模擬電子實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

實(shí)驗(yàn)一常用電子儀器的使用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)電子電路實(shí)驗(yàn)中常用的電子儀器——示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、交流毫伏表、頻率計(jì)等的主要技術(shù)指標(biāo)、性能及正確使用方法。2、初步掌握用雙蹤示波器觀察正弦信號(hào)波形和讀取波形參數(shù)的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理在模擬電子電路實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常使用的電子儀器有示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、交流毫伏表及頻率計(jì)等。它們和萬用電表一起，可以完成對(duì)模擬電子電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作情況的測(cè)試。實(shí)驗(yàn)中要對(duì)各種電子儀器進(jìn)行綜合使用，可按照信號(hào)流向，以連線簡(jiǎn)捷，調(diào)節(jié)順手，觀察與讀數(shù)方便等原則進(jìn)行合理布局，各儀器與被測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置之間的布局與連接如圖1－1所示。接線時(shí)應(yīng)注意，為防止外界干擾，各儀器的共公接地端應(yīng)連接在一起，稱共地。信號(hào)源和交流毫伏表的引線通常用屏蔽線或?qū)Ｓ秒娎|線，示波器接線使用專用電纜線，直流電源的接線用普通導(dǎo)線。圖1－1模擬電子電路中常用電子儀器布局圖示波器示波器是一種用途很廣的電子測(cè)量?jī)x器，它既能直接顯示電信號(hào)的波形，又能對(duì)電信號(hào)進(jìn)行各種參數(shù)的測(cè)量?，F(xiàn)著重指出下列幾點(diǎn)：1）、尋找掃描光跡將示波器Y軸顯示方式置“Y1”或“Y2”，輸入耦合方式置“GND”，開機(jī)預(yù)熱后，若在顯示屏上不出現(xiàn)光點(diǎn)和掃描基線，可按下列操作去找到掃描線：①適當(dāng)調(diào)節(jié)亮度旋鈕。②觸發(fā)方式開關(guān)置“自動(dòng)”。③適當(dāng)調(diào)節(jié)垂直（）、水平（）“位移”旋鈕，使掃描光跡位于屏幕中央。（若示波器設(shè)有“尋跡”按鍵，可按下“尋跡”按鍵，判斷光跡偏移基線的方向。）2）、雙蹤示波器一般有五種顯示方式，即“Y1”、“Y2”、“Y1＋Y2”三種單蹤顯示方式和“交替”“斷續(xù)”二種雙蹤顯示方式?！敖惶妗憋@示一般適宜于輸入信號(hào)頻率較高時(shí)使用?！皵嗬m(xù)”顯示一般適宜于輸入信號(hào)頻率較底時(shí)使用。3）、為了顯示穩(wěn)定的被測(cè)信號(hào)波形，“觸發(fā)源選擇”開關(guān)一般選為“內(nèi)”觸發(fā)，使掃描觸發(fā)信號(hào)取自示波器內(nèi)部的Y通道。4）、觸發(fā)方式開關(guān)通常先置于“自動(dòng)”調(diào)出波形后，若被顯示的波形不穩(wěn)定，可置觸發(fā)方式開關(guān)于“常態(tài)”，通過調(diào)節(jié)“觸發(fā)電平”旋鈕找到合適的觸發(fā)電壓，使被測(cè)試的波形穩(wěn)定地顯示在示波器屏幕上。有時(shí)，由于選擇了較慢的掃描速率，顯示屏上將會(huì)出現(xiàn)閃爍的光跡，但被測(cè)信號(hào)的波形不在X軸方向左右移動(dòng)，這樣的現(xiàn)象仍屬于穩(wěn)定顯示。5）、適當(dāng)調(diào)節(jié)“掃描速率”開關(guān)及“Y軸靈敏度”開關(guān)使屏幕上顯示一～二個(gè)周期的被測(cè)信號(hào)波形。在測(cè)量幅值時(shí)，應(yīng)注意將“Y軸靈敏度微調(diào)”旋鈕置于“校準(zhǔn)”位置，即順時(shí)針旋到底，且聽到關(guān)的聲音。在測(cè)量周期時(shí)，應(yīng)注意將“X軸掃速微調(diào)”旋鈕置于“校準(zhǔn)”位置，即順時(shí)針旋到底，且聽到關(guān)的聲音。還要注意“擴(kuò)展”旋鈕的位置。根據(jù)被測(cè)波形在屏幕坐標(biāo)刻度上垂直方向所占的格數(shù)（div或cm）與“Y軸靈敏度”開關(guān)指示值（v/div）的乘積，即可算得信號(hào)幅值的實(shí)測(cè)值。根據(jù)被測(cè)信號(hào)波形一個(gè)周期在屏幕坐標(biāo)刻度水平方向所占的格數(shù)（div或cm）與“掃速”開關(guān)指示值（t/div）的乘積，即可算得信號(hào)頻率的實(shí)測(cè)值。