，D_z正向导通，输出端电位等于其正向压降UD，即u_o=U_D

因此，以U_R为界，当输入电压u_i变化时，输出端反映出两种状态。高电位和低电位。

表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，称为传输特性。图12-1(b)为(a)图比较器的传输特性。

2.常用的幅度比较器有过零比较器、具有滞回特性的过零比较器(又称Schmitt触发器)、双限比较器(又称窗口比较器)等。

(1)图12-2为简单过零比较器

（a）电路图                         （b）传输特性

图12-1 过零电压比较器

         （a）电路图                         （b）传输特性

图12-2 简单的过零比较器

(2)图12-3为具有滞回特性的过零比较器



(a) 电路图                           (b) 传输特性

图12-3 具有滞回特性的过零比较器

过零比较器在实际工作时，如果u_i恰好在过零值附近，则由于零点漂移的存在，u_o将不断由一个极限值转换到另一个极限值，这在控制系统中，对执行机构将是很不利的。为此，就需要输出特性具有滞回现象。如图12-3所示，从输出端引一个电阻分压支路到同相输入端，若u_o改变状态，∑点也随着改变电位，使过零点离开原来位置。当u_o为正(记作U+)，U_∑= U+,则当u_i＞U_∑后，u_o即由正变负(记作U-)，此时U_∑变为-U_∑。故只有当u_i下降到-U_∑以下，才能使u_o再度回升到U+，于是出现图(b)中所示的滞回特性。-U_∑与U_∑的差别称回差。改变R₂的数值可以改变回差的大小。

(3)窗口(双限)比较器

简单的比较器仅能鉴别输入电压u_i比参考电压U_R高或低的情况，窗口比较电路是由两个简单比较器组成，如图12-4所示，它能指示出u_i值是否处于U_R⁺和U_R^-之间。



图12-4 两个简单比较器组成的窗口比较器

三、实验设备与器件

1.±12V 直流电源                             4.直流电压表

2.函数信号发生器                             5.交流毫伏表

3.双踪示波器(另配)                          6.μA741×2、2DW7×1电阻器等

四、实验内容

1.过零电压比较器

实验电路如图12-5所示

图12-5 过零比较器

(1)接通±12V电源

(2)测量输入端u_i悬空时的U_o电压。

(3)u_i输入500Hz、幅值为2V的正弦信号，观察u_i-U_o的波形并记录。

(4)改变u_i幅值，测量传输特性曲线。

2.反相滞回比较器

实验电路如图12-6所示

图12-6 反相滞回比较器

(1)按图接线，ui接+5V可调直流电源，测出uo由+Uomax→-Uomax时ui的临界值

(2)同上，测出uo由-Uomax→+Uomax时的临界值

(3)ui接500Hz，峰值为2V的正弦信号，观察并记录ui-uo波形

(4)将分压支路100K电阻改为200K，重复上述实验，测定传输特性。

3.同相滞回比较器

实验线路如图12-7所示



图12-7 同相滞回比较器

(1)参照2，自拟实验步骤及方法

(2)将结果与2相比较

4.窗口比较器

参照图12-4自拟实验步骤和方法，测定其传输持性。

五、实验报告

1.整理实验数据，绘制各类比较器的传输特性曲线。

2.总结几种比较器的特点，说明它们的应用。

六、预习要求

 复习教材有关比较器的内容。

实验十三   精密整流器

一、实验目的

1．了解施密特触发器的工作原理和分析方法。

2．熟悉运放的非线性应用。

二、实验电路原理图

1．半波整流器

用普通二极管整流时，由于二极管

的正向伏安特性不是线性的，且正向压

降受温度的影响较大，因此整流特性并

不是很理想，尤其是在小信号的情况下，

失真相当严重，用二极管和运放一起组

成整流器可克服这一弊病。

当输入信号v_i>0时，D₂截止，D₁

导通，由于开环增益           图13-1    半波整流电路

A_o很大，所以v_o基本为0；当输入信

号v_i<0时，D₁截止，D₂导通，放大器处于深度负反馈，当R₁=R_f时，v_o= -v_i

2．全波整流器

在半波整流器的基础上，再接一级加法器和一级反相器，即构成了全波整流电路如图13-2示，当R₁= R_f1= R_f2=R_f3=2R₃时，

三、实验设备与器件

1.±12V 直流电源          4.直流电压表

2.函数信号发生器            5.μA741x3、二极管、电阻器等

3.双踪示波器（另配）

四、实验内容

1．半波整流

按图13-1搭接成半波整流电路R₁=R_f=20kΩ, R₂

=10kΩ,D₁、D₂为开关管，v_i=200mV ，f=1000HZ 。

用双线示波器观察输入、输出波形，并记录。

2．全波整流

（1）按图13-2搭接成全波整流电路R_f2=R_f3=20kΩ,

R₃=R₆=10kΩ , R₅=R_f4=20kΩ ,其它参数同上，

v_i=200mV ，f=1000HZ 。用双线示波器观察v_i 、

v_O2 、v_O的波形，并记录。

（2）在全波整流器输入端加-2V 、+2V的直流电压，

观察并测量输出电压v_O。

五、报告要求

整理输入输出波形，总结实验经验及心得。

六、预习要求

复习积分、微分电路，分析影响时间常数的因数有哪些？

实验十四   集成运算放大器的基本应用(Ⅲ)

波形发生器

一、实验目的

1.学会用集成运放构成方波和三角波发生器。

2.掌握波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。

二、实验原理

1.方波发生器

方波发生器是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生器。实验原理图如图14-1所示。它是在迟滞比较器的基础上，增加了一个R_F、C_F组成的积分电路，把输出电压经R_F、C_F反馈到集成运放的反相端，运放的输出端引入限流电阻R_S和两个背靠背的稳压管用于双向限幅。

图14-1 方波发生器

该电路的振荡频率为

f_o=

式中R₁=R₁′+R_W′，R₂=R₂′+R_W″，方波输出幅值U_om=±U_Z。

2.三角波和方波发生器

如把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图14-2所示，则比较器输出的方波经积分可到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。由于采用运放组成的积分电路，因此可实现恒流充电，使三角波线性大大改善。

图14-2 三角波、方波发生器

电路的振荡频率    f_o=

方波的幅值        U'_om=±U_z

三角波的幅值      U_om=U_z

调节R_W可以改变振荡频率，改变比值可调节三角波的幅值。

三、实验设备、部件与器件

1.±12V直流电源                       2.双踪示波器(另配)

3.交流毫伏表                          4.频率计

5.μA741×22DW7×1、2CP×2电阻器、电容器若干。

四、实验内容

1.方波发生器

在实验台面板上选一带有8脚运放插座的合适区域，按图14-1连接实验电路。

(1)将电位器RW调至中心位置，用双踪示波器观察并描绘方波u_o及三角波u_c的波形(注意对应关系)，测量其幅值及频率，记录之。

(2)改变RW动点的位置，观察u_o、u_c幅值及频率变化情况。把动点调至最上端和最下端，测出频率范围，记录之。

(3)将R_W恢复至中心位置，将一只稳压管短接，观察u_o波形，分析D_z的限幅作用。

2.三角波和方波发生器

按图14-2连接实验电路

(1)将电位器RW调至合适位置，用双踪示波器观察并描绘三角波输出u_o及方波输出u_o′，测其幅值、频率及RW值，记录之。

(2)改变RW的位置，观察对u_o、u_o′幅值及频率的影响。

(3)改变R1(或R2)，观察对u_o、u_o′幅值及频率的影响。

五、实验报告

1.方波发生器

(1)列表整理实验数据，在同一坐标纸上，按比例画出方波和三角波的波形图(标出时间和电压幅值)。

(2)分析R_W变化时，对u_o波形的幅值及频率的影响。

(3)讨论D_z的限幅作用。

2.三角波和方波发生器

(1)整理实验数据，把实测频率与理论值进行比较。

(2)在同一坐标纸上，按比例画出三角波及方波的波形，并标明时间和电压幅值。

(3)分析电路参数变化(R₁、R₂和R_W)对输出波形频率及幅值的影响。

六、预习要求

1.复习有关三角波及方波发生器的工作原理，并估算图14-1、14-2电路的振荡频率。

2.设计实验表格

3.电路参数变化对图14-1、14-2产生的方波和三角波频率及电压幅值有什么影响?(或者：怎样改变图14-1、14-2电路中方波及三角波的频率及幅值?)

