2012模拟电子线路实验指导书

[2012]

朱剑芳

桂电信科机电工程系模拟电子技术实验指导书

实验一集成运算放大器的应用 (1)

实验二共发射极放大电路 (8)

实验三差分放大电路 (11)

实验四负反馈放大器 (14)

实验五互补对称功率放大器 (18)

实验六整流滤波与稳压电源 (20)

实验七方波—三角波发生器的设计 (24)

实验一集成运算放大器的应用

一．实验目的

1．掌握集成运算放大器的正确使用方法 2．熟悉集成运算放大器的基本线性应用 3．熟悉集成运算放大器的基本非线性应用

二．实验仪器

1．RXDS-1B 模拟电子线路实验箱 2．SS-7802A 双踪示波器

3．DF2172B 交流毫伏表 4．EE1642B1函数信号发生器

5．SS1792F 直流稳压电源

6．数字万用表三．实验原理

在集成运放的输入、输出端之间加上反馈网络可实现各种不同的电路功能。本实验主要研究集成运放的基本线性应用电路，研究的前提是基于运放理想化，即电路的R i ≈∞，I i ≈0，U+≈U- 。

电压比较器是集成运放非线性应用电路，它将一个模拟量电压信号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，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。

图1.1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，输入电压u i 加在反相输入端。

(a)电路图 (b)传输特性

图1.1 电压比较器

当u i ＜U R 时，运放输出高电平，稳压管Dz 反向稳压工作。输出端电位被其钳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，输出电压等于稳压管的正向压降

U D ，即 u

＝－U

因此，以U

为界，当输入电压u

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 2.1(b)为(a)图比较器的传输特性。

常用的电压比较器有过零比较器、具有滞回特性的过零比较器、双限比较器（又称窗口比较器）等。

1.过零比较器

电路如图2.2所示为加限幅电路的过零比较器，D

为限幅稳压管。信号从运放

的反相输入端输入，参考电压为零,从同相端输入。当U

i ＞0时，输出U

＝-(U

)，

当U

i ＜0时，U

＝+(U

)。其电压传输特性如图1.2（b）所示。过零比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力差。

(a) 过零比较器 (b) 电压传输特性

图1.2 过零比较器

2.滞回比较器

图1.3为具有滞回特性的过零比较器

U T+

U T-

(a) 电路图 (b) 传输特性

图1.3 滞回比较器

过零比较器在实际工作时，如果u

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1.3所示，从输出端引一个电阻分压正反馈支路到同相输入端，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 T+）++=

U R R R U 2

f 2

T ，则当u i ＞U T 后，u O

即由正变负（记作U T-），此时U T 变为－U T 。故只有当u i 下降到－U T 以下，才能使u O 再度回升到U T+，于是出现图1.3(b)中所示的滞回特性。－U T 与U T 的差别称为回差。改变 R 2的数值可以改变回差的大小。

四、实验内容（注意：实验过程中都要加上±12V 电源） 1．反向比例放大器

反向比例放大器是最基本的应用电路，如图1.4所示，其闭环电压增益

A VF = -R F / R 1，平衡电阻R P = R 1∥R F 。

2．同相比例放大器

同相比例放大器如图1.5所示，R P = R 1∥R F ，其闭环电压增益A VF = 1+R F / R 1

U O

U i

R F 100K

U O

R F 100K P

保持输入信号为f=1kHz ，U ipp =200mV ，根据电路测量结果填下表

3．反向加法器

基本的加法电路如图1.6所示

U 0 = -（U i1R F / R 1+U i2R F / R 2）

R P =R 1∥R

2∥R F ，（R P 可选用电路板上的22K Ω电位器调节后获得）。输入信号从实验箱上电位器分压获取，电路连接如图：

4.过零比较器

实验电路如图1.2所示 (1) 接通±12V 电源。 (2) 测量u i 悬空时的U O 值。

(3) u i 输入500Hz 、幅值为2V 的正弦信号，观察u i →u O 波形并记录。

(4) 改变u i 幅值，测量传输特性曲线。

OUT2

U O

U i2R F 100K U i1

5. 反相滞回比较器

图1.7 反相滞回比较器

(1) 按图1.7接线，u i 接＋5V 可调直流电源，测出u O 由＋U omcx →－U omcx 时u i 的临界值。

(2) 同上，测出u O 由－U omcx →＋U omcx 时u i 的临界值。

(3) u i 接500Hz ，峰值为2V 的正弦信号，观察并记录 u i →u O 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。 6.同相滞回比较器

