计算机-电路电子学实验讲义 34页

实验一戴维宁定理和诺顿定理一、实验目的⑴加深对戴维宁定理和诺顿定理的理解。⑵学习线性有源一端口网络等效电路参数的测量方法。二、实验原理⑴戴维南定理指出：任何一个线性有源一端口网络，对外部电路而言，总可以用一个电压源和电阻相串联的有源支路来代替，如图3.4.1所示。图3.4.1其电压源的电压等于原网络端口的开路电压uoc，其电阻等于原网络中所有独立电源为零值时的入端等效电阻Roc。(2)诺顿定理指出：任何一个线性有源一端口网络，对外部电路而言，总可以用一个电流源和电导相并联的有源支路来代替，如图3.4.2所示。其电流源的电流等于原网络端口的短路电流isc，其电导等于原网络中所有独立电源为零值时的入端等效电导Gsc（Gsc=1/Roc）。应用戴维宁定理和诺顿定理时，被变换的一端口网络必须是线性的，可以包含独立电源或受控电源，但与外部电路之间除直接相联系外，不允许存在任何耦合。而外部电路可以是线性、非线性或时变原件，也可以是由它们组合成的网络。三、实验内容及步骤1、测出原电路的外特性曲线Uab=f(IL)⑴按图3.4.3连接好电路。⑵改变负载电阻ＲＬ，对每一ＲＬ值，测出各对应的IL和Uab，计入自制表中。２、测出图３.４.３线性有源一端口网络的等效参数Uｏｃ和Ｒｏｃ\n⑴　将ＲＬ开路，测出此时的Uab，即为Uｏｃ＝Uab。⑵　将ＲＬ短路，测出此时的IL，即为Ｉｓｃ＝IL。⑶将图3.4.3的K1，K2都置于位置2，RL开路，测出Rab，即Roc=Rab，Gsc=1/Roc。3、戴维宁等效电路的外特性曲线Uab=f(IL)⑴按图3.4.4连接好电路（Roc、Uoc为步骤2中所得数据）。⑵重复步骤1中（b）步骤。*4、测诺顿定理的等效电路的外特性曲线Uab=f(IRL)⑴按图3.4.5接好电路后（Isc，Gsc为步骤2中所得数据）。⑵重复步骤1中（b）的步骤。四、仪器设备和元器件\n⑴双路直流稳压电源0~30V1A1台⑵直流电流表100mA1只⑶万用表500型1只⑷可调电阻箱0~99999.91只⑸参考元器件：电阻（1W）：100Ω、300Ω各1只单刀开关K1×11个转换开关1×22个五、预习及思考⑴根据图3.4.3所给各参数，计算该网络等效参数的理论值（即Uoc、Roc、Isc、Gsc之值）。⑵拟定好实验结果的数据记录表格。六、实验总结报告⑴根据实验内容1、3、4所得的实验数据，在同一坐标平面上作出原网络及等效网络（两种）的外特性曲线，并作比较，说明比较结果。⑵在采用图3.4.6的线路测量一端口网络的开路电压Uoc时，将电压表接在a、b之间，调节分压器Ro的输出电压，使检流计G指零，这时Uab=Ucb。即电压表示值即为开路电压Uoc，采用这种方法测量，消除了仪表内阻的影响，若将电压表接在c、b之间，调节Ro使检流计G指零时，电压表的示值U即为不含仪表内阻影响的开路电压Uoc，即U=Uoc。试问该接法是否正确，为什么？\n实验二　一阶电路暂态过程的研究课程基本信息：课程中文名称：电工与电路实验课程性质:必修实验学时：3学时课程地位：是理论与实践的桥梁，对培养和发展学生能力等方面有着不可或缺的作用。主要参考资料：2003年湖南工业大学肖强晖等人编写的《电工电子教学实验台实验指导书》考核方式与成绩核定办法1、考核方式：按50%比例抽考2、成绩核定办法：学生实践教学成绩由课堂实践操作、课后实践报告、课堂组织纪律等综合决定。实验目的：1、研究ＲＣ一阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应的规律和特点；2、学习一阶电路时间常数的测量方法，了解电路参数对时间常数的影响；3、掌握微分电路和积分电路的基本概念。原理说明：1、ＲＣ一阶电路的零状态响应ＲＣ一阶电路如图16－1所示，开关S在‘1’的位置，ｕC＝0，处于零状态，当开关S合向‘2’的位置时，电源通过R向电容C充电，ｕC（ｔ）称为零状态响应变化曲线如图16－2所示，当ｕC上升到所需要的时间称为时间常数，。2、ＲＣ一阶电路的零输入响应在图16－1中，开关S在‘2’的位置电路稳定后，再合向‘1’的位置时，电容C通过R放电，ｕC（ｔ）称为零输入响应，\n变化曲线如图16－3所示，当ｕC下降到所需要的时间称为时间常数，。3、测量ＲＣ一阶电路时间常数图16－1电路的上述暂态过程很难观察，为了用普通示波器观察电路的暂态过程，需采用图16－4所示的周期性方波ｕS作为电路的激励信号，方波信号的周期为T，只要满足，便可在示波器的荧光屏上形成稳定的响应波形。电阻R、电容C串联与方波发生器的输出端连接，用双踪示波器观察电容电压ｕC，便可观察到稳定的指数曲线，如图16－5所示，在荧光屏上测得电容电压最大值取，与指数曲线交点对应时间ｔ轴的ｘ点，则根据时间ｔ轴比例尺（扫描时间），该电路的时间常数。