Proteus實(shí)例教程課件-第2章

第2章模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)2.1晶體管共射極單管放大器2.2射極跟隨器2.3差動(dòng)放大器2.4低頻功率放大器(OTL)2.5負(fù)反饋放大器2.6正弦波振蕩器2.7集成運(yùn)放的應(yīng)用(I)—比例運(yùn)算放大器2.8集成運(yùn)放的應(yīng)用(II)—波形發(fā)生器2.9直流集成穩(wěn)壓電源1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)學(xué)會(huì)放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試方法，分析靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器性能的影響；

(2)掌握放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測(cè)試方法；

(3)熟悉常用電子儀器及模擬電路實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用。2.1晶體管共射極單管放大器2.實(shí)驗(yàn)原理

圖2-1為Proteus中繪制的電阻分壓式單管共射放大器實(shí)驗(yàn)原理圖。

在圖2-1中，當(dāng)流過偏置電阻RB1和RB2的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于晶體管Q1的基極電流IB時(shí)(一般為5～10倍)，則它的靜態(tài)工作點(diǎn)可用下式估算：

元件替換。在圖2-1中，如果在Proteus中電路已連接完成，但發(fā)現(xiàn)有元件需要替換，只要元件外形和引腳一致，可直接拖動(dòng)新的元件至電路中與原來的元件重疊，此時(shí)，出現(xiàn)元件替換對(duì)話框，單擊“OK”按鈕即可。

圖紙?jiān)O(shè)置。Proteus中默認(rèn)圖紙為A4，如果在繪圖過程中發(fā)現(xiàn)圖紙小了，可以單擊主菜單【System】→【SetSheetSizes】，在打開的對(duì)話框中，單擊選擇A3或其他圖紙。

圖紙底板。圖紙缺省底板色為灰色，如果想設(shè)為其他色或白色，可單擊主菜單【Template】→【SetDesignDefaults】，在打開的對(duì)話框中(見圖1-13)，在左邊的Colours設(shè)置中把第一項(xiàng)“Papercolour”改成其他顏色。注意3.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件+12V直流電源；函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；雙蹤示波器；交流毫伏表；直流電壓表；交流毫安表；萬用表；晶體三極管3DG6(β=50～100)或9011；電阻、電容若干。4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試單管共射放大器及負(fù)反饋實(shí)驗(yàn)電路板圖2-3單管共射放大器實(shí)驗(yàn)電路圖

照?qǐng)D2-3把電路圖連接好。接上直流電源(圖2-2中的UCC)、信號(hào)發(fā)生器和示波器。下面調(diào)試第一級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)，即先找到一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，然后再用直流表測(cè)量出來。

把開關(guān)按圖2-3所示位置設(shè)定好，按仿真運(yùn)行按鈕，把信號(hào)發(fā)生器的頻率調(diào)為1kHz，幅值盡可能大，直到觀察到示波器顯示的輸出波形(A通道)出現(xiàn)雙頂失真為止，如圖2-4中的波形(a)所示?？纯催@個(gè)失真的波形是否上下對(duì)稱失真，如果不對(duì)稱，調(diào)整圖2-3中的滑動(dòng)變阻器RW1來改變靜態(tài)工作點(diǎn)使波形看似對(duì)稱，如圖2-4中的波形(b)所示。因?yàn)檠劬吹降膶?duì)稱失真并不一定是真的對(duì)稱，所以還需減小信號(hào)發(fā)生器的幅值，使波形一端的失真剛好消失，如圖2-4中的波形(c)所示，這驗(yàn)證了靜態(tài)工作點(diǎn)仍然不合適。進(jìn)一步調(diào)整滑動(dòng)變阻器，使波形兩端出現(xiàn)對(duì)稱失真，再減小信號(hào)發(fā)生器的幅值，使波形一頂失真消失，反復(fù)幾次，直到波形兩頂?shù)氖д鎰偤猛瑫r(shí)消失，如圖2-4中的波形(d)所示，這時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)是最合適的，保持滑動(dòng)變阻器的位置不要再動(dòng)。圖2-4單管共射放大器調(diào)試靜態(tài)工作點(diǎn)波形

調(diào)試的原理來自于單管共射放大電路三極管的輸出特性，如圖2-5所示。

圖2-5為NPN雙極型三極管的輸出特性曲線，其中的斜線為交流負(fù)載線，靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)位于交流負(fù)載線的中點(diǎn)Q，這樣交流信號(hào)在變化時(shí)才能得到最大不失真的輸出波形。如果靜態(tài)工作點(diǎn)位于交流負(fù)載線上的Q＇點(diǎn)，則輸出波形就會(huì)產(chǎn)生失真，即集電極電流稍有增加，三極管便進(jìn)入飽和區(qū)，產(chǎn)生飽和失真，使放大能力下降。一般來說，調(diào)整基極電阻，可方便地改變靜態(tài)工作點(diǎn)的值。

上述的靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整方法，就是故意讓輸出波形失真來觀察失真的對(duì)稱度，從而判斷靜態(tài)工作點(diǎn)是否位于交流負(fù)載線的中間，因?yàn)楹线m的靜態(tài)工作點(diǎn)并不意味著輸出電壓波形就不會(huì)產(chǎn)生失真，只要輸入信號(hào)足夠大，就會(huì)產(chǎn)生失真，只不過是產(chǎn)生對(duì)稱的失真。通過反復(fù)調(diào)整輸入信號(hào)的幅值和基極電阻的大小，來觀察和改變靜態(tài)工作點(diǎn)，從而找到一個(gè)最佳靜態(tài)工作點(diǎn)。只有找到了最佳靜態(tài)工作點(diǎn)，接下來的動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)量才有意義。給定一塊電路板，不能盲目地進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量。

2)單管共射放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量

在實(shí)驗(yàn)電路中共有兩個(gè)電源，一個(gè)是直流電壓源，一個(gè)是交流信號(hào)源。根據(jù)線性疊加定理，當(dāng)測(cè)量純直流量時(shí)，交流電壓源應(yīng)短路，所以應(yīng)按圖2-6接線。雖然電容隔直，RS左邊的交流信號(hào)源的短路線可以省去，開路即可，但在沒有電容的直接耦合電路中卻不能開路，為了養(yǎng)成良好的習(xí)慣，建議使交流電壓信號(hào)短接而不是開路。把三個(gè)直流電壓表和一個(gè)直流電流表(毫安表)照?qǐng)D連接，把測(cè)得的數(shù)據(jù)填在表2-2中。其中，IC的數(shù)據(jù)是約等，表中后兩列是計(jì)算值。圖2-6靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量三個(gè)電壓表一定要直接連接到三極管的三個(gè)極上，不能在電容C1前或電容C2后測(cè)量，因?yàn)殡娙莞糁绷?。注意測(cè)量值計(jì)算值UB(V)UE(V)UC(V)IC(mA)UBE(V)UCE(V)表2-2單管共射放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量根據(jù)實(shí)際電路的測(cè)量結(jié)果，填寫測(cè)量數(shù)據(jù)。

3)單管共射放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量

前面提到，靜態(tài)工作點(diǎn)的合適與否直接影響交流輸出信號(hào)的幅值。那么是不是有了合適的靜態(tài)工作點(diǎn)后，輸出電壓與信號(hào)源的比就一定能夠得到最大值呢？不是的，影響放大倍數(shù)的還有放大電路的幾個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)：輸入電阻、輸出電阻和帶寬等。首先來討論電壓放大倍數(shù)的測(cè)量。(1)測(cè)量電壓放大倍數(shù)。

電壓放大倍數(shù)有兩種含義，一是輸出電壓對(duì)信號(hào)源的比值，即

，另一種是輸出電壓對(duì)輸入電壓的比值，即

。

由于Proteus的虛擬信號(hào)源都是理想電壓源，沒有內(nèi)阻，所以圖2-6所示的電路中用電阻RS(10kΩ)來模擬信號(hào)源內(nèi)阻，當(dāng)然與實(shí)際相比有些大了。真正分到放大電路中的信號(hào)電壓是RS的右端(即基極)到地之間的交流電壓，另外一部分電壓降落在RS上。