实验十五   集成运算放大器的基本应用(Ⅳ)

信号处理一有源滤波器

一、实验目的

1.熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波和带通、带阻滤波器及其特性

2.学会测量有源滤波器的幅频特性

二、实验原理

本实验是用集成运算放大器和RC网络来组成不同性能的有源滤波电路。



(a)RC网络接在         (b)RC网络接在          (c)一阶RC低通滤

      同相输入端            反相输入端              波器的幅频特性

图15-1 基本的有源低通滤波器

1.低通滤波器

低通滤波器是指低频信号能通过而高频信号不能通过的滤波器，用一阶R_C网络组成的称为一阶R_C有源低通滤波器，如图15-1所示。为了改善滤波效果，在图15-1(a)的基础上再加一对R_C网络且将第一级电容C的接地端改接到输出端的方式，如图15-2所示，即为一个典型的二阶有源低通滤波器。这种有源滤波器的幅频特性为

式中：

A_u=1+为二阶低通滤波器的通带增益；

ω。=为截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。

Q=为品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。

注：式中S代表jω

图13-2 二阶低通滤波器

2.高通滤波器

只要将低通滤波器滤波网络中的电阻、电容互换即可变成有源高通滤波器，如图15-3(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系。

                  (a)电路图                        (b)幅频特性

图15-3   高通滤波器

这种高通滤波器幅频特性为



式中A_u；ω_o；Q的意义与前同

3.带通滤波器

图15-4 典型二阶带通滤波器

这种滤波电路的作用是只允许在一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号都被阻断。典型的带通滤波器要从二阶低通滤波电路中将其中一级改成高通而成。如图15-4所示

它的输入输出关系为



中心角频率   ωo=

频带宽      B=

选择性      Q=

这种电路的优点是改变R_f和R₁的比例就可改变频宽而不影响中心频率。当R=160K,R₂=22K,R₃=12K,R_f=R₁=47K,C=0.01μF时，ω_o=1023Hz，其上限频率为1074Hz，下限频率为974HZ，Q为10.23，增益为2，其幅频特性如图15-5所示。



图15-5 带通滤波器的幅频特性

4.带阻滤波器

如图15-6所示，这种电路的性能和带通滤波器相反，即在规定的频带内，信号不能通过(或受到很大衰减)，而在其余频率范围，信号则能顺利通过。常用于抗干扰设备中。

                  (a)电路图                          (b)频率特性

图15-6   二阶带阻滤波器

这种电路的输入、输出关系为

式中：

A_u=； ωo=，

由式中可见，A_u愈接近2，｜A｜愈大，即起到阻断范围变窄的作用。

三、实验设备与器件

1.±12V直流电源               4.交流毫伏表

2.函数信号发生器              5.频率计

3.双踪示波器(另配)            6.μA741×1电阻器、电容器若干。

四、实验内容

1.二阶低通滤波器

实验电路如图15-2

接通±12V电源。函数信号发生器输出端接二阶低通滤波器的输入端，调节信号发生器，令其输出为U_i=1V的正弦波，改变其频率，并维持U_i=1V不变，测量输出电压U_o，记入表15-1。

表15-1

f(Hz)

U_o(V)

2.二阶高通滤波器

实验电路如15-3(a)

按表15-2的内容测量并记录。

表15-2

f(Hz)

U_o(V)

3.带通滤波器

实验电路如图15-4，测量其频响特性。数据表格自拟。

(1)实测电路的中心频率f。

(2)以实测中心频率为中心，测出电路的幅频特性

4.带阻滤波器

实验电路选定为如图15-6所示的双T型RC网络。数据表格自拟。

(1)实测电路的中心频率

(2)测出电路的幅频特性

五、实验报告

1.整理实验数据，画出各电路实测的幅频特性。

2.根据实验曲线，计算截止频率、中心频率、带宽。

3.总结有源滤波电路的特性。

六、预习要求

1.复习教材有关滤波器的内容。

2.分析图15-2，15-3，15-4，15-6所示电路，写出它们的增益特性表达式。

3.计算图15-2，15-3的截止频率，15-4，15-6的中心频率。

4.画出上述四种电路的幅频特性曲线。

实验十六   低频功率放大器(I)

       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。

图16-1     OTL功率放大器实验电路

二、实验原理

图16—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，因此具有输出电阻低，负载能力强等优点。T₁管工作于甲类状态，它的集电极电流I_C1由电位器RW1进行调节。I_C1的一部分流经电位器RW2及二极管D，给T₂、T₃提供偏压。调节R_W2，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U_A=Ucc,可以通过调节R_W1来实现。又由于R_W1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u_i时，经T₁放大、倒相后同时作用于T₂、T₃的基极，u_i的负半周使T₂管导通(T₃管截止)，有电流通过负载R_L，同时向电容C_O充电；在u_i的正半周，T₃导通(T₂截止)，则已充好电的电容器C_O起着电源的作用，通过负载R_L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P_om

理想情况下，P_om=，实验中可通过测量R_L两端的电压有效值，来求得实际的Pom=

2.效率η

η=100%        P_E—直流电源供给的平均功率

理想情况下，η_max=78.5%。在实验中，可测量电源供给的平均电流I_dc，从而求得P_E=U_cc·I_dc，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。

    三、实验设备与器件

1.+6V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(另配)           7.频率计

4.交流毫伏表

8.晶体三极管     3DG6×1(9011×1） 8050×1，8550×1

晶体二极管2CP×18Ω喇叭×1，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16—1连接实验电路，电源进线中串入直流毫安表，电位器R_W2置最小值，R_W1置中间位置。接通+6V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，或管子升温显著，应立即断开电源检查原因(如R_W2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U_A

调节电位器R_W1，用直流电压表测量A点电位，使U_A=U_CC。

2)调整输出级静态电流及测试各级静态工作点

调节R_W2，使T₂、T₃管的I_C2=I_C3＝５～10mA。从减小交越失真角度而言，应适当加大输出级静态电流，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I_C1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，则可以从总电流中减去I_C1之值，I_C1的大小可由R_E1两端压降估测出来。

调整输出级静态电流的另一方法是动态调试法。先使R_W2=0，在输入端接入f=1KHz的正弦信号u_i，逐渐加大输入信号的幅度，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)。然后缓慢调节(增大)R_W2，当交越失真刚好消失时，停止调节R_W2，恢复u_i=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16-1。

表16-1   Ic2=Ic3=    mA     U_A=3V

T₁

T₂

T₃

U_B（V）

U_C（V）

U_E（V）

注意：①在调整R_W2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R_W2的位置。

2.最大输出功率P_om和效率η的测试

1)测量P_om

输入端接f=1KHz的正弦信号u_i，输出端用示波器观察输出电压u_o波形。逐渐增大u_i，使输出电压达到最大不失真输出，用交流毫伏表测出负载R_L上的电压U_om，则       P_om=

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I_dc(有一定误差)，由此可近似求得P_E=U_ccI_dc,再根据上面测得P_om，即可求出η=

3.研究自举电路的作用

1)测量有自举电路，且P_o=P_omax时的电压增益A_v=

2)将C₂开路，R短路(无自举)，再测量P_o=P_omax的A_V。

用示波器观察1)、2)两种情况下的电压波形，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。

4.噪声电压的测试

测量时将输入端短路(u_i=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U_N，电压U_N若小于15mV，即满足要求。

5.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，并观察语言音乐信号的输出波形。

五、实验报告

1.整理实验数据，计算静态工作点、最大不失真输出功率P_om、效率η等，并与理论值进行比效。

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。

4.结合OTL功率放大器实验内容，自拟OCL实验步骤。

六、预习要求

1.复习有关OTL、OCL工作原理的内容。

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有什么?怎样克服交越失真?

4.电路16-1中电位器R_W2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?