1、微分电路和积分电路在方波信号ｕＳ作用在电阻R、电容C串联电路中，当满足电路时间常数远远小于方波周期T的条件时，电阻两端（输出）的电压ｕＲ与方波输入信号ｕＳ呈微分关系，，该电路称为微分电路。当满足电路时间常数远远大于方波周期T的条件时，电容C两端（输出）的电压ｕC与方波输入信号ｕＳ呈积分关系，，该电路称为积分电路。微分电路和积分电路的输出、输入关系如图16－6（ａ）、（ｂ）所示。实验设备：１、双踪示波器２、信号源（方波输出）３、ＥＥＬ—31组件（含电阻、电容）实验内容：\n实验电路如图16－7所示，图中电阻R、电容C从EEL－31组件上选取（请看懂线路板的走线，认清激励与响应端口所在的位置；认清Ｒ、Ｃ元件的布局及其标称值；各开关的通断位置等），用双踪示波器观察电路激励（方波）信号和响应信号。ｕS为方波输出信号，调节信号源输出，从示波器上观察，使方波的峰－峰值ＶＰ－Ｐ＝２Ｖ，f=1ｋHz。1、ＲＣ一阶电路的充、放电过程（1）测量时间常数τ：选择EEL－31组件上的Ｒ、Ｃ元件，令Ｒ=１０ｋΩ，Ｃ＝0.0１μＦ，用示波器观察激励ｕS与响应ｕC的变化规律，测量并记录时间常数τ。（2）观察时间常数τ（即电路参数R、C）对暂态过程的影响：令Ｒ＝１０kΩ，Ｃ=0.0１μＦ，观察并描绘响应的波形，继续增大Ｃ（取0.0１μＦ～0.１μＦ）或增大R（取１０kΩ、30kΩ），定性地观察对响应的影响。2、微分电路和积分电路（1）积分电路：选择EEL－31组件上的Ｒ、Ｃ元件，令Ｒ=100ｋΩ，Ｃ＝0.0１μＦ，用示波器观察激励ｕS与响应ｕC的变化规律。（2）微分电路：将实验电路中的Ｒ、Ｃ元件位置互换，令Ｒ=100Ω，Ｃ＝0.0１μＦ，用示波器观察激励ｕS与响应ｕR的变化规律。实验注意事项：1、调节电子仪器各旋钮时，动作不要过猛。实验前，尚需熟读双踪示波器的使用说明，特别是观察双踪时，要特别注意开关，旋钮的操作与调节。2、信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地），以防外界干扰而影响测量的准确性。3、示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。预习与思考题：1、用示波器观察ＲＣ一阶电路零输入响应和零状态响应时，为什么激励必须是方波信号？2、已知ＲＣ一阶电路的Ｒ=１０ｋΩ，Ｃ＝0.0１μＦ，试计算时间常数τ，并根据τ值的物理意义，拟定测量τ的方案。3、在ＲＣ一阶电路中，当Ｒ、Ｃ的大小变化时，对电路的响应有何影响？4、何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？它们在方波激励下，其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功能？实验报告要求：1、根据实验1（1）观测结果，绘出ＲＣ—阶电路充、放电时ＵC与激励信号对应的变化曲线，由曲线测得τ值，并与参数值的理论计算结果作比较，分析误差原因。2、根据实验2观测结果，绘出积分电路、微分电路输出信号与输入信号对应的波形。3、回答思考题3、4。\n实验三晶体二极管和三极管测试一、实验目的1.学习使用万用表检测晶体二极管和晶体三极管的好坏及判别管脚。2.加深巩固对元器件特性和参数的理解。二、实验器材万用表：500型一只二极管：1N4001—1N4007型一只三极管：9012（PNP型硅管）、9013（NPN型硅管）各一只质量差和坏的各类二极管、三极管若干只电阻：100K一只三、实验原理内容及步骤晶体二极管和晶体三极管是电子电路和电子设备中的基本器件，为了能正确的加以选用，必须了解它们的特性、参数以及测试方法，这里介绍使用万用表检测的方法。使用万用表对器件进行检测时，一般应使用该表的R×1K或R×100档，用其它档位会造成晶体管损坏。还应注意，指针式万用表欧姆档红表笔正端（＋）接表内电池的负极，而黑表笔负端（－）接表内电池的正极。（一）利用万用表测晶体二极管1、判别二极管的极性将万用表欧姆档的量程拨到R×1K、R×100档，并将两表笔分别接到二极管两端。如图1—1所示。如果二极管处于正向偏置，呈现低电阻，表针偏转大，此时万用表指示的电阻小于几千欧,若二极管处于反向偏置，呈现高电阻，表针偏转小，此时万用表指示的电阻将达几百千欧以上。正向偏置时，黑表笔所接的那一端是二极管的正极。\n图2—12、判别二极管好坏测得二极管的正向电阻相差越大越好，若测得正反向电阻均为无穷大，则表明二极管内部断路。如果测得正、反向电阻均为零，此时表明二极管被击穿或短路。（二）用万用表测发光二极管发光二极管和普通二极管一样具有单向导电性，正向导通时才能发光。发光二极管在出厂时，一根引线做得比另一根引线长，通常，较长引线表示正极（＋），另一根为负极（－）。1、判别发光二极管的极性将万用表欧姆档的量程拨到R×10K档。测量方法与测量普通二极管一样。2、判别发光二极管的好坏将万用表欧姆档的量程拨到R×10K档。