在輸入端接信號(hào)發(fā)生器(產(chǎn)生一個(gè)正弦波)，在信號(hào)發(fā)生器上并聯(lián)一個(gè)交流毫伏表以測(cè)量信號(hào)源電壓的有效值。調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的幅值使交流毫伏表的讀數(shù)約為10mV，把示波器接在輸出端，觀察輸出波形，以不失真為準(zhǔn)。斷開負(fù)載電阻使放大電路空載，在輸出端接交流電壓表。運(yùn)行仿真，各電表讀數(shù)如圖2-7所示。可計(jì)算出圖2-7空載時(shí)電壓放大倍數(shù)的測(cè)量

合上開關(guān)K4加上負(fù)載后，輸出電壓的幅值會(huì)下降，請(qǐng)大家自己測(cè)量和計(jì)算并分析原因。

由于是單管共射放大電路，所以輸出波形和輸入波形是倒相的，放大倍數(shù)應(yīng)該是負(fù)值。示波器的輸入輸出波形如圖2-8所示。

根據(jù)以上分析，按表2-3中要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并填寫和描繪相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和波形。表2-3單管共射放大電路電壓放大倍數(shù)的測(cè)量RC1(kΩ)RL1(kΩ)uo1(V)AV觀察繪制一組uo1和ui的波形2.4∞1.2∞2.42.4

(2)觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)電壓放大倍數(shù)的影響。

置RC1=2.4kΩ，RL1=∞，ui適量，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RW1，用示波器監(jiān)視輸出電壓波形，在uo1不失真的條件下，測(cè)量數(shù)據(jù)組IC和uo1值，記在表2-4中。注意測(cè)量IC時(shí)，因?yàn)槭侵绷髦担瑧?yīng)先把信號(hào)源輸出旋鈕幅值調(diào)為零，或直接把信號(hào)發(fā)生器斷開，把輸入端短接。在靜態(tài)工作點(diǎn)附近取5個(gè)IC值(分別調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RW1)。每次調(diào)定一個(gè)IC值后，再加上交流信號(hào)，監(jiān)視輸出不失真電壓并用交流毫伏表測(cè)輸出電壓的有效值。還要注意的是，ui和uo的單位應(yīng)一致，要么都是有效值，要么都是峰峰值或半波峰值，這樣計(jì)算出的電壓放大倍數(shù)才準(zhǔn)確。表2-4靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)電壓放大倍數(shù)的影響(ui=

V)IC(mA)1.01.52.02.53.0uo1(V)AV(3)觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出電壓波形失真的影響。

置RC1=2.4kΩ，RL1=2.4kΩ，ui=0，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RW1使IC=2.0mA，測(cè)出UCE的值，再逐步加大輸入信號(hào)，使輸出電壓uo1足夠大但不失真。然后保持輸入信號(hào)不變，分別增大和減小RW1，使波形出現(xiàn)失真，繪出uo1的波形，并測(cè)出IC和UCE值，記入表2-5中，每次測(cè)IC和UCE值時(shí)都要將信號(hào)源的輸出旋鈕旋至零。IC(mA)UCE(V)uo1波形失真情況(截止、飽和)管子工作狀態(tài)(放大、截止、飽和)2.0表2-5靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形失真的影響

(4)測(cè)量最大不失真輸出電壓。

置RC1=2.4kΩ，RL1=2.4kΩ，調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的幅度和滑動(dòng)變阻器RW1，用示波器讀出最大不失真輸出電壓的峰峰值uopp，并在交流毫伏表上讀出uom1，記入表2-6中。IC(mA)uim(mV)uom1(V)

uopp(V)表2-6測(cè)量最大不失真輸出電壓

(5)測(cè)量輸入電阻和輸出電阻。

放大電路的輸入電阻是從放大電路輸入端看進(jìn)去的無源網(wǎng)絡(luò)的交流等效電阻，計(jì)算此電阻要先畫出放大電路的微變等效電路，也可以直接通過實(shí)驗(yàn)方法來測(cè)量，這樣更方便和快捷。其原理如下：

如圖2-9所示，可以把放大電路的交流通路看成是二端口網(wǎng)絡(luò)，輸入端為含有內(nèi)阻的信號(hào)源，輸出端接負(fù)載。其中，Ri為輸入電阻，Ro為輸出電阻。電路設(shè)計(jì)好后，二端口的參數(shù)就確定不變了。空載時(shí)，輸出電壓uo與輸入電壓ui的比值是定值，但由于二端口外的元件uS、RS及RL是隨不同的用戶使用而定的，所以根據(jù)兩端串聯(lián)分壓原理，Ri與Ro會(huì)分別影響ui與uo的值，從而引起輸出電壓的變化而影響電壓放大倍數(shù)。圖2-9輸入、輸出電阻測(cè)量原理圖

在圖2-9中的輸入端，有

，如果知道uS、RS及ui，就可以算出Ri，測(cè)量輸入電阻的原理即如此。

回頭看實(shí)驗(yàn)圖2-7，電壓表的讀數(shù)為uS=20.5mV，ui=10.1mV，RS=10kΩ，可算出Ri=9.7kΩ。輸入電阻越大，放大電路分得的電壓就越大，輸出電壓就越大，當(dāng)然這里模擬用的內(nèi)阻RS有點(diǎn)過大。根據(jù)圖2-9不難理解，如果把放大電路再看成一個(gè)電壓源，對(duì)負(fù)載供電，則輸出電阻Ro就是這個(gè)電壓源的內(nèi)阻，Ro越小，負(fù)載上分得的電壓就越大，放大電路的性能就越好。因此有

，其中

為空載電壓。

測(cè)量輸出電阻的實(shí)驗(yàn)時(shí)，分別測(cè)出空載和帶負(fù)載情況下的輸出電壓

、uo及負(fù)載電阻RL，就可以算出Ro的值。

置RC1=2.4kΩ，RL1=2.4kΩ，IC=2.0mA，輸入一個(gè)f=1kHz的正弦信號(hào)，在輸出電壓不失真的情況下，用交流毫伏表測(cè)出uS、ui和uL并記入表2-7中。保持us不變，斷開RL1，測(cè)量輸出電壓uo1，記入表2-7中，計(jì)算出輸出電阻Ro。uo(V)ui(V)Ri(kΩ)uL(V)uo1(V)Ro(kΩ)測(cè)量值計(jì)算值測(cè)量值計(jì)算值表2-7輸入、輸出電阻的測(cè)量

(6)測(cè)量帶寬。

前面分別提到靜態(tài)工作點(diǎn)、交流輸入及輸出電阻會(huì)影響放大電路的電壓放大倍數(shù)，但這些參數(shù)都設(shè)計(jì)合理后，是不是放大電路的性能就完美無缺了？其實(shí)，前面提到的放大都是對(duì)某一固定頻率信號(hào)的幅值進(jìn)行的放大，我們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)的時(shí)候，通常把信號(hào)頻率調(diào)節(jié)到1kHz。如果保持信號(hào)的幅值不變而改變其頻率，會(huì)發(fā)現(xiàn)放大倍數(shù)在某些頻段會(huì)保持不變，而在另一些頻段會(huì)突然下降，甚至為零。這就是我們所說的頻率響應(yīng)，即頻率對(duì)放大倍數(shù)的影響。不同的放大電路的頻率響應(yīng)是不一樣的，這主要是因?yàn)殡娐分械碾娙?耦合電容、旁路電容、極間電容等)的阻抗會(huì)隨頻率而改變，從而導(dǎo)致電路的輸入、輸出阻抗變化，影響輸出電壓的大小。在單管共射放大電路中，頻率過高和過低都會(huì)造成放大倍數(shù)的衰減，只有在中頻段，放大倍數(shù)才穩(wěn)定不變，這一段的頻率范圍稱為帶寬，通常用fBW來表示。