附录：OCL功率放大器

图16-2、16－3是两种典型的OCL功率放大电路。学生可参照OTL电路的分析方法和实验内容，自己分析OCL电路的工作原理，自拟实验步骤，比较OTL、OCL的差别。



图16-3   OCL电路

实验十七    低频功率放大器(Ⅱ)

       集成功率放大器

一、实验目的

1.熟悉功率放大集成块的应用

2.学习集成放大器基本技术指标的测试

二、实验原理

集成功率放大器由集成功放块和一些外接阻容元件构成。它具有线路简单，性能优越，工作可靠，调试方便等优点，已经成为在音频领域中应用十分广泛的功率放大器。

电路中最主要的组件为集成功放块，通常包括前置级、推动级和功率级等几部分。有些还具有一些特殊功能(消除噪声、短路保护等)的电路。其电压增益较高(不加负反馈时，电压增益达70～80db，加典型负反馈时电压增益在40db以上)。

集成功放块的种类很多。本实验采用的集成功放块型号为LA4112，它的内部电路如图17—1所示，由三级电压放大，一级功率放大以及偏置、恒流、反馈、退耦电路组成。

1)电压放大级

第一级选用由T1和T2管组成的差动放大器，这种直接耦合的放大器零漂较小，第二级的T3管完成直接耦合电路中的电平移动，T4是T3管的恒流源负载，以获得较大的增益；第三级由T6管等组成，此级增益最高，为防止出现自激振荡，需在该管的B、C极之间外接消振电容。



                    图17-1 LA4112内部电路图

2)功率放大级

由T8-T13等组成复合互补推挽电路。为提高输出级增益和正向输出幅度，需外接“自举”电容。

3)偏置电路

为建立各级合适的静态工作点而设立。

除上述主要部分外，为了使电路工作正常，还需要和外部元件一起构成反馈电路来稳定和控制增益。同时，还设有退耦电路来消除各级间的不良影响。

LA4112集成功放块是一种塑料封装十四脚的双列直插器件。它的外形如图17-2所示。表17-1、2是它的极限参数和电参数。

图17-2 LA4112外形及管脚排列图

与LA4112集成功放块技术指标相同的国内产品还有FD403；FY4112；D4112等，可以互相替代使用。

表17-1

参数

符号与单位

额定值

最大电源电压

U_ccmax（V）

13（有信号时）

允许功耗

P_o（W）

1.2

2.25（50X50mm²铜箔散热片）

工作温度

T_opr（℃）

-20~+70

表17-2

参数

符号与单位

测试条件

典型值

工作电压

U_cc（V）

9

静态电流

I_ccq（mA）

U_cc=9V

15

开环电压增益

A_vo（db）

70

输出功率

P_o(W)

R_L=4Ω

f=1khz

1.7

输入阻抗

R_i(kΩ)

20

集成功率放大器LA4112的应用如图17—3所示，该电路中各电容和电阻的作用简要说明如下：

C₁、C₉——输入、输出耦合电容，并有隔直作用。

C₂和R_f——反馈元件，决定电路的闭环增益。

C₃、C₄、C₈——滤波、退耦电容

C₅、C₆、C₁₀——消振电容，消除寄生振荡

C₇——自举电容，若无此电容，将出现输出波形半边被削波的现象。

三、实验设备与器件

1.+9V直流电源                2.函数信号发生器

3.双踪示波器(另配)           4.交流毫伏表

5.直流电压表                 6.直流毫安表

7.频率计                     8.集成功放块LA4112×1电阻器、电容器若干。

四、实验内容

按图17-3连接实验电路。

图17-3 由LA4112构成的集成功放实验电路

1.静态测试

将输入信号旋至零，接通+9V直流电源，测量静态总电流以及集成块各引脚对地电压，记入自拟表格中。

2.动态测试

1)最大输出功率

a.接入自举电容C₇

输入端接1KHz正弦信号，输出端用示波器观察输出电压波形，逐渐加大输入信号幅度，使输出电压为最大不失真输出，用交流毫伏表测量此时的输出电压Uom，则最大输出功率

P_om=

b.断开自举电容C₇

观察输出电压波形变化情况。

3.噪声电压

要求U_N＜2.5mV,测试方法同实验四。

3.试听

五、实验报告

1.整理实验数据，并进行分析。

2.讨论实验中发生的问题及解决办法。

六、预习要求

1.复习有关集成功率放大器部分内容。

2.若将电容C₇除去，将会出现什么现象?

3.若在无输入信号时，从接在输出端的示波器上观察到频率较高的波形，正常否?如何消除?

4.进行本实验时，应注意以下几点：

(1)电源电压不允许超过极限值，不允许极性接反，否则集成块将遭损坏。

(2)电路工作时绝对避免负载短路，否则将烧毁集成块。

(3)接通电源后，时刻注意集成块的温度，有时，未加输入信号集成块就发热过甚，同时直流毫安表指示出较大的电流及示波器显示出幅度较大，频率较高的波形，说明电路有自激现象，立即关机，然后进行故障分析，处理。待自激振荡消除后，才能重新进行实验。

(4)输入信号不要过大。

实验十八   RC正弦波振荡器

一、实验目的

1.进一步理解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

RC正弦波振荡器的主要特征是用R、C元件组成选频网络，主要类型有RC移相振荡器、RC串并联网络振荡器、双T选频网络振荡器等，本实验主要讨论由两级放大器与RC串并联网络组成的RC振荡器和由运放与RC串并联网络组成的RC振荡器。

1.RC串并联网络振荡器(一)

图18-1 RC串并联选频网络振荡器

实验电路如图18-1所示，该电路由选频网络(反馈网络)和两级放大电路组成。

振荡频率为       fo=

起振条件       ｜A｜＞3

2.RC串并联网络振荡器(二)





图18-2 RC桥式正弦波振荡器

实验电路如图18-2所示，其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，R1、R2、RW及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。

振荡频率为 fo=

起振条件   ＞2

3.双T网络RC正弦波振荡器（三）

图18-3双T网络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(另配)              4.频率计

5.直流电压表         6.3DG12×或9013×2，μA741×1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18-1连接线路。

(2)接通电源，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u_o波形，调节R_w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。

2.RC串并联网络振荡器(二)

按图18-2在实验台面板适当位置连好线路。

1)接通±12V电源，调节电位器R_W，使输出波形从无到有，直至正弦波出现失真。记下临界起振、正弦波输出及失真情况下的R_W值，分析负反馈强弱对起振条件及输出波形的影响。

2)调节电位器R_W，使输出电压U₀幅值最大且不失真，用交流毫伏表分别测量输出电压U₀，反馈电压U+和U-，分析振幅平衡条件。

3)用示波器或频率计测量振荡频率F₀，并与理论值进行比较。

4)调节电位器R_W，使输出为正弦波，并记下此时的输出幅度。断开正反馈网络与同相输入端的连接点。从运放同相输入端输入频率为振荡频率F₀的正弦信号(从函数信号发生器得到)。并调节信号的大小使放大器输出幅度为原振荡时的输出幅度。用毫伏表测量放大器的输入电压U_i，输出电压U₀、正、负反馈电压U_F+与U_F-。计算增益A_V及反馈系数F+与U_F-。验证公式

                    A_V==3

3.根据以上两个实验，自拟“双T网络RC正弦波振荡器”的实验步骤，并记录实验数据。

五、实验报告

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RC振荡器的特点。

六、预习要求

1.复习教材有关RC振荡器的结构与工作原理。

2.如何用示波器来测量振荡电路的振荡频率。

实验十九   LC正弦波振荡器

一、实验目的

1.掌握变压器反馈式LC正弦波振荡器的调整和测试方法。

2.研究电路参数对LC振荡器起振条件及输出波形的影响。

二、实验原理

LC正弦波振荡器是用L、C元件组成选频网络的振荡器，一般用来产生1MHz以上的高频正弦信号。根据LC调谐回路的不同连接方式，LC正弦波振荡器又可分为变压器反馈式(或称互感耦合式）、电感三点式和电容三点式三种。图19-1为变压器反馈式LC正弦波振荡器的实验电路。其中晶体三极管T₁组成共射放大电路，变压器T_r的原绕组L₁（振荡线圈）与电容C组成调谐回路，它既做为放大器的负载，又起选频作用，副绕组L₂为反馈线圈，L₃为输出线圈。

该电路是靠变压器原、副绕组同名端的正确连接（如图中所示），来满足自激振荡的相位条件，即满足正反馈条件。在实际调试中可以通过把振荡线圈L₁或反馈线圈L₂的首、末端对调，来改变反馈的极性。而振幅条件的满足，一是靠合理选择电路参数，使放大器建立合适的静态工作点，其次是改变线圈L₂的匝数，或它与L₁之间的耦合程度，以得到足够强的反馈量。稳幅作用是利用晶体管的非线性来实现的。由于LC并联谐振回路具有良好的选频作用，因此输出电压波形一般失真不大。