测量方法与测量普通二极管一样。（三）利用万用表测晶体三极管1、用万用表判别管脚及类型（1）基极及管型的判别测试三极管时，可将三极管的结构看作由两个PN结所组成，而PN结的反向电阻都很大，正向电阻很小。因此可用万用表的R×100或R×1档进行测试。先将黑表笔接三极管某一极，然后将红表笔接其余两各极。如图2—2所示。若测得电阻都大时，则黑表笔所接的是PNP型管子的基极，若测得电阻都小时，则黑表笔所接的是NPN型管子的基极，若两次测得的阻值为一大一小，则黑表笔所接的电极不是三极管的基极，应另接一个电极重新测量，以便确定管子的基极。\n图2—2（2）判别集电极和发射极判断集电极和发射极的基本原理是把三极管接成单管放大电路，利用测量管子的电流放大系数β值的大小来判定集电极和发射极。以NPN为例，如图2—3所示。基极确定以后，用万用表两表笔分别接另外两个电极,用100KΩ的电阻一端接基极一端接黑表笔。若万用表指针偏转较大,则黑表笔所接的一端为集电极,则红表笔所接的一端是发射极。也用手捏住基极与黑表笔（不能使两者相碰）以人体电阻代替100KΩ电阻的作用。图2—32、用万用表粗测三极管质量的优劣（1）测c—e间电阻及估测穿透电流ICEO按图2—4（a）所示，将基极悬空，将万用表正向接在晶体管c、e两电极上，红表笔接e，黑表笔接c这是表针指示应很小（一般指针基本不动）即为穿透电流ICEO。穿透电流愈小管子质量愈好。若测得R太小，表明ICEO太大，管子工作不稳定。\n(a)(b)图2—4晶体管参数测试（2）用比较法看晶体管的放大能力在测量ICEO接线的基础上，在晶体管的集电极与基极之间连上一个100K的电阻比较一下，如图2—4（b）所示，其读数与测Iceo时的读数相差愈大，表示β值越大。四、实验报告要求1、为什么分别用万用表的R×1K和R×100Ω档测量同一个管子，所测得的正向电阻不相等？2、能否用双手分别将表笔和管脚连接的二端捏住进行测量？这样会产生什么影响？3、简述二极管的测试方法，如何判别二极管的好坏？4、简述三极管的测试方法，如何判别三极管的好坏？实验四晶体管共射极单管放大器课程基本信息：课程中文名称：模拟电路实验课程性质:必修实验学时：3学时课程地位：是理论与实践的桥梁，对培养和发展学生能力等方面有着不可或缺的作用。主要参考资料：2003年湖南工业大学肖强晖等人编写的《电工电子教学实验台实验指导书》考核方式与成绩核定办法1、考核方式：按50%比例抽考2、成绩核定办法：学生实践教学成绩由课堂实践操作、课后实践报告、课堂组织纪律等综合决定。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电子技术实验台的使用。二、实验原理图2—1为电阻分压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uo，从而实现了电压放大。\n图2—1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UB»·VccRB1RB1+RB2Im=»IcUB－UBEREUCE=Ucc－IC(RC+RE)电压放大倍数AV=－bRC‖RLrbo输入电阻ri=RB1‖RB2‖rbo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\n。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用IC»IE=算出IC(也可根据IC=，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)(c)图2—2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。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测试有电压放大倍数、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UoUiAV=2)输入电阻的测量\n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UiUiUiIiURUS－Uiri===·RR图2—3测量时应注意由于电阻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，然后接UR=Us—Ui求出UR值。电阻R的值不易取得过大或过小，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=1～2KW。3)输出电阻的测量按图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UL=UoRLro+RL即可求出roro=(－1)·RLUoUL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。