測(cè)量單管共射放大電路帶寬的方法是，在放大電路輸入端先加一個(gè)小信號(hào)，比如10mV、1kHz，用示波器觀察輸出電壓波形，要保證輸出波形不失真。調(diào)節(jié)示波器的掃描旋鈕，讓波形集中，調(diào)整示波器的垂直增益，使輸出波形正好占據(jù)10格，如圖2-10所示。接下來減小信號(hào)發(fā)生器的頻率，調(diào)整示波器的掃描旋鈕，使波形在頻率較低的情形下仍能相對(duì)集中，以便觀察幅值所占的格數(shù)。繼續(xù)減小信號(hào)發(fā)生器的頻率值，直到輸出波形在示波器中所占的格數(shù)減為7格，如圖2-11所示，這時(shí)讀信號(hào)發(fā)生器的頻率為13Hz，即放大電路的下限轉(zhuǎn)折頻率fL。以同樣的方法讀出上限轉(zhuǎn)折頻率為400kHz，即fH。這個(gè)放大電路的帶寬fBW=fH－fL約為400kHz。

圖2-10中頻段輸出波形的幅度

圖2-11截止頻率時(shí)的輸出波形的幅度

根據(jù)單管共射放大倍數(shù)頻率響應(yīng)的幅頻特性，如圖2-12所示，在中頻段，即13Hz～400kHz范圍內(nèi)，放大倍數(shù)基本恒定，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率小于13Hz或大于400kHz時(shí)，放大倍數(shù)按每10倍頻程20分貝的速度上升或衰減。圖中顯示的是理想幅頻特性，其實(shí)，在轉(zhuǎn)折頻率處，中頻放大倍數(shù)要下降3dB，即是原來的0.707倍。圖2-12單管共射放大電路的頻率響應(yīng)

在本實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)檩斎胄盘?hào)電壓未變，輸出電壓變?yōu)樵瓉淼?.7倍，即放大倍數(shù)變?yōu)樵瓉淼?.7倍。故改變信號(hào)頻率，使輸出電壓的幅值由原來的10格縮為7格時(shí)，即轉(zhuǎn)折頻率所對(duì)應(yīng)的幅值，就測(cè)出了轉(zhuǎn)折頻率和帶寬。

根據(jù)以上分析，請(qǐng)大家自己動(dòng)手在Proteus中對(duì)電路進(jìn)行帶寬測(cè)量。

5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)列表整理測(cè)量結(jié)果，并把實(shí)測(cè)的靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻值與理論值相比較(取一組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較)，分析產(chǎn)生誤差的原因；(2)總結(jié)RC、RL及靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的影響；(3)討論靜態(tài)工作點(diǎn)變化對(duì)放大倍數(shù)和輸出波形的影響；(4)分析調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題。1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握射極跟隨器的特性；

(2)進(jìn)一步學(xué)習(xí)放大器各項(xiàng)參數(shù)測(cè)試方法。2.實(shí)驗(yàn)原理

射極跟隨器的原理如圖2-13所示。這是一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，具有輸入阻抗高、輸出阻抗低、輸出電壓能夠在較大范圍內(nèi)跟隨輸入電壓作線性變化，以及輸入輸出信號(hào)同相等特點(diǎn)。2.2射極跟隨器圖2-13射極跟隨器原理圖

由于射極跟隨器的輸出取自三極管的發(fā)射極，故稱其為射極跟隨器。其特點(diǎn)是：1)輸入電阻Ri高

圖2-13電路中，Ri=rbe+(1+β)RE，如果考慮偏置電阻RB和負(fù)載電阻RL的影響，則Ri=RB//[rbe+(1+β)(RE//RL)]

由上式可知，射極跟隨器的輸入電阻Ri比共射極單管放大器的輸入電阻Ri=RB//rbe要高得多。

輸入電阻的測(cè)試方法同單管共射放大器，實(shí)驗(yàn)線路如圖2-14所示。圖2-14射極跟隨器實(shí)驗(yàn)電路圖，由于式中RS已知(2kΩ)，只要測(cè)得圖2-14中電阻RS前(us)后(ui)對(duì)地交流電壓即可求出輸出電阻。2)輸出電阻Ro

圖2-13電路中，

如考慮信號(hào)源內(nèi)阻RS，則

由上式可知，射極跟隨器的輸出電阻Ro比共射極單管放大器的輸出電阻Ro=Rc低得多。三極管的β值愈高，輸出電阻愈小。

輸出電阻Ro的測(cè)試方法同單管共射放大器，即先測(cè)出空載輸出電壓uo，再測(cè)接入負(fù)載RL后的輸出電壓uL，根據(jù)即可求出Ro

3)電壓放大倍數(shù)近似等于1

圖2-13電路中，

上式說明，射極跟隨器的電壓放大倍數(shù)小于近似等于1，且為正值，這是深度電壓負(fù)反饋?zhàn)饔玫慕Y(jié)果。但它的射極電流仍比基極電流大(1+β)倍，所以它具有一定的電流和功率放大作用。

射極跟隨器并不能放大電壓，但能夠放大電流，它的輸入電阻高，輸出電阻低，電路的動(dòng)態(tài)性能比較好，適合做多級(jí)放大電路的初級(jí)和末級(jí)。但由于差動(dòng)放大電路和功率放大電路的出現(xiàn)，在高性能運(yùn)放的輸入級(jí)和輸出級(jí)一般不使用射極跟隨器。3.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件+12V直流電源；函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；雙蹤示波器；交流毫伏表；直流電壓表；萬用表；晶體三極管3DG6(β=50～100)；電阻、電容若干。4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟

(1)按圖2-15組接電路。

(2)靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整。

由于射極跟隨器的電壓不能被放大，所以在調(diào)試靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)需要加比較高的輸入電壓幅值，才能觀察到輸出電壓失真的出現(xiàn)，一般從1V加起，逐漸加大。靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整合適后，照?qǐng)D2-15接線，測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)。注意，測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)所用的都是直流表，測(cè)量集電極電位的電壓表可省去，因?yàn)榧姌O直接接12V直流電源。電流表要在屬性對(duì)話框中改為毫安表，注意電流從正端流向負(fù)端。測(cè)得的數(shù)據(jù)如圖2-15中各電表所示，請(qǐng)把測(cè)得的值及相關(guān)計(jì)算填入表2-8中。UB(V)UE(V)UC(V)IE=UE/RE(mA)表2-8射極跟隨器靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量值

在接下來的實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)保持RW值不變，即靜態(tài)工作點(diǎn)不變。(3)測(cè)量射極跟隨器動(dòng)態(tài)參數(shù)。動(dòng)態(tài)參數(shù)仍然是電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻和帶寬。在Proteus中按照?qǐng)D2-16接線，運(yùn)行仿真，把信號(hào)發(fā)生器的頻率調(diào)為1kHz，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的幅度使電路的輸入電壓ui為2V，讀得信號(hào)發(fā)生器的電壓有效值us為2.02V，輸出電壓有效值uo為1.99V。于是可以算出各動(dòng)態(tài)參數(shù)。

①計(jì)算電壓放大倍數(shù)。,

②計(jì)算輸入電阻。

③計(jì)算輸出電阻。

保持輸入信號(hào)不變，空載和接負(fù)載(通過電路中的K)時(shí)分別測(cè)得輸出電壓，如圖2-16和圖2-17所示，可計(jì)算輸出電阻如下：

通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，此射極跟隨器的輸入電阻高達(dá)200kΩ，輸出電阻低至27.4Ω，電壓放大倍數(shù)接近1但小于1。至于帶寬，讀者可以借鑒前面單管共射放大電路的測(cè)量方法自己來測(cè)算。圖2-16射極跟隨器動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量圖2-17射極跟隨器輸出電阻的測(cè)量(4)觀察輸入輸出電壓波形。