振荡器的振荡频率由谐振回路的电感和电容决定

                 fo=

式中L为并联谐振回路的等效电感（即考虑其它绕组的影响）。

振荡器的输出端增加一级射极跟随器，用以提高电路的带负载能力。

图19-1 LC正弦波振荡器实验电路

三、实验设备与器件

1.＋12V直流电源          2.双踪示波器(另配)

3.交流毫伏表             4.直流电压表

5.频率计                 6.振荡线圈

7.晶体三级管 9013×2 电阻器、电容器若干。

四、实验内容

按图19-1连接实验电路。电位器RW置最大位置，振荡电路的输出端接示波器。

1.静态工作点的调整

1）接通U_CC＝＋12V电源，调节电位器R_W，使输出端得到不失真的正弦波形。如不起振，可改变L₂的首末端(同各端)位置，使之起振。

测量两管的静态工作点及正弦波的有效值U_o，记入表19-1。

2）把R_W调小，观察输出波形的变化。测量有关数据，记录之。

3）调大R_W，使振荡波形刚刚消失，测量有关数据，记录之。

表19-1

U_B（V）

U_E（V）

I_C（mA）

U_o(V)

U_o波形

R_W居中

T₁

T₂

R_W小

T₁

T₂

R_W大

T₁

T₂

根据以上三组数据，分析静态工作点对电路起振、输出波形幅度和失真的影响。

2.观察反馈量大小对输出波形的影响

置反馈线圈L₂于位置“0”(无反馈)、“1”(反馈量不足)、“2”(反馈量合格)、“3”(反馈量过强）时测量相应的输出电压波形，记入表17-2。

表19-2

L₂位置

“0”

“1”

“2”

“3”

U_o波形

3.验证相位条件

改变线圈L₂的首、末端位置，观察停振现象；

恢复L₂的正反馈接法，改变L₁的首末端位置，观察停振现象。

4.测量振荡频率

调节R_W使电路正常起振，同时用示波器和频率计测量以下两种情况下的振荡频率f_o，记入表19-3。

谐振回路电容 1）C＝1000pF。

             2）C＝100pF。

表19-3

C（pf）

1000

100

F (kHz)

5.观察谐振回路Q值对电路工作的影响

谐振回路两端并入R＝5.1KΩ的电阻，观察R并入前后振荡波形的变化情况。

五、实验报告

1.整理实验数据，并分析讨论：

1）LC正弦波振荡器的相位条件和幅值条件。

2）电路参数对LC振荡器起振条件及输出波形的影响。

2.讨论实验中发现的问题及解决办法。

六、预习要求

1.复习教材中有关LC振荡器的内容。

2.LC振荡器是怎样进行稳幅的？在不影响起振的条件下，晶体管的集电极电流是大一些好，还是小一些好？

3.为什么可以用测量停振和起振两种情况下晶体管的U_BE变化，来判断振荡器是否起振？

实验二十   函数信号发生器的组装与调试

一、实验目的

1.掌握单片集成函数信号发生器电路XR－2206的功能及使用方法

2.进一步掌握波形参数的测试方法

二、实验原理

1、芯片介绍：

XR-2206是一种单片集成函数发生器电路，能产生高稳定度和高精度的正弦波、方波、三角波、斜波和矩形脉冲波，这些输出信号可受外加电压控制，从而可实现振幅调制（AM）或频率调制（FM）。其工作频率范围为0.01Hz～1MHz。XR-2206可广泛应用于各种波形信号发生器、正弦波或脉冲波的AM ／FM 发生器、扫频振荡器、电压／频率转换器、位移键控制（FSK）发生器、调制解调器（MODEM）作调制器用。也可在锁相环路（PLL）中作压控振荡器（VCO）使用。

2、功能特性

XR-2206采用双列直插式塑封，其引脚排列如图20－1 所示，引脚功能如附表所列。

                              图20-1 XR-2206管脚图

附表

引脚

功能

引脚

功能

1

AM控制信号输入端

9

FSK（频移键控）控制信号输入端

2

正弦波或斜波信号输出端

10

去耦端

3

乘法器输出端

11

方波信号输出端

4

正电源端

12

接地端

5

压控振荡器定时电容端

13

输出波形调整端

6

压控振荡器定时电容端

14

输出波形调整端

7

外接定时电阻端

15

波形对称调整端

8

外接定时电阻端

16

波形对称调整端

XR-2206的典型电气参数如下：电源电压VCC为0～26V；扫描频率范围为2000：1；最低振荡频率为0.01Hz；最高振荡频率为1MHz；正弦波失真度为0.5% ；振幅稳定度优于0.5dB（相对于1000：1的扫频范围）；线性AM范围为100％；FSK控制电平为1.4V(0.8～2.4V)；可调节占控比为1％～99％；正弦波输出阻抗为600Ω；功耗为750mW。

图20－2是XR-2206的内部功能方框图。XR-2206内部VCO有7脚和8脚两独立的引脚，可分别与地端接两个独立的定时电阻Rt1和Rt2。电流开关受9脚上电压的控制。这两个定时电阻端的内部偏置在3.125V，最大允许电流为3mA。所以，Rt1和Rt2的阻值均应在1KΩ以上。在定时电阻Rt1和Rt2端不加外部控制电压和施加外部控制电压时，电路分别如图20-3、图20-4所示。由于电路的振荡频率是流过定时端(7脚或8脚)的电流It和定时电容Ct的函数，即fc=0.32It/Ct,所以图20-3所示电路的振荡频率为

    fc=1／Rt2＊Ct＊1／［1＋Rt2/Rc(1-Vcon/3.125)］         ―――式20－1

       图20-2 XR-2206内部功能方框图

图20-3                          图20-4

由式20－1可知，当控制电压Vcon变化时，电路的振荡频率fc也随之发生变化，或者说振荡频率受到调制，将上式对Vcon微分，则有K=-0.32/RcCt，式中，系数K为电压频率转换增益，单位是Hz/V。因此，要得到有一定扫频范围的振荡，必须在Rt1和Rt2端加一定的控制电压。K为负值，其物理意义是控制电压V越大，则振荡频率越低。

三、实验电路

1、频率可变的正弦波信号发生器

图20－5为利用XR-2206设计的一频率范围为20Hz~20KHz、扫频控制电压为0～10V的正弦波发生器。根据设计要求，K=(20KHz-20Hz)/10V≈2KHz/V。因为

K=－0.32／RcCt及fc=0.32It／Ct，又因为定时端最大电流不能超过3mA，现取

It＝2.5mA，故可得出Ct=0.04uF；再进一步算出Rc=4KΩ；Rt2=1.8 KΩ。                          图20-5

2、FSK（移移频键控）发生器

FSK是用于通过语音类信号（例如电话线）来传送数据的一种方法。在这种应用中，被传送的数据首先必须变换成与传输介质相容的信号（例如音频信号），数据以这种形式传送到接收器之后，再解调变换为原来的数字信号。完成这种功能的部件称之为调制解调器。调制器产生FSK信号，称为FSK发生器。解调器则将FSK信号解调为数字信号，称为FSK解调器。利用XR-2206构成的FSK发生器实际上是FM传输的特殊情况，其输出信号频率仅是两个期望频率中的一个，由数字信号的状态决定，FSK控制电平为1.4V。

图20－6是广泛用于计算机网、办公室自动化系统、远程自控系统及移频通信中的FSK电路。当数据传输速率fs=2400bit/s时，按照推荐标准：副载波频率fc=3.3KHz时，移频频率f1=4.1KHz，f2=2.5KHz选用Ct=0.01uF，则由f1=1/Rt1Ct，f2=1/Rt2Ct,可算得Rt1=24.4k,Rt2=40k(可由固定电阻和可调电阻实现)。其输出FSK信号幅度正比于XR-2206的3脚上的外接电阻R3，对于正弦FSK信号而言，其                       图20-6

峰值幅度V=0.6R3(V)。R3的阻值为5.1K。XR-2206的13脚与14脚之间所接的200Ω电阻，可改善正弦波的失真，如果在13、14脚之间接一个330Ω电位器，在15、16脚间接一个68KΩ电位器，仔细调节两个电位器后，谐波失真可减小到0.5%以下。

3、锯齿波信号发生器

图20-7是利用其方波信号发生器的输出11脚, 反馈到其FSK输入端(9脚)的XR-2206构成的锯齿波信号发生器。只要选择好两个定时电阻Rt1和Rt2，该振荡器就能输出占空比可从0.1%调到99%的脉冲。