图2—4\n4)最大不失真输出电压Ropp的测试(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RP(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2Uo。或用示波器直接读出Uopp来。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AV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—5所示，Avm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1/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AV。为此，可采用前述测AV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。图2—5图2—66)干扰和自激振荡的消除参考实验附表三、实验设备与器件1.EEL—07组件2.信号源(下组件)3.示波器4.交流毫伏表5.直流电压表、直流毫安表6.万用电表7.晶体三极管3DG6×1(b=50～100)或9011×1(管脚排列如图2—6所示)以及若干电阻、电容四、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\n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.测量静态工作点接通电源前，先将RP调到最大，信号源输出旋钮旋至零。接通+12V电源，调节RP使IC=2.0mA(即UE=2.0V)，用数字电压表测量UB、UE、UC及用万用电表测量RB2值。记入表2—1中。表2—1Ic=2mA测量值计算值UB(V)UE(V)UC(V)RB2(KW)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，调节信号源的输出旋钮使Ui=10mV，同时用示波器观察放大器输出电压uo的波形，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，并用示波器同时观察uo和ui的相位关系，把结果记入表2—2中。表2—2Ic=2.0mAUi=mVRc(KW)RL(KW)Uo(V)Av观察记录一组uo和ui波形2.4¥1.2¥2.42.43.测量最大不失真输出电压置RC=2.4KW，RL=2.4KW，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RP，用示波器和交流毫伏表测量Uopp及Uo，记入表2—5中。表2—5Ro=2.4KRL=2.4KIc(mA)Uim(mV)Ucm(V)Uopp(V)4.测量输入电阻和输出电阻置RC=2.4W，RL=2.4KW，IC=2.0mA。输入1KHZ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中。保持Us不变，断开RL，测量输出电压Uo，记入表2—6中。表2—6Ic=2mARc=2.4KWRL=2.4KWUsUiri(KW)ULUoro(KW)(mV)(mV)测量值计算值(V)(V)测量值计算值\n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相比较(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b=100，RB1=20KW，RB2=60KW，RC=2.4KW，RL=2.4KW。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.了解EEL—07组件的结构和使用方法3.了解放大器干扰和自激振荡消除的方法4.能否用数字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?5.怎样测量RB2阻值?6.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?7.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?8.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?9.测试中，如果将信号源，交流毫伏表、示波器中任一仪器的二个测试端子接线换位(即各仪器的接地端不再连在一起)，将会出现什么问题?