在以上各動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量過程中，前提是輸出電壓不失真，最好是把示波器接在輸出端，每測(cè)量或改變一個(gè)參數(shù)，都要觀察輸出電壓的波形，確保輸出不失真?，F(xiàn)在的主要目的是觀察、對(duì)比輸入輸出電壓波形，驗(yàn)證輸出電壓是否與輸入電壓大小相等、方向相同。在輸入端加上使輸出不失真的合適輸入電壓，使輸出空載，把輸入、輸出分別接到示波器的A、B通道，調(diào)節(jié)示波器的掃描旋鈕和A、B通道的垂直位移及增益旋鈕，保持兩通道的增益一致，垂直位移稍有不同，否則兩波形將重疊。觀察到的波形如圖2-18所示，由此可驗(yàn)證射極跟隨器名稱的由來。圖2-18射極跟隨器的輸入輸出波形

把測(cè)量得到的動(dòng)態(tài)參數(shù)分別填入表2-9～表2-11中。ui(V)uL(V)AV=uL/ui表2-9射極跟隨器電壓放大倍數(shù)測(cè)量uo(V)uL(V)Ro=[(uo/uL)-1]RL(kΩ)表2-10射極跟隨器電壓放大倍數(shù)測(cè)量uS(V)ui(V)Ri=[ui/(uS-ui)]RS(kΩ)表2-11射極跟隨器電壓放大倍數(shù)測(cè)量

5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并畫出曲線uL=f(ui)及uL=f(f)；(2)分析射極跟隨器的性能和特點(diǎn)。1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)加深對(duì)差動(dòng)放大器性能及特點(diǎn)的理解；

(2)學(xué)習(xí)差動(dòng)放大器主要性能指標(biāo)的測(cè)試方法。2.實(shí)驗(yàn)原理

差動(dòng)放大器用在多級(jí)放大電路的第一級(jí)，主要目的是減少零漂。與單管共射放大電路相比，差動(dòng)放大器使用了雙倍的元件卻得到同樣的電壓放大倍數(shù)，但它卻具有相當(dāng)高的共模抑制比，即對(duì)共模信號(hào)的放大倍數(shù)近似為零。差動(dòng)放大器的實(shí)驗(yàn)主要測(cè)兩種差動(dòng)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、單端和雙端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)Ad、共模電壓放大倍數(shù)Ac及共模抑制比KCMRR以及兩種電路接法下這些參數(shù)的比較。2.3差動(dòng)放大器

圖2-19是差動(dòng)放大器的基本結(jié)構(gòu)。它由兩個(gè)元件參數(shù)相同的基本共射放大電路組成。當(dāng)開關(guān)K撥向左邊時(shí)，構(gòu)成典型的差動(dòng)放大器。調(diào)零電位器RW用來調(diào)節(jié)T1、T2管的靜態(tài)工作點(diǎn)，使得輸入信號(hào)ui=0時(shí)，雙端輸出電壓uo=0。RE為兩管共用的發(fā)射極電阻，它對(duì)差模信號(hào)無負(fù)反饋?zhàn)饔茫蚨挥绊懖钅ｋ妷悍糯蟊稊?shù)，但對(duì)共模信號(hào)有較強(qiáng)的負(fù)反饋?zhàn)饔?，故可以有效地抑制零漂，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。

圖2-19差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)電路

當(dāng)開關(guān)K撥到右邊時(shí)，構(gòu)成具有恒流源的差動(dòng)放大器。它用晶體管恒流源代替發(fā)射極電阻RE，以進(jìn)一步提高差動(dòng)放大器抑制共模信號(hào)的能力。1)靜態(tài)工作點(diǎn)的估算

在典型電路中，(認(rèn)為UB1=UB10)，

恒流源電路中，，2)差模電壓放大倍數(shù)和共模電壓放大倍數(shù)

當(dāng)差動(dòng)放大器的射極電阻RE足夠大時(shí)，或采用恒流源電路時(shí)，差模電壓放大倍數(shù)Ad由輸出端方式?jīng)Q定，而與輸入方式無關(guān)。RE=∞，RW在中心位置時(shí)，雙端輸出有

單端輸出有，

當(dāng)輸入共模信號(hào)時(shí)，若為單端輸出，則有

若為雙端輸出，在理想情況下有

實(shí)際上由于元件不可能完全對(duì)稱，因此AC也絕不會(huì)等零，只是近似為零。3)共模抑制比

為了表征差動(dòng)放大器對(duì)差模信號(hào)(有用信號(hào))的放大作用和對(duì)共模信號(hào)(干擾信號(hào))的抑制能力，通常用一個(gè)綜合指標(biāo)來衡量，即共模抑制比

或3.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件+12V直流電源；函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；雙蹤示波器；交流毫伏表；直流電壓表；晶體三極管3DG6(或9011×3)；電阻、電容若干。

差動(dòng)放大器的輸入信號(hào)可采用直流信號(hào)，也可用交流信號(hào)(因?yàn)殡娐分袥]有隔直電容)。本實(shí)驗(yàn)由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生

f=1kHz的正弦信號(hào)作為輸入信號(hào)。4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟

1)在Proteus中按圖2-19組接電路。

2)測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)(1)電路調(diào)零。

在測(cè)各參數(shù)之前，先進(jìn)行電路調(diào)零。如圖2-20所示，在T1、T2管兩集電極之間接一直流伏特表、閉合開關(guān)SW1(即交流輸入端短接)，把開關(guān)K撥到左側(cè)，這時(shí)電路中全部為直流電量。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RW，使電表的讀數(shù)接近零為止。調(diào)零完成，去掉電壓表，保持RW的觸頭位置不變。圖2-20調(diào)零電路(2)測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)。

照?qǐng)D2-21連接電路，測(cè)得的數(shù)據(jù)及計(jì)算值填入表2-12中。注意：基極和射極電位均為負(fù)值，電流表設(shè)為毫安表。表2-12差動(dòng)放大器靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量值VB(V)VE(V)VC(V)IC(mA)VBE(V)VCE(V)3)單端輸出時(shí)電壓放大倍數(shù)和共模抑制比測(cè)量(1)單端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)測(cè)量。打開SW1，在差模輸入端接一信號(hào)源，并聯(lián)交流毫伏表，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，使差模信號(hào)的頻率為1kHz，調(diào)節(jié)信號(hào)源的幅值使交流毫伏表的讀數(shù)約為100mV(有效值)。在T1管的集電極接一交流伏特表(或萬用表)，同時(shí)在T1管集電極接示波器，觀察到輸出電壓波形不失真為止。測(cè)量接線如圖2-22所示。圖2-22差動(dòng)放大器的單端輸出差模電壓放大倍數(shù)測(cè)量電路

先把開關(guān)K撥到左側(cè)，測(cè)得T1管的集電極輸出電壓；再把開關(guān)K撥到右側(cè)，測(cè)得T1管的集電極輸出電壓。根據(jù)測(cè)量到的輸出電壓，可計(jì)算出射極分別接電阻和恒流源時(shí)的單端輸出差模電壓放大倍數(shù)。把測(cè)量值和計(jì)算值填入表2-13中。

再把開關(guān)K撥到右側(cè)，所有接線不變，在輸出電壓不失真的情況下讀出輸出電壓值，并填入表2-13中。(2)單端輸出共模電壓放大倍數(shù)。

如圖2-23所示，把T1、T2管的兩輸入端并聯(lián)，即把開關(guān)SW1合上，再接一頻率為1kHz、有效值為1V的共模輸入信號(hào)。先把開關(guān)K撥到左側(cè)，測(cè)得T1管的集電極輸出電壓；再把開關(guān)K撥到右側(cè)，測(cè)得T1管的集電極輸出電壓。

