模拟电子技术实验指导书

模拟电子技术实验指导书 电子电路教研室 2006 年 3 月

前 言 实验是学习电子技术的一个重要环节 对巩固和加深课堂教学内容, 提高学生实际工作技能, 培养科学作风, 为学习后续课程和从事实践技术工作奠定基础具有重要作用 为适应电子科学技术的迅猛发展和教学改革不断深入的需要, 电基础实验中心购置了新型的 TPE A 系列模拟电路实验箱, 并编写了这本相应的实验指导书 本书以 高等工业学校电子技术基础课程教学基本要求 中确定的教学实验要求为基础, 包括了 模拟电子技术基础 课程全部实验内容 实验内容的安排遵循由浅到深, 由易到难的规律 考虑不同层次需要, 既有测试 验证的内容, 也有设计 研究的内容 有些实验只提供设计要求及原理简图, 由学生自己完成方案选择 实验步骤及记录表格等, 充分发挥学生的创造性和主动性 本书由电子电路教研室鞠艳杰 梁海峰 薛严冰 马东坡老师共同编写完成 由于编者水平所限, 时间仓促, 错误及欠缺之处恳请批评指正 电子电路教研室

实验要求 1. 实验前必须充分预习, 完成指定的预习任务 预习要求如下 : 1) 认真阅读实验指导书, 分析 掌握实验电路的工作原理, 并进行必要的估算 2) 完成各实验 预习要求 中指定的内容 3) 熟悉实验任务 4) 复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项 2. 使用仪器和实验箱前必须了解其性能 操作方法及注意事项, 在使用时应严格遵守 3. 实验时接线要认真, 相互仔细检查, 确定无误才能接通电源, 初学或没有把握应经指导教师审查同意后再接通电源 4. 模拟电路实验注意 : 1) 在进行小信号放大实验时, 由于所用信号发生器及连接电缆的缘故, 往往在进入放大器前就出现噪声或不稳定, 有些信号源调不到毫伏以下, 实验时可采用在放大器输入端加衰减的方法 一般可用实验箱中电阻组成衰减器, 这样连接电缆上信号电平较高, 不易受干扰 2) 做放大器实验时如发现波形削顶失真甚至变成方波, 应检查工作点设置是否正确, 或输入信号是否过大, 由于实验箱所用三极管 h fe 较大, 特别是两级放大电路容易饱和失真 5. 实验时应注意观察, 若发现有破坏性异常现象 ( 例如有元件冒烟 发烫或有异味 ) 应立即关断电源, 保持现场, 报告指导教师 找出原因 排除故障, 经指导教师同意再继续实验 6. 实验过程中需要改接线时, 应关断电源后才能拆 接线 7. 实验过程中应仔细观察实验现象, 认真记录实验结果 ( 数据波形 现象 ) 所记录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路 8. 实验结束后, 必须关断电源 拔出电源插头, 并将仪器 设备 工具 导线等按规定整理 9. 实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告

目 录 第一章基本仪器仪表第一节晶体毫伏表 1 第二节 JWY 型双路直流稳压电源 5 第三节数字万用表 6 第四节信号发生器 9 第五节数字存储示波器 10 第二章基本实验实验一基本仪器仪表的使用 32 实验二单管交流放大电路 35 实验三两级交流放大电路 39 实验四互补对称功率放大电路 41 实验五直流差动放大电路 42 实验六负反馈放大电路 45 实验七集成电路 RC 正弦波振荡电路 48 实验八电压比较器 50 实验九串联稳压电路 52 第三章设计性实验实验十基于 PSPICE 的两级阻容耦合电路设计及上机仿真 55 实验十一集成运放在信号运算方面的应用 56 第四章综合性实验实验十二整流 滤波与稳压电路 59 实验十三波形发生与变换电路 62 附录附录一阻容耦合放大器的设计 65 附录二使用 PSPICE 分析单管放大电路 73 附录三模拟电路实验箱使用说明书 81

高阻分压器射极输出器示器第一章常用仪器仪表 第一节晶体毫伏表 毫伏表是用来测量正弦交流电压有效值的电子电压表 晶体毫伏表常用于一般放大器和电子设备的测量中 毫伏表的种类较多, 在此介绍实验室常用的 DA 一 16 晶体管毫伏表的主要使用方法 一 DA 一 16 晶体管毫伏表简介 DA 一 16 晶体管毫伏表采用放大 检波式, 它具有较高的灵敏度和稳定度, 检波置于最后, 使用大信号检波而产生良好的指示线性 本晶体管毫伏表除了具有上述特点外, 由于前置电路采用二串接的低噪声晶体管组成共发射极输出电路, 从而获得了低噪声电平及高输入电阻, 同时使用负反馈, 有效地提高了仪器的频率响应, 指示线性与温度稳定性 本毫伏表频带宽, 从 20Hz~IMHz, 采用二级分压, 故测量电压范围广, 从 100μV~300V 可广泛用于工厂 实验室进行电压测量, 电表指示为正弦波有效值 1. 工作原理 (1) 毫伏表工作原理方框图 DA 一 16 晶体管毫伏表原理图如图 1.1.2 所示 高阻分压器放大波器检器指±12V 稳压电源 图 1.1.1 DA 一 16 方框图 1

图 1.1.2 DA 一 16 晶体管毫伏表原理图 2

(2) 原理简介 1 射极输出器 : 毫伏表输入阻抗以高为佳 输入高阻抗, 输出低阻抗是射极跟随器的特点 本电路使用两个晶体管 VT1 VT2 串接, 使输入阻抗更高, 由于高阻分压器频率响应不易做好, 故此电路将 0.3V 以下信号变换成低阻电压进行分压 ; 对大于 0.3V 的信号, 为避免输出失真及烧坏晶体管, 而在前置衰减后进入跟随器 2 放大器 : 它由 VT3~VT7 五个三极管组成, 电压增益约 60dB 左右, 第一级亦采用射极跟随器, 以减小对前级低阻分压器的影响, 放大器具有反馈式线性补偿和频率补偿, 有效地克服了检波二极管的非线性及温度参数, 并改善了毫伏表的频率响应特性 3 检波器 : 其电路为桥式全波整流 4 稳压电源 :VT 9 为放大管,VT 8 为调整管, 输出直流电压为 +12V, 作为射极跟随器和放大器的偏置 2. 主要技术性能 (1) 测量电压范围 : 100μV~300V (2) 测量电平范围 : 一 72dB~ 十 32dB(600Ω) (3) 被测电压频率范围 : 20Hz~1MHz (4) 固有误差 : 小于各档量程满度值的 +6% (5) 工作误差 :( 小于各量程满度值之误差 )20Hz~1MHz ±8% (6) 输入阻抗 : 在 lkhz 时输入阻抗大于 IMΩ; 输入电容在 lmv~0.3v 各档约 70pF (7) 使用电源 : 交流 220V 50Hz, 消耗功率小于 3W; 直流 24V 时, 消耗功率小于 3W 二 DA 一 16 晶休管毫伏表使用方法 1.DA 一 16 晶休管毫伏表的面板如图 1.1.3 所示 : 3

图 1.1.3 DA 一 16 晶休管毫伏表的面板图 2. 具体使用步骤如下 : (1) 根据使用电源的不同 ( 交流 220V 或直流 24V), 通过仪器后的扳柄开关来确定与之相适应的工作电压 注意, 不要将扳柄扳错位置, 以免损坏仪器 (2) 接通电源前, 要观察仪表指针是否在零位 若不在零位, 应用螺丝刀旋转仪表的调整螺丝, 进行机械调零 (3) 输入电缆测试端短路 (4) 将 开关 轻轻按下, 指示 灯亮, 表示电源已接通, 仪表处于工作状态, 表针摆动几次后静止不动 (5) 通电预热几分钟后, 指针应稳定在零位, 若偏离零位应转动 零位, 使指针指零 (6) 估计待测电压的大小 ( 应注意所测交流电压中的直流分量不大于 300V), 转动 量程 转换开关至相应的量程上, 如果不能估计待测电压的大小, 则应从最大量程开始逐次换档 (7) 待测信号通过输入电缆接到仪表的输入口, 测量时黑测试头应接 地 (8) 要注意输入电缆尽量原理其他信号源或电缆线, 以免其他信号的干扰 这一点在测量小信号时显得尤为重要 4

(9) 仪表的表面面罩由有机玻璃制成, 应尽量避免与干燥毛皮和织物发生摩擦 否则因静电场的作应, 会使指针偏离零位 (10) 测试时要选择合适的接地点, 以减小误差 测试间断时, 应注意要将输入端短路 (11) 使用完毕注意关闭开关, 并把量程旋钮至于最大量程档 300V 第二节 JWY 型双路直流稳压电源 JWY 型双路直流稳压电源具有精度高, 内阻低, 坚固耐用的特点 它能输出 两路 0~30V 连续可调的直流电压 1. 面板结构 JWY 型双路直流稳压电源的面板如图 1.2.1 所示 图 1.2.1 JWY 型双路直流稳压电源的面板图 2. 使用方法 (1) 接通电源, 指示灯亮 预热 5 分钟后即可使用 如做精密测量需预热半小时 (2) 粗调开关扳到所用电压档位置, 例如 5V 档是指 0~5V, 每档电压可用细调调节档调至所需电压 电压表指示出输出电压值 注意调整到所需电压后, 再接入负载电路 (3) 接通稳压电源输出与负载, 注意 + - 极不要接错, 此时电流表指出流过负载的电流 5

(4) 当负载电流超过额定值时, 保护电路工作, 输出为零, 排出故障后按下 复位 按钮, 或重新开启电源电压, 回复正常输出 3. 注意事项 (1) 仪器避免暴晒, 应通风良好 (2) 输入电源电压应在 198~242V 范围内 (3) 使用时输出切勿短路 第三节数字万用表 DT9205A + 数字万用表用电池驱动的手持袖珍式液晶显示数字万用表 它具有用表笔直接测量交直流电压 ( 电流 ) 电容 温度 频率 二极管正向压降 三极管 hfe 参数 电路通断以及自动电极显示 超量程提示 电池低电压提示 测量参数 过载保护等功能 一 数字用表面板介绍 1. 表面板结构 DT9205A + 数字万用表面板如图 1.3.1 所示 图 1.3.1 DT9205A + 数字万用表面板 6

2. 各功能说明数字万用表控制面板如图 1.3.1 所示, 分以下九项功能加以说明 (1) 液晶显示器显示仪表测量的数值及单位 (2) 功能键 1 POWER: 电源开关, 按下 O 键, 打开仪器开始工作 2 APO SET 键 : 自动关机选择设置 在测量过程中, 如果测量时间较长, 不需要自动关机, 可把 APO SET 键按下即可, 取消自动关机 3 H 键 : 保持功能键 按此功能键, 仪表当前所测数值保持在液晶显示器上, 显示器出现 H 符号, 再按一次, 退出保持状态 (3) 旋钮开关用于改变测量功能及量程 (4)hFE 测试插座用于测量晶体三极管放大倍数的数值大小 (5) 公共地 COM 插孔 (6) VΩCAP 插孔 : 电压, 电阻等测量时的共享插孔 (7) ma 插孔 : 小于 200mA 电流测试插孔 (8) 10A 插孔 : 10A 电流测试插座 二 DT9205A + 数字万用表使用方法打开电源开关, 检查 9 V 电池, 如果电池电量不足, 则显示屏左上方会出现电池符 号, 这时需要更换电池 1. 直流电压测量 (1) 将黑表笔插入 COM 插孔, 红表笔插入 VΩCAP 插孔 (2) 将功能开关转至 V 档 并选择转合适量程 (3) 将测试表笔接触试测点, 即可得到电压值, 符号表示与红表笔相对应的极性 2. 交流电压测量 (1) 将黑表笔插入 COM 插孔, 红表笔插入 VΩCAP 插孔 (2) 将功能开关转至 V~ 档 选择转合适量程 (3) 将测试表笔接触试测点, 电压的有效值显示在屏幕上, 符号表示与红表笔相对应的极性 3. 交 直流电流测量 7