\n实验五差动放大电路课程基本信息：课程中文名称：模拟电路实验课程性质:必修实验学时：3学时课程地位：是理论与实践的桥梁，对培养和发展学生能力等方面有着不可或缺的作用。主要参考资料：2003年湖南工业大学肖强晖等人编写的《电工电子教学实验台实验指导书》考核方式与成绩核定办法1、考核方式：按50%比例抽考2、成绩核定办法：学生实践教学成绩由课堂实践操作、课后实践报告、课堂组织纪律等综合决定。一、实验目的1.加深对差动放大电路性能及特点的理解2.学习差动放大电路主要性能指标的测试方法二、实验原理图5—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。调零电位器RP用来调节V1、V2管的静态工作点，使得输入信号Ui=0时，双端输出电压Uo=0。RE为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。\n图5—1当开关K拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器，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的能力。IE»(认为UB1=UB2»0)|UEE|－UBERE1.静态工作点的估算典型电路IC1=IC2=IE12IC3»IE3»R2R1＋R2RE3(VCC＋|UEE|)－UBE恒流源电路IC1=IC2=IC3122.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RE足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数Ad由输出端方式决定，而与输入方式无差。双端输出RE=¥，RP在中心位置Ad==DUo－bRCDUiRB1＋rBo＋(1＋b)RP12Ad1==AdAd2==－AdDUo1DUC21DUi2DUi2单端输出当输入共模信号时，若为单端输出，则有AC1=AC2==»－DUC1－bRcRcDU1RB1＋rbe＋(1＋b)(RP＋2RE)2RE12\nAC==0DUoDUi若为双端输出，在理想情况下实际上由于元件不可能完全对称，因此AC也不绝对等于零。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=20Log||(dB)AdAdACAc差动放大器的输入信号可采用直流信号也可用交流信号。本实验由信号源提供频率f=1KHz的正弦信号为输入信号。三、实验设备与器件1.EEL-07组件2.信号源(下组件)2.示波器4.交流毫伏表5.数字直流电压表6.晶体三极管3DG6×3，要求V1、V2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按图5-1连接实验电路，开关K拨向左边构成典型差动放大器。(1)测量静态工作点调节放大器零点信号源不接入。将放大器输入端A、B与地短接，接通±12V直流电源，用数字电压表测量输出电压UO，调节调零电位器RP，使UO=0O。调节要仔细，力求准确。测量静态工作点零点调好以后，用数字电压表测量V1、V2管各电极电位及射极电阻RE两端电压URE，记入表5-1中。表5—1测量值UC1(V)UB1(V)UE1(V)UC2(V)UB2(V)UE2(V)URE(V)计算值IC(mA)IB(mA)UCE(V)(2)测量差模电压放大倍数断开直流电源，将信号源的输出端接放大器输入A端，地端接放大器输入B端构成双端输入方式(注意：此时信号源浮地)，调节输入信号频率f=1KHZ，输出旋钮旋至零，用示波器监视输出端(集电极C1或C2与地之间)。接通±12V直流电源，逐渐增大输入电压Ui(约100mV)，在输出波形无失真的情况下，用交流毫伏表测Ui，Uc1，Uc2，记入表5-2中，并观察Ui，Uc1，Uc2之间的相位关系及URE随Ui改变而变化的情况。(如测Ui时因浮地有干扰，可分别测A点和B点对地间电压，两者之差为Ui)。\n表5—2典型差动放大电路具有恒流源差动放大电路双端输入共模输入双端输入共模输入Ui100mV1V100mV1VUC1(V)UC2(V)Ad=－UoUi//Ao=UoUi//CMRR=||AdAc(3)测量共模电压放大倍数将放大器A、B短接，信号源接A端与地之间，构成共模输入方式，调节输入信号f=1KHZ，Ui=1V，在输出电压无失真的情况下，测量Uc1，Uc2之值记入表5—2中，并观察Ui，Uc1，Uc2之间的相位关系及URE随Ui变化而改变的情况。2.具有恒流源的差动放大电路性能测试将图5—1电路中开关K拨向右边，构成具有恒流源的差动放大电路。重复内容1的要求，把结果记入表5—1，5—2中。五、实验报告1.