把以上測(cè)得的兩個(gè)共模輸出電壓填入表2-13中。圖2-23差動(dòng)放大器的單端輸出共模電壓放大倍數(shù)測(cè)量電路典型差動(dòng)放大電路具有恒流源的差動(dòng)放大電路差模輸入信號(hào)共模輸入信號(hào)差模輸入信號(hào)共模輸入信號(hào)ui100mV1V100mV1Vuc1(V)uc2(V)////////表2-13差動(dòng)放大器動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量(3)單端輸出時(shí)的共模抑制比計(jì)算。

把單端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)比上共模電壓放大倍數(shù)，它們的絕對(duì)值即共模抑制比，能反映一個(gè)電路對(duì)共模信號(hào)的抑制能力，此值越大越好。把計(jì)算值填入表2-13中，比較兩種接法的電路共模抑制比的大小，并分析電路性能的好壞。4)雙端輸出時(shí)電壓放大倍數(shù)和共模抑制比測(cè)量(1)雙端輸出時(shí)差模電壓放大倍數(shù)測(cè)量。Proteus中雙端輸出時(shí)差模輸出電壓的測(cè)量如圖2-24(a)所示。按照前面介紹的差模輸入信號(hào)的接法，先在輸入端接1kHz、有效值約為100mV的差模輸入信號(hào)，在T1和T2管的集電極之間接一交流電壓表，把開關(guān)K撥到左邊讀輸出電壓表讀數(shù)，填入表2-13中的相應(yīng)位置；再把開關(guān)K撥到右邊讀出輸出電壓值，并填入表2-13中的相應(yīng)位置，可算出雙端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)。

圖2-24差動(dòng)放大器的雙端輸出測(cè)量電路

(a)差模輸出(2)雙端輸出時(shí)共模電壓放大倍數(shù)測(cè)量。Proteus中雙端輸出時(shí)的共模輸出電壓測(cè)量讀數(shù)如圖2-24(b)所示，按照前面介紹的共模輸入信號(hào)的接法，先在輸入端接1kHz、有效值為1V的共模輸入信號(hào)，在T1和T2管的集電極之間接一交流電壓表，把開關(guān)K撥到左邊讀輸出電壓表讀數(shù)，填入表2-13中的相應(yīng)位置；再把開關(guān)K撥到右邊讀出輸出電壓值，并填入表2-13中的相應(yīng)位置，可算出雙端輸出時(shí)的共模電壓放大倍數(shù)。(b)共模輸出(3)雙端輸入時(shí)共模抑制比的計(jì)算。

根據(jù)以上測(cè)量值和計(jì)算值，分別計(jì)算出開關(guān)K撥到左邊和右邊時(shí)兩種電路的共模抑比，并比較大小，說明兩種接法電路的優(yōu)缺點(diǎn)。

可以發(fā)現(xiàn)，雙端輸出時(shí)的共模抑制能力最強(qiáng)。而平時(shí)我們所見的電路大部分在差動(dòng)電路后面還要接單端輸入電路，故單端輸出應(yīng)用比較多，這就要求射極電阻足夠大，最好接理想恒流源，它的電阻接近無窮大。5)輸出波形觀察

在差模輸入時(shí)，如果輸入信號(hào)的正極性端接T1管的基極，由于共射電路的倒相性，單端輸出從T1管的集電極對(duì)地的輸出電壓是和輸入差模信號(hào)倒相的。相反，對(duì)于同樣的輸入信號(hào)，從T2管的集電極輸出電壓是和輸入電壓同向的，如圖2-25所示，分別是單端輸出時(shí)的兩個(gè)輸出電壓及差模輸入電壓，請(qǐng)大家判斷分別是哪個(gè)波形。

雙端輸出時(shí)，如果選擇T1管的集電極為輸出電壓的正極性端，則輸出電壓與輸入電壓反相，否則同相。圖2-25單端輸出時(shí)的電壓波形

5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，列表比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論估算值，分析誤差產(chǎn)生的原因；(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)電阻RE和恒流源的作用。1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)進(jìn)一步理解OTL功率放大器的工作原理；

(2)學(xué)會(huì)OTL電路的調(diào)試及主要性能指標(biāo)的測(cè)試方法。2.實(shí)驗(yàn)原理

這里要討論的低頻功率放大器是一個(gè)OTL(無輸出變壓器)電路，5V單直流電源供電，輸出端接1000μF的大電容，通過充放電，做負(fù)電源使用，原理上和OCL(無輸出電容)電路是一樣的。如圖2-26所示，電路中采用由R、C2組成的自舉電路來抬高A點(diǎn)的電位，提高輸出電壓正半周的幅度，以得到更大的動(dòng)態(tài)范圍。在本實(shí)驗(yàn)中，我們主要調(diào)試和觀察交越失真波形、測(cè)量最大不失真輸出電壓及計(jì)算最大輸出效率。2.4低頻功率放大器(OTL)圖2-26OTL功率放大器實(shí)驗(yàn)接線圖

由晶體管三極管Q1組成推動(dòng)級(jí)(也稱前置放大級(jí))，Q2、Q3是一對(duì)參數(shù)對(duì)稱的NPN和PNP型晶體管，它們組成互補(bǔ)推挽OTL功放電路。由于Q2、Q3管都接成射極輸出器形式，因此具有輸出電阻低、驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于作功率輸出級(jí)。Q1管子工作在甲類狀態(tài)，它的集電極電流Ic1由電位器RW1進(jìn)行調(diào)節(jié)。Ic1的一部分流經(jīng)電位器RW2及二極管D1，給Q2、Q3提供偏壓。調(diào)節(jié)RW2，可以使Q2、Q3得到合適的靜態(tài)工作電流，從而工作于甲、乙類工作狀態(tài)，以克服交越失真。靜態(tài)時(shí)要求輸出端中點(diǎn)A的電位UA=0.5Ucc，可以通過調(diào)節(jié)RW1來實(shí)現(xiàn)。由于RW1的一端接在A點(diǎn)，因此在電路中引入交、直流電壓并聯(lián)負(fù)反饋，一方面能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，同時(shí)也改善了非線性關(guān)系。

當(dāng)輸入正弦交流信號(hào)ui時(shí)，經(jīng)Q1管放大、倒相后同時(shí)作用于Q2、Q3管的基極，ui的負(fù)半周使Q2管導(dǎo)通(Q3管截止)，有電流通過負(fù)載RL，同時(shí)向電容C0充電；在ui的正半周，Q3管導(dǎo)通(Q2管截止)，則已充好電的電容器C0起著電源的作用，通過負(fù)載RL放電，這樣在RL上就得到完整的正弦波。OTL電路的主要性能指標(biāo)：1)最大不失真輸出功率

在實(shí)驗(yàn)中可通過測(cè)量RL兩端的電壓有效值，來求得實(shí)際的

。2)效率

，PE為直流電源供給的平均功率。

理想情況下，

。在實(shí)驗(yàn)中，可測(cè)量電源供給的平均電流Idc，從而求得PE=UccIdc，負(fù)載上的交流功率已用上述方法求出，因而可以計(jì)算實(shí)際效率了。3)輸入靈敏度

輸入靈敏度是指輸出最大不失真功率時(shí)，輸入信號(hào)ui的值。3.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件+5V直流電源；函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；雙蹤示波器；交流毫伏表；交流毫安表；直流電壓表；晶體三極管3DG6(或9011×3)；晶體三極管3DG6×1(或9011×1)，3DG12×1(或9013×1)，3CG12×1(或9012×1)，晶體二極管2CP×1，8Ω喇叭×1，電阻器、電容器若干。

在整個(gè)測(cè)試過程中，電路不應(yīng)有自激現(xiàn)象。1)靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)試