(1) 将旋钮置于 A 或 A~ 所需量程范围 (2) 将黑表笔插入 COM 插孔, 当被测电流在 200mA 以下时红表笔插入 ma 插孔, 如被测电流在 200mA-10A 之间, 则红表笔移到 10A 插孔, 测试表笔串入被测电路中, 即可得到电流值 4. 电阻测量 (1) 将旋钮置于所需 Ω 量程档 (2) 将黑表笔插入 COM 插孔, 红表笔插入 VΩ 插孔, 测试表笔跨接在被测电阻两端 5. 电容测量 (1) 将旋钮置于所需电容量程档位 (2) 接上电容前, 显示可能缓慢地自动调零, 但测量精度在 2nF 量程剩余 10 个字以内无效属于正常 (3) 红表笔插入 VΩ 插孔, 黑表笔插入 COM 插孔, 被测电容连接到红 黑表笔两端, 有必要时注意极性连接 6. 温度测量测量温度时, 旋钮置于 档, 将热电偶传感器的冷端 ( 自由端 ) 插入温度插孔中 ( 红色表笔插入 VΩ 插孔, 黑色表笔插入 COM 插孔 ), 热电偶的工作端 ( 测量端 ) 置于待测物表面或内部, 可直接从显示器上读取温度值 7. 频率测量 (1) 把旋钮置于所需 Hz 量程档 (2) 将黑表笔或屏蔽层插入 COM 插孔, 红表笔或电缆线插入 VΩHz 孔, 把表笔或电缆跨接在电源或负载之间 8. 二极管测量 (1) 将旋钮置于档 (2) 将黑表笔插入 COM 插孔, 红表笔插入 VΩ 插孔 ( 注意红表笔为内部电路 阳 极 ), 并将测试笔跨接在被测二极管上 9. 三极管 hfe 测量 (1) 将旋钮置于 hfe 档 (2) 先确定三极管时 PNP 型还是 NPN 型, 然后再将被测管 E B C 三脚分别插入与面板对应的三极管插孔内 (3) 此表显示为 hfe 近似值, 测试条件为基极电流约 10μA,Vce 约 2.8V 8

10. 通断测试 (1) 将旋钮置于通断测试位置 (2) 将红表笔插入 VΩ 插孔, 黑表笔插入 COM 插孔 (3) 将测试表笔接触被测元件回路两端, 档电阻小于约 70Ω 时, 内置蜂鸣器发声 注意 : 1. 在测量电路时, 不要接触表笔笔尖 2. 转换功能和量程时, 表笔应离开测试点 3. 液晶显示器屏幕只显示 1 或 OL, 说明已超过量程, 须调高量程档 4. 测电容时, 必须先将电容放电 5. 在电流 电阻 二极管 电容量程档, 不要将仪表连接电压源 第四节信号发生器 信号源是指测量用的信号发生器, 是电子电路实验中常用的测量仪器之一 在电子电路测量中, 需要各种各样的信号源, 根据测量要求不同, 信号源大致可分为三大类 : 正弦信号发生器 函数 ( 波形 ) 信号发生器和脉冲信号发生器 下面我们主要介绍一下我们实验中有的 NY2201 型函数信号发生器 NY2201 型函数信号发生器可以使用 110V 或 220V,50HZ 电源, 出厂时已接成 220V 方式 如需改动 110V 供电, 则应将变压器初级绕组的 1 3 引出头连接起来, 2 4 引出头连接起来分别作为变压器的初级两个接线端 1.NY2201 型函数信号发生器的面板介绍 NY2201 型函数信号发生器前面板如图 1.4.1 所示 : 图 1.4.1 NY2201 型函数信号发生器前面板 9

2.NY2201 型函数信号发生器使用方法 (1) 接通电源, 检查使用电源电压与本机工作的电压无误后, 即可将电源线插头插入电源插座, 用面板右下侧开关开启电源 指示灯亮, 待预热 15 分钟后, 仪器就可以稳定使用 (2) 用面板上方波形选择开关根据需要选择正弦波 方波 三角波输出, 只要按下相应波形的按键即可得到所需输出波形 (3) 频率倍乘 开关供选择输出频率量程之用 本仪器有六个频段可供选用 频率由面板右侧度盘下面的拨盘调节并由度盘指示数值确定 如按下 频率倍乘 开关的 1K 按键, 度盘指示数为 5 时, 则输出频率即为 5KHZ (4) 信号输出度可以通过 衰减 开关以 10db 步级选择适当的衰减量 通过 输出幅度 旋钮调节电位器可对输出幅度进行连续调节 第五节数字存储示波器 在电子技术领域中, 电信号波形的观察和测量是一项很重要的内容, 而示波器就是完成这个任务的一种很好的测试仪器 示波器可以用来研究信号瞬时幅度随时间的变化关系, 也可以用来测量脉冲的幅值 上升时间等过渡特性 借助于各种转换器还可以用来观测各种非电量, 如温度 压力 流量 生物信号等变化过程 实际上, 示波器不仅是一种时域测量仪器, 也是频域测量仪器的重要组成部分 电子示波器的种类是多种多样的, 分类方法也各不相同 按所用示波管不同, 可分为单线示波器 多踪示波器 记忆示波器等 ; 按其功能不同, 可分为通用示波器 多用示波器 高压示波器等 电子示波器是最常用的电子仪器之一, 它具有以下一些特点 : (1) 能显示信号波形, 并可测量瞬时值 (2) 测量灵敏度高, 具有较强的过载能力 (3) 输入阻抗高, 对被测系统的影响小 (4) 工作频带宽, 速度快, 便于观察瞬变现象的细节 (5) 示波器是一种快速 X-Y 描绘器, 可以在荧光屏上描绘任何两个量的函数关系曲线 (6) 配用变换器, 可观察各种非电量, 也可以组成综合测量仪器, 以扩展其功能 GDS-800 系列是一种双信道数字存储示波器 下面我们就 GDS-806 双信道数字存储示波器进行一下简单的介绍 10

一 面板介绍 1. 前面板 1 显示区域 (1) 波形记忆指示条 * (2) 触发位置 (T) 指示 (3) 显示波形的记录片段 (4) Run/Stop 指示 (5) 触发状态 (6) 触发准位指示 (7) 信道位置指示 (8) 延迟触发指示 (9) CHI1 和 CH2 的状态显示 11

(10) 取样速率读出 (11) 水平状态读出 (12) 触发源和状态读出 (13) 触发类型和模式读出 (14) 撷取状态 (15) 界面类型指示 (16) 触发计频器 * 在 RUN 模式下, 波形记忆指示条为 500 点, 即使是选择的记忆长度大于 500 点, 示波器只能显示出 250 点 ( 或 300 点 ) 在屏幕上的波形显示区内 2 垂直控制 (1) CH1,CH2 的 POSITION 旋钮, 调节波形的垂直位置 (2) CH1,CH2 的菜单按钮, 显示垂直波形功能和波形显示开关 (3) MATH 功能按钮, 选择不同的数学处理功能 (4) VOLTS/DIV 旋钮, 调节波形的垂直刻度 3 水平控制 (1) HORI MENU 选择水平功能的菜单 (2) 水平的 POSITION 旋钮, 调整波形的水平位置 (3) TIME/DIV 旋钮, 调整波形的水平刻度 12

4 触发控制 (1) 电源开关 (2) 选择触发类型, 触发源和触发模式 (3) 调节触发位准 5 其它控制 (1) 选择撷取模式 (2) 控制显示模式 (3) 选择使用功能 (4) 设定为编程模式 (5) 设定光标类型 (6) VARIABLE 旋钮, 多功能控制旋钮 (7) 15 种自动测量 (8) AUTOSET 按钮, 自动调节信号轨迹的设定值 (9) 打印 LCD 显示的数据 (10) 开始和停止波形的撷取 (11) 存储或取出设定和波形 (12) 清除固定的显示波形 (13) 在 LCD 显示屏上显示内建的 HELP 文件 (14) 停止重放程序模式 13

6 BNC 输入 (1) CH1 和 CH2 接受信号的 BNC 接头 (2) 接地 (3) 外部触发 BNC 接头 2. 后面板 (1) 主电源开关 (2) AC 电源插座 (3) GPIB 界面 (4) 保险丝座 (5) 自我校正输出端 (6) GO/NO GO 输出端 (7) USB 连接器 (8) 打印机接口 (9) RS-232 界面 14

二 操作说明 1. 探棒校正如要在示波器上显示一个没有失真的波形, 探棒必须符合每一个垂直放大器的输入阻抗 为了以上原因, 一个内建的校正产生器提供一个 1kHz 频率, 具有很快上升时间和很小过激的方波信号于 LCD 下方的输出端给探棒补偿用 因为方波的信号是给探棒补偿用, 所以频率的精确度和脉冲的作用周期因子不是很重要 输出端提供 2Vpp±3% 的方波给 10:1 的探棒 当 Y 偏向系数设为 50mV/div 时, 校正电压会对应到四格垂直方格 (10:1 探棒 ) 用户可依照图 1.5.1 来检查探棒是否正确校正, 如果波形显示过补偿或欠补偿, 可使用调整工具来调整补偿 不正确正确不正确 图 1.5.1 探棒补偿 2.AUTOSET Autoset 功能提供任何一个输入信号稳定的触发显示 使用者可以连接一个信号至信道 1 或 2 的输入端, 并按 Autoset 钮 控制功能撷取模式撷取停止后显示模式显示格式水平位置水平刻度触发耦合触发准位 表 1.5-1 Autoset 功能之默认值 Autoset 功能之默认值取样只按 RUN/STOP 钮向量 YT 在屏幕网格线之中间取决于信号频率之高低 DC 资料中心点为触发源 15

触发位置 中间 触发斜率 正缘 触发源 若 CH1 与 CH2 都有输入则采用较高通道 触发种类 边缘触发 垂直频宽 Full 垂直耦合 DC 或 AC( 取决于信号 ) 垂直位移 0V 垂直刻度 取决于信号位准大小 3. 垂直控制所有的垂直控制将影响所选的波形, 按 CH1,CH2 或 MATH 键选择和调整波形 VOLTS/DIV: 调节所选波形的垂直刻度 ( 以 1-2-5 顺序列变换文件位 ) POSITION: 调整 CH1,CH2 波形的垂直位置 当旋转此旋钮时, 通道指示或 (LCD 的左面 ) 将同时改变位置 此外, 当调节旋钮, 或到达网格线边缘时, 指示形状会变成, 或, 在 LCD 会显示垂直刻度值 图 1.5.1 Position 旋钮的操作 16

