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低频功率放大器
OTL功率放大器………………………………………………………56
实验十七:
集成功率放大器………………………………………………………59
实验十八:
直流稳压电源
集成稳压器………………………………………………………………63
实验十九:
晶闸管可控整流电路…………………………………………………67
附录Ⅰ:
示波器原理及使用………………………………………………………70
附录Ⅱ:
用万用电表对常用电子元器件检测……………………………………………………………89
附录Ⅲ:
电阻器的标称值及精度色环标志法……………………………………………………………92
附录Ⅳ:
放大器干扰、噪声抑制和自激振荡的消除……………………………………………………93
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、使用仪器和学习机前必须了解其性能、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、低频电路实验注意:
(1)将实验板插入主机插座后,对照实验电路图,连接线路,经实验指导教师查看后,然后再打开电源,开始实验.
(2)由于低频电路线路较多,连接时十分细心。
接地点必须接触良好。
以减少干扰。
(3)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。
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。
常用电子仪器的使用
一、实验目的
1、学习电子电路实验中常用的电子仪器——示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表、频率计等的主要技术指标、性能及正确使用方法。
2、初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。
二、实验原理
在模拟电子电路实验中,经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表及频率计等。
它们和万用电表一起,可以完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试。
实验中要对各种电子仪器进行综合使用,可按照信号流向,以连线简捷,调节顺手,观察与读数方便等原则进行合理布局,各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图1-1所示。
接线时应注意,为防止外界干扰,各仪器的共公接地端应连接在一起,称共地。
信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线,示波器接线使用专用电缆线,直流电源的接线用普通导线。
图1-1模拟电子电路中常用电子仪器布局图
1、示波器
示波器是一种用途很广的电子测量仪器,它既能直接显示电信号的波形,又能对电信号进行各种参数的测量。
现着重指出下列几点:
(1)寻找扫描光迹
将示波器Y轴显示方式置“Y1”或“Y2”,输入耦合方式置“GND”,开机预热后,若在显示屏上不出现光点和扫描基线,可按下列操作去找到扫描线:
1)适当调节亮度旋钮
2)触发方式开关置“自动”
3)适当调节垂直(
)、水平(
)“位移”旋钮,使扫描光迹位于屏幕中央。
(若示波器设有“寻迹”按键,可按下“寻迹”按键,判断光迹偏移基线的方向。
)
(2)双踪示波器一般有五种显示方式,即“Y1”、“Y2”、“Y1+Y2”三种单踪显示方式和“交替”“断续”二种双踪显示方式。
“交替”显示一般适宜于输入信号频率较高时使用。
“断续”显示一般适宜于输入信号频率较低时使用。
(3)为了显示稳定的被测信号波形,“触发源选择”开关一般选为“内”触发,使扫描触发信号取自示波器内部的Y通道。
(4)触发方式开关通常先置于“自动”调出波形后,若被显示的波形不稳定,可置触发方式开关于“常态”,通过调节“触发电平”旋钮找到合适的触发电压,使被测试的波形稳定地显示在示波器屏幕上。
有时,由于选择了较慢的扫描速率,显示屏上将会出现闪烁的光迹,但被测信号的波形不在X轴方向左右移动,这样的现象仍属于稳定显示。
(5)适当调节“扫描速率”开关及“Y轴灵敏度”开关使屏幕上显示一~二个周期的被测信号波形。
在测量幅值时,应注意将“Y轴灵敏度微调”旋钮置于“校准”位置,即顺时针旋到底,且听到关的声音。
在测量周期时,应注意将“X轴扫速微调”旋钮置于“校准”位置,即顺时针旋到底,且听到关的声音。
还要注意“扩展”旋钮的位置。
根据被测波形在屏幕坐标刻度上垂直方向所占的格数(div或cm)与“Y轴灵敏度”开关指示值(v/div)的乘积,即可算得信号幅值的实测值。