图20-7

四、实验设备与器件

1.±6V直流电源           2.双踪示波器(另配)

3.频率计                  4.直流电压表

5.XR-2206、电位器、电阻器、电容器等

五、实验内容

1.分别按图20-5、20-6、20-7所示的电路图组装电路。

2.调整电路，使其处于振荡，产生相应波形。

3.改变Ct的取值，并分别记录相应频率。用示波器观测2206各输出端的波形，反复调整相应电位器，使输出波形不产生明显的失真。

六、实验报告

列表整理C取不同值时三种波形的频率和幅度值。

实验二十一   电压－频率转换电路

一、实验目的

了解电压－频率转换电路的组成及调试方法

二、实验电路

如图21-1所示

图21-1 电压—频率转换实验电路

上述电路实际上就是一个方波、锯齿波发生电路，只不过这里是通过改变输入电压Ui的大小来改变波形频率，从而将电压参量转换成频率参量。

三、实验设备与器件

1.±12V直流电源         2.双踪示波器(另配)

3.交流毫伏表            4.直流电压表

5.频率计                6.μA741×2、2DW7×1、4148×1电阻器、电容器若干。

四、实验内容

1.按图21-1接线，用示波器监视uo波形

2.按下表的内容，测量电路的电压－频率转换关系

U_i(V)

1

2

3

4

5

6

用示波器测得

T(ms)

f(Hz)

用频率计测得

f(Hz)

五、实验报告

作出电压－频率关系曲线，并讨论其结果。

六、预习要求

1.指出图21-1中电容器C的充电和放电回路。

2.定性分析用可调电压U_i改变u_o频率的工作原理。

3.电阻R₄和R₅的阻值如何确定？当要求输出信号幅值为12Up-p，输入电压值为3V，输出频率为3000Hz，计算出R₄、R₅的值。

实验二十二    直流稳压电源（I）

                串联型晶体管稳压电路

一、实验目的

1.研究单相桥式整流、电容滤波电路的特性。

2.掌握串联型晶体管稳压电路主要技术指标的测试方法。

二、实验原理

电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。

图22-1 直流稳压电源框图

直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图22-1。电网供给的交流电压u₁(220V,50Hz)经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u₂，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压u₃，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压u_I。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。

图22-2是由分立元件组成的串联型稳压电路的电路图。其整流部分为单相桥式整流电路，滤波采用电容滤波电路。稳压部分为串联型稳压电路，它由调整元件（晶体管T₁）；比较放大器T₂、R₇；取样电路R₁、R₂、R_W，基准电压R₃、D_W和过流保护电路T₃管及电阻R₄、R₅、R₆等组成。整个稳压电路是一个具有电压串联负反馈的闭环系统，其稳压过程为：当电网电压波动或负载变动引起输出直流电压发生变化时，取样电路取出输出电压的一部分送入比较放大器，并与基准电压进行比较，产生的误差信号经T₂放大后送至调整管T₁的基极，使调整管改变其管压降，以补偿输出电压的变化，从而达到稳定输出电压的目的。

图22-2 串联型稳压电源实验电路

由于在稳压电路中，调整管与负载串联，因此流过它的电流与负载电流一样大。当输出电流过大或发生短路时，调整管会因电流过大或电压过高而损坏，所以需要对调整管加以保护。在图22-2电路中，晶体管T₃、R₄、R₅、R₆组成限流型保护电路。

稳压电源的主要性能指标

1.输出电压U_O和输出电压调节范围

            U_O＝（U_Z＋U_BE3）

调节R_W可以改变输出电压U_O。

2.最大负载电流I_Om

3.输出电阻R_O

输出电阻R_O定义为：当输入电压U_I（稳压电路输入）保持不变，由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比，即

            R_o= U_I＝常数

4.稳压系数S（电压调整率）

稳压系数定义为：当负载保持不变，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比，即

            S＝   R_L＝常数

由于工程上常把电网电压波动±10%做为极限条件，因此也有将此时输出电压的相对变化△U_O/U_O做为衡量指标，称为电压调整率。

5.纹波电压

输出纹波电压是指在额定负载条件下，输出电压中所含交流分量的有效值（或峰值）。

三、实验设备与器件

1.可调工频电源                2.双踪示波器(另配)

3.交流毫伏表                  4.直流电压表

5.直流毫安表                  6.滑线变阻器200Ω1A

7.晶体三级管3DG6×2（9011×2、9013×1、晶体二极管 IN4007×4、

稳压管 2CW53×1、电阻器、电容器若干

四、实验内容

1.整流滤波电路测试

图22-3 整流滤波电路

按图22-3连接实验电路。将可调工频电源调至14V，作为整流电路输入电压u₂。

1）取R_L＝240Ω，不加滤波电容，测量直流输出电压UL及纹波电压L，并用示波器观察u₂和u_L波形，记入表22-1。

2）取R_L＝240Ω，C＝470μF，重复内容1）的要求，记入表22-1。

3）取R_L＝120Ω，C＝470μF，重复内容1）的要求，记入表22-1。

注意

①每次改接电路时，必须切断工频电源。

②观察输出电压u_L波形的过程中，“Y轴灵敏度”旋钮位置调好以后，不要再变动，否则将无法比较各波形的脉动情况。

表22-1          U₂＝        （V）

电路形式

U_L（V）

_L（V）

U_L波形

R_L=240Ω

R_L=240Ω

C=470µF

R_L=120Ω

C=470µF

2.串联型稳压电路性能测试

切断工频电源，在图22-3基础上按图22-2连接实验电路。

1）初测

稳压电路输出端负载开路，断开保护电路，接通14V工频电源，用直流电压表测量滤波电路输出电压U_I（稳压器输入电压）及输出电压U_O。调节电位器R_W，如果U_O能跟随RW线性变化，这说明稳压电路各反馈环路工作基本正常。否则，说明稳压电路有故障，应进行检查。此时可分别检查基准电压U_Z，输入电压U_I，输出电压U_O，以及比较放大器和调整管各电极的电位（主要是U_BE和U_CE），分析它们的工作状态是否都处在线性区，从而找出不能正常工作的原因。排除故障以后就可以进行下一步测试。

2）测量输出电压可调范围

使R_W动点在中间位置附近时U₀=9V，调节负载使输出电流I₀=100mA。再调节电位器R_W，测量输出电压可调范围U_omin～U_omax。

3）测量各级静态工作点

调节输出电压U_O＝9V，输出电流I_O＝100mA，测量各级静态工作点，记入表22-2。

表22-2 U₂＝14V U_O＝9V I_O＝100mA

T₁

T₂

T₃

U_B（V）

U_C（V）

U_E（V）

4）测量稳压系数S

取I_O＝100mA，按表22-3改变整流电路输入电压U₂（模拟电网电压波动），分别测出相应的稳压电路输入电压U_I及输出直流电压U_O，记入表22-3。

5）测量输出电阻R_O

取U₂=14V，改变负载大小，使I_O为空载、50mA和100mA，测量相应的U_O值，记入表22-4。

6）测量输出纹波电压

取U₂＝14V，U_O＝9V，I_O＝100mA，测量输出纹波电压O，记录之。

7)调整过流保护电路

a.断开工频电源，接上保护回路，再接通工频电源，调节R_W及RL使U_o=9V，I_o=100mA，此时保护电路应不起作用。测出T₃管各极电位值。

b.逐渐减小R_L，使I_O增加到120mA，观察U_O是否下降，并测出保护起作用时T₃管各级的电位值。若保护作用过早或迟后，可改变R₄之值进行调整。

c.用导线瞬时短接一下输出端，然后去掉导线，检查电路是否能自动恢复正常工作。

表22-3   I_O＝100mA                                 表22-4     U₂=14V

测试值

计算值

U₂（V）

U_I（V）

U_O（V）

S

10

S₁₂

14

9

S₂₃

17

测试值

计算值

Io（mA）

Uo(V)

Ro (Ω)

空载

R₀₁₂=

50

9

R₀₂₃=

100



五、实验报告

1.对表22-1所测结果进行全面分析，总结桥式整流、电容滤波电路的特点。

2.根据表22-3和表22-4所测数据，计算稳压电路的稳压系数S和输出电阻R_O，并进行分析。

3.分析讨论实验中出现的故障及排除方法。

六、预习要求

1.复习教材中有关分立元件稳压电路部分的内容，并根据实验电路参数估算U_O的可调范围及U_O＝9V时T₁、T₂管的静态工作点（假设调整管的饱和压降U_CE1S≈1V）。