(1) 如果信道 1 或 2 的位置改变, 垂直位置的读数将在此处显示 CH1,CH2:CH1 或 CH2 被选择时, 垂直菜单包括以下项目 这两个按钮也是信道 1 或信道 2 波形显示的开关 如果通道 1 或 2 被关闭,LED 指示灯会熄灭 Coupling : 按 F1 选 AC( ),DC ( ) 耦合, 或接地 ( ) Invert On/Off: 按 F2 选择波形是否反向显示,On 时, 反向显示,Off 时, 正向显示 Bw Limit On/Off:F3 频宽限制设定键,On 时, 设定频宽为 20MHz,Off 时设定频宽为全频宽 Probe 1/10/100: 按 F4 选择探棒衰减 1, 10, 100 Impedance 1MΩ: 输入阻抗显示 (GDS-820/840 系列只有 1MΩ 可选择 ) MATH: 数学处理设定键,MATH 功能被选择时, 可用 F1 选择 CH1+CH2,CH1-CH2 或 FFT( 快速傅立叶转换 ) 用 FFT 功能可以将一个时间范围信号转换成频率 CH1+CH2: 信道 1 和信道 2 的波形相加 CH1-CH2: 信道 1 和信道 2 的波形相减 数学处理 CH1+CH2/CH1-CH2 的波形的位准可以用 VARIABLE 旋钮来调整 数学处理位置指示 (LCD 左面 ) 同时改变位置 数学分类项目的数据和单位会显示在数学选项的条棒上 FFT: 选择 FFT 功能 4. 水平控制选择水平控制菜单 图 1.5.2 水平控制面板 17

TIME/DIV:TIME/DIV 旋钮调节所选波形的水平刻度 POSITION: 水平移动定位钮, 调整 CH1,CH2 波形的水平位置 当旋转此旋钮时, 触发位置指示 (LCD 的右面 ) 将同时改变位置 此外, 当调节旋钮, 到达网格线边缘时, 指示形状会变成 或 MENU: 控制所选波形的时基, 水平位置, 和水平值 Main: 显示主时基 Window: 选择正常显示和缩放按 F2 键显示窗口缩放的时基, 这时, 除放大区域外波形显示区域将变成暗灰色 ( 见图 1.5.3) 用 TIME/DIV 旋钮改变区域内时基的长度 ( 窗口框线时基范围 : 从 2ns 到当时设定时基快一文件以上速率 例如, 所选时基 1ms, 最大窗口框线时基为 500μs), 用 POSITION 旋钮改变位置 Window Zoom: 按 F3 来显示缩放波形 图 1.5.3 波形缩放功能操作 18

ROLL: 按 F4 选取滚动方式显示波形 这时, 系统将从撷取模式中选择滚动模式, 自动将时基设定为 200ms/div XY: 如果想在水平方向显示 CH1, 垂直方向显示 CH2, 可选 X-Y 模式 CH1 的 VOLTS/DIV 旋钮和垂直 POSITION 旋钮用来控制水平刻度和位置 CH2 的 VOLTS/DIV 旋钮和垂直 POSITION 旋钮用来控制水平刻度和位置 图 1.5.4 XY 显示功能操作 在 RUN 模式下, 示波器以 500 点作为真正撷取长记忆波形的指针点 由于硬件的限制,LCD 面板上只显示 250 点 要探究示波器长记忆真正撷取的波形的方法是停止示波器的画面和改变时基的操作, 当示波器被停止时可改变时基或水平触发位置来观察任何部分的波形记忆的记录 ZOOM IN 减少时基扩大波形的特性与时基窗口的特性类似, 但只在实时撷取模式下当撷取功能停止时, 此功能才能被提供 发指标可将波形移动到左边, 减弱延迟触发指标可将波形移动到右边 使用者可从记忆条和看得见的区域观察显示的记忆波形 记忆长度对以下的公式也是一个重要的因素 : 举例 : 一个被显示在图 1.5.5 的信号 : 19

图 1.5.5 停止的波形 取样率为 250kS/s, 记忆长度为 2500, 根据以下公式计算 : 可有 10ms 的数据的波形记录, 使用者可改变延迟触发指标来观察整个波形记录 图 1.5.6 指标可将波形移 : 增大延迟触发动到左边 20

图 1.5.7 减少延迟触发指标可将波形移动到右边 最左边延迟触发指标和最右边延迟触发指标的总和等于 10ms(5ms+5ms), 因此, 以上的公式是被认同的 此示波器最大的放大因素设定为原来撷取波形的取样率的 7 倍, 同时此放大因素是以 500 点记忆长度为基准 使用者应先检查取样率, 并核对表 ( 见使用说明书 ) 找出相关联的时基 相关联的时基确认后, 从表可算出 7 倍的 Time/DIV 设定值, 最大的放大因素在此出现 最简单的方法就是直接旋转水平 TIME/DIV 钮, 示波器会自动算 7 倍的 Time/DIV 值 例如图 1.5.8 所示, 根据表 ( 见使用说明书 ) 的数据, 取样率为 250kSa/s 在 500 点的记忆长度为 100μs/s, 因此 Time/DIV 可扩大到 500ns/s 图 1.5.8 最大的放大因素为 250kSa/s 的取样率为 500ns/s 在看得见的区域可适当的调整不同的放大因素 21

5. 触发控制当仪器开始取得并显示一个波形时, 触发可以从不稳定的杂乱或空白的屏幕产生有意义的波形 按触发 MENU 键, 触发菜单提供 Type,Source,Mode 或 Slope/Coupling 选择控制功能 图 1.5.9 触发控制 Type(Edge/Video/Pulse/Delay): 按 F1 选择不同的触发类型 : 边缘触发, 视频触发, 脉冲触发, 和延迟触发 Type Edge: 在输入信号的边缘处触发 Source: 选择触发源 CH1: 选 CH1 为触发源 CH2: 选 CH2 为触发源 External: 选择 EXT TRIG 输入端信号作为触发源 注意, 本仪器可以触发外部信号, 但不能显示它们 Line: 选 AC 线电压作为触发源 MODE: 选择触发模式 Auto Level: 按 F3 选取键启动自动准位触发, 在此模式, 触发准位指针的调整将只局限在输入波形的上下, 若超出此范围, 系统内部会自动将触发准位指标移至波形的中央 此模式不适用于外部触发 Auto: 在此模式下, 如果没有触发事件的情况下, 示波器会产生内部触发 当你需要一个没有触发, 时基设定在 250ms/DIV 或更慢一点的转动波形时, 22

可选择自动触发模式, 在实际时间降低到 10s/div 时能够继续观察低速现象 Normal: 常态触发模式可在仪器被触发时取得一个波形 如没有触发, 将不会有波形 Single: 单击 (Single Shot) 触发选取键, 当按 F3 选此模式时, 内部系统会依据使用者的操作程序, 当第一次触发脉冲发生时, 随即执行一次取样处理, 并显示本次所取得波形信息, 内部系统即停滞一切处理动作 若需另一次触发, 只需按 RUN/STOP 钮即可 在设定触发 水平 垂直控制以取得一个单击触发事件前, 用户必须知道波形信号的大小 长短和 DC 偏移量 触发的状态显示如下 : Trig d: 只有在符合所有触发条件后, 此示波器才会显示撷取的波形 Trig?: 没有触发的常态和单击模式 图 1.5.10 没有触发的常态和单击模式 AUTO: 示波器在 AUTO 模式并且不符合触发条件 23

图 1.5.11 示波器在 AUTO 模式并且不符合触发条件 SLOPE/COUPLING: 按 F5 键改变触发斜面和触发耦合 Slope : 按 F1 键选择触发斜面, 示波器将改变触发斜面的上升缘或下降缘 Coupling DC/AC: 按 F2 键选择 DC 耦合 ( ) 或 AC 耦合 ( ) Rejection LF/HF/Off: 按 F3 键选择频率拒斥模式 LF: 按 F3 键选择 LF 可启动低频拒斥模式, 消除触发信号中之低频部分, 只允许高频通过触发系统并开始撷取之后的波形 低频拆拒衰减信号低于 50kHz HF: 高频拒斥模式作用和低频拒斥模式作用相反, 高频拆拒衰减信号高于 50kHz Off : 关闭频率拒斥模式 Noise Rej On/Off: 按 F4 键启动噪声拒斥模式, 噪声拒斥模式提供较低的 DC 灵敏度 附加讯号振幅可稳定触发事件并降低噪声引发的假触发事件 Previous Menu: 回到上一级菜单 24

6. 其余控制功能按下图的功能键选择指定功能 图 1.5.12 混合功能键 (1)ACQUIRE: 按此键选择不同的波形撷取模式 :Sample,Peak-Peak 和 Average 波形撷取是对输入信号进行取样分析和转换成数字信号的过程, 最后记录 Sample: 按 F1 键选择 Sample 撷取模式, 在此模式下仪器每隔一段时间记录一个点并存储 Peak-Peak: 在 Peak-detect 模式下存储波形的最大值与最小值 Average: 选择波形撷取次数, 用平均值来显示波形 范围从 2 平方至 256( 即 2,4,8,16,32,64,128,256) 注意 : 只在 500 的记录长度选择平均次数才有效 平均模式可有效减小信号的干扰 当平均次数从 2 增至 256 的过程中, 输入信号的改变对显示的波形的作用越小 平均次数越多越降低显示信号的干扰, 提高精确度 在任何一个记录长度 (500 点除外 ) 选择平均次数 ( 在此情况下选择无效 ), 仪器会自动使用分辨率改进技术, 来平均不同间隔所撷取的波形 因此, 用户可得到高取样速率的平均值和较好分辨率的波形 注意 : 如果记录长度为 500, 取样将被单独触发, 其余记录长度时, 只触发一次 Men Leng: 组成波形记录的点的次数是由记录长度来界定 本示波器提供的记录长度有 :500,1250,2500,5000,12500,25000,50000 和 125000 确保低时基范围内仍可全屏幕显示 500 点, 因时基减小时取样率也减小 记忆条 看得见的区域 和记忆长度设定的关系如图 5-21 所示 记忆条为显示压缩为 500 点的记忆长度, 假如侧边的目录打开时, 看得见的区域可显示 250 点, 若关闭时可显示 300 点 25

图 1.5.13 记忆条 看得见的区域 和记忆长度设定的关系 (2)DISPLAY: 改变显示外貌和选择当前波形 注意 : 每次撷取波形时通常以 250 点划分屏幕 Type Vector/Dot Type Vector: 按 F1 选择向量显示模式 仪器在每两个点之间画出向量 Type Dot: 只显示取样点 Accumulate(On/Off): 累积模式可获得并显示波形记录的总变化 Refresh : 按 F3 键更新波形 Contrast(0~100%): 用 VARIABLE 旋钮改变 LCD 屏幕的对比度 : 按 F5 键选择三种不同的方格显示模式 26

: 只显示 X,Y 轴 : 只显示外框 : 显示所有网格线 (3)UTILITY: 包括如下菜单 Printer Menu: 连接打印机,GDS-800 系列可打印 LCD 显示的画面 按 F1 选择打印机 Interface Menu: 可以在示波器和其它设备间通过 RS-232,USB(GDS-820 无 ) 或 GPIB( 选配 ) 传递数据 按 F1 键选择 GPIB 位置 Baud rate: 每秒传输率, 有 2400,4800,9600,19200 和 38400 位可选 STOP bit: 选择 1 或 2 位 Parity: 选择 Odd 奇数, Even 偶数或 None Previous Menu: 回上一级菜单 USB 设定 Type USB: 选择 USB 接口 注 : 请进入 GW 的网站下载 USB 驱动程序, 即可在在示波器和计算机之间交流 Previous Menu: 回上一级菜单 GPIB 设定 Type GPIB: 选择 GPIB 接口 Addr 0~30: 选择适当的 GPIB 地址 Previous Menu: 回上一级菜单 : 选择蜂鸣器音调 : 选择高频音调 : 选择低频音调 : 选择混合频率音调 : 关闭蜂鸣器 Language Menu: 语言菜单, 可选 : 英文, 繁体中文, 简体中文 More: 按 F5 到其它 utilities 菜单 (4)CURSOR: 选择不同的光标测量 垂直光标测量时间, 水平光标测量电压 T1 和 27

