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静态工作点具体调整步骤如下:
根据示波器上观察到的现象,做出不同的调整动作,反复进行,使示波器所显示的输出波形达到最大不失真。
(2)
撤掉信号发生器,使输入信号电压Vi?
0,用万用表测量三极管的三个极分别对地的电压,VE,VB,VC,VCEQ,ICQ,根据IEQ?
ICQ?
IEQ.将测量值记录于下表,并与估算值进行比较。
VEQRE
算出
2.电压放大倍数的测量
(1)输入信号为1kHz、幅度为10mV的正弦信号,输出端开路时,示波器分别测出Vi,Vo的大小,然后算出电压放大倍数。
数据如下:
Vi=-727.023mVVo=9.907mVA1=
Vi
=-72.81VO
(2)输出端接入2k的负载电阻Rl,保持输出电压Vi不变,测出此时的输出电压
Vo,并算出此时的电压放大倍数,分析负载对放大电路的影响。
Vi=-385.414mVVo=9.977mVAv=
(3)
=-38.3VO
用示波器双踪观察Vo和Vi的波形,比较相位关系。
相位互差180度
3、输入电阻和输出电阻的测量
(1)用示波器分别测出电阻两端的电压VS和Vi,便可算出放大电路的输入电阻
Ri的大小,如图所示
:
图
(1)负载开路时的电路图
(2)接入负载时的电路
(2)根据测得的负载开路时的输出电压VO'
,和接入2K?
负载时的输出电压VO,便可算出放大电路的输出电阻RO。
放大电路动态指标测试、计算结果如下:
rbe=200+(1+β)26/3.61=639Ω4、测量最大不失真输出电压
调节信号发生器输入电压Vi的大小,直到输出波形刚要出现失真瞬间即停止增大Vi,这时示波器所显示的正弦电压Vom,即为放大电路最大不失真输出电压,记下此时输出电压的大小。
不断加大输入电压,发现出现饱和失真,在临界条件下
测得Vom=-1.638V
三、实验分析
静态工作点的理论估算值和实际测量值之间的误差原因:
1)近似认为ICQ=IEQ,使得VCEQ偏小,IC偏大;
2)近似计算三极管的体电阻为特定值,此特定值偏大;
3)忽略三极管的极间电阻和极间电容;
4)选用的元件有一定的精度差别,使得结果略有偏差。
实验二:
多级负反馈放大器的研究
一、实验目的
(1)掌握用仿真软件研究多级负反馈放大电路。
(2)学习集成运算放大器的应用,掌握多级集成运放电路的工作特点。
(3)研究负反馈对放大器性能的影响,掌握负反馈放大器性能指标的测试方法。
1.测试开环和闭环的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、反馈网络的电压反馈系数和通频带;
2.比较电压放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带在开环和闭环时的差别;
3.观察负反馈对非线性失真的改善。
1.实验原理及电路
在电子电路中,将输出量(输出电压或输出电流)的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路,用来影响其输入量(放大电路的输入电压或输入电流)的措施称为反馈。
若反馈的结果使净输入量减小,则称之为负反馈;
反之,称之为正反馈。
若反馈存在于直流通路,则称为直流反馈;
若反馈存在于交流通路,则称为交流反馈。
交流负反馈有四种组态:
电压串联负反馈;
电压并联负反馈;
电流串联负反馈;
电流并联负反馈。
若反馈量取自输出电压,则称之为电压反馈;
若反馈量取自输出电流,则称之为电流反馈。
输入量、反馈量和净输入量以电压形式相叠加,称为串联反馈;
以电流形式相叠加,称为并联反馈。
在分析反馈放大电路时,“有无反馈”决定于输出回路和输入回路是否存在反馈支路。
“直流反馈或交流反馈”决定于反馈支路存在于直流通路还是交流通路;
“正负反馈”的判断可采用瞬时极性法,反馈的结果使净输入量减小的为负反馈,使净输入量增大的为正反馈;
“电压反馈或电流反馈”的判断可以看反馈
支路与输出支路是否有直接接点,如果反馈支路与输出支路有直接接点则为电压反馈,否则为电流反馈;
“串联反馈或并联反馈”的判断可以看反馈支路与输入支路是否有直接接点,如果反馈支路与输入支路有直接接点则为并联反馈,否则为串联反馈。
引入交流负反馈后,可以改善放大电路多方面的性能:
提高放大倍数的稳定性、改变输入电阻和输出电阻、展宽通频带、减小非线性失真等。
实验电路如图1所示,该放大电路由两级运放构成的反相比例器组成,在末级的输出端引入了反馈网路Cf、Rf2和Rf1,构成了交流电压串联负反馈电路。
图1:
多级集成运放负反馈放大电路
2.放大器的基本参数:
1)开环参数
将反馈之路的A点与P点断开、与B点相连,便可得到开环时的放大电路。
由此可得出,开环时的放大电路的电压放大倍数AV、输入电阻Ri、输出电阻Ro、反馈网路的电压反馈系数Fv和通频带BW,即:
AV?
RI?
VOViViR1
Vi?
VN
VO'
VO?
1)RLRO?
(
FV?
VF
VO
BW?
fH?
fL
式中:
VN为N点对地的交流电压;
Vo’为负载RL开路时的输出电压;
Vf为B点对地的交流电压;
fH和fL分别为放大器的上、下限频率,其定义为放大器的放大倍数下降为中频放大倍数的时的频率值,即
AV
jfH?
?
jfL?
AVI?
0.707AVI?
2)闭环参数
多级负反馈放大电路的闭环电压放大倍数AVf、输入电阻Rif、输出电阻Rof和通频带BWf的理论值,即
Rif?
Ri(1?
AVFV)?
'
RoV?
Rof?