2、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器函數(shù)信號(hào)發(fā)生器按需要輸出正弦波、方波、三角波三種信號(hào)波形。輸出電壓最大可達(dá)20VP－P。通過輸出衰減開關(guān)和輸出幅度調(diào)節(jié)旋鈕，可使輸出電壓在毫伏級(jí)到伏級(jí)范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)頻率可以通過頻率分檔開關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器作為信號(hào)源，它的輸出端不允許短路。交流毫伏表交流毫伏表只能在其工作頻率范圍之內(nèi)，用來測(cè)量正弦交流電壓的有效值。為了防止過載而損壞，測(cè)量前一般先把量程開關(guān)置于量程較大位置上，然后在測(cè)量中逐檔減小量程。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件1、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器2、雙蹤示波器3、交流毫伏表四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、用機(jī)內(nèi)校正信號(hào)對(duì)示波器進(jìn)行自檢。1)掃描基線調(diào)節(jié)將示波器的顯示方式開關(guān)置于“單蹤”顯示（Y1或Y2），輸入耦合方式開關(guān)置“GND”，觸發(fā)方式開關(guān)置于“自動(dòng)”。開啟電源開關(guān)后，調(diào)節(jié)“輝度”、“聚焦”、“輔助聚焦”等旋鈕，使熒光屏上顯示一條細(xì)而且亮度適中的掃描基線。然后調(diào)節(jié)“X軸位移”（）和“Y軸位移”()旋鈕，使掃描線位于屏幕中央，并且能上下左右移動(dòng)自如。2）測(cè)試“校正信號(hào)”波形的幅度、頻率將示波器的“校正信號(hào)”通過專用電纜線引入選定的Y通道（Y1或Y2），將Y軸輸入耦合方式開關(guān)置于“AC”或“DC”，觸發(fā)源選擇開關(guān)置“內(nèi)”，內(nèi)觸發(fā)源選擇開關(guān)置“Y1”或“Y2”。調(diào)節(jié)X軸“掃描速率”開關(guān)（t/div）和Y軸“輸入靈敏度”開關(guān)（V/div），使示波器顯示屏上顯示出一個(gè)或數(shù)個(gè)周期穩(wěn)定的方波波形。a.校準(zhǔn)“校正信號(hào)”幅度將“y軸靈敏度微調(diào)”旋鈕置“校準(zhǔn)”位置，“y軸靈敏度”開關(guān)置適當(dāng)位置，讀取校正信號(hào)幅度，記入表1－1。表1－1標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)測(cè)值幅度Up-p(V)頻率f(KHz)上升沿時(shí)間μS下降沿時(shí)間μS注：不同型號(hào)示波器標(biāo)準(zhǔn)值有所不同，請(qǐng)按所使用示波器將標(biāo)準(zhǔn)值填入表格中。b.校準(zhǔn)“校正信號(hào)”頻率將“掃速微調(diào)”旋鈕置“校準(zhǔn)”位置，“掃速”開關(guān)置適當(dāng)位置，讀取校正信號(hào)周期，記入表1－1。c．測(cè)量“校正信號(hào)”的上升時(shí)間和下降時(shí)間調(diào)節(jié)“y軸靈敏度”開關(guān)及微調(diào)旋鈕，并移動(dòng)波形，使方波波形在垂直方向上正好占據(jù)中心軸上，且上、下對(duì)稱，便于閱讀。通過掃速開關(guān)逐級(jí)提高掃描速度，使波形在X軸方向擴(kuò)展（必要時(shí)可以利用“掃速擴(kuò)展”開關(guān)將波形再擴(kuò)展10倍），并同時(shí)調(diào)節(jié)觸發(fā)電平旋鈕，從顯示屏上清楚的讀出上升時(shí)間和下降時(shí)間，記入表1－1。2、用示波器和交流毫伏表測(cè)量信號(hào)參數(shù)調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器有關(guān)旋鈕，使輸出頻率分別為100Hz、1KHz、10KHz、100KHz，有效值均為1V（交流毫伏表測(cè)量值）的正弦波信號(hào)。改變示波器“掃速”開關(guān)及“Y軸靈敏度”開關(guān)等位置，測(cè)量信號(hào)源輸出電壓頻率及峰峰值，記入表1－2。表1－2信號(hào)電壓頻率示波器測(cè)量值示波器測(cè)量值周期（ms）頻率（Hz）峰峰值（V）有效值（V）100Hz1KHz10KHz100KHz五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析。