整理实验数据，列表比较实验结果和理论估算值，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实测值与理论值比较；(3)典型差动放大电路单端输出时CMRR实测值与具有恒流源的差动放大器CMRR实测值比较。2.比较Ui，Uc1和Uc2之间的相位关系。3.根据实验结果，总结电阻RE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。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？怎样获得共模信号？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Uo？5.怎样用交流电压表测双端输出电压Uo？\n实验六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.研究由集成运放组成的比例、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。基本运算电路1)反相比例运算电路Uo=－·UiRFR1电路如图7—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\n为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相端应接入平衡电阻R2=R1||RF。图7—1图7—22)反相加法电路Uo=－(Ui1＋Ui2);R3=R1‖R2‖RFRFRFR1R2电路如图7—2，输出电压与输入电压之间的关系为3)同相比例运算电路Uo=(1＋)UiR2=R1‖RFRFR1图7—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当R1à¥，Uo=Ui，即得到如图7—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10KW，RF太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。4)差动放大器电路(减法器)Uo=(Ui2－Ui1)R3R1对于图7—4所示的减法运算电路，当R1=R2，R3=RF时，有如下关系式(a)(b)\n图7—3图7—4图7—55)积分运算电路反相积分电路如图7—5所示。在理想化条件下，输出电压Uo等于Uo(t)=－(＋Uc(O))=－＋Uc(O)式中Uc(o)是t=0时刻电容C两端的电压值，即初始制。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，仍将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、实验设备与器材1.EEL—07组件2.信号源(下组件)3.交流毫伏表4.数字直流电压表\n5.集成运算放大器mA741×1四、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7—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7—1中。表7—1Ui=0.5V，f=100HZUo(V)Ui(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7－3(a)连接实验电路，实验步骤同上,将结果记入表7－2中;(2)将图7－3(a)中的R1断开,得图7－3(b)电路重复内容1)。表7－2U1-0.5Vf=100HZUi(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7－2连接实验电路,调零和消振。(2)输入信号采用直流信号,图7－6所示电路为简易直流信号源,由实验者自行完成。实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。用数字电压表测量输入电压Ui1、Ui2及输出电压Uo2,记入表7－3中。\n图7－6表7－3Ui1(V)Ui2(V)Uo(V)4.减法运算电路1)按图7－4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7—4中。表7—4Ui1(V)Ui2(V)Uo(V)五、积分运算电路实验电路如图7—5所示，按通±12V稳压电源。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uo(o)=0；\n3)预先调好直流输入电压Ui=0.5V，接入实验电路，再打开K2，然后用数字电压表测输出电压Uo，每隔5秒读一次Uo，记入表7—5中，直到Uo不继续明显增大为止。表7—5t(s)051015202530…………Uo(V)六、实验报告1.整理实验数据，画出波形图(注意波形间的相对关系)。