根据被测信号波形一个周期在屏幕坐标刻度水平方向所占的格数(div或cm)与“扫速”开关指示值(t/div)的乘积,即可算得信号频率的实测值。
2、函数信号发生器
函数信号发生器按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。
输出电压最大可达20VP-P。
通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮,可使输出电压在毫伏级到伏级范围内连续调节。
函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节。
函数信号发生器作为信号源,它的输出端不允许短路。
3、交流毫伏表
交流毫伏表只能在其工作频率范围之内,用来测量正弦交流电压的有效值。
为了防止过载而损坏,测量前一般先把量程开关置于量程较大位置上,然后在测量中逐档减小量程。
三、实验设备与器件
函数信号发生器双踪示波器交流毫伏表
四、实验内容
1、用机内校正信号对示波器进行自检
(1)扫描基线调节
将示波器的显示方式开关置于“单踪”显示(Y1或Y2),输入耦合方式开关置“GND”,触发方式开关置于“自动”。
开启电源开关后,调节“辉度”、“聚焦”、“辅助聚焦”等旋钮,使荧光屏上显示一条细而且亮度适中的扫描基线。
然后调节“X轴位移”(
)和“Y轴位移”(
)旋钮,使扫描线位于屏幕中央,并且能上下左右移动自如。
(2)测试“校正信号”波形的幅度、频率
将示波器的“校正信号”通过专用电缆线引入选定的Y通道(Y1或Y2),将Y轴输入耦合方式开关置于“AC”或“DC”,触发源选择开关置“内”,内触发源选择开关置“Y1”或“Y2”。
调节X轴“扫描速率”开关(t/div)和Y轴“输入灵敏度”开关(V/div),使示波器显示屏上显示出一个或数个周期稳定的方波波形。
2、用示波器和交流毫伏表测量方波信号参数
调节函数信号发生器有关旋钮,使输出频率为1KHz,有效值均为1V(交流毫伏表测量值)的方波信号。
将“y轴灵敏度”开关置适当位置,读取校正信号幅度,记入表1-1。
表1-1
测量项目
标准值
实测值
幅度/Up-p(V)
频率/f(KHz)
上升沿时间/μS
下降沿时间/μS
(注:
不同型号示波器标准值有所不同,请按所使用示波器将标准值填入表格中。
)
3、用示波器和交流毫伏表测量正弦波信号参数
调节函数信号发生器有关旋钮,使输出频率分别为100Hz、1KHz、10KHz、100KHz,有效值均为1V(交流毫伏表测量值)的正弦波信号。
测量信号源输出电压频率及峰峰值,记入表1-2。
表1-2
信号电压
频率
示波器测量值
毫伏表读数/V
周期/ms
频率/Hz
峰峰值/V
有效值/V
100Hz
1KHz
10KHz
100KHz
4、测量两波形间相位差
(1)观察双踪显示波形“交替”与“断续”两种显示方式的特点
Y1、Y2均不加输入信号,输入耦合方式置“GND”,扫速开关置扫速较低挡位(如0.5s/div挡)和扫速较高挡位(如5μS/div挡),把显示方式开关分别置“交替”和“断续”位置,观察两条扫描基线的显示特点,记录之。
(2)用双踪显示测量两波形间相位差
1)按图1-2连接实验电路,将函数信号发生器的输出电压调至频率为1KHz,幅值为2V的正弦波,经RC移相网络获得频率相同但相位不同的两路信号ui和uR,分别加到双踪示波器的Y1和Y2输入端。
为便于稳定波形,比较两波形相位差,应使内触发信号取自被设定作为测量基准的一路信号。
图1-2两波形间相位差测量电路
2)把显示方式开关置“交替”挡位,将Y1和Y2输入耦合方式开关置“⊥”挡位,调节Y1、Y2的( )移位旋钮,使两条扫描基线重合。
3)将Y1、Y2输入耦合方式开关置“AC”挡位,调节触发电平、扫速开关及Y1、Y2灵敏度开关位置,使在荧屏上显示出易于观察的两个相位不同的正弦波形ui及uR,如图1-3所示。
根据两波形在水平方向差距X,及信号周期XT,则可求得两波形相位差。
图1-3双踪示波器显示两相位不同的正弦波
式中:
XT——一周期所占格数
X——两波形在X轴方向差距格数
记录两波形相位差于表1-3。
表1-3
一周期格数
两波形
X轴差距格数
相位差
实测值
计算值
XT=
X=
θ=
为数读和计算方便,可适当调节扫速开关及微调旋钮,使波形一周期占整数格。
五、实验总结
1、整理实验数据,并进行分析。
2、问题讨论
(1)如何操纵示波器有关旋钮,以便从示波器显示屏上观察到稳定、清晰的波形?
(2)用双踪显示波形,并要求比较相位时,为在显示屏上得到稳定波形,应怎样选择下列开关的位置?
1)显示方式选择(Y1;
Y2;
Y1+Y2;
交替;
断续)
2)触发方式(常态;
自动)
3)触发源选择(内;
外)
4)内触发源选择(Y1、Y2、交替)
3、函数信号发生器有哪几种输出波形?
它的输出端能否短接,如用屏蔽线作为输出引线,则屏蔽层一端应该接在哪个接线柱上?
4、交流毫伏表是用来测量正弦波电压还是非正弦波电压?
它的表头指示值是被测信号的什么数值?
它是否可以用来测量直流电压的大小?