2.说明图22-2中U₂、U_I、U_O及_O的物理意义，并从实验仪器中选择合适的测量仪表。

3.在桥式整流电路实验中，能否用双踪示波器同时观察u₂和u_L波形，为什么？

4.在桥式整流电路中，如果某个二极管发生开路、短路或反接三种情况，将会出现什么问题？

5.为了使稳压电路的输出电压U_O＝9V，则其输入电压的最小值U_Imin应等于多少？交流输入电压U_2min又怎样确定？

6.当稳压电源输出不正常，或输出电压U_O不随取样电位器RW而变化时，应如何进行检查找出故障所在？

7.分析保护电路的工作原理。

8.怎样提高稳压电源的性能指标（减小S和R_O）？

实验二十三直流稳压电源（II）

     集成稳压器

一、实验目的

1.研究集成稳压器的特点和性能指标的测试方法。

2.了解集成稳压器扩展性能的方法。

二、实验原理

随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。由于集成稳压器具有体积小，外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点。因此在各种电子设备中应用种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说，通常是选用串联线性集成稳压器。而在这种类型的器件中，又以三端式稳压器应用最为广泛。

78、79系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。78系列三端式稳压器输出正极性电压，一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V七个档次，输出电流最大可达1.5A（加散热片）。同类型78M系列稳压器的输出电流为0.5A，78L系列稳压器的输出电流为0.1A。若要求负极性输出电压，则可选用79系列稳压器。图21-1为78系列的外形和接线图。它有三个引出端

输入端（不稳定电压输入端）    标以“1”

输出端（稳定电压输出端）       标以“3”

公共端标以“2”

除固定输出三端稳压器外，尚有可调式三端稳压器，后者可通过外接元件对输出电压进行调整，以适应不同的需要。

图23-1 78系列外形及接线图                 图23-3 ICQ-4B管脚图

本实验所用集成稳压器为三端固定正稳压7812，它的主要参数有：输出直流电压U_O＝+12V，输出电流L：0.1A，M：0.5A，电压调整率10mV/V。输出电阻R_O＝0.15Ω，输入电压U_I的范围15～17V。因为一般U_I要比U_O大3～5V，才能保证集成稳压器工作在线性区。

图23-2 由7812构成的串联型稳压电源

图23-2是用三端式稳压器7812构成的单电源电压输出串联型稳压电源的实验电路图。其中整流部分采用了由四个二极管组成的桥式整流器成品（又称桥堆），型号为ICQ－4B，内部接线和外部管脚引线如图23-3所示。滤波电容C₁、C₂一般选取几百～几千微法。当稳压器距离整流滤波电路比较远时，在输入端必须接入电容器C₃（数值为0.33μF），以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。输出端电容C₄（0.1μF）用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应。

图23-4为正、负双电压输出电路，例如需要U_O1＝＋18V，U_O2＝－18V，则可选用7818和7918三端稳压器，这时的U_I应为单电压输出时的两倍。

图23-4 正、负双电压输出电路                 图23-5 输出电压扩展电路

当集成稳压器本身的输出电压或输出电流不能满足要求时，可通过外接电路来进行性能扩展。图23-5是一种简单的输出电压扩展电路。如7812稳压器的3、2端间输出电压为12V，因此只要适当选择R的值，使稳压管D_W工作在稳压区，则输出电压U_O＝12+U_Z，可以高于稳压器本身的输出电压。图23－6是通过外接晶体管T及电阻R₁来进行电流扩展的电路。电阻R₁的阻值由外接晶体管的发射结导通电压U_BE、三端式稳压器的输入电流I_i（近似等于三端稳压器的输出电流I_O1）和T的基极电流I_B来决定，即：

                    R₁＝==

式中：I_C为晶体管T的集电极电流，它应等于I_C＝I_O－I_O1；β为T的电流放大系数；对于锗管U_BE可按0.3V估算，对于硅管U_BE按0.7V估算。



       图23-6 输出电流扩展电路

附：（1）图23-7为79系列（输出负电压）外形及接线图



图23-7 79系列外形及接线图

（2）图23-8为可调输出正三端稳压器317外形及接线图。

图23-8 317外形及接线图

三、实验设备与器件

1.可调工频电源         2.双踪示波器(另配)

3.交流毫伏表           4.直流电压表

5.直流毫安表           6. 三端稳压器7812×1,7912×1　桥准ICQ－4B×1

电阻器、电容器若干

四、实验内容

1.整流滤波电路测试

按图23-9连接实验电路，取可调工频电源14V电压作为整流电路输入电压U₂。接通工频电源，测量输出端直流电压U_L及纹波电压，用示波器观察u₂，u_L的波形，把数据及波形记入自拟表格中。

图23-9 整流滤波电路

2.集成稳压器性能测试

断开工频电源，按图23-2改接实验电路，取负载电阻R_L＝120Ω。

1）初测

接通工频14V，测量U₂值，测量滤波电路输出电压U_I，集成稳压器输出电压U_O，它们的数值应与理论值大致符合，否则说明电路出了故障。设法查找故障并加以排除。

电路经初测进入正常工作状态后，才能进行各项指标的测试。

2）各项性能指标测试

①输出电压U_O和最大输出电流I_Omax

在输出端接负载电阻R_L＝120Ω，由于7812输出电压U_O＝12V，因此流过R_L的电流为I_Omax＝＝100mA。这时UO应基本保持不变，若变化较大则说明集成电路性能不良。

②稳压系数S的测量

③输出电阻RO的测量

④输出纹波电压的测量

②、③、④的测试方法同实验二十，把测量结果记入自拟表格中。

3）集成稳压器性能扩展

根据实验器材，选取图23-4和图23-5中各元件器材，并自拟测试方法与表格，记录实验结果。

五、实验报告

1.整理实验数据，计算S和R_O，并与手册上的典型值进行比较。

2.分析讨论实验中发生的现象和问题。

六、预习要求

1.复习教材在有关集成稳压器部分内容。

2.列出实验内容中所要求的各种表格。

3.在测量稳压系数S和电阻R_O时，应怎样选择测试仪表？

实验二十四   晶闸管可控整流电路

一、实验目的

1.学习单结晶体管和晶闸管的测试方法。

2.熟悉单结晶体管触发电路（阻容移相桥式触发电路）的工作原理及调试方法。

3.熟悉用单结晶体管触发电路控制晶闸管调压电路的方法。

二、实验原理



图24-1 单相半控桥式整流实验电路

可控整流电路的作用是把交流电变换为电压值可以调节的直流电。图24-1所示为单相半控桥式整流实验电路。主电路由负载R_L（电灯）和晶闸管T₁组成，触发电路为单结晶体管T₂及一些阻容元件构成的阻容移相桥触发电路。改变晶闸管T₁的导通角，便可调节主电路的可控输出整流电压（或电流）的数值，这点可由电灯负载的亮度变化看出。晶闸管导通角的大小决定于触发脉冲的频率f，由公式

                      f=

可知，当单结晶体管的分压比η（一般在0.5～0.8之间）及电容C值固定时，则频率f大小由R决定，因此，通过调节电位器R_W，便可以改变触发脉冲频率，主电路的输出电压也随之改变，从而达到可控调压的目的。

用万用电表的电阻档可以对单结晶体管和晶闸管进行简易测试。

图24-2 单结晶体管BT33管脚排列、结构图及电路符号

图24-2为单结晶体管BT33管脚排列、结构图及电路符号。好的单结晶体管PN结正向电阻R_EB1、R_EB2均较小，且R_EB1稍大于R_EB2。PN结的反向电阻R_BE1、R_BE2均应很大，根据所测阻值，即可判断出各管脚及管子的质量优劣。



图24-3 晶闸管管脚排列、结构图及电路符号

图24-3为晶闸管3CT3A管脚排列、结构图与电路符号。晶闸管阳极（A）——阴极（K）及阳极（A）--门极（G）之间的正、反向电阻R_AK、R_KA、R_AG、R_GA均为很大，而G--K之间为一个PN结，PN结正向电阻应较小，反向电阻应很大。

三、实验设备及器件

1、±5V、±12V直流电压           2、可调工频电源

3、万用电表                      4、双踪示波器(另配)