按圖2-27連接實(shí)驗(yàn)電路，電源進(jìn)線中串入直流毫安表，電位器RW2置最小值，RW1置其中間位置。接通+5V電源，觀察毫安表指示，同時(shí)用手觸摸輸出極管子，若電流過大，或管子溫升顯著，應(yīng)立即斷開電源檢查原因(如RW2開路、電路自激或輸出管性能不好等)。如無異常現(xiàn)象，可開始調(diào)試。(1)調(diào)節(jié)輸出中點(diǎn)電位UA。

調(diào)節(jié)電位器RW1，用直流電壓表測(cè)量A點(diǎn)電位，使UA=UCC/2，即2.5V。4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟圖2-27OTL功率放大器靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)試(2)觀察交越失真波形。

調(diào)節(jié)RW2，使毫安表的讀數(shù)為5～10mA。這時(shí)，兩個(gè)管子的UCE均為2.5V，電容C0通過直流電源、T1和8Ω揚(yáng)聲器負(fù)載充電至2.5V。RW2和D1專門用來消除輸出波形的交越失真。現(xiàn)在我們故意調(diào)節(jié)RW2，使T2與T3兩基極間電壓減小，從而在輸出波形中出現(xiàn)交越失真。按圖2-26，分別在輸入端和輸出端接交流信號(hào)發(fā)生器和示波器。信號(hào)發(fā)生器的頻率為1kHz，調(diào)節(jié)其幅值，觀察示波器上的波形，使其不出現(xiàn)上下頂失真。接下來把RW2往下調(diào)，直到輸出波形出現(xiàn)交越失真為止，如圖2-28所示。圖2-28輸出波形的交越失真現(xiàn)象

觀察交越失真之后，繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RW2，使其值變大，直至交越失真消失為止。然后加大輸入信號(hào)的幅值，使輸出波形上下頂出現(xiàn)失真，然后調(diào)節(jié)RW1，使失真對(duì)稱，減小輸入信號(hào)幅值，觀察失真是否真的對(duì)稱，這樣反復(fù)調(diào)節(jié)RW1并減小輸入信號(hào)幅值，直到輸出波形上下頂?shù)牟ㄐ问д鎰倓偼瑫r(shí)消失為止。這時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)是最合適的。

去掉交流信號(hào)源，保持電路電位器不變。重新按圖2-27接線，即把輸入端短路，測(cè)量各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)，并填入表2-14中。(IC1=IC1=mA，UA=2.5V)

注意：在調(diào)整RW2時(shí)，一是要注意旋轉(zhuǎn)方向，不要調(diào)得過大，更不能開路，以免損壞輸出管；靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整好后，如無特殊情況，不得隨意旋動(dòng)RW2的位置。表2-14OTL功率放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量Q1Q2Q3UB(V)UCCV)UE(V)2)最大輸出功率Pom和效率

的測(cè)試(1)測(cè)量最大輸出功率Pom。

輸入端重新接入f=1kHz的交流信號(hào)ui，輸出端用示波器觀察波形。逐漸增大ui，使輸出電壓達(dá)到最大不失真輸出，用交流毫伏表測(cè)出負(fù)載RL上的電壓uom，計(jì)算出電路最大輸出功率。

(2)測(cè)量輸出效率

。

當(dāng)輸出電壓為最大不失真時(shí)，讀出直流毫安表中的電流值，此電流即為直流電源供給的平均電流Idc(有一定誤差)，由此可近似求得PE=UccIdc，再根據(jù)上面測(cè)得的Pom即可求得

。3)輸入靈敏度測(cè)試

根據(jù)輸入靈敏度的定義，只要測(cè)出輸出功率Po=Pom時(shí)的輸入電壓ui即可。4)試聽

在輸出端接8Ω的喇叭，在輸入端接交流信號(hào)，保持信號(hào)幅度不變，連續(xù)改變所接輸入信號(hào)頻率，聽嗽叭音調(diào)的改變。輸入信號(hào)改為錄音機(jī)輸出或收音機(jī)輸出，輸出端接8Ω的喇叭或試聽音箱，同時(shí)接示波器，開機(jī)試聽，并觀察語音信號(hào)的輸出波形。

5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)、最大不失真輸出功率Pom和效率

等，并與理論值進(jìn)行比較；(2)分析自舉電路的作用；(3)討論實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的問題及解決辦法。1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)加深理解在放大器電路中引入負(fù)反饋的方法；

(2)理解負(fù)反饋對(duì)放大器各項(xiàng)性能指標(biāo)的影響。2.實(shí)驗(yàn)原理

負(fù)反饋在電子線路中有著非常廣泛的應(yīng)用。雖然它使放大器放大倍數(shù)降低，但能夠在多方面改善放大器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，如穩(wěn)定放大倍數(shù)，改變輸入、輸出電阻，減少非線性失真和展寬通頻帶等。因此，幾乎所有使用的放大器都帶有負(fù)反饋。負(fù)反饋放大器有四種組態(tài)，即電壓串聯(lián)、電壓并聯(lián)、電流串聯(lián)和電流并聯(lián)。本實(shí)驗(yàn)以電壓串聯(lián)負(fù)反饋為例，分析負(fù)反饋對(duì)放大器各項(xiàng)性能指標(biāo)的影響。

2.5負(fù)反饋放大器2.1節(jié)的圖2-2即為帶有負(fù)反饋的兩級(jí)阻容耦合放大電路，在電路中通過RF和CF把輸出電壓Uo引回到輸入端，加在晶體管T1的發(fā)射極上，在發(fā)射極電阻RF1上形成負(fù)反饋電壓Uf。根據(jù)負(fù)反饋的判斷方法可知，它屬于電壓串聯(lián)負(fù)反饋。(2)雙端輸出時(shí)共模電壓放大倍數(shù)測(cè)量。Proteus中雙端輸出時(shí)的共模輸出電壓測(cè)量讀數(shù)如圖2-24(b)所示，按照前面介紹的共模輸入信號(hào)的接法，先在輸入端接1kHz、有效值為1V的共模輸入信號(hào)，在T1和T2管的集電極之間接一交流電壓表，把開關(guān)K撥到左邊讀輸出電壓表讀數(shù)，填入表2-13中的相應(yīng)位置；再把開關(guān)K撥到右邊讀出輸出電壓值，并填入表2-13中的相應(yīng)位置，可算出雙端輸出時(shí)的共模電壓放大倍數(shù)。(2)雙端輸出時(shí)共模電壓放大倍數(shù)測(cè)量。Proteus中雙端輸出時(shí)的共模輸出電壓測(cè)量讀數(shù)如圖2-24(b)所示，按照前面介紹的共模輸入信號(hào)的接法，先在輸入端接1kHz、有效值為1V的共模輸入信號(hào)，在T1和T2管的集電極之間接一交流電壓表，把開關(guān)K撥到左邊讀輸出電壓表讀數(shù)，填入表2-13中的相應(yīng)位置；再把開關(guān)K撥到右邊讀出輸出電壓值，并填入表2-13中的相應(yīng)位置，可算出雙端輸出時(shí)的共模電壓放大倍數(shù)。負(fù)反饋的主要性能指標(biāo)如下：

閉環(huán)電壓放大倍數(shù)

，其中，

為基本放大器(無反饋)的電壓放大倍數(shù)，即開環(huán)電壓放大倍數(shù)。

為反饋深度，它的大小決定了負(fù)反饋對(duì)放大器性能改善的程度。

反饋系數(shù)

。

輸入電阻

，

為基本放大器的輸入電阻(不包括偏置電阻)。

輸出電阻

，

為基本放大器的輸出電阻，

為

基本放大器開環(huán)時(shí)的電壓放大倍數(shù)。3.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件+12V直流電源；函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；雙蹤示波器；交流毫伏表；直流電壓表；晶體三極管3DG6×2(β=50～100)或9011×2、電阻器、電容器若干。UB(V)UE(V)Uc(V)Ic(mA)第一級(jí)第二級(jí)表2-15負(fù)反饋放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