实验线路如图1.8所示

(1) 参照5，自拟实验步骤及方法 (2) 将结果与5进行比较

图1.8 同相滞回比较器

7．减法器

减法器电路如图1.9所示

U O

U R F 100K U

U 0 = R F （U i2- U i1）/ R 1

注意：上式应满足R 1∥R F = R 2∥R P 的条件

8．积分器

积分器的基本电路如图1.5所示

（式中R 1C 为积分时间常数）为限制电路的低频电压增益，可将反馈电容C 与一个电阻R F 并联，当输入频率大于f 0=1/（2πR F C ）时，电路为积分电路。若输入频率远低于f 0，则电路近似一个反向比例放大器。

（1）电路输入方波信号：f=500Hz ，U ipp =1V ，用示波器同时观察输入、输出

波形，记录并比较波形；

（2）改变输入信号频率，取f=200Hz ，重复做一次。 9．微分器

微分器的基本电路如图2.1所示

dt U C

R U t

i ?-=010

1U 0

图2.0

积分电路

U 0

R F 10K 图2.1 微分电路

dt CdU R U i F /0-= （式中R F C 为微分时间常数）

由于电容的容抗随输入信号的频率升高而减小，使得输入电压随频率升高而增加，为限制电路的高频电压增益，在输入端与电容C 之间接入一个小电阻R 1，当输入频率低于f 0=1/（2πR 1C ）时，电路起微分作用，若输入频率远高于f 0，则电路近似一个反向比例放大器。

（1）调节信号源，得到一个f=500Hz ，U ipp =1V 的三角波作为输入信号，用

示波器同时观察输入、输出波形，记录并比较波形；（2）改变输入信号频率，取f=200Hz ，重复做一次。

五．实验报告内容

1．整理实验数据,绘制各类比较器的传输特性曲线 2．将理论值与测量值进行比较，分析误差。 3．总结几种比较器的特点，阐明它们的应用。

实验二共发射极放大电路

一．实验目的

1．熟练掌握共射放大电路的工作原理，静态工作点设置，了解工作点对放大器性能的影响；

2．掌握放大器基本性能指标的测试方法；

3．进一步熟悉常用电子仪器的使用和模电教改实验基板的使用。

二．实验仪器

1．模电教改实验基板

2．SS-7802A双踪示波器

3．EE1642B1函数信号发生器

4．SS1792F直流稳压电源

5．数字万用表

三．实验原理

图2.1 是一个阻容耦合共发射极放大器。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（ＲＥ＝ＲＥ１＋ＲＥ２），以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加输入信号U i后，在输出端就可以得到一个与U i 相位相反，幅值被放大了的输出信号U0，从而实现了放大。

图2.1 共发射极放大器

1．静态工作点

U BQ = V CC R B2 /（R B1 + R B2）

I CQ =I EQ =（U BQ-U BE）/ R E= U EQ / R E

对于小信号放大器，一般取I CQ=0.1mA左右

U CEQ ≈V CC -I CQ（R C+R E）

为使三极管工作在放大区，一般应满足：硅管： U BE ≈ 0.7V V CC >U CEQ >1V 2．电压放大倍数

A V = -βR L ′/r be （注：ＲＬ′＝ＲＬ∥ＲＣ）

3．输入输出电阻

R i = R B1∥R B2∥r be r be = r bb ′+（1+β）26mV / I EQ mA R 0= r 0 ∥R C ≈ R C

五．实验内容及步骤

1. 线路连接

按图2.1 连接电路，把基极偏置电阻R P 调到最大值，避免工作电流过大。 2. 静态工作点设置

接通12V 直流电源，调节基极偏置电阻Rp ，使U EQ = 1.9V 。然后测试各工作点电压，填入表2-1。

3. 电压放大倍数测量

调节信号源，使之输出一个频率为

1KHz ，峰峰值为200mV 的正弦信号（用示波器测量）。然后将输入信号加到放大器U S 端，完成表2-2内容。

表中的U Spp 、U ipp 、U 0Lpp 分别用示波器测量，并观察其输出波形，电压放大倍数应该

在波形不失真的情况下测量。

4. 输出、输入电阻测量

放大器的输出电阻的大小反映了它带负载的能力，R 0

愈小则带负载的能力愈强。放大器输出电阻的测量方法如图2.2所示。负载电阻R L 的取值应接近放大器的输出电阻R 0，以减小测量误差。用示波器观察输出波形，在输出波形不失真的情况下测量其幅度。首先测量R L 未接入放大器时的输出电压U 0pp ，接入R L 后再测量放大器负载上的电压U 0Lpp ，完成表2—3内容。