5、交流毫伏表                    6、直流电压表

7、晶闸管 3CT3A×1    单结晶体管BT33×1 二极管 IN4007×4

稳压管 2CW54×1   灯泡 24V/15W×1

四、实验内容

1、单结晶体管的简易测试

用万用电表R×10Ω档分别测量EB1、EB2间正、反向电阻，记入表24-1

表24-1

R_EB1（Ω）

R_EB2（Ω）

R_B1E（KΩ）

R_B2E（KΩ）

结论

2、晶闸管的简易测试

用万用电表R×1K档分别测量A——K、A——G间正、反向电阻；用R×10Ω档测量G——K间正、反向电阻，记入表24-2。

表24-2

R_AK（KΩ）

R_KA（KΩ）

R_AC（KΩ）

R_GA（KΩ）

R_GK（KΩ）

R_KG（KΩ）

结论

3、晶闸管导通，关断条件测试

断开±12V、±15V电源，按图22-4连接实验电路

图24-4 晶闸管导通、关断条件测试

1)晶闸管阳极加12V正向电压，门极a)开路，b)加5V正向电压，观察管子是否导通(导通时电灯亮，关断时电灯熄灭)，c)当管子导通后，a)去掉＋5V门极电压、b)反接门极电压(接－5V)，观察管子是否继续导通。

2)晶闸管导通后，a)去掉＋12V阳极电压、b)反接阳极电压(接－12V)，观察管子是否关断。记录之。

4、晶闸管可控整流电路

按图24-1连接实验电路。取可调工频电源14V电压作为整流电路输入电压u₂，电位器R_W置中间位置。

1)单结晶体管触发电路

a)断开主电路(把电灯取下)，接通工频电源，测量U₂值。用示波器依次观察并记录交流电压u₂、整流输出电压u_I、削波电压u_w、锯齿波电压u_E、触发电压u_B1。记录波形时，注意各波形间对应关系，并标出电压幅度及时间。记入表24-3。

b)改变移相电位器RW阻值，观察u_E及u_B1的波形的变化及u_B1的移相范围，记入表24-3。

表24-3

U₂

Ur

Uw

U_E

U_B1

移相范围

2)可控整流电路

断开工频电源，接入负载灯泡R_L，再接通工频电源，调节电位器R_W，使电灯暗到中等亮，再到最亮，用示波器观察晶闸管两端电压u_T、负载两端电压u_L及晶闸管的导通情况，并测量负载直流电压U_L及工频电源电压U₂有效值，记入表24-4。

表24-4

暗

较亮

最亮

U_L波形

U_T波形

导通角Q

U_L（V）

U₂（V）

五、实验总结

1、总结晶闸管导通，关断的基本条件。

2、画出实验中记录的波形(注意各波形间对应关系)，并进行讨论。

3、对实验数据U_L与理论计算数据U_L＝0.9U₂进行比较，并分析产生误差原因。

4、分析实验中出现的异常现象。

六、预习要求

1、复习晶闸管可控整流部分内容。

2、可否用万用电表R×10K欧姆档测试管子，为什么？

3、为什么可控整流电路必须保证触发电路与主电路同步？本实验是如何实现同步的？

 4、可以采取那些措施改变触发信号的幅度和移相范围。

5、能否用双踪示波器同时观察u₂和u_L或u_L和u_T1波形？为什么？

实验二十五光电耦合线性放大器

一、实验目的

了解光电耦合器件的基本特性，研究光电隔离线性放大器的原理与应用

二、实验原理及说明

1.应用场合

光电耦合器件（以下简称光耦器件）是利用光作为媒介进行信号传递的器件。它由发光二极管和光电管组成。本实验所用光耦器件TILll7的管脚图如图25-1所示。

光耦器件广泛应用于在电气上互相独立而两者之间又需进行信号传递的两系统中。在工业或科研等领域里，有时测试电路与被测试信号之间或控制与被控制系统之间有高达几百伏以上的电位差，必须对两系统进行有效隔离才能正常工作，否则会危及人身或设备的安全。此外，在实际电路中，尤其在工业环境下，电路中常存在干扰信号，用光电耦合器件进行隔离，也是防止干扰的有效手段。

2.光电耦合器件的工作原理

如图25-2所示。该电路包含两个独立的电路系统。由信号源V_i，直流电源E，R_W及发光二极管组成第一个电路系统，其余部分是第二个电路系统，两部分电路没有电的联系，各有自己的接地点（图中用不同的接地符号表示），只是通过光耦器件传递信号。

（1）静态调整当V_i＝0时，调节R_W，使二极管正向压降等于0，二极管不发光，I_C＝0，这时I_R=I_C+I_F=I_F。又因为运算放大器反相端电位为0（虚地），所以V_o＝－I_FR_F。



当二极管正向压降逐步增加时，随着二极管发光强度的增加，i_C逐渐加大，当i_C=i_R时，i_F＝0，V_o=0，即电路达到静态。

在静态情况下，实测发光二极管正向压降V_D1V。

（2）动态实验　在上述静态偏置的基础上，加入适当幅值的交流信号V_i，输出端就会产生同相的交流信号。信号的传递过程如下：ΔV_i经电容耦合，产生等量的V_D，再按线性关系形成相应的Δi_C_，又因i_R为恒定值，故Δi_F=Δi_C，于是ΔV_ｏ随ΔV_i呈线性变化。

R_F可以改变V_ｏ的变化幅度，从而调节了整体电路的电压放大倍数。

3.实际的光电耦合线性放大器

图25-2的电路存在着非线性失真并有温度漂移的缺点，而且静态很难调整。因此，实际使用中常采用具有负反馈的光耦电路，如图25-3所示。图中A点的电流和，则。

由。

静态下，V_i=0，A, B点电位均为0，所以I_R1=0。但在合闸瞬间，由于A₁的反馈电容C的耦合作用，二极管导通发光，通过T₁的耦合作用，使i_C1增加，i_C减小，造成负反馈．最后稳定于I_R2=I_C1。

由于串联的两个二极管电流相同，若T₁，T₂特性相同，则I_C1＝I_C2。调节R_W1，使R₆+R_W1=R₂时，有I_R6=I_R2=I_C1=I_C2,此时V_o=0。

引入交流信号V_i时，产生，若为正增量，A₁输出端将下降，通过T₁负反馈将使I_C1，I_C2产生相同增量。

在新的平衡下，，将全部流经R₉和R_W2，形成输出增量。

电压放大倍数

三、实验设备与器件

1.±12V 直流电源          4.直流电压表

2.函数信号发生器           5.μA741、TIL117、二极管、电阻器、电容器等

3.双踪示波器（另配）

四、实验内容与步骤

1、静态调整和测试

（1）按图25-3接线，令V_i＝0，调节R_W1使V_o=0，测量并记录V_R1，V_R7，V_R5和光耦

器件中二极管正向压降。

（2）改变R_W1，测试上述各量及输出电压，观察是否变化。研究静态下使V_o＝0的条件。

2.动态测试

（1）在静态测试的基础上加入v_i＝0.5V，f＝lkHz的正弦波、观察并记录v_O波形及其幅度。

（2）调节R_W2 使放大器A_V＝1，并观察记录V_o幅度随R_W2的变化规律。

（3）缓慢增加v_i的幅值观察v_O幅度随v_i的变化，记录v_O开始失真时v_i的半波峰值是多少。

五、预习要求

认真阅读实验原理及说明，理解光耦放大器的基本原理。

六、注意事项

1.运算放大器电源电压不要超过15V

2. 图25-3电路

当V_i幅度较大时，v_O将出现失真，实测表明，使v_O失真的v_i半波峰值约为1.5V。因为在图25-2中，使静态下V_O=0时的V_DlV、即输入交流信号v_i的负半波幅度不能大于lV，否则输出波形会出现失真。在图25-3电路中，由于输入级运算放大器引入了负反馈、使v_O失真的v_i半波峰值有所提高。这正好说明了负反馈对波形失真的改善作用。

七、思考题

1.图25-3中，若光耦器件T₁，T₂特性不对称，对实验结果会有什么影响?

2.如果R₆+R_W1R₂, 电路能否正常工作?