1)測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)

按圖2-2連接實(shí)驗(yàn)電路，取UCC=+12V，ui=0，斷開反饋網(wǎng)絡(luò)和兩級(jí)放大電路之間的連接，按照前面介紹的靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)試方法，分別對(duì)兩級(jí)電路進(jìn)行靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)試，調(diào)試完成后，用直流電壓表分別測(cè)量第一級(jí)、第二級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)，并記入表2-15中。

2)測(cè)試基本放大器的各項(xiàng)性能指標(biāo)

將電路中的開關(guān)K2斷開，即為基本放大電路。(1)測(cè)量中頻電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。以f?=1kHz，uS=5mV的正弦信號(hào)輸入放大器，用示波器監(jiān)視輸出電壓波形uo，在uo不失真的情況下，用交流毫伏表測(cè)量uS、ui(RB2上的電壓)和uL，記入表2-16中。表2-16放大器各項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)量uS(mV)ui(mV)uL(mV)uo(V)AVRi(kΩ)Ro(kΩ)

基本放大器

負(fù)反饋放大器

保持uS不變，斷開負(fù)載電阻RL(注意，反饋支路不要斷開)，測(cè)量空載時(shí)的輸出電壓uo，并記入表2-16中。(2)測(cè)量通頻帶。

接上負(fù)載電阻RL，保持uS不變，然后增加和減小輸入信號(hào)的頻率，用示波器或交流毫伏表測(cè)出上、下限頻率fH和fL，記入表2-17中。fL(Hz)fH(kHz)△f(kHz)基本放大器負(fù)反饋放大器表2-17負(fù)反饋放大器通頻帶的測(cè)量3)測(cè)試負(fù)反饋放大器的各項(xiàng)性能指標(biāo)

將電路中的開關(guān)K2合上，即為負(fù)反饋放大電路。適當(dāng)加大uS(約為10mV)，在輸出波形不失真的條件下，測(cè)量并計(jì)算負(fù)反饋放大器的Avf、Rif和Rof，記入表2-16中；測(cè)量fH和fL，記入表2-17中。4)觀察負(fù)反饋對(duì)非線性失真的改善

實(shí)驗(yàn)電路改接成基本放大電路形式(斷開反饋)，在輸入端加入f?=1kHz的正弦信號(hào)，輸出端接示波器，逐漸增大輸入信號(hào)的幅度，使輸出波形稍稍出現(xiàn)失真，記下此時(shí)的波形和輸出電壓的幅度。

再將實(shí)驗(yàn)電路改接成負(fù)反饋放大電路形式，增大輸入信號(hào)幅度，使輸出電壓的幅度大小與上一步相同，比較有負(fù)反饋時(shí)，輸出電壓波形的變化。

5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)將基本放大器和負(fù)反饋放大器動(dòng)態(tài)參數(shù)的實(shí)測(cè)值和理論估算值列表進(jìn)行比較；(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)電壓串聯(lián)負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響。1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)進(jìn)一步學(xué)習(xí)RC正弦波振蕩器的組成及振蕩條件；

(2)學(xué)會(huì)測(cè)量、調(diào)試振蕩器。2.實(shí)驗(yàn)原理

正弦波振蕩器由四部分組成，分別是放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、正反饋電路和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。正弦波振蕩電路的典型特征是無交流輸入信號(hào)，卻在輸出端產(chǎn)生了正弦波輸出信號(hào)。它的原理是，在直流電源閉合的一瞬間，頻率豐富的干擾信號(hào)串入振蕩電路的輸入端，經(jīng)過放大后出現(xiàn)在電路的輸出端，但是由于幅值很小而頻率又雜亂，不是我們希望的輸出信號(hào)。

2.7正弦波振蕩器

此信號(hào)再經(jīng)過選頻兼正反饋網(wǎng)絡(luò)，把某一頻率信號(hào)篩選出來(而其他信號(hào)被抑制)，再送回放大電路的輸入端，整個(gè)電路的回路增益應(yīng)略大于1，這樣不斷地循環(huán)放大，得到失真的輸出信號(hào)，最后經(jīng)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)可輸出一個(gè)頻率固定、幅值穩(wěn)定的正弦波信號(hào)。正弦波振蕩器的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-29所示。圖2-29正弦波振蕩器的結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)正弦波振蕩電路選頻網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)來區(qū)分和命名正弦波振蕩電路，典型的RC振蕩電路有：RC串并聯(lián)振蕩電路、三節(jié)RC移相式振蕩電路和雙星型振蕩電路；典型的LC振蕩電路有：變壓器反饋式振蕩電路、電容三點(diǎn)式和電感三點(diǎn)式振蕩電路以及石英晶體振蕩電路。

本實(shí)驗(yàn)介紹RC串并聯(lián)振蕩電路，如圖2-30所示。電路共由三部分組成：T1、T2組成的兩級(jí)共射放大電路，R1、C1、R2、C2組成的RC串并聯(lián)選頻兼正反饋網(wǎng)絡(luò)以及RW和RF組成的電壓串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。圖2-30RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路3.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件+12V直流電源；函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；雙蹤示波器；直流電壓表；三極管3DG12×2或9013×2、電阻器、電容器若干。4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟(1)按圖2-30組接電路。(2)斷開RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，測(cè)量放大器靜態(tài)工作點(diǎn)及電壓放大倍數(shù)。(3)接通RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，并使電路起振，用示波器觀測(cè)輸出電壓波形，調(diào)節(jié)RW使獲得滿意的正弦信號(hào)，記錄波形及其參數(shù)。在Proteus中仿真時(shí)，先把滑動(dòng)變阻器RW調(diào)到最上邊，使引入的負(fù)反饋?zhàn)钊?，放大電路的放大倍?shù)最大。合上開關(guān)SW1，觀察示波器的波形，如圖2-31左圖所示，出現(xiàn)失真波形。慢慢向下調(diào)節(jié)RW，加大負(fù)反饋?zhàn)饔茫敵霾ㄐ沃饾u變成圖2-31右圖所示的正弦波。圖2-31正弦波振蕩電路的輸出波形(4)測(cè)量振蕩頻率，并與計(jì)算值進(jìn)行比較。

電路的頻率由R1(R2)和C1(C2)決定，即

可以讀出示波器的掃描旋鈕刻度為0.1ms/格，一個(gè)正弦波周期所占的格數(shù)約為10格，算出周期為1ms，即頻率為周期的倒數(shù)1kHz，這與通過參數(shù)計(jì)算的結(jié)果基本一致。(5)同時(shí)改變R1、R2或C1、C2的值，觀察振蕩頻率變化情況。

5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)由給定電路參數(shù)計(jì)算振蕩頻率，并與實(shí)測(cè)值比較，分析誤差產(chǎn)生的原因；(2)總結(jié)RC串并聯(lián)振蕩器的特點(diǎn)。1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)加深理解比例運(yùn)算放大器輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系；

(2)驗(yàn)證比例運(yùn)放電路的運(yùn)算關(guān)系。2.實(shí)驗(yàn)原理

2.8集成運(yùn)放的應(yīng)用(I)—比例運(yùn)算放大器比例運(yùn)放輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為

其中R1為反相端電阻，Rf為反饋電阻。根據(jù)流入理想運(yùn)算放大器同相端和反相端的電流為零，以及具有深度負(fù)反饋的比例運(yùn)算電路輸入電位相等，可得出反相比例運(yùn)放輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為

，同相比例運(yùn)放輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為其中，R1為反相端電阻，Rf為反饋電阻。

本實(shí)驗(yàn)采用的運(yùn)算放大器為集成運(yùn)放LM324，它內(nèi)部包含四個(gè)運(yùn)放，引腳分布如圖2-32所示。其中11端可接地，也可接對(duì)稱負(fù)電源。3.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件-18～+18V直流電源；函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；雙蹤示波器；直流電壓表；交流毫伏表；萬用表；運(yùn)算放大器LM324×1、電阻、電位器和導(dǎo)線若干。4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1)反相比例運(yùn)算放大器