R0=[（U0pp/U0Lpp）—1]R L

放大器的输入电阻反映了放大器本身消耗输入信号源功率的大小。采用串联电阻法测量放大器的输入电阻R i，即在信号源输出端与放大器的输入端之间串联一个已知的电阻R （一般选择R的值接近R i，以减小测量误差）。测试电路如图2.3所示。断开输入端1K电阻，用示波器观察在波形不失真的情况下测出U Spp 、U ipp的值，并填入表2-4中（U Spp同样取200mV）。

图2.3

R i= RU ipp/（U Spp - U ipp）

六．实验报告内容

1. 整理实验数据；

2.实验体会。

实验三差分放大电路

一．实验目的

1．加深对差分放大电路工作原理的理解； 2．学习差分放大电路静态工作点的调整方法； 3．掌握差分放大器参数的基本测试方法。二．实验仪器

1．RXDS-1B 模拟电子线路实验箱 2．SS-7802A 双踪示波器 3．DF2172B 交流毫伏表

4．EE1642B1函数信号发生器 5．SS1792F 直流稳压电源 6．数字万用表三．实验原理

图3.1是具有恒流源的差分放大器。T 1 、T 2为差分对管，T 3与R 1、R 2、R E 组成恒流源电路。调节R P2 可调整电路的对称性。四．实验内容及步骤

1．测量静态工作点

①按图3.1 连接好电路。 ②调零

将两个输入端b 1 、b 2短路并接地，接通直流电源，调节电位器R P2 ，用万用表直流

电压档测量，使双输出电压U 0为零，即U C1—U C2=0 。 ③测量静态工作点

图3.1

差分放大电路

用万用表测量T1、T2、T3各极对地电压填入表3-1中

2．测量共模特性

当调零后，再从输入端输入两个相同的信号电压（共模信号）时，如果电路参数完全对称，则共模电压增益A VC≈0 ，具有恒流源的差分放大器对共模信号具有很强的抑制能力。

KCMR = |A VD/A VC|

KCMR = 20lg |A VD/A VC| dB

A VC为共模放大倍数。将输入端b1b2短接，接到信号源。然后调节信号发生器使其产生幅度为1000mV，频率为1KHz 的正弦信号。用示波器观察输出(U C1pp)波形。记录数据填到表3-2。

3．测量差模特性

①双端输入差分放大电路

如图3.1所示，在差分放大器的输入端加入两差分信号，其频率为1KHz，峰峰值幅度分别为1000mV(共模输入)和100mV(差模输入)。测量输出电压U C1pp，并计算差模放大倍数(A VD)和共模抑制比，将测量数据及计算结果填入表3-2。