T2 是相关于 LCD 网线中心的两条纵向平行光标线,V1 和 V2 是两条水平方向的平行 光标线 符号表示光标间的距离 ( 请参考图 5-26) Source 1/2: 按 F1 键选择被测波形的通道 Horizontal / / / : 按 F2 键选择两种光 标模式 : 独立和联动 调节 VARIABLE 旋钮改变光标位置 在联动模式时, 两个光标间保持固定距离 T1 显示实线,T2 显示虚线 Horizontal : 只有 T1 光标可变 Horizontal : 只有 T2 光标可变 Horizontal :T1 和 T1 处于联动模式 Horizontal : 水平轴的光标无效 参考值显示于 LCD 上 : T1: 第一个光标时间指示 T2: 第二个光标时间指示 :T1 减 T2 的值 f:t1 至 T2 间的频率变化 Vertical / / / : 按 F3 选择垂直光标模式 : 独立和联动 Vertical : 只有 V1 光标可变 Vertical : 只有 V2 光标可变 Vertical :V1 和 V2 光标处于联动模式, 都可变 Vertical : 垂直游标无效在独立模式时, 用户可以旋转 VARIABLE 旋钮只移动一个光标 V1 游标是实线, V2 是虚线 在联动模式时, 调节 VARIABLE 旋钮改变光标位置 两个光标间保持固定距离 LCD 上显示参考值 V1: 第一个光标处的电压值 28

V2: 第二个光标处的电压值 :T1 减 T2 的值 图 1.5.14 垂直和水平光标测量 (5)MEASURE: 此示波器提供多种不同的自动测量, 可测量完整的波形或光标指定区域 按 F1 至 F5 可选择不同的测量模式 最多可同时显示十种测量模式 (CH1 和 CH2 都开启 ) 每一个按钮可选择 15 种不同的测量 每个菜单可显示两个信道相同的测量 Vpp:Vmax-Vmin( 遍及整个波形 ) Vamp:Vhi-Vlo( 遍及整个波形 ) Vavg: 第一个周期内的平均电压 Vrms: 整个或指定区域波形的电压有效值 Vhi: 波形顶端电压值 Vlo: 波形底端电压值 Vmax: 最大振幅电压值, 完整波形的正峰值 Vmin: 最小振幅电压值, 完整波形的负峰值 Freq: 波形第一个周期或指定区域内的频率测量 频率是周期的倒数, 单位 Hz Period: 第一个完整波形或指定区域的时间, 周期是频率的倒数, 单位 : 秒 Risetime: 波形脉冲从峰值的 10% 上升至 90% 的时间 Falltime: 波形脉冲从峰值的 90% 下降至 10% 的时间 29

+Width: 测量波形的第一个正脉冲或指定区域宽度, 为 50% 振幅两点间的时间 -Width: 测量波形的第一个负脉冲或指定区域宽度, 为 50% 振幅两点间的时间 Duty Cycle: 脉冲宽度所占周期的时间百分比 占空比 =( 脉冲宽度 / 周期 ) 100% 图 1.5.15 同时显示十个测量结果 (6)SAVE/RECALL 用户可以在示波器的内存中存储任意 1 至 2 个波形, 即使关机, 这些波形也会被保存 存储的波形可以用于 Go-No Go 功能 示波器的面板上的设定也可以保存到内存中 15 种存储的设定在同样的状况下可以随时调出来进行测量 设定遍及的数据也可以用于 Program Mode 的记忆项目 按 F1 选择 Setup 存储 / 取出或 waveform 存储 / 取出 Setup: 保存面板上的设定 ( 共 15 种 ) Default Setup: 取出出厂的默认设定 M01~M15 : 按 F3 键选择内存位置来保存当前设定 再按一次来改变内存位置 Save: 保存当前设定至指定内存内 Recall: 按 F5 取出指定内存内的的设定 Waveform: 最多可存储两个波形, 使用 VARIABLE 旋钮调节存储波形的垂直位置 Source CH1/CH2/MATH: 按 F2 键选择 CHI1,CH2 或数学处理后的波形来保存 Trace RefA/RefB: 选择内存 1 或内存 2 来保存波形作为参考 A 或参考 B Save: 选择 Trace RefA/RefB 后, 按 F4 键保存当前波形 每个波形的位置和 30

刻度因子都会被保存 Trace On/Off: 可使 LCD 上不显示被保存的参考 1 或参考 2 波形 图 1.5.16 同时显示参考 A 和参考 B 的波形 (7)AUTO TEST/STOP: 退出程序模式的播放 (8)HARDCOPY: 打印 LCD 上的显示画面 (9)HELP: 在波形显示区域显示在线 HELP 的注释, 按 HELP 键进入 HELP 功能, 其功涵盖示波器所有的特性 按任何键即可显示相关的 HELP 内容, 然后旋转 VARIABLE 钮来阅读全文 再按一次 HELP 键可从屏幕上移除 HELP 的内文并回到波形显示的画面 (10)AUTOSET: 按此键可快速分析未知信号, 仪器自动调节垂直, 水平和触发至最佳状态来显示波形 具体情况参考第 11 页 Undo Autoset: 按 F5 键恢复到 Autoset 之前的状态 RUN/STOP: 按此按钮开始或停止撷取波形数据 屏幕的状态区域将显示 RUN 或 STOP 如果停止, 将在下一个触发事件开始撷取数据 ERASE: 按此按钮从网格线区域内清除所有波形数据 如果示波器停止, 显示将保持虚波形直到示波器被触发, 显示新的数据和测量结果 MENU ON/OFF: 是否关闭菜单显示, 关闭后屏幕横向显示区域由 10 格变成 12 格 31

第一章常用仪器仪表 实验一 常用仪器仪表使用 一 实验目的 1. 熟悉示波器 函数信号发生器 晶体管毫伏表 万用表 直流稳压电源等常用电子仪器面板上各旋钮及接线柱的作用 2. 学习并掌握常用电子仪器的使用方法, 为电子技术实验打下良好的基础 二 实验仪器 1. 数字示波器 2. 函数信号发生器 3. 晶体管毫伏表 4. 数字万用表 5. 直流稳压电源 三 预习要求参看第一章熟悉各实验仪器仪表的使用 四 实验内容及步骤 1. 测量直流稳压电源输出电压 (1) 打开直流稳压电源电源开关, 预热 5 分钟 (2) 将直流稳压电源的输出电压调至表 2-1 所要测量的各电压值, 用万用表直流电压挡进行测量, 将测量结果写入表 2-1 测量时注意万用表的量程应适当选择, 表笔的正负极性与直流稳压电源输出端极性要一致 表 2-1 直流稳压源电压值 1.25V 2.95V 4.55V 14.8V 数字万用表电压值 2. 观察低频信号发生器输出交流正弦电压信号波形, 测量交流正弦电压信号的幅值 有效值 (1) 将示波器电源接通 1~2min 后, 调节 辉度 聚焦 X 轴位移 Y 轴位移 等旋钮, 使得荧光屏出现扫描时基线 32

(2) 按图 2.1 连接线路 (3) 用晶体管毫伏表测量函数信号发生器的输出电压 采用两根测量电缆线分别接至晶体管毫伏表的输入端及函数信号发生器的输出端, 并将两根测量电缆线的红 黑接线头分别直接相连 调节函数信号发生器, 使其输出如表 2-2 所列出的某一电压 频率为一定数值的正弦信号 (4) 用数字万用表交流电压挡测量函数信号发生器的输出电压值记入表 2-2 (5) 用示波器观察函数信号发生器的输出电压波形, 调节 Y 通道灵敏度选择开关 及 扫瞄速率开关, 使得显示屏分别出现 3 个到 5 个完整 稳定的波形 读取信号的有关参数, 按表 2-2 要求读取数据填入表中 (6) 将函数信号发生器的输出信号分别调至如表 2-2 所列的其他各电压 频率值, 重复如上的 (3)(4)(5) 步 调节相关旋钮使得波形稳定 清晰, 读取信号的有关参数 (7) 将从示波器上读取的信号的电压大小与从晶体管毫伏表上读取的电压大小进行比较, 观察两者的读数是否一致 (8) 将从数字万用表交流电压挡上读取的信号的电压大小与从晶体管毫伏表上读取的电压大小进行比较, 观察两者的读数是否一致 低频信号发生器 数字示波器 万用表 毫伏表 图 2.1 连线图 表 2-2 信号 毫伏 万用 垂直 峰峰 峰峰 电压 扫描 水平 读取 发生 表电 表电 灵敏 高度 电压 有效 速度 格数 信号 器 ƒ 压值 压值 度 (V 格数 (V) 值 (t/ / 周 频率 (Hz) (V) (V) /div) (V) div) 期 (Hz) 50 0.25 1k 0.35 25k 2.5 333k 3.3 500k 3 33

3. 用示波器观察低频信号发生器输出 500kHz,6V 交流正弦电压信号的衰减波形, 测量表 2-3 所列的交流正弦电压信号电压值 表 2-3 输出衰减 (db) 0-20 -40 示波器 (V/div) 峰 - 峰波形高度 ( 格 ) 峰 - 峰电压 (V) 电压有效值 (V) 五 实验报告 : 1. 认真记录实验数据并填写相应表格 2. 分析测量结果与理论值的误差, 讨论其原因 3. 回答思考题 六 思考题 1. 示波器输入信号耦合开关置 AC DC GND 位置有何不同? 如何选择? 2. 怎样用示波器测量正弦波信号的频率和电压大小? 3. 使用函数信号发生器及直流稳压电源时, 应特别注意什么? 4. 什么叫正弦波的有效值? 什么叫正弦波的峰值? 晶体管毫伏表测出的是正弦 波的什么值? 如果波形不是正弦波, 能否采用晶体管毫伏表来测量电压值? 5. 晶体管毫伏表与万用表的交流电压档有何不同? 34

实验二单管交流放大电路 一 实验目的 1. 熟悉电子元器件和模拟电路实验箱, 2. 掌握放大电路静态工作点的调试方法及其对放大电路性能的影响 3. 学习测量放大电路 Q 点,AV,ri,ro 的方法, 了解共射极电路特性 4. 学习放大电路的动态性能 二 实验仪器 1. 示波器 2. 信号发生器 3. 数字万用表 三 预习要求 1. 三极管及单管放大电路工作原理 2. 放大电路静态和动态测量方法 四 实验内容及步骤 1. 装接电路与简单测量 图 1.l 小信号放大电路 35