实验二十六     应用实验一控温电路

一、实验目的

1.学习用各种基本电路组成实用电路的方法

2.学会系统测量和调试

二、实验原理

1.实验电路如图26-1所示，它是由负温度系数电阻特性的热敏电阻(NTC元件)Rt为一臂组成测温电桥，其输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出“加热”与“停止”信号，经复合管放大后控制加热器“加热”与“停止”。改变滞回比较器的比较电压UR即改变控温的范围，而控温的精度则由滞回比较器的滞环宽度确定。



图26-1 控温实验电路

2.控制温度的标定

首先确定控制温度的范围。设控温范围为t₁～t₂，标定时将NTC元件R_t置于恒温槽中，使恒温槽温度为t₁，调整RW1使U_C＝U_D，此时的R_W位置标为t₁，同理可标定温度t₂的位置。根据控温精度要求，可在t₁～t₂之间作若干点，在电位器R_W1上标注相应的温度刻度即可。若R_W1调不到所要求值，则应改变R3或RW₁的阻值。控温电路工作时，只要将R_W1对准所要求温度，即可实现恒温控制。

三、实验设备与器件

1.±12V直流电源              2.直流电压表

3.双踪示波器(另配)            4.数字式温度计

5.四运放LM324、晶体管9013、8050、稳压管2DW7、

发光管LED以电阻器、电位器及NTC元件等。

四、实验内容

1.按图26－1所示的电路接线

1)LM324引脚功能如图26-2所示。

图26-2 四运放LM324管脚图

2)实验中的加热装置可用一个100Ω/2W的电阻R₁₆模拟，将此电阻靠近Rt即可。

3)实验时若不具备恒温槽条件，可设控温范围0～100℃。分别用冰水混合物与开水标定温度范围。

2.系统性能测试

令输入端B点接地，A点引入±0.5V连续可调直流电压，用直流电压表检测C点电压，并用示波器观察E点电位的变化。当缓慢改变A点电压及其极性时，分别记录使E点电位发生正跳变和负跳变的U_C值，并由此画出滞回特性曲线。

3.电压放大倍数的测量

令输入电压U_AB＝－30mV，测量U_C值，计算测量放大器的电压放大倍数。

4.系统调试及控温过程的测试

将上述电路构成闭环控温系统。当系统进入稳定控制过程后，试按表26-1要求，分别记录各整定温度下的升温和降温时间。

表26-1

整定恒温值

R_W1值（Ω）

升温时间（S）

降温时间（S）

t₁

0

t₂

50

t₃

100

五、实验报告

1.根据系统性能测试数据，绘出滞回比较器的滞回特性曲线，并思考回答：滞回特性曲线的中点电压值与恒温整定值有无关系？欲提高恒温控制精度，应如何改变电路参数？

2.根据实测值分析：上述整定恒温值t₁～t₃哪个温度最高？试阐明其道理。

3.当R_W1值增加时，将导致整定温度增加还是降低？为什么？

4.实验的心得、体会。

六、预习要求

1.电桥的测量原理是什么？试写出测量电桥输出电压的表达式。

2.Rt可否用具有正温度系数的热敏电阻？它对控制温度的标定有何影响？

3.测量放大器的工作原理是什么？试计算图26-1电路的测量放大器的电压放大倍数。

4.画出滞回比较器的滞回特性曲线。

实验二十七    综合实验

使用运算放大器组成万用电表的设计与调试

一、实验目的

1.设计由运算放大器组成的万用电表

2.组装与调试

二、设计要求

1.直流电压表满量程±6V

2.直流电流表满量程10mA

3.交流电压表满量程6V，50Hz～1KHz

4.交流电流表满量程10mA

5.欧姆表      满量程分别为1KΩ，10KΩ，100KΩ

三、万用电表工作原理及参考电路

在测量中，电表的接入应不影响被测电路的原工作状态，这就要求电压表应具有无穷大的输入电阻，电流表的内阻应为零。但实际上，万用电表表头的可动线圈总有一定的电阻。例如100μA的表头，其内阻约为1KΩ，用它进行测量时将影响被测量，引起误差。此外，交流电表中的整流二极管的压降和非线性特性也会产生误差。如果在万用电表中使用运算放大器，就能大大降低这些误差，提高测量精度。在欧姆表中采用运算放大器，不仅能得到线性刻度，还能实现自动调零。

1.直流电压表

图27-1为同相端输入，高精度直流电压表电路原理图。

为了减小表头参数对测量精度的影响，将表头置于运算放大器的反馈回路中。这时，流经表头的电流与表头的参数无关，只要改变R₁一个电阻，就可进行量程的切换。

图27-1 直流电压表

表头电流I与被测电压U_i的关系为

          I＝U_i

应当指出：图27-1适用于测量电路与运算放大器共地的有关电路。此外，当被测电压较高时，在运放的输入端应设置衰减器。

2.直流电流表

图27-2是浮地直流电流表的电原理图。在电流测量中，浮地电流的测量是普遍存在的。例如：若被测电流无接地点，就属于这种情况。为此，应把运算放大器的电源也对地浮动。按此种方式构成的电流表就可象常规电流表那样，串联在任何电流通路中测量电流。

图27-2 直流电流表

表头电流I与被测电流I₁间关系为

            -I₁R₁＝(I₁－I)R₂

          ∴I＝(1＋)I₁

可见，改变电阻比(R₁/R₂)，可调节流过电流表的电流，以提高灵敏度。如果被测电流较大时，应给电流表表头并联分流电阻。

3.交流电压表

由运算放大器、二极管整流桥和直流毫安表组成的交流电压表如图27-3所示。被测交流电压u_i加到运算放大器的同相端，故有很高的输入阻抗。又因为负反馈能减小反馈回路中的非线性影响，故把二极管桥路和表头置于运算放大器的反馈回路中，以减小二极管本身非线性的影响。

             图27-3   交流电压表

表头电流I与被测电压u_i的关系为

        I＝U_i/R₁

电流I全部流过桥路，其值仅与U_i/R₁有关，与桥路和表头参数(如二极管的死区等非线性参数)无关。表头中电流与被测电压u_i的全波整流平均值成正比，若u_i为正弦波，则表头可按有效值来刻度。被测电压的上限频率决定于运算放大器的频带和上升速率。

4.交流电流表

图27-4为浮地交流电流表，表头读数由被测交流电流i的全波整流平均值

图27-4   交流电流表

I_1AV决定，即

            I＝(1＋)I_1AV

如果被测电流i是正弦电流，即

           i₁=I1sinωt，则上式可写为

           I＝0.9(1＋)I₁

则表头可按有效值来刻度。

5.欧姆表

图27-5为多量程的欧姆表。

在此电路中，运算放大器改由单电源供电，被测电阻Rx跨接在运算放大器的反馈回路中，同相端加基准电压U_REF。

∵U_P＝U_N＝U_REF

          I₁＝I_x



即 Rx= (UO-UREF)

图27-5    欧姆表

   流经表头的电流I为

       I＝

   由上两式消去(U_O－U_REF)

   可得I＝

可见，电流I与被测电阻成正比，而且表头具有线性刻度，改变R₁值，可改变欧姆表的量程。这种欧姆表能自动调零，当R_x＝0时，电路变成电压跟随器，U_O＝U_REF，故表头电流为零，从而实现了自动调零。

二极管D起保护电表的作用。如果没有D，当RX超量程时，特别是当R_X→∞，运算放大器的输出电压将接近电源电压，使表头过载。有了D就可使输出钳位，防止表头过载。调整R₂，可实现满量程调节。

四.电路设计

1.万用电表的电路是多种多样的，建议用参考电路设计一只较完整的万用电表。

2.万用电表作电压、电流或欧姆测量时和进行量程切换时应用开关切换，但实验时可用引接线切换。

五、实验元、器件选择

1.表头          灵敏度为1mA，内阻为100Ω

2.运算放大器    μA741

3.电阻器        均采用1/4W的金属膜电阻器

4.二极管        IN4007

5.稳压管        2CW51

六、注意事项

1.在连接电源时，正、负电源连接点上均接大容量的滤波电容器和0.01μF～0.1μF的小容器，以消除通过电源产生的干扰。

2.万用电表的电性能测试要用标准电压、电流表校正，欧姆表用标准电阻校正。考虑实验要求不高，建议用数字式4位万用电表作为标准表。

七、报告要求

1.画出完整的万用电表的设计电路原理图。

2.将万用电表与标准表作测试比较，计算万用电表各功能档的相对误差，分析误差原因。

3.电路改进建议。

模拟电子技术实验指导书