2、問題討論1）如何操縱示波器有關(guān)旋鈕，以便從示波器顯示屏上觀察到穩(wěn)定、清晰的波形？2)用雙蹤顯示波形，并要求比較相位時(shí)，為在顯示屏上得到穩(wěn)定波形，應(yīng)怎樣選擇下列開關(guān)的位置？a)顯示方式選擇（Y1；Y2；Y1＋Y2；交替；斷續(xù)）b)觸發(fā)方式（常態(tài)；自動(dòng)）c)觸發(fā)源選擇（內(nèi)；外）內(nèi)觸發(fā)源選擇（Y1、Y2、交替）3、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器有哪幾種輸出波形？它的輸出端能否短接，如用屏蔽線作為輸出引線，則屏蔽層一端應(yīng)該接在哪個(gè)接線柱上?4、交流毫伏表是用來測(cè)量正弦波電壓還是非正弦波電壓？它的表頭指示值是被測(cè)信號(hào)的什么數(shù)值？它是否可以用來測(cè)量直流電壓的大??？實(shí)驗(yàn)二晶體管共射極單管放大器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)會(huì)放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試方法，分析靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器性能的影響。2、掌握放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測(cè)試方法。3、熟悉常用電子儀器及模擬電路實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用。二、實(shí)驗(yàn)原理圖2－1為電阻分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定單管放大器實(shí)驗(yàn)電路圖。它的偏置電路采用RB1和RB2組成的分壓電路，并在發(fā)射極中接有電阻RE，以穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。當(dāng)在放大器的輸入端加入輸入信號(hào)ui后，在放大器的輸出端便可得到一個(gè)與ui相位相反，幅值被放大了的輸出信號(hào)u0，從而實(shí)現(xiàn)了電壓放大。圖2－1共射極單管放大器實(shí)驗(yàn)電路在圖2－1電路中，當(dāng)流過偏置電阻RB1和RB2的電流遠(yuǎn)大于晶體管T的基極電流IB時(shí)（一般5～10倍），則它的靜態(tài)工作點(diǎn)可用下式估算UCE＝UCC－IC（RC＋RE）電壓放大倍數(shù)輸入電阻Ri＝RB1RB2rbe輸出電阻RO≈RC由于電子器件性能的分散性比較大，因此在設(shè)計(jì)和制作晶體管放大電路時(shí)，離不開測(cè)量和調(diào)試技術(shù)。在設(shè)計(jì)前應(yīng)測(cè)量所用元器件的參數(shù)，為電路設(shè)計(jì)提供必要的依據(jù)，在完成設(shè)計(jì)和裝配以后，還必須測(cè)量和調(diào)試放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)和各項(xiàng)性能指標(biāo)。一個(gè)優(yōu)質(zhì)放大器，必定是理論設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)調(diào)整相結(jié)合的產(chǎn)物。因此，除了學(xué)習(xí)放大器的理論知識(shí)和設(shè)計(jì)方法外，還必須掌握必要的測(cè)量和調(diào)試技術(shù)。放大器的測(cè)量和調(diào)試一般包括：放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)試，消除干擾與自激振蕩及放大器各項(xiàng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量與調(diào)試等。1、放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)試1)靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量測(cè)量放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)在輸入信號(hào)ui＝0的情況下進(jìn)行，即將放大器輸入端與地端短接，然后選用量程合適的直流毫安表和直流電壓表，分別測(cè)量晶體管的集電極電流IC以及各電極對(duì)地的電位UB、UC和UE。一般實(shí)驗(yàn)中，為了避免斷開集電極，所以采用測(cè)量電壓UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要測(cè)出UE，即可用算出IC（也可根據(jù)，由UC確定IC），同時(shí)也能算出UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。