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=100KW,C=4.7mF,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?实验七负反馈放大器课程基本信息：课程中文名称：模拟电路实验课程性质:必修实验学时：3学时课程地位：是理论与实践的桥梁，对培养和发展学生能力等方面有着不可或缺的作用。\n主要参考资料：2003年湖南工业大学肖强晖等人编写的《电工电子教学实验台实验指导书》考核方式与成绩核定办法1、考核方式：按50%比例抽考2、成绩核定办法：学生实践教学成绩由课堂实践操作、课后实践报告、课堂组织纪律等综合决定。一、实验目的加深理解放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大器各项性能指标的影响。二、实验原理负反馈在电子电路中有着非常广泛的应用。虽然它使放大器的放大倍数降低，但能在多方面改善放大器的动态参数，如稳定放大倍数，改变输入、输出电阻，减小非线性失真和展宽通频带等。因此，几乎所有的实用放大器都带有负反馈。负反馈放大器有四种组态，即电压串联，电压并联，电流串联，电流并联。本实验以电压串联负反馈为例，分析负反馈对放大器各项性能指标的影响。1.图4—1为带有负反馈的两级阻容耦合放大电路，在电路中通过Rr把输出电压Uo引回到输入端，加在晶体管V1的发射极上，在发射极电阻RF1上形成反馈电压Ufo根据反馈的判断法可知，它属于电压串联负反馈。图4—1主要性能指标如下Avf=Av1＋AvFv(1)闭环电压放大倍数Avf其中Av=Uo/Ui——基本放大器(无反馈)的电压放大倍数，即开环电压\n放大倍数。1+AvFv——反馈深度，它的大小决定了负反馈对放大器性能改善的程度。Fv=RF1Rf＋RF1(2)反馈系数(3)输入电阻r1f=(1+AvFv)ri¢ror=ro1＋AvoFvri¢——基本放大器的输入电阻(不包括偏置电阻)(4)输出电阻ro——基本放大器的输出电阻;Avo——基本放大器RL=¥时的电压放大倍数。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Uo=0，此时Rf相当于并联在RF1上;2)在画基本放大器的输出回路时，由于输入端是串联负反馈，因此需将反馈放大器的输入端(V1管的射极)开路，此时(Rf+RF1)相当于并接在输出端。可近似认为Rf并接在输出端。图4—2根据上述规律，就可得到所要求的，如图4—2所示的基本放大电路。三、实验设备与器件1.EEL—07组件2.信号源(下组件)\n3.示波器4.交流毫伏表5.数字直流电压表6.晶体三极管3DG6×2(b=50～100)或9011×2及电阻组等四、实验内容1.测量静态工作点按图4—1连接实验电路，取Vcc=+12V，Ui=0，用数字电压表分别测量第一级、第二级的静态工作点，记入表4—1中。表4—1UB(V)UE(V)UC(V)IC(mA)第一级第二级2.测试基本放大器的各项性能指标将实验电路按图4—2改接，即把R1断开后分别并在RF1和RL上，其它连线不动，取VCC=12V，各仪器连接方法同实验二。(1)测量中频电压放大倍数Av，输入电阻ri和输出电阻ro。以f=1KHZ，UB约5mV正弦信号输入放大器，用示波器监视输出波形uo，在uo不失真的情况下，用交流毫伏表测量UB、Ui、UL，记入表4—2中。表4—2Us(mV)Ui(mV)UL(mV)Uo(mV)Avriro基本放大器负反馈放大器保持Us不变，断开负载电阻RL(注意，Rf不要断开)，测量空载时的输出电压Uo，记入表4—2中。(2)测量通频带接上RL，保持(1)中的US不变，然后增加和减小输入信号的频率，找出上、下限频率fh和fL，记入表4—3中。表4—3fLfhAf基本放大器负反馈放大器3.测试负反馈放大器的各项性能指标将实验电路恢复为图4—1的负反馈放大电路。适当加大Us(约10mV),\n在输出波形不失真的条件下，用实验内容2中的方法测量负反馈放大器的Avf、rif和rof，记入表4—2中;测量fhf和fLf，记入表4—3中。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(b1=b2=100)。3.估算基本放大器的AV，ri和ro；估算负反馈放大器的Avf、rif和rof，并验算它们之间关系。4.怎样把负反馈放大器改接成基本放大器？为什么要把Rf并接在输入和输出端？5.如按深度负反馈估算，则闭环电压放大倍数Avf=？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？7.怎样判断放大器是否存在自激振荡？如何进行消振？实验八直流稳压电源(P)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。