(1) 用万用表判断实验箱上三极管 V 的极性和好坏, 电解电容 C 的极性和好坏 (2) 按图 1.1 所示, 连接电路 ( 注意 : 接线前先测量 +12V 电源, 关断电源后再连线 ), 将 RP 的阻值调到最大位置 2. 静态测量与调整 (1) 接线完毕仔细检查, 确定无误后接通电源 测量静态工作点,IB IC 和 VCE 注意 :IB IC 的测量和计算方法 1 测 IB IC 一般可用间接测量法, 即通过测 VC 和 VB,RE 和 RC 计算出 IB IC 此法虽不直观, 但操作较简单, 建议初学者采用 2 直接测量法, 即将微安表和毫安表直接串联在基极 ( 集电极 ) 中测量 此法直观, 但操作不当容易损坏器件和仪表 不建议初学者采用 (2) 调整 RP 使 Vc 为 6V, 记录 RE 和 RC, 计算并填表 1.1 表 1.1 实测实测计算 VB(V) VCE(V) VBE(V) RE(Ω) RC(Ω) IB(μA) IC(mA) 3. 动态研究 (1) 按图 1.1 所示电路接线, 调 RP 使 Vc 为 6V (2) 将信号发生器的输出信号调到 f=1khz,vp-p 为 500mV, 接至放大电路的 A 点, 经过 R1 R2 衰减 (100 倍 ),Vi 点得到 5mV 的小信号, 观察 Vi 和 VO 端波形, 并比较相位 (3) 信号源频率不变, 逐渐加大信号源幅度, 观察 VO 不失真时的最大值并填表 1.2 表 1.2 RL= 实测实测计算估算 Vi(mV) VO(V) AV AV (4) 保持 Vi=5mV 不变, 空载时调 VC 到 6V, 放大电路接入负载 RL, 按表 1.3 中给定不同参数的情况下测量 Vi 和 VO, 并将计算结果填表中 表 1.3 36

给定参数 实测 实测计算 估算 RC RL Vi(mV) VO(V) AV AV 5K1 5K1 5K1 2K2 2K 5K1 2K 2K2 (4) Vi=5mV(RC=5.1K 断开负载 RL), 减小 RP, 使 Vc<4V, 可观察到 (VO 波形 ) 饱和失真 ; 增大 RP, 使 Vc>9V, 将 R1 由 5.1K 改为 510Ω( 即 : 使 Vi=50mV), 可观察到 (VO 波形 ) 截止失真, 将测量结果填入表 1.4 表 1.4 RP Vb Vc Ve 输出波形情况 小 合适 大 4. 测放大电路输入, 输出电阻 (1) 输入电阻测量 在输入端串接一个 5K1 电阻如图 1.4, 测量 VS 与 Vi, 即可计算 ri 图 1.4 输入电阻测量 Vi ri = V V R (2) 输出电阻测量 ( 见图 1.5) s i 37

V o r o = ( 1) VL R L 图 1.5 输出电阻测量在输出端接入可调电阻作为负载, 选择合适的 RL 值使放大电路输出不失真 ( 接示波器监视 ), 测量带负载时 VL 和空载时的 VO, 即可计算出 ro 将上述测量及计算结果填入表 1.5 中 表 1.5 测算输入电阻 ( 设 :RS=5K1) 测算输出电阻实测测算估算实测测算估算 VO VS(mV) Vi(mV) r i r i RL= VO RL= R O (KΩ) R O (KΩ) 五 实验报告 : 1. 注明你所完成的实验内容, 简述相应的基本结论 2. 选择你在实验中感受最深的一个实验内容, 写出较详细的报告 要求你能够使一个懂得电子电路原理但没有看过本实验指导书的人可以看懂你的实验报告, 并相信你实验中得出的基本结论 38

实验三两级交流放大电路 一 实验目的 1. 掌握如何合理设置静态工作点 2. 学会放大电路频率特性测试方法 3. 了解放大电路的失真及消除方法 二 实验仪器 1. 双踪示波器 2. 数字万用表 3. 信号发生器 三 预习要求 1. 复习教材多级放大电路内容及频率响应特性测量方法 2. 分析图 3.1 两级交流放大电路 初步估计测试内容的变化范围 四 实验内容 实验电路见图 3.1 图 3.1 两级交流放大电路 39

1. 设置静态工作点 (1) 按图接线, 注意接线尽可能短 (2) 静态工作点设置 : 要求第二级在输出波形不失真的前提下幅值尽量大, 第一级为增加信噪比, 工作点尽可能低 (3) 在输入端 A 输入频率为 1KHz,VP-P 为 50mV 的交流信号 ( 一般采用实验箱上加衰减的办法, 即信号源用一个较大的信号 例如 100mV, 在实验板上经 100:l 衰减电阻衰减, 降为 lmv), 使 Vi1 为 0.5mV, 调整工作点使输出信号不失真 ( 通常 VC 调在 6V 左右 ) 注意 : 如发现有寄生振荡, 可采用以下措施消除 : 1 重新布线, 尽可能走线短 2 可在三极管 eb 间加几 p 到几百 p 的电容 3 信号源与放大电路用屏蔽线连接 2. 按表 3.l 要求测量并计算, 注意测静态工作点时应断开输入信号 表 3.1 静态工作点输入 / 输出电压电压放大倍数第一级第二级 (mv) 第 1 级第 2 级整体 空载负载 VC1 Vb1 Ve1 VC2 Vb2 Ve2 Vi V01 V02 AV1 AV2 AV 3. 接入负载电阻 RL=3K, 按表 3.1 测量并计算, 比较实验内容 2,3 的结果 4. 测两级放大电路的频率特性 (1) 将放大器负载断开, 先将输入信号频率调到 1KHz, 幅度调到使输出幅度最大而不失真 (2) 保持输入信号幅度不变, 改变频率, 按表 3.2 测量并记录 ( 或自拟表格 ) (3) 接上负载 重复上述实验 表 3.2 VO f(hz) 50 500 1K 5K 10K 50K 70K 800K 90K 100K 110K 120K RL= RL=3K 五 实验报告 : 1. 整理实验数据, 分析实验结果 2. 画出实验电路的频率特性简图, 标出 fh 和 fl 3. 写出增加频率范围的方法 40

实验四互补对称功率放大电路 一 实验电路 图 4.1 互补对称功率放大电路二 预习要求 1. 分析图 4.1 电路中各三极管工作状态及交越失真情况 2. 电路中若不加输入信号,V2 V3 的功耗是多少 3. 电阻 R4,R5 的作用是什么? 4. 根据实验内容自拟实验步骤及记录表格 三 实验仪器及材料 l. 信号发生器 2. 示波器 四 实验内容 1. 调整直流工作点, 使 M 点电压为 0.5VCC 2. 测量最大不失真输出功率与效率 3. 改变电源电压 ( 例如由 +12V 变为 +6V), 测量并比较输出功率和效率 4. 测量放大电路在带 8Ω 负载 ( 扬声器 ) 时的功耗和效率 五 实验报告 1. 分析实验结果, 计算实验内容要求的参数 2. 总结功率放大电路特点及测量方法 41

实验五直流差动放大电路 一 实验目的 l. 熟悉差动放大电路工作原理 2. 掌握差动放大电路的基本测试方法 二 实验仪器 1. 双踪示波器 2. 数字万用表 3. 信号源 三 预习要求 1. 计算图 5.1 的静态工作点 ( 设 rbc=3k,β=100) 及电压放大倍数 2. 在图 5.1 基础上画出单端输入和共模输入的电路 四 实验内容及步骤 实验电路如图 5.1 所示 图 5.1 差动放大原理图 1. 测量静态工作点, (1) 调零将输入端短路并接地, 接通直流电源, 调节电位器 RPl 使双端输出电压 V0=0 42

(2) 测量静态工作点测量 V1 V2 V3 各极对地电压填入表 5.1 中表 5.1 对地电压 Vc1 Vc2 Vc3 Vb1 Vb2 Vb3 Ve1 Ve2 Ve3 测量值 (V) 2. 测量差模电压放大倍数 在输入端加入直流电压信号 Vid= 土 0.1V 按表 5.2 要求测量并记录, 由测量数据算出单端和双端输出的电压放大倍数 注意先调好 DC 信号的 OUTl 和 OUT2, 使其分别为 +0.1V 和 -0.1V, 然后再接入 3. 测量共模电压放大倍数 将输入端 b1 b2 短接, 接到信号源的输入端, 信号源另一端接地 DC 信号分先后接 OUTl 和 OUT2, 分别测量并填入表 5.2 由测量数据算出单端和双端 输出的电压放大倍数 进一步算出共模抑制比 CMRR= A d A c 表 5.2 测量及计算值 差模输入 共模输入 共模抑制比 输入 测量值 (V) 计算值 测量值 (V) 计算值 计算值 信号 Vi Vc1 Vc2 V0 双 Ad1 Ad2 Ad 双 Vc1 Vc2 V0 双 Ac1 Ac2 AC 双 CMRR +0.1V -0.1V 4. 在实验板上组成单端输入的差放电路进行下列实验 (1) 在图 1 中将 b2 接地, 组成单端输入差动放大器, 从 b1 端输入直流信号 V= ±0.1V, 测量单端及双端输出, 填表 5.3 记录电压值 计算单端输入时的单端及双端输出的电压放大倍数 并与双端输入时的单端及双端差模电压放大倍数进行比较 表 5.3 测量仪计算值电压值 输入信号 Vc1 Vc2 Vo 直流 +0.1V 直流 -0.1V 正弦信号 (50mV 1KHz) 放大倍数 AV 43

(2) 从 b1 端加入正弦交流信号 Vi=0.05V,f=1000Hz(b2 接地 ) 分别测量 记录单端及双端输出电压, 填入表 5.3 计算单端及双端的差模放大倍数 ( 注意 : 输入交流信号时, 用示波器监视 υc1 υc2 波形, 若有失真现象时, 可减小输入电压值, 使 υc1 υc2 都不失真为止 ) 五 实验报告 1. 根据实测数据计算图 5.1 电路的静态工作点, 与预习计算结果相比较 2. 整理实验数据, 计算各种接法的 Ad, 并与理论计算值相比较 3. 计算实验步骤 3 中 AC 和 CMRR 值 4. 总结差放电路的性能和特点 44

实验六负反馈放大电路 一 实验目的 1. 研究负反馈对放大电路性能的影响 2. 掌握负反馈放大电路性能的测试方法 二 实验仪器 1. 双踪示波器 2. 信号发生器 3. 数字万用表 三 预习要求 1. 认真阅读实验内容要求, 估计待测量内容的变化趋势 2. 图 3.1 电路中晶体管 β 值为 200, 计算该放大电路开环和闭环电压放大倍数 四 实验内容 1. 负反馈放大器开环和闭环放大倍数的测试 (1) 开环电路 图 6.1 反馈放大电路 1 按图 6.1 接线,RF 先不接入 2 输入端接入 Vi=0.2mV f=lkhz 的正弦波 ( 注意输入 0.2mV 信号采用输入端衰减法见实验二 ) 调整接线和参数使输出不失真且无振荡( 参考实验二方法 ) 45

3 按表 6.1 要求进行测量并填表 4 根据实测值计算开环放大倍数和输出电阻 r 0 (2) 闭环电路 1 接通 Rf 按 (1) 的要求调整电路 2 按表 6.1 要求测量并填表, 计算 Avf 3 根据实测结果, 验证 Avf F 1 表 6.1 开环 闭环 RL(KΩ) Vi(mV) V0(mV) AV(Avf) 0.2 1K5 0.2 0.2 1K5 0.2 2. 负反馈对失真的改善作用 (1) 将图 6.1 电路开环, 逐步加大 Vi 的幅度, 使输出信号达 1V 左右时, 出现失真 ( 注意不要过份失真 ) 记录失真波形幅度 (2) 将电路闭环, 观察输出情况, 并适当增加 Vi 幅度, 使输出幅度接近开环时失真波形的幅度 (1V 左右 ) (3) 若 RF=3K 不变, 但 RF 接入 1V1 的基极, 会出现什么情况? 实验验证之 (4) 将结果填入下表 表 6.2 Vi Vo 结果描述输出波形情况 (1) (2) (3) 3. 测放大电路频率特性 46