六、预习要求
1、阅读实验附录中有关示波器部分内容。
2、已知C=0.01μf、R=10K,计算图1-2RC移相网络的阻抗角θ。
晶体管共射极单管放大器
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模拟电路实验设备的使用。
图2-1为电阻分压式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u0,从而实现了电压放大。
图2-1共射极单管放大器实验电路
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T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
UCE=UCC-IC(RC+RE)
电压放大倍数
输入电阻 Ri=RB1//RB2//rbe
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。
一般实验中,为了避免断开集电极,所以采用测量电压UE或UC,然后算出IC的方法,例如,只要测出UE,即可用
算出IC(也可根据
,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
放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流IC(或UCE)的调整与测试。
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输入电压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)
图2-2静态工作点对uO波形失真的影响
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置电阻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。
图2-3电路参数对静态工作点的影响
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,如输入信号幅度很小,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
放大器动态指标包括电压放大倍数、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
(2)输入电阻Ri的测量
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
图2-4输入、输出电阻测量电路
测量时应注意下列几点:
1)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,然后按UR=US-Ui求出UR值。
2)电阻R的值不宜取得过大或过小,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=1~2KΩ。
(3)输出电阻R0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
即可求出
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。
(4)最大不失真输出电压UOPP的测量(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RW(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(如图2-5)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
。
或用示波器直接读出UOPP来。
图2-5静态工作点正常,输入信号太大引起的失真
(5)放大器幅频特性的测量
放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数AU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2-6所示,Aum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
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AU。
为此,可采用前述测AU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,且输出波形不得失真。
(6)干扰和自激振荡的消除
参考实验附录
3DG9011(NPN)
3CG9012(PNP)
9013(NPN)
图2-6幅频特性曲线图2-7晶体三极管管脚排列
1、+12V直流电源 2、函数信号发生器
3、双踪示波器 4、交流毫伏表
5、直流电压表6、直流毫安表
7、频率计 8、万用电表
9、晶体三极管3DG6×
1(β=50~100)或9011×
1(管脚排列如图2-7所示)电阻器、电容器若干
实验电路如图2-1所示。
各电子仪器可按实验一中图1-1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、调试静态工作点
接通直流电源前,先将RW调至最大,函数信号发生器输出旋钮旋至零。
接通+12V电源、调节RW,使IC=2.0mA(即UE=2.0V),用直流电压表测量,记入表2-1。
表2-1IC=2mA
测量值
UB(V)
UE(V)
UC(V)
RB2(KΩ)
注:
断电时测量RB2的值。
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,调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压Ui
10mV,同时用示波器观察放大器输出电压uO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,并用双踪示波器观察uO和ui的相位关系,记入表2-2。
表2-2Ic=2.0mAUi=10mV
RC(KΩ)
RL(KΩ)
Uo(V)
AV
观察记录一组uO和u1波形
2.4
∞
1.2
3、观察静态工作点对输出波形失真的影响
置RC=2.4KΩ,RL=2.4KΩ,ui=0,调节RW使IC=2.0mA,测出UCE值,再逐步加大输入信号,使输出电压u0足够大但不失真。
然后保持输入信号不变,分别增大和减小RW,使波形出现失真,绘出u0的波形,并测出失真情况下的IC和UCE值,记入表2-3中。
每次测IC和UCE值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。
表2-3RC=2.4KΩRL=∞Ui=0mV
IC(mA)
UCE(V)
u0波形
失真情况
管子工作状态
*4、测量最大不失真输出电压
置RC=2.4KΩ,RL=2.4KΩ,按照实验原理2.4中所述方法,同时调节输入信号的幅度和电位器RW,用示波器和交流毫伏表测量UOPP及UO值,记入表2-4。
表2-4RC=2.4KRL=2.4K
Uim(mV)
Uom(V)
UOPP(V)
*5、测量输入电阻和输出电阻
置RC=2.4KΩ,RL=2.4KΩ,IC=2.0mA。
输入f=1KHz的正弦信号,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2-5;
保持US不变,断开RL,测量输出电压Uo,记入表2-5。
表2-5 Ic=2mARc=2.4KΩRL=2.4KΩ
US
(mv)
Ui
Ri(KΩ)
UL(V)
UO(V)
R0(KΩ)
计算值
*6、测量幅频特性曲线
取IC=2.0mA,RC=2.4KΩ,RL=2.4KΩ。
保持输入信号ui的幅度不变,改变信号源频率f,逐点测出相应的输出电压UO,记入表2-6。
表2-6Ui=mV
fl
fo
fn
f/KHz
UO/V
AV=UO/Ui
为了信号源频率f取值合适,可先粗测一下,找出中频范围,然后再仔细读数。
说明:
本实验内容较多,其中带*号可作为选作内容。
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。
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β=100,RB1=20KΩ,RB2=60KΩ,RC=2.4KΩ,RL=2.4KΩ。
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、阅读实验附录中
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