(其中:
o)?
1?
AvFVVi?
fHf?
fH(1?
BWf?
fLf(其中:
)?
fL?
f?
Lf1?
AFVV?
AVf?
AV1?
AVFV
测量放大电路的闭环特性时,应将反馈电路的A点与B点断开、与P点相连,以构成反馈网络。
此时需要适当增大输入信号电压Vi,使输出电压Vo(接入负载RL时的测量值)达到开环时的测量值,然后分别测出Vi、VN、Vf、BWf和Vo’(负载RL开路时的测量值)的大小,并由此得到负反馈放大电路闭环特性的实际测量值为
上述所得结果应与开环测试时所计算的理论值近似相等,否则应找出原因后重新测量。
在进行上述测试时,应保证各点信号波形与输入信号为同频率且不失真的正弦波,否则应找出原因,排除故障后再进行测量。
?
ViR1Rif?
VN?
Vo'
RL?
Vo?
Vf?
fLf?
Avf?
VoVi
三.实验内容
(1)根据电路画出实验仿真电路图。
电路图如图2所示。
其中,得到的波特图绘制仪的命令为“SimulateInstrumentBodePlotter”。
图2:
1)将信号发生器输出调为1kHz、20mV(峰峰值)正弦波,然后接入放大器的输入端到网络的波特图,如图3所示。
图3:
多级集成运放网络函数发生器设置及开环波特图
2)保持输入信号不变,用示波器观察输入和输出的波形。
如图4所示。
图4:
输入信号和输出信号的波形(其中,A为输入,B为输出)
3)接入负载RL,用示波器分别测出Vi、VN、Vf、Vo,记入表1中。
见表1。
4)将负载RL开路,保持输入电压Vi的大小不变,用示波器测出输出电压Vo’记入表1中。
5)从波特图上读出放大器的上限频率fH与下限频率fL记入表1中。
1)将信号发生器输入调为1kHz、20mV(峰峰值)正弦波,然后接入放大器的输入端,得到网络的波特图。
如图5
图5:
多级集成运放网络闭环波特图
2)接入负载RL,逐渐增大输入信号Vi,使输入电压Vo达到开环时的测量值,见图6。
然后用示波器分别测出Vi、VN和Vf的值,记入表格。
图6:
闭环时调节Vi,使输出电压与开环输出电压相同
3)将负载RL开路,保持输入电压Vi的大小不变,用示波器分别测出Vo’的值,记入表中。
4)闭环式放大器的频率特性测试同开环时的测试,即重复开环测试(5)步。
5)有上述结果并根据公式计算出闭环时的Avf、Rif、Rof和Fv的实际值,记入表中。
见表
1
6)由波特图测出上下限频率,计算通频带BW。
由表1可得,开环通频带BW=41.25KHZ,闭环通频带理论值BWF=122.86KHZ,闭环通频带实际测量BW=151.18KHZ。
表1:
负反馈放大电路仿真测试数据
四、实验数据分析
1)计算通频带。
解:
开环时BW=闭环时BW=
fL=41.25kHzfH?
fL=151.18kHz
2)比较电压放大倍数AV、输入电阻Ri、输出电阻Ro和通频带BW在开环闭环时的差别,得到相应结论。
答:
由表1可得,开环电压放大倍数大于闭环电压放大倍数,开环输入电阻小于闭环输入电阻,开环输出电阻大于闭环输出电阻,开环通频带BW小于闭环通频带BW。
实验三、功率放大器
熟悉集成功率放大器的工作原理,掌握测试集成功率放大器性能指标的方法,体会功率放大器的作用。
(1)在放大器的输出端,电压、电流和功率三者都是相互伴随而同时存在的,以提供负载足够大的的功率为主要目标的放大器,称为功率放大器,简称“功放”。
其作用就是把信号进行功率放大,提供不失真的一定功率的信号,当负载一定时,要求功率放大器输出功率尽可能大,输出非线性失真尽可能小。
其应用十分广泛,如驱动扬声器、电机、计算机显示器和电视机扫描偏转线圈等,都是功率放大器的应用实例。
(2)功率放大器的基本参数有:
1)直流电源供给功率PE。
直流电源供给功率,是指在功率放大器中直流电源实际输出的功率。
在实际应用中,直流电源的输出电流I随着输入信号的幅度而变化。
因此,通常可以在放大器的输入端施加一稳定幅值的信号测量。
PE=VCC×
I
2)最大不失真输出功率Pom。
最大不失真输出功率,是指在加大输入信号,直至输出电压波形临界失真时的输出功率。
Pom=
3)电路的最大效率η
Pom
η=
E
4)功率放大器的增益AV
Vo
AV=20lgdB
i
5)功率放大器的带宽。
对于一般的交流放大电路,输出幅值随输入信号频率的的变化称为幅频特性。
在一个较宽的频率范围内,幅频特性曲线是平坦的,即若放
V2omRL
(Vom为有效值)
大器的输入电压幅值不变,在此范围内输出电压值不随输入信号的频率而变化。
保持输入信号幅值不变,降低输入信号的频率,当输出电压降至曲线平坦部分电压值的0.707倍时的输入信号的频率称为下限频率,记为fL。
保持输入信号的幅值不变,升高输入信号的频率,当输出电压下降至曲线平坦部分电压值的0.707倍时的输入信号频率称为上限频率,记为fH。
fL和fH之间的频率范围,称为放大器的通频带或带宽BW。
BW=fH?
三、实验内容
实验室操作部分
1.如图所示接好实验电路:
2.测试输入信号及输出波形
3.在输入端加1kHz,峰峰值是20mV的正弦波信号,调节滑动变阻器,逐渐加大输入电压的幅值,直至用示波器观察到Vo的波形为临界失真
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