②单端输入差分放大电路

把图3.1中的b2接地，组成单端输入差分放大电路，从b1输入正弦交流信号

U iPP = 100mV，f = 1KHz。分别测量并记录单端及双端输出电压，填入表5-3，计算单端及双端差模放大倍数。

（注意：输入交流信号时，用示波器监视U C1pp，U C2pp的波形，若有失真现象时，可减小输入波形幅度，使U C1，U C2都不失真为止。）

4．测量传输特性

按图3.2接线，输入信号f=500Hz，U idpp=40mV，逐渐增大输入信号的幅度，

直到观测到图5.3为止。描绘出传输特性曲线。

图5.2

图5.3

五．实验报告

1.实测静态工作点与计算值相比较；

2.整理数据计算各种接法的A d，并与理论值相比较；

3.计算共模抑制比；

4.总结具有恒流源的差分放大器的性能和特点。

六．思考题

1．R p2有何作用？

2．用固定的电阻代替恒流电路，KCMR与恒流电路相比有何区别？

实验四负反馈放大器

一．实验目的

1．研究电压串联负反馈对放大器性能的影响； 2．掌握电压串联负反馈放大器性能的测试方法。

二．实验仪器

1．模电教改实验基板 2．SS-7802A 双踪示波器 3．EE1642B1函数信号发生器 4．SS1792F 直流稳压电源 5．数字万用表

三．实验原理

图4.1是一个带电压串联负反馈的两级放大电路。其中第一级电路为实验二已做电路，R f

（3K ）和C f （10uf ）为电压串联负反馈支路。

图4.1 负反馈对放大器

O f 10uF

如图4.2，把基本放大器看成是一个集成运放，用A 表示；由电阻R f 和R 1组成的分压器形成反馈网络，用F 表示。

1. 用瞬时极性法可以判断出该电路是负反馈；

2. 由于U f 与U i 在输入回路中串联在一起，所以该电路是串联负反馈电路；

3. 反馈电压与输出电压成比例，故是电压反馈电路。

4．令F V = U f / U 0 = R 1 / R 1+R f ,称为反馈系数,则易知本电路反馈系数F V = 100 / (100+3000)。

四．实验内容及步骤

1. 负反馈对放大倍数稳定性的影响

负反馈放大器的闭环电压放大倍数A Vf 与开环电压放大倍数A V 之间的关系为

A v f ≈ A V /（1+AvFv ）

当环境或者元件参数变化时，会引起放大器放大倍数的变化，可以用放大倍数的相对变化量来评价放大器放大倍数的稳定性，通过对上式中的A Vf 取导数，得

上式表明：电路引入负反馈后，A vf 的相对变化量减小为无反馈时1/（1+AvFv ）

① 按图4.1接线，注意区分基本放大器与负反馈放大器，基本放大器是指断开R f ，

如图4.3所示的电路。

2)1(1

)1()1(V V V V V V v v vf F A F A F A F A dA

dA +=

+-+=

)1(V V V

Vf F A dA dA +=

R L

图4.2

模拟电子技术实验指导书

图4.3 基本放大器

② 静态工作点的调整：

用万用表测T 1和T 2的发射极电压，通过调整R P1和R P2使U E1=2V ，U E2=1.8V 。 ③ 从U S 端接入一个正弦输入信号，调整信号源，使U Spp =60mV, f=1KHz ,然后在输出波

形不失真情况下测量负反馈放大器的放大倍数，填入表4—1 中；

④ 接着断开反馈回路，如图4.3所示，测量基本放大器的放大倍数填入表4—1中。表4—1

2. 电压串联负反馈对输入输出电阻的影响

凡属于电压串联负反馈电路，其输入电阻都增加，增加的程度与负反馈深度（1+ A V F V ）有关

R f ≈（1+A V F V ）R i

凡属于电压串联负反馈电路，其输出电阻都减小，减小的程度与负反馈深度（1+ A V F V ）有关

R f ≈R 0 /（1+A V F V ）

注意：测量输入输出电阻的方法和计算公式可参照实验二，测量过程中要使得波形不发生失真，完成表4—2和表4—3 。

(输入电阻测量信号建议取U spp =1000mV , f=1KHz ，且输入端的1K 电阻要断开，如图4.4所示)

(输出电阻测量信号建议取U spp =60mV , f=1KHz )

+12V

f 10uF

图4.4

表4—2

（注：表中所测电压都为峰峰值电压）

五．实验报告内容

1．整理实验数据。

2．从实验数据归纳电压串联负反馈对放大器性能的影响（从放大倍数、输入输出电阻方面考虑）。

3. 实验总结。

实验五互补对称功率放大器

一．实验目的

1．熟悉互补对称功率放大器的工作原理和特点； 2．掌握互补对称功率放大器的主要性能指标和测量方法；二．实验仪器

1．模电教改实验基板

2．SS-7802A 双踪示波器 3．EE1642B1函数信号发生器

4．SS1792F 可跟踪直流稳压电源 5．数字万用表

三．实验原理

图5.1是采用单电源供电的互补对称功率放大电路，图中T 1组成前置放大级，T 2 、T 3组成互补对称电路输出级。在输入信号U i =0时，一般只要调节R 1 、 R P 为适当的值，就可使I C1 U B2 和U B3达到所需要大小，给T 2和T 3提供一个合适的偏置，从而使M 点电位U M =V CC /2。

当U i 有信号输入时，在信号的负半周，T 2导通，有电流流过负载R L ，同时向C 2

充电；在信号的正半周，T 3导通，则已充电的电容C 2起着负电源的作用，通过负载R L 放电。

静态时，通常M 点电位U M =V CC /2，为了提高电路工作点的稳定性能，将M 点通过电

图5.1 互补对称功率放大器

Ω水泥