為了減小誤差，提高測(cè)量精度，應(yīng)選用內(nèi)阻較高的直流電壓表。2)靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試是指對(duì)管子集電極電流IC（或UCE）的調(diào)整與測(cè)試。靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適，對(duì)放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點(diǎn)偏高，放大器在加入交流信號(hào)以后易產(chǎn)生飽和失真，此時(shí)uO的負(fù)半周將被削底，如圖2－2(a)所示；如工作點(diǎn)偏低則易產(chǎn)生截止失真，即uO的正半周被縮頂（一般截止失真不如飽和失真明顯），如圖2－2(b)所示。這些情況都不符合不失真放大的要求。所以在選定工作點(diǎn)以后還必須進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，即在放大器的輸入端加入一定的輸入電壓ui，檢查輸出電壓uO的大小和波形是否滿足要求。如不滿足，則應(yīng)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)的位置。(a)(b)圖2－2靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)uO波形失真的影響改變電路參數(shù)UCC、RC、RB（RB1、RB2）都會(huì)引起靜態(tài)工作點(diǎn)的變化，如圖2－3所示。但通常多采用調(diào)節(jié)偏置電阻RB2的方法來改變靜態(tài)工作點(diǎn)，如減小RB2，則可使靜態(tài)工作點(diǎn)提高等。圖2－3電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響最后還要說明的是，上面所說的工作點(diǎn)“偏高”或“偏低”不是絕對(duì)的，應(yīng)該是相對(duì)信號(hào)的幅度而言，如輸入信號(hào)幅度很小，即使工作點(diǎn)較高或較低也不一定會(huì)出現(xiàn)失真。所以確切地說，產(chǎn)生波形失真是信號(hào)幅度與靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置配合不當(dāng)所致。如需滿足較大信號(hào)幅度的要求，靜態(tài)工作點(diǎn)最好盡量靠近交流負(fù)載線的中點(diǎn)。2、放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)測(cè)試放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)包括電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、最大不失真輸出電壓（動(dòng)態(tài)范圍）和通頻帶等。1)電壓放大倍數(shù)AV的測(cè)量調(diào)整放大器到合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，然后加入輸入電壓ui，在輸出電壓uO不失真的情況下，用交流毫伏表測(cè)出ui和uo的有效值Ui和UO，則2)輸入電阻Ri的測(cè)量為了測(cè)量放大器的輸入電阻，按圖2－4電路在被測(cè)放大器的輸入端與信號(hào)源之間串入一已知電阻R，在放大器正常工作的情況下，用交流毫伏表測(cè)出US和Ui，則根據(jù)輸入電阻的定義可得圖2－4輸入、輸出電阻測(cè)量電路測(cè)量時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn):①由于電阻R兩端沒有電路公共接地點(diǎn)，所以測(cè)量R兩端電壓UR時(shí)必須分別測(cè)出US和Ui，然后按UR＝US－Ui求出UR值。②電阻R的值不宜取得過大或過小，以免產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，通常取R與Ri為同一數(shù)量級(jí)為好，本實(shí)驗(yàn)可取R＝1～2KΩ。3)輸出電阻R0的測(cè)量按圖2-4電路，在放大器正常工作條件下，測(cè)出輸出端不接負(fù)載RL的輸出電壓UO和接入負(fù)載后的輸出電壓UL，根據(jù)即可求出在測(cè)試中應(yīng)注意，必須保持RL接入前后輸入信號(hào)的大小不變。4)最大不失真輸出電壓UOPP的測(cè)量（最大動(dòng)態(tài)范圍）如上所述，為了得到最大動(dòng)態(tài)范圍，應(yīng)將靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。