(1) 将图 6.1 电路先开环, 选择 Vi 适当幅度 ( 频率为 1KHz) 使输出信号在示波器上有满幅正弦波显示, (2) 保持输入信号幅度不变逐步增加频率, 直到波形减小为原来的 70%, 此时信号频率即为放大电路 fh (3) 条件同上, 但逐渐减小频率, 测得 fl (4) 将电路闭环, 重复 1~3 步骤, 并将结果填入表 6.2 表 6.2 fh(hz) fl(hz) 开环闭环 五 实验报告 : 1. 将实验值与理论值比较, 分析误差原因 2. 根据实验内容总结负反馈对放大电路的影响 47

实验七集成电路 RC 正弦波振荡电路 一 实验目的 1. 掌握桥式 RC 正弦波振荡电路的构成及工作原理 2. 熟悉正弦波振荡电路的调整 测试方法 3. 观察 RC 参数对振荡频率的影响, 学习振荡频率的测定方法 二 实验仪器 1. 双踪示波器 2. 低频信号发生器 3. 频率计 三 预习要求 1. 复习 RC 桥式振荡电路的工作原理 2. 完成下列填空题 : (1) 图 7.1 中, 正反馈支路是由 组成, 这个网络具有 特性, 要改变振荡频率, 只要改变 或 的数值即可 图中振荡频率的理论计算值是 (2) 图 7.1 中,1RP 和 R1 组成 反馈, 其中 是用来调节放大器的放大倍数, 使 AV 3 四 实验内容 1. 按图 7.1 接线 2. 用示波器观察输出波形 思考 : (1) 若元件完好, 接线正确, 电源电压正常, 而 VO=0, 原因何在? 应怎么办? (2) 有输出但出现明显失真, 应如何解决? 3. 用频率计测上述电路输出频率, 若无频率计可直接用数字示波器读取频率值, 将测出 VO 的频率 f01 并与计算值比较 4. 改变振荡频率 在实验箱上设法使改变文氏桥电容, 使振荡频率变为原频率的 2 倍 注意 : 改变参数前, 必须先关断实验箱电源开关, 再改变连线, 检查无误后再接通电源 测 f0 之前, 应适当调节 2RP 使 VO 无明显失真后, 再测频率 5. 自拟详细步骤, 测定运算放大器放大电路的闭环电压放大倍数 Auf 6. 自拟详细步骤, 测定 RC 串并联网络的幅频特性曲线 48

图 7.1 五 实验报告 1. 电路中哪些参数与振荡频率有关? 将振荡频率的实测值与理论估算值比较, 分析产生误差的原因 2. 总结改变负反馈深度对振荡电路起振的幅值条件及输出波形的影响 3. 完成预习要求中第 2 3 项内容 4. 作出 RC 串并联网络的幅频特性曲线 49

实验八电压比较电路 一 实验目的 1. 掌握比较电路的电路构成及特点 2. 学会测试比较电路的方法 二 仪器设备 1. 双踪示波器 2. 信号发生器 3. 数字万用表 三 预习要求 l. 分析图 8.1 电路, 回答以下问题 (1) 比较电路是否要调零? 原因何在? (2) 比较电路两个输入端电阻是否要求对称? 为什么? (3) 运放两个输入端电位差如何估计? 2. 分析图 8.2 电路, 计算 : (1) 使 VO 由 +Vom 变为 -Vom 的 Vi 临界值 (2) 使 V 由-Vom 变为 +Vom 的 Vi 临界值 (3) 若由 Vi 输入有效值为 1V 正弦波, 试画出 Vi 一 VO, 波形图 3. 分析图 8.3 电路, 重复 2 的各步 4. 按实习内容准备记录表格及记录波形的座标纸 四 实验内容 1. 过零比较电路实验电路如图 8.1 所示 图 8.1 过零比较电路 (1). 按图接线 Vi 悬空时测 VO 电压, (2). Vi 输入 500Hz 有效值为 1V 的正弦波, 观察 Vi VO 波形并记录 (3). 改变 Vi 幅值, 观察 VO 变化 50

2. 反相滞回比较电路 实验电路如图 8.2 所示 图 8.2 反相滞回比较电路 (1) 按图接线, 并将 RF 调为 100K,Vi 接 DC 电压源, 测出 VO 由 +Vom 一 -Vom 时 Vi 的临界值 (2) 同上,VO 由 -Vom 一 +Vom (3)Vi 接 500Hz 有效值 1V 的正弦信号, 观察并记录 Vi 一 VO 波形 (4) 将电路中 RF 调为 200K, 重复上述实验 3. 同相滞回比较电路 实验电路为图 8.3 所示 图 8.3 同相滞回比较电路 (1) 参照 ( 二 ) 自拟实验步骤及方法, (2) 将结果与 ( 二 ) 相比较, 五 实验报告 1. 整理实验数据及波形图, 并与予习计算值比较 2. 总结几种比较电路特点 51

实验九串联稳压电路 一 实验目的 1. 研究稳压电源的主要特性, 掌握串联稳压电路的工作原理 2. 学会稳压电源的调试及测量方法 二 实验仪器 1. 直流电压表 2. 直流毫安表 3. 示波器 4. 数字万用表 三 预习要求 1. 估算图 14.1 电路中各三极管的 Q 点 ( 设 : 各管的 β=100, 电位器 RP 滑动端处于中间位置 2. 分析图 14.1 电路, 电阻 R2 和发光二极管 LED 的作用是什么? 3. 画好数据表格 图 14.1 四 实验内容 1. 静态调试 (1) 看清楚实验电路板的接线, 查清引线端子 (2) 按图 14.1 接线, 负载 RL 开路, 即稳压电源空载 52

(3) 将 +5V~+27V 电源调到 9V, 接到 Vi 端 再调电位器 RP, 使 VO=6V 量测各三极管的 Q 点 (4) 调试输出电压的调节范围 调节 RP, 观察输出电压 VO 的变化情况 记录 VO 的最大和最小值 2. 动态测量 (1) 测量电源稳压特性 使稳压电源处于空载状态, 调节电位器, 模拟电网电压波动 ±10%; 即 Vi 由 8V 变到 1OV 量测相应的 ΔV 根据 ΔV0 / V0 S= 计算稳压系数 ΔV I / V I (2) 量测稳压电源内阻 稳压电源的负载电流 IL 由空载变化到额定值 IL=100mA ΔV 时, 量测输出电压 VO 的变化量, 即可求出电源内阻 ro= 0 100% 量 Δ 测过程中使 Vi=9V 保持不变 (3) 测试输出的纹波电压 将图 14.1 的电压输入端 Vi 接到图 14.2 的整流滤波电路输出端 ( 即接通 A--a,B--b), 在负载电流 IL=100mA 条件下, 用示波器观察稳压电源输入输出中的交流分量 uo, 描绘其波形 用晶体管毫伏表, 量测交流分量的大小 I L 图 14.2 思考题 :A: 如果把图 14.1 电路中电位器的滑动端往上 ( 或是往下 ) 调, 各三极管的 Q 点将如何变化? 可以试一下 B: 调节 RL 时,V3 的发射极电位如何变化? 电阻 R? 两端电压如何变化? 可以试一下 C: 如果把 C3 去掉 ( 开路 ), 输出电压将如何? D: 这个稳压电源哪个三极管消耗的功率大? 按实验内容 2 中的 (3) 接线 53

3. 输出保护 (1) 在电源输出端接上负载 RL 同时串接电流表 并用电压表监视输出电压, 逐渐减小 RL 值, 直到短路, 注意 LED 发光二极管逐渐变亮, 记录此时的电压 电流值 (2) 逐渐加大 RL 值, 观察并记录输出电压 电流值 注意 : 此实验内容短路时间应尽量短 ( 不超过 5 秒 ), 以防元器件过热 思考题 : 如何改变电源保护值 4. 选做项目测试稳压电源的外特性 ( 实验步骤自拟 ) 五 实验报告 1. 对静态调试及动态测试进行总结 Δ 0 V L V 2. 计算稳压电源内阻 r0= Δ 及稳压系数 Sr 3. 对部分思考题进行讨论 54

第三章设计性实验 实验十基于 PSPICE 的两级阻容耦合上机实验 一 目的 1. 电子电路的基本设计方法 ( 见附录 ) 2. 学习用 pspice 软件对电路的仿真技术 3. 通过计算机仿真, 掌握多级放大器的调试技术 二 内容 1. 设计一个阻容耦合放大器, 已知条件和设计要求如下 : (1) 输入电压 ( 有效值 )VS=2mV,RS=600Ω (2) 输出电压 V om =(2 + 0. 学号 2)V,R L =1.5KΩ (3) 频率响应 :100Hz~10KHz (4) 电源电压 VCC=12V 2. 将设计好的电路输入计算机仿真, 若输出波形失真或不满足幅度要求, 则进行 调试, 若输出波形不失真, 且满足幅度要求, 则 : (1) 完成下表 1 表 1 静态工作数据第一级 第二级 有载空载 I B I C V BE V BC V CE I B I C V BE V BC V CE (2) 画出输出波形 ( 有载 空载两种情况下的电压 电流波形 ) (3) 画出幅频特性曲线 (100Hz~10KHz 有载 空载情况 ) (4) 对输出电压 电流波形进行失真分析 三 报告要求 1. 简写设计过程 2. 将表格 图形处理好 3. 叙述上机体会四 选作 ( 完成较快的同学作 ) 改变元件参数, 看饱和失真和截止失真情况, 记录相关的元件参数值 55

实验十一集成运放在信号运算方面的应用 一 实验目的 1. 掌握用集成运算放大电路组成比例 求和电路的特点及性能 2. 掌握集成运算放大电路的设计方法 3. 学会上述电路的测试和分析方法 二 实验仪器 1. 数字万用表 2. 示波器 3. 信号发生器 三 预习要求 1. 计算表 11.1 中的 VO 和 Af 2. 按图 11.2 电路, 选择实验箱中电阻, 设计反向比例运算放大电路, 满足 V0=-5Vi, 并估算表 11.2 11.3 的理论值 3. 按图 11.3 电路, 选择实验箱中电阻, 设计同向比例运算放大电路, 满足 V0=5Vi, 并估算表 11.4 中的理论值 4. 选择实验箱中电阻, 设计运算电路, 满足 V0=10Vi1-5Vi2, 并通过给 Vi1 Vi2 输入不同的直流电压, 验证电路的功能 5. 选择实验箱中电阻, 设计运算电路, 满足 V0=10Vi1+5Vi2, 并通过给 Vi1 Vi2 输入不同的直流电压, 验证电路的功能 注 : 因实验箱中 10K 20K 100K 电阻较多, 上述设计中选择的电阻阻值尽量由上述电阻串 并联组成 四 实验内容 1. 电压跟随电路实验电路如图 11.1 所示 图 11.1 电压跟随电路 56