\n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十分普遍，基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。集成稳压器的种类很多，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。三端式集成稳压器的输出电压是固定的，是预先调好的，在使用中不能进行调整。W78系列三端式稳压器输出正极性电压，一般有5V、6V、8V、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W78M系列稳压器的输出电流为0.5A，W78L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W79系列稳压器。图14—1为W7809的外形和管脚图。它有三个引出端1.输入端(不稳定电压输入端)2.公共端3.输出端(稳定电压输出端)它的主要参数有：输出直流电压Uo=＋9V，输出电流L：0.1A，M：0.5A，电压调整率10mV/V，输出电阻ro=0.15W，输入电压Ur的范围12～16V。因为一般Ur要比Uo大3～5V，才能保证集成稳压器工作在线性区。图14—2是用三端式稳压器W7809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1CQ—4B，内部接线和外部管脚引线如图14—3所示。滤波电容C1、C2一般选取几百～几千做法。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0.33mF)，以抵消线路的电感效应防止产生自激振荡。输出端电容C4(0.1mF)用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应。\n图14—1图14—2图14—3图14—4为正、负双电压输出电路，例如需要Uo1=＋18V，Uo1=－18V，则可选用W7818和W7918三端稳压器，这时的U1应为单电压输出时的两倍。\n图14—4图14—5R1===UBEUBEUBEIRIi－IBIo1－Icb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14—5是一种简单的输出电压扩展电路。由于W7812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，使稳压管工作在稳压区，则输出电压Uo=12＋Uz，可以高于稳压器本身的输出电压。图14—5是通过外接晶体管管V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UFE、三端式稳压器的输入电流Ii(近似等于三端稳压器的输出电流Io1和V的基极电流IB来决定，即式中：Ic为晶体管V的集电极电流，它应等于Ic=Io－Io1；b为V的电流放大系数；对于锗管UBE可按0.3V估算，对于硅管UBE按0.7V估算。三、实验仪器及器件1.可调交流电源4.直流电压表、毫安表2.示波器5.EEL—07组件3.交流毫伏表图12—6\n四、实验内容1.整流滤波电路测试按图14—7连接实验电路，调压器输出手柄旋至零。接通220V交流电源，缓慢增大调压器输出电压使U2=18V，测量输出端直流电压UL，及纹波电压UL。用示波器观察u2，uL的波形，把数据及波形记入自拟表格中。2.集成稳压器性能测试断开电源，按图14—2改接实验电路，取负载电阻RL=120W(1)初测接通电源，缓慢增大调压器输出电压，注意观察集成稳压器输出电压的变化。调节U2=18V，测量滤波电路输出电压U1，集成稳压器输出电压Uo，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)各项性能指标测试输出电压Uo和最大输出电流IOmaxIomax==100mA12120在输出端接负载电阻RL=120W，由于W7812输出电压Uo=12V，因此流过RL的电流为。这时Uo应基本保持不变，若变化较大则说明集成块性能不良。稳压系数S的测量输出电阻ro的测量输出纹波电压的测量、、的测试方法同实验十一，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14—4和图14—5中各元器件，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ro，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.复习教材中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。