為此在放大器正常工作情況下，逐步增大輸入信號(hào)的幅度，并同時(shí)調(diào)節(jié)RW（改變靜態(tài)工作點(diǎn)），用示波器觀察uO，當(dāng)輸出波形同時(shí)出現(xiàn)削底和縮頂現(xiàn)象（如圖2－5）時(shí)，說明靜態(tài)工作點(diǎn)已調(diào)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。然后反復(fù)調(diào)整輸入信號(hào)，使波形輸出幅度最大，且無明顯失真時(shí)，用交流毫伏表測(cè)出UO（有效值），則動(dòng)態(tài)范圍等于。或用示波器直接讀出UOPP來。圖2－5靜態(tài)工作點(diǎn)正常，輸入信號(hào)太大引起的失真5)放大器幅頻特性的測(cè)量放大器的幅頻特性是指放大器的電壓放大倍數(shù)AU與輸入信號(hào)頻率f之間的關(guān)系曲線。單管阻容耦合放大電路的幅頻特性曲線如圖2－6所示，Aum為中頻電壓放大倍數(shù)，通常規(guī)定電壓放大倍數(shù)隨頻率變化下降到中頻放大倍數(shù)的倍，即0.707Aum所對(duì)應(yīng)的頻率分別稱為下限頻率fL和上限頻率fH，則通頻帶fBW＝fH－fL放大器的幅率特性就是測(cè)量不同頻率信號(hào)時(shí)的電壓放大倍數(shù)AU。為此，可采用前述測(cè)AU的方法，每改變一個(gè)信號(hào)頻率，測(cè)量其相應(yīng)的電壓放大倍數(shù)，測(cè)量時(shí)應(yīng)注意取點(diǎn)要恰當(dāng)，在低頻段與高頻段應(yīng)多測(cè)幾點(diǎn)，在中頻段可以少測(cè)幾點(diǎn)。此外，在改變頻率時(shí)，要保持輸入信號(hào)的幅度不變，且輸出波形不得失真。6)干擾和自激振蕩的消除參考實(shí)驗(yàn)附錄3DG9011(NPN)3CG9012(PNP)9013(NPN)圖2－6幅頻特性曲線圖2－7晶體三極管管腳排列三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件1、＋12V直流電源2、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器3、雙蹤示波器4、交流毫伏表5、直流電壓表6、直流毫安表7、頻率計(jì)8、萬用電表9、晶體三極管3DG6×1(β＝50～100)或9011×1（管腳排列如圖2－7所示）電阻器、電容器若干四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)電路如圖2－1所示。各電子儀器可按實(shí)驗(yàn)一中圖1－1所示方式連接，為防止干擾，各儀器的公共端必須連在一起，同時(shí)信號(hào)源、交流毫伏表和示波器的引線應(yīng)采用專用電纜線或屏蔽線，如使用屏蔽線，則屏蔽線的外包金屬網(wǎng)應(yīng)接在公共接地端上。1、調(diào)試靜態(tài)工作點(diǎn)接通直流電源前，先將RW調(diào)至最大，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出旋鈕旋至零。接通＋12V電源、調(diào)節(jié)RW，使IC＝2.0mA（即UE＝2.0V），用直流電壓表測(cè)量UB、UE、UC及用萬用電表測(cè)量RB2值。記入表2－1。表2-1IC＝2mA測(cè)量值計(jì)算值UB（V）UE（V）UC（V）RB2（KΩ）UBE（V）UCE（V）IC（mA）2、測(cè)量電壓放大倍數(shù)在放大器輸入端加入頻率為1KHz的正弦信號(hào)uS，調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出旋鈕使放大器輸入電壓Ui10mV，同時(shí)用示波器觀察放大器輸出電壓uO波形，在波形不失真的條件下用交流毫伏表測(cè)量下述三種情況下的UO值，并用雙蹤示波器觀察uO和ui的相位關(guān)系，記入表2－2。表2－2Ic＝2.0mAUi＝mVRC（KΩ）RL(KΩ)Uo(V)AV觀察記錄一組uO和u1波形2.4∞2.42.4五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、列表整理測(cè)量結(jié)果，并把實(shí)測(cè)的靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻之值與理論計(jì)算值比較（取一組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較），分析產(chǎn)生誤差原因。2、總結(jié)RC，RL及靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的影響。