按表 11.1 内容实验并测量记录 表 11.1 Vi(V) -2-0.5 0 +0.5 1 RL= VO(V) RL=5K1 2. 反相比例放大电路实验电路如图 11.2 所示 图 11.2 反相比例放大电路 (1) 按表 11.2 内容实验并测量记录 表 11.2 直流输入电压 Vi(V) -3-1 -0.3 0.3 1 3 理论估算 (V) 输出电压 VO 实际值 (V) 误差 (2) 按表 11.3 要求实验并测量记录 ( 本测试重点理解运放工作在线性区的 虚短 虚断 特点 ) 表 11.3 测试条件理论估算值实测值 ΔV0 ΔVAB ΔVR2 RL 开路, 直流输入信号 Vi 由 0 变为 800mV ΔVR1 ΔV0L RL 由开路变为 5K1, Vi=800mV 3. 同相比例放大电路电路如图 11.3 所示 57

图 11.3 同相比例放大电路 按表 11.4 实验测量并记录 表 11.4 直流输入电压 Vi(V) -3-1 -0.3 0.3 1 3 理论估算 (V) 输出电压 VO 实际值 (V) 误差 4. 设计预习要求 4 中的电路, 自拟详细实验步骤和记录表格..5. 设计预习要求 5 中的电路, 自拟详细实验步骤和记录表格 五 实验报告 1. 总结本实验中几种种运算电路的特点及性能 2. 分析理论计算与实验结果误差的原因 58

第四章综合性实验 实验十二整流 滤波与稳压电路 一 实验目的 1. 熟悉单相半波 全波 桥式整流电路 2. 观察了解电容滤波作用 3. 了解并联稳压 集成稳压电路 二 实验仪器及材料 1. 示波器 2. 数字万用表 三 实验内容 1. 半波整流 桥式整流电路实验电路分别如图 12.1, 图 12.2 所示 分别接二种电路, 用示波器观察 V2 及 VL 的波形 并测量 V2 VD VL 特别提示 : 为避免经常烧保险, 不得通电接线, 接线要准确, 确定无误后再通电 ( 否则及易烧毁保险 ) 图 12.1 图 12.2 表 12.1 V2 VD VL 测量值波形测量值波形测量值波形 半波 全波 59

2. 电容滤波电路实验电路如图 12.3 (1) 分别用不同电容接入电路,RL 先不接, 用示波器观察波形, 用电压表测 VL 并记录 (2) 将 RL 改为 150Ω, 重复上述实验 表 12.2 RL(Ω) 滤波电容 VL(V) 波形 150 10μ 470μ 10μ 470μ 图 12.3 电容滤波电路 3. 并联稳压电路实验电路如图 12.4 所示, 图 12.4 并联稳压电路 60

(1) 测量稳定输出电压 VL (2) 电源输入电压不变, 负载变化时电路的稳压性能 改变负载电阻 RL 观察输出电压 VL 的变化 找出保持稳定输出电压的最大负载电流, 并记录当前的负载电阻值 (3) 负载不变, 电源电压变化时电路的稳压性能 改变电源电压观察输出电压 VL 的变化 找出保持稳定输出电压的最小输入电压 4. 集成稳压电路实验电路如图 12.5 所示 图 12.5 三端稳压器参数测试 测试内容 : (1) 测量稳定输出电压 Vout (2) 电源输入电压不变, 负载变化时电路的稳压性能 改变负载电阻 RL 观察输出电压 VL 的变化 找出保持稳定输出电压的最大负载电流, 并记录当前的负载电阻值 (3) 负载不变, 电源电压变化时电路的稳压性能 改变电源电压观察输出电压 VL 的变化 找出保持稳定输出电压的最小输入电压 四 实验报告 1. 整理实验数据并按实验内容计算 61

实验十三波形发生与变换电路 一 实验目的 1. 掌握波形发生电路的特点和分析方法 2. 熟悉波形发生电路设计方法 3. 熟悉波形变换电路的工作原理及特性 4. 掌握上述电路的参数选择和调试方法 二 实验仪器 1. 双踪示波器 2. 数字万用表 3. 函数发生器 三 预习要求 1. 分析图 13.1 电路的工作原理, 定性画出 VO 和 VC 波形 2. 若图 13.1 电路 R=10K, 计算 VO 的频率 3. 定性画出图 13.2 电路的 Va 和 VO 的波形图 4. 图 13.3 电路如何使输出波形占空比变大? 利用实验箱上所标元器件画出原理图 5. 自拟全部实验步骤与记录表格 四 实验内容 1. 方波发生电路实验电路如图 13.1 所示, 双向稳压管稳压值一般为 5 6V 图 13.1 方波发生电路 (1) 按电路图接线, 观察 VC VO 波形及频率, 与预习比较 (2) 分别测出 R=10K,110K 时的频率, 输出幅值, 与预习比较 62

(2) 要想获得更低的频率应如何选择电路参数? 试利用实验箱上给出的元器件进行条件实验并观测之 2. 方波变三角波实验电路如图 13.2 所示 (1) 按图接线, 输入为实验 1 中的方波信号, 用示波器观察并纪录 VO 的波形 (2) 改变方波频率, 观察波形变化 如波形失真应如何调整电路参数? 试在实验箱元件参数允许范围内调整, 并验证分析 图 13.2 方波变三角波发生电路 3. 占空比可调的矩形波发生电路实验电路如图 13.3 所示 图 13.3 占空比可调的矩形波发生电路 63

(1) 按图接线, 观察并测量电路的振荡频率 幅值及占空比 (2) 若要使占空比更大, 应如何选择电路参数并用实验验证 4. 精密整流电路实验电路如图 13.4 所示 (1) 按图接线, 输入 f=500hz, 有效值为 1V 的正弦波信号, 用示波器观察输出波形 (2) 改变输入频率及幅值 ( 至少三个值 ) 观察波形 (3) 将正弦波换成三角波, 重复上述实验 图 13.4 五 实验报告 1. 画出各实验的波形图 2. 画出各实验预习要求的设计方案, 电路图, 写出实验步骤及结果 3. 总结波形发生电路的特点, 并回答 (1) 波形产生电路需调零吗? (2) 波形产生电路有没有输入端 4. 总结波形变换电路的特点 64

附录一阻容耦合放大器的设计 一 多级放大器的组成由于单级放大器的电压放大倍数有限, 往往不能满足工程实际的需要, 因此常由若干个单级放大电路组成多级放大器 组成多级放大器时, 要合理 选择单级放大电路和级间耦合方式 各种组态单级放大电路性能见表 (1) 常用级间耦合方式及特点见表 (2) 表 1 三种组态的主要性能比较 组态 共射 共基 共集 性能 电压放大倍数 大 大 小 输入电阻 中 小 大 输出电阻 小 大 小 用途 多级放大器的中间级 高频 宽频带放大电路, 恒流源 放大电路的输入级 输出级 缓冲级 表 2 常用的级间耦合方式及特点 耦合方式 阻容耦合 直接耦合 变压器耦合 特点 各级静态工作点互不影响, 电路简单性能较稳定 但不适于放大缓慢变化的信号, 也适于集成化 静态工作点互相牵制, 有零点漂移, 放大性能不稳定, 但适于集成化 利用不同变化提高放大作用和输出功率, 直流通路互相隔离 但不能反映直流成分的变化, 不适于放大缓慢变化的信号, 体积大不适于集成化 应用 分立元件交流放大器 集成放大器 低功率放大器, 中频调谐放大器 二 多级放大器的设计电子电路的设计是综合运用基本理论解决实际问题的过程 一般采用定性分析, 定量估算和实验调整相结合的方法 设计的一般步骤是 : 1. 确定电路方案根据信号频率范围及对工作点稳定 输入和输出电阻的要求, 确定多级放大器的输入级 中间级和输出级采用什么阻态 电路的级数主要按放大倍数的要求而定, 一般应留有 15-20% 的余量, 另外, 要采取适当的措施, 以改善放 65

大性能 2. 确定管型主要根据信号频率 环境温度及对噪声 输入电阻等的要求确定 当信号频率在 20Hz~200KHz 以内时, 可选一般的低频管, 频率在 200KHz 以上时高频管 ; 环境温度在 50 以上时选硅管 ; 要求噪声低, 输入电阻高时选场效应管 3. 确定电源电压 Ec 根据输出电压幅值及管子耐压的要求而定, 一般按下式估算 : BVCEO>Ec [(1.2~1.5) 2(Vom+VCEmin)+VE] 其中 Vom 为输出电压幅值 ;VCEmin 为集电极电压最小值 ;VE 为射极偏置电路中 Re 上的压降 参考估算值, 选标准电压值 4. 确定工作点和电路元件的数值 ( 见图 1) 如果采用 RC 耦合电路, 各级静态工作点互不影响, 确定各级静态工作点的原则和单级放大器一样 一般应满下述两个条件 : I I 1 B V V B I I BE 1 1 V V = ( 5 ~ 10) I = (10 ~ 20) I B B B B ( 硅管 ) ( 锗管 ) = ( 3 ~ 5) V ( 硅管 ) = ( 1 ~ 3) V ( 锗管 ) 上式中 I1 和 VB 见图 (1) 其静态工作点 (IB IC VBE VCE) 可由下式估算 : I C = I E V = B V R e BE V R I C I B =, VCE = EC I C ( RC + Re ) β B e V BE = 0. 7V( 硅管 ) V BE = 0. 2V( 硅管 ) 一般各级的静态工作电流 IC 可选 0.5~2mA 当电源电压在 10~20V 时, 各级的 VCE 可选 1~10V, 一般前级的 IC,VCE 可选小些 根据 IC VCE 等及频带宽度确定电路元件参数, 各级电路应尽量采用同类型元件, 以减少备件种类 5. 校正核对放大倍数根据电路参数估算放大倍数, 并与要求值比较 6. 安装调试, 完成电路定型 66

图 1 射极偏置电路 三 设计题目 实验 1-1 设计一个阻容耦合放大器, 已知条件和设计要求如下 : 输入电压 ( 有效值 )VS=2.5mV RS=600Ω 输出电压 ( 幅值 )Vom=2V RL=1.5KΩ, 频率响应 100Hz~10KHz 电源电压 VCC=12V 实验 1-2 设计一个阻容耦合放大器, 其已知条件和要求如下 : 输入电压 ( 有效值 )Vs=5mV Rs=600Ω 输出电压 ( 幅值 )Vom 3V RL=1KΩ 频率响应 100Hz~100KHz 电源电压 VCC 15V 四 阻容耦合放大器的设计实例阻容耦合放大器的设计比较灵活, 没有什么固定的设计程序 下面通过一个具体实例, 说明放大器设计的一般方法 1. 设计的已知条件和要求设计一个音频放大器, 其频率响应为 : fl>100hz fh<10khz 电源电压不超过 15V 信号电压 ( 有效值 )Vs=5mV Rs=600Ω 输出电压 ( 幅值 )Vom=3V 负载电阻 RL=2KΩ 67