按圖2-33連接電路，使信號(hào)發(fā)生器調(diào)出100mV～1500mV、1kHz的正弦波信號(hào)加在輸入端，用示波器同時(shí)觀察輸入電壓ui和輸出電壓uo，并用交流毫伏表測(cè)量輸出電壓uo，計(jì)算uo/ui，填入表2-18中。ui(mV)10020050070010001500uo(mV)Av(uo/ui)波形表2-18反相比例運(yùn)放參數(shù)的測(cè)量圖2-33Proteus中反相比例實(shí)驗(yàn)接線圖

在圖2-33中，適當(dāng)調(diào)節(jié)輸入信號(hào)幅度，使示波器輸入信號(hào)和輸出信號(hào)Y軸增益刻度值保持一致，測(cè)得的波形如圖2-34所示。輸入與輸出波形反相，電壓放大倍數(shù)為5。2)同相比例運(yùn)算放大器

連接如圖2-35所示的電路，使信號(hào)發(fā)生器調(diào)出100mV～1500mV、1kHz的正弦波信號(hào)加在輸入端，用示波器同時(shí)觀察輸入電壓ui和輸出電壓uo，并用交流毫伏表測(cè)量輸出電壓uo，計(jì)算uo/ui，填入表2-19中。ui(mV)10020050070010001500uo(mV)Av(uo/ui)波形表2-19同相比例運(yùn)放參數(shù)的測(cè)量

在圖2-35中，適當(dāng)調(diào)節(jié)輸入信號(hào)幅度，使示波器輸入信號(hào)和輸出信號(hào)Y軸增益刻度值保持一致，測(cè)得的波形如圖2-36所示。輸入與輸出波形同相，電壓放大倍數(shù)為6。圖2-36Proteus中同相比例輸入、輸出電壓波形

5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)整理并計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)，認(rèn)真填寫表格，并畫出實(shí)驗(yàn)波形；(2)比較兩種比例運(yùn)算放大器的電路特征和放大特性。1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)學(xué)習(xí)如何用集成運(yùn)放構(gòu)成正弦波、方波和三角波發(fā)生器；

(2)學(xué)習(xí)波形發(fā)生器的調(diào)整和主要性能指標(biāo)的測(cè)試方法。2.實(shí)驗(yàn)原理

2.8集成運(yùn)放的應(yīng)用(II)—波形發(fā)生器

由集成運(yùn)放構(gòu)成的正弦波、方波和三角波發(fā)生器有多種形式，本實(shí)驗(yàn)選用最常用的電路進(jìn)行介紹。1)RC橋式正弦波振蕩器(文氏電橋振蕩器)

圖2-37為RC橋式正弦波振蕩器。其中RC串、并聯(lián)電路構(gòu)成正反饋支路，同時(shí)兼作選頻網(wǎng)絡(luò)，R3、R4、R5、RW及二極管等元件構(gòu)成負(fù)反饋和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。圖中的實(shí)際二極管2CP在Proteus中可用一般二極管DIODE代替。圖2-37RC橋式正弦波振蕩器

調(diào)節(jié)電位器RW，可以改變負(fù)反饋深度，以滿足振蕩的振幅條件和改善波形。利用兩個(gè)反向并聯(lián)二極管D1和D2的正向非線性特性來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅。D1、D2采用硅管(溫度穩(wěn)定性好)，且要求特性匹配才能保證輸出波形正、負(fù)半周對(duì)稱。R4接入是為削弱二極管非線性的影響，以改善波形失真。

電路的振蕩頻率

起振條件，式中，為二極管正向?qū)娮琛?/p>

調(diào)整反饋電阻Rf

(調(diào)Rw)，使電路起振，且波形失真最小。如不能起振，則說明負(fù)反饋太強(qiáng)，應(yīng)適當(dāng)加大Rf。如波形失真嚴(yán)重，則應(yīng)適當(dāng)減小Rf。

改變選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)(C1、C2或R1、R2)，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率。一般采用改變電容C作頻率量程切換，而調(diào)節(jié)R作量程內(nèi)的頻率細(xì)調(diào)。2)方波發(fā)生器

由集成運(yùn)放構(gòu)成的方波發(fā)生器和三角波發(fā)生器，一般均包括比較器和RC積分器兩大部分。圖2-38所示為由滯回比較器及簡(jiǎn)單RC積分電路組成的方波—三角波發(fā)生器。它的特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，但三角波的線性度較差，主要用于產(chǎn)生方波或?qū)θ遣ㄒ蟛桓叩膱?chǎng)合。圖2-38方波發(fā)生器電路的振蕩頻率方波的幅值三角波的幅值調(diào)節(jié)Rw可以改變振蕩頻率，改變比值

可調(diào)節(jié)三角波的幅值。

注意圖2-38中的DZ在Proteus中是穩(wěn)壓管DIODE-ZEN，取兩個(gè)穩(wěn)壓管反向連接在一起，然后拉近之間的接線就成了圖中的雙向穩(wěn)壓器件。-18～+18V直流電源；函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；雙蹤示波器；交流毫伏表；運(yùn)算放大器LM324×1、2DW7×1、2CP×2、電阻、電位器和電容器及導(dǎo)線若干。3.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

1)RC橋式正弦波振蕩器

按圖2-37連接實(shí)驗(yàn)電路，輸出端接示波器。

接通±12V直流電源，調(diào)節(jié)電位器Rw，使輸出波形從無到有，從正弦波到出現(xiàn)失真。描繪Uo波形，記下臨界起振、正弦波輸出及失真情況下的Rw值，分析負(fù)反饋強(qiáng)弱對(duì)起振條件及輸出波形的影響。

調(diào)節(jié)電位器Rw，使輸出電壓Uo幅值最大且不失真，用交流毫伏表分別測(cè)量輸出電壓Uo、反饋電壓U+和U－，分析研究振蕩的幅值條件。用示波器或頻率計(jì)測(cè)量振蕩頻率f0，然后在選頻網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)電阻R1、R2上并聯(lián)同一阻值電阻，觀察記錄振蕩頻率的變化情況，并與理論值進(jìn)行比較。

斷開二極管D1、D2，重復(fù)第二步的內(nèi)容，將測(cè)試結(jié)果與沒有斷開二極管時(shí)的測(cè)試結(jié)果相比較，分析D1、D2的穩(wěn)幅作用。2)方波發(fā)生器

按圖2-38連接實(shí)驗(yàn)電路。

將電位器Rw調(diào)至中心位置，用雙蹤示波器觀察并描繪方波Uo及三角波Uc的波形，測(cè)量其幅值及頻率，并做記錄。改變Rw動(dòng)點(diǎn)的位置，觀察Uo和Uc的幅值及頻率變化情況。把動(dòng)點(diǎn)調(diào)至最上端和最下端，測(cè)出頻率范圍，并做記錄。將Rw恢復(fù)至中心位置，將一只穩(wěn)壓管短接，觀察Uo的波形，分析DZ的限幅作用。3)方波和三角波發(fā)生器

按圖2-39連接實(shí)驗(yàn)電路。圖2-39三角波、方波發(fā)生器

將電位器Rw調(diào)至合適位置(Proteus仿真時(shí)調(diào)至中間位，Rw選用POT-HG)，用示波器觀察并描繪三角波輸出Uo及方波輸出Uo'，測(cè)其幅值、頻率及Rw值，并做記錄。

改變Rw的位置，觀察對(duì)Uo及Uo'

幅值、頻率的影響。

改變R1和R2，觀察對(duì)Uo及Uo'

幅值、頻率的影響。

5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)正弦波發(fā)生器

列表整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出波形，把實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論值進(jìn)行比較；

根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析RC振蕩器的振幅條件；