實(shí)驗(yàn)三集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用(I)─模擬運(yùn)算電路─一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、研究由集成運(yùn)算放大器組成的比例、加法、減法和積分等基本運(yùn)算電路的功能。2、了解運(yùn)算放大器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮的一些問題。二、實(shí)驗(yàn)原理集成運(yùn)算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級(jí)放大電路。當(dāng)外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負(fù)反饋電路時(shí)，可以靈活地實(shí)現(xiàn)各種特定的函數(shù)關(guān)系。在線性應(yīng)用方面，可組成比例、加法、減法、積分、微分、對(duì)數(shù)等模擬運(yùn)算電路。理想運(yùn)算放大器特性在大多數(shù)情況下，將運(yùn)放視為理想運(yùn)放，就是將運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化，滿足下列條件的運(yùn)算放大器稱為理想運(yùn)放。開環(huán)電壓增益Aud=∞輸入阻抗ri=∞輸出阻抗ro=0帶寬fBW=∞失調(diào)與漂移均為零等。理想運(yùn)放在線性應(yīng)用時(shí)的兩個(gè)重要特性：（1）輸出電壓UO與輸入電壓之間滿足關(guān)系式UO＝Aud（U+－U－）由于Aud=∞，而UO為有限值，因此，U+－U－≈0。即U+≈U－，稱為“虛短”。（2）由于ri=∞，故流進(jìn)運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電流可視為零，即IIB＝0，稱為“虛斷”。這說明運(yùn)放對(duì)其前級(jí)吸取電流極小。上述兩個(gè)特性是分析理想運(yùn)放應(yīng)用電路的基本原則，可簡(jiǎn)化運(yùn)放電路的計(jì)算?；具\(yùn)算電路1)反相比例運(yùn)算電路電路如圖8－1所示。對(duì)于理想運(yùn)放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為為了減小輸入級(jí)偏置電流引起的運(yùn)算誤差，在同相輸入端應(yīng)接入平衡電阻R2＝R1RF。圖8－1反相比例運(yùn)算電路圖8－2反相加法運(yùn)算電路2)反相加法電路電路如圖8－2所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為R3＝R1R2RF3)同相比例運(yùn)算電路圖8－3(a)是同相比例運(yùn)算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為R2＝R1RF當(dāng)R1→∞時(shí)，UO＝Ui，即得到如圖8－3(b)所示的電壓跟隨器。圖中R2＝RF，用以減小漂移和起保護(hù)作用。一般RF取10KΩ，RF太小起不到保護(hù)作用，太大則影響跟隨性。(a)同相比例運(yùn)算電路(b)電壓跟隨器圖8-3同相比例運(yùn)算電路4)差動(dòng)放大電路（減法器）對(duì)于圖8-4所示的減法運(yùn)算電路，當(dāng)R1＝R2，R3＝RF時(shí)，有如下關(guān)系式圖8－4減法運(yùn)算電路圖8-5積分運(yùn)算電路5)積分運(yùn)算電路反相積分電路如圖8－5所示。在理想化條件下，輸出電壓uO等于式中uC(o)是t＝0時(shí)刻電容C兩端的電壓值，即初始值。如果ui(t)是幅值為E的階躍電壓，并設(shè)uc(o)＝0，則即輸出電壓uO(t)隨時(shí)間增長(zhǎng)而線性下降。顯然RC的數(shù)值越大，達(dá)到給定的UO值所需的時(shí)間就越長(zhǎng)。積分輸出電壓所能達(dá)到的最大值受集成運(yùn)放最大輸出范圍的限值。在進(jìn)行積分運(yùn)算之前，首先應(yīng)對(duì)運(yùn)放調(diào)零。為了便于調(diào)節(jié)，將圖中K1閉合，即通過電阻R2的負(fù)反饋?zhàn)饔脦椭鷮?shí)現(xiàn)調(diào)零。但在完成調(diào)零后，應(yīng)將K1打開，以免因R2的接入造成積分誤差。K2的設(shè)置一方面為積分電容放電提供通路，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)積分電容初始電壓uC(o)＝0，另一方面，可控制積分起始點(diǎn)，即在加入信號(hào)ui后，只要K2一打開，電容就將被恒流充電，電路也就開始進(jìn)行積分運(yùn)算。