2. 设计步骤和方法 VO 3 (1) 按设计要求, 计算放大器总放大倍数为 A V = = = 430 由 V 2 0.005 于一级放大只能达几十倍, 故暂确定选用两级放大电路 (2) 电路形式的选择由于对放大器的输入电阻 输出电阻 噪声系数均无特殊要求, 所以主要从提高静态工作点的稳定性和满足放大器的总增益出发, 来选择放大电路形式 今选用两级 RC 耦合具有电流负反馈偏置电路的共射放大电路, 即可满足频率特性要求 电路如图 (2) 所示 (3) 选择晶体管按设计要求, 两级放大电路的信号幅度都较小, 选用 3DG6A 即可, 其极限参数为 : 集电极最大允许功率损耗 PcM=100mW 集电极最大允许电流 IcM=2mA 集电极反向击穿电压 BVCEO>15V (4) 输出级的设计输出级的工作特点是信号幅度较大, 失真是主要考虑的问题 所以输出级是以保证动态范围要求为主要依据来选择静态工作点, 并计算电路元件参数 A 选择静态工作点由给定条件 :Vom=3V,RL=2KΩ, 选定集电极电流的幅值 : I Vom = ( 1.5 ~ 2) I om = 2 = R cm 3 L ma 根据不产生截止失真与饱和失真的条件 : S I CQ > I cm + I CEO + ΔI C, VCEQ Vom + VCES + ΔVCE > 其中 Vom------ 输出电压幅值 ; ICEO------ 穿透电流, 硅管可忽略不计, 锗管为 0.1~0.5mA; ΔI C ----- 为避免低温时信号电流的负峰进入截止区所加的余量, 一般 取 l~2ma; VCES------ 饱和压降, 可取 1V 则 : I CQ I cm + I CEO + ΔI C = 3mA VCEO Vom + VCES + ΔVCE = 3 + 1 = 4V B 计算 R C2 E C 68

Vom 3 由选定的 I cm 与 V om 值计算 R C2, 由 R L = = = 1kΩ I 3 cm 故得 R L RL 2 1 RC 2 = = = 2KΩ, 取 R C2 =2KΩ R R 2 1 L L 对于硅管选 V E2 =3V 则电源电压为 : EC = VCE + I CQRC + VE = 4 + 2 3 + 3 = 13V C 偏置电路的设计偏置电路的设计, 是计算并选定偏置电路的元件参数, 以实现所选定的静态工作点, 并使之具有一定的温度稳定性 按静态工作点稳定条件 V B = (5 ~ 10) V BE V V B B = ( 3 ~ 5) V ( 硅管 ) = ( 1 ~ 3) V ( 锗管 ) VB2 VBE VB2 0.7 4 0.7 选 V B2 =4V, 则 Re = = = 0. 89KΩ I I 3.7 取 R e2 =1kΩ 按静态工作点稳定条件 I I 对硅管取 I I CQ2 = 5 β 2, CQ CQ 1 B 3 = 5 50 I I 1 = 1 1 = ( 5 ~ 10) I = (10 ~ 20) I B B ( 硅管 ) ( 锗管 ) 0.38mA, 故可计算 : VB2 4 Rb4 = = = 10. 5KΩ 取 R b4 =12KΩ I 0.38 上偏电阻值 : 1 EC VB2 Rb3 = = 18. 7KΩ 取 R b3 =30KΩ I 1 D 计算增益与输入电阻 26 26 rbe2 = 300 + (1 + β ) = 300 + 41 = 655Ω I 3 E 69

A V 2 β R 2 L = r be2 = 40 1000 = 61 655 r r = 655Ω 12 be2 (5) 输入级的设计 图 2 两级阻容耦合放大电路 第一级的信号较小, 动态范围不是主要问题 一般说来, 输人级与中间级都按电压放大倍数的要求进行设计, 本级所要求的输出电压 V 01 就是末级的输入电压 即 Vom 3 VO 1 = = = 49mV A 61 A V 2 V 49 O1m V1 = = = VS 2 5 7.25 A 选择静态工作点并计算 R C : 由于本级的增益不高 ( 仅 7 倍 ), 静态工作点可以选小些, 即取 I CQ1 =0.5mA, 这样 r be1 可以高些, 有利于减轻信号源的负担和降低电源消耗 今选用 β=40 70

的晶体管, 此时 r 26 26 = 300 + (1 + β ) = 300 + 31 = 2. kω, 由 I 0.5 43 be E A V R L = β r be AV 1 8 可得 R L = ( rbe 1 + RS ) = (2.43 + 0.6) 0. 6KΩ, β 40 由式 R C 取 R C1 =7.5KΩ RL R L R A L V rbe r be2rl =, 则 RC = 7. 25KΩ RL R L AV rbe β rbe2 RL 1 RL β B 偏置电路的设计 1, 由于 I CQ1 较小, 本级输出信号也小,I CQ1 因温升而产生的漂移影响并不大, VE1 2.5 故 V E 可以选低些, 取 V E1 =2.5V 则 Re 1 = = 5KΩ, 取 R e1 =5.1KΩ I 0.5 由于 V CQ1 = V + V = 2.5 + 0.07 3. V, 由 I = B1 E1 BE1 = 2 1 ( 5 ~ 10) I B Q1 EC VB 1 15 3.2 R b 2 = 33KΩ, Rb 1 = = = 118KΩ, 取 R b = 120KΩ I 0.1 C 检验本级动态范围 首先选计算本级集电极电流的最大幅值 I cm1 I 1, 所以 1 Vom 1 49 1 = = = 0.08mA I CQ1( 0.5mA), 可见电流动态范围有相当 R 0.6 cm = L 大的余量, 不会引起截止失真 另外 V CE1 = EC I CQ1( RC1 + Re 1) = 15 0.5 (7.5 + 5.1) 8. 7V >> Vom 1 可见电压动态范围也有相当大的余量, 不会引起饱和失真 (6) 耦合电容 C b 及射极旁路电容 C e 的选择, 是以满足放大器的下限频率 f L 为依据的, 即 C b (3 ~ 10) 2πf 1 ( R + L S R 1, C ) e 1+ β (1 ~ 3) 2πf ( R + r 所以只需按各 RC 回路中最小回路电阻选择电容, 即可满足要求 A 耦合电容 C b 的选择 L S be ) 71

输人回路 RS + ri Rs + rbe = 0.6 + 2.43 = 3. 03kΩ 1 中间回路 RS + ri RC + rbe = 7.5 + 0.65 = 8. 15kΩ 输出回路 R 2 1 + R = 2 + 2 = KΩ c2 L 4 1 2 由此可见, 由于输人回路的回路电阻最小, 所以按输人回路计算 C b, C b 10 2πf L 1 ( R S + r ) i1 = 5.3μf, 取 C b1 =C b2 =10μf ( 或 5μf) B 射极旁路电容 C e 的选择 R S + rbe RS + r 第一级射极回路 1+ β 1+ β1 be1 = 0.6 + 2.43 = 74Ω 41 R S + r RC1 Rb3 R be b4 第二级射极回路 1+ β 1+ β 2 此处应按第一级回路计算 C e + r be2 = 120Ω C e 1 2 = 2 = = 43μf R S + rbe 6.28 100 74 2πf L 1+ β 取 C e1 =C e2 =47μf 以上是按放大器的性能指标对各级电路元件参数进行选择的, 这是放大器设计的重要一步, 但还不能完善设计 为了进一步提高放大器性能和完善使用性能, 常常还需引人反馈, 采用各种调节电路 72

附录二使用 PSPICE 分析单管放大电路 一 用 Schematics 创建电路图 1. 打开 Schematics 运行开始 所有程序 DesignLab Eval 8 Schematics, 进入电路编辑器 在该界面下绘制单管共射放大电路, 如图 1 所示 图 1 单管共射放大电路 2. 放置电压源 (1) 在菜单 Draw 中, 选择 Get New Part, 打开元器件浏览对话框 如图 2 所示 (2) 在元器件名称 (Part Name) 框中, 输入 VDC (3) 用鼠标点击 p1ace&c1ose 如果出现提示信息 Part Name VDC exists, but is not in the current list. Do you want to place anyways, 表示当前的列表中没有这 VDC 这一元器件, 但是它存在于某个库中, 选择 确定 (4) 用鼠标将 VDC 放置于合适的位置, 再点击左键 ( 按右键表示放弃 ) 3. 放置三极管 (1) 打开元器件浏览对话框, 在元器件名称框 (Part Name) 中输入 QbreakN ( 该模型默认电流放大系数为 100), 然后点击 p1ace&c1ose (2) 按键 Ctrl+R 使图形旋转到合适的位置, 然后放置 4. 移动元器件旁边的文字 73

(1) 单击选中某文字 (2) 将文字拖动到某个合适的地方 5 放置其它元件用类似的方法, 放置电阻 (R) 电容(C) 地(EGND) 及输入端的交流信号源 VSIN 图 2 元器件浏览 6. 连接元件 (1) 在菜单 Draw 中选择 Wire, 光标变成铅笔的形状 (2) 从一个元件的尾部开始单击鼠标左键, 然后至要连接元件的端点, 单击左键, 就可以将两端连接起来, 点右键表示这根导线结束, 否则可以将这跟导线继续连下去 (3) 用类似的方法, 按照电路原理图, 将所有的元件连接起来 7. 移动元件用鼠标左键单击选中某个元件, 然后拖动到合适的位置单击左键放置 74

8. 删除元件 用鼠标左键单击选中某个元件, 然后按 DEL 键即可删除该元件 9. 修改元件的属性 (1) 双击图中 VDC 元件旁边的 0V 标志, 出现图 3 对话框 在对话框中, 将 0V 修改成所需的电压, 如 12V 图 3 设置元件属性 (2) 用同样的方法修改电阻电容值 (3) 将画完的电路保存 二 直流工作点分析 1. 点击 Analysis 中的 Setup, 出现图 4 对话框, 选中 Bias Point Detail 图 4 仿真设置 2. 行 Analysis 中的 Simulate,Schematic 会自动调用 Pspice A/D 来对电路进行直流工作点分析 75

3. 菜单 Analysis 的 Display Results on Schematic 中, 确认 Enable 被选 中, 通过选择 Enable Voltage Display 和选择 Enable Current Display 或选择屏幕右上角的快捷方式, 观察直流工作点, 如图 5 图 5 显示直流分析结果 4. 在菜单 Analysis 中选择 Examine Output, 可以观察输出的 *.OUT 文件 三 瞬态分析 1. 修改瞬态电压源双击输入端的瞬态电压源 VSIN, 按图 6 对其属性进行修改 其中将 DC 项和 VOFF 项的值赋为 0,AC 项和 VAMP 项为输入交流小信号 ( 正弦信号 ) 的幅值, 如 1mV,FREQ 为输入正弦信号的频率, 如 1KHz 76

图 6 正弦交流信号源属性 2. Analysis 中的 Setup 对话框中, 选中 AC Sweep 和 Transient 复选框, 如图 8 图 8 选择交流分析 3. 击 AC Sweep, 设置交流扫描参数, 如图 9 选择 AC Sweep Type 为 Linear, 分别在 Start Freq 和 End Freq 中输入交流信号的起 止频率 77

图 9 交流扫描参数设置 4. 点击 Transient, 设置瞬态分析设置, 如图 10 在 Final Time 中填入仿 真时间, 如 2ms, 在 Step Ceiling 中填入仿真步长, 如 10us 图 10 瞬态分析参数设置 5. 在输出端放置电压表标记符号, 如图 11 78

图 11 设置观察点标记 6. 运行 Analysis 中的 Simulate, 出现图 12 图 12 分析类型 7. 选择 Transient 可得到输出电压的瞬态响应, 如图 13 通过工具栏上提供的光 标标记, 可观察输出电压的幅值 波形的失真情况, 计算电压放大倍数 8. 选择 AC 可得到电路幅频特性曲线, 如图 14, 可计算出电路的频带宽度 79

图 13 瞬态响应结果 图 14 交流扫描结果 80

附录三 模拟电路实验箱使用说明书 81