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件1、±12V直流電源2、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器3、交流毫伏表4、直流電壓表5、集成運(yùn)算放大器μA741×1電阻器、電容器若干。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)前要看清運(yùn)放組件各管腳的位置；切忌正、負(fù)電源極性接反和輸出端短路，否則將會(huì)損壞集成塊。1、反相比例運(yùn)算電路1)按圖8－1連接實(shí)驗(yàn)電路，接通±12V電源，輸入端對(duì)地短路，進(jìn)行調(diào)零和消振。2)輸入f＝100Hz，Ui＝0.5V的正弦交流信號(hào)，測(cè)量相應(yīng)的UO，并用示波器觀察uO和ui的相位關(guān)系，記入表8-1。表8-1Ui＝0.5V，f＝100HzUi（V）U0（V）ui波形uO波形AV實(shí)測(cè)值計(jì)算值2、同相比例運(yùn)算電路1)按圖8－3(a)連接實(shí)驗(yàn)電路。實(shí)驗(yàn)步驟同內(nèi)容1，將結(jié)果記入表8－2。2)將圖8－3(a)中的R1斷開，得圖8－3(b)電路重復(fù)內(nèi)容1)。表8－2Ui＝0.5Vf＝100HzUi（V）UO(V)ui波形uO波形AV實(shí)測(cè)值計(jì)算值五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出波形圖（注意波形間的相位關(guān)系）。2、將理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相比較，分析產(chǎn)生誤差的原因。3、分析討論實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象和問題。實(shí)驗(yàn)四負(fù)反饋放大器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募由罾斫夥糯箅娐分幸胴?fù)反饋的方法和負(fù)反饋對(duì)放大器各項(xiàng)性能指標(biāo)的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理負(fù)反饋在電子電路中有著非常廣泛的應(yīng)用,雖然它使放大器的放大倍數(shù)降低，但能在多方面改善放大器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，如穩(wěn)定放大倍數(shù)，改變輸入、輸出電阻，減小非線性失真和展寬通頻帶等。因此，幾乎所有的實(shí)用放大器都帶有負(fù)反饋。負(fù)反饋放大器有四種組態(tài)，即電壓串聯(lián)，電壓并聯(lián)，電流串聯(lián)，電流并聯(lián)。本實(shí)驗(yàn)以電壓串聯(lián)負(fù)反饋為例，分析負(fù)反饋對(duì)放大器各項(xiàng)性能指標(biāo)的影響。1、圖4－1為帶有負(fù)反饋的兩級(jí)阻容耦合放大電路，在電路中通過Rf把輸出電壓uo引回到輸入端，加在晶體管T1的發(fā)射極上，在發(fā)射極電阻RF1上形成反饋電壓uf。根據(jù)反饋的判斷法可知，它屬于電壓串聯(lián)負(fù)反饋。主要性能指標(biāo)如下1)閉環(huán)電壓放大倍數(shù)其中AV＝UO／Ui—基本放大器（無反饋）的電壓放大倍數(shù)，即開環(huán)電壓放大倍數(shù)。1＋AVFV—反饋深度，它的大小決定了負(fù)反饋對(duì)放大器性能改善的程度。圖4－1帶有電壓串聯(lián)負(fù)反饋的兩級(jí)阻容耦合放大器反饋系數(shù)3)輸入電阻Rif＝(1＋AVFV)RiRi—基本放大器的輸入電阻4)輸出電阻RO—基本放大器的輸出電阻AVO—基本放大器RL＝∞時(shí)的電壓放大倍數(shù)2、本實(shí)驗(yàn)還需要測(cè)量基本放大器的動(dòng)態(tài)參數(shù)，怎樣實(shí)現(xiàn)無反饋而得到基本放大器呢？不能簡(jiǎn)單地?cái)嚅_反饋支路，而是要去掉反饋?zhàn)饔?，但又要把反饋網(wǎng)絡(luò)的影響（負(fù)載效應(yīng)）考慮到基本放大器中去。為此:1)在畫基本放大器的輸入回路時(shí)，因?yàn)槭请妷贺?fù)反饋，所以可將負(fù)反饋放大器的輸出端交流短路，即令uO＝0，此時(shí)Rf相當(dāng)于并聯(lián)在RF1上。2)在畫基本放大器的輸出回路時(shí)，由于輸入端是串聯(lián)負(fù)反饋，因此需將反饋放大器的輸入端（T1管的射極）開路，此時(shí)（Rf＋RF1）相當(dāng)于并接在輸出端?？山普J(rèn)為Rf并接在輸出端。根據(jù)上述規(guī)律，就可得到所要求的如圖4－2所示的基本放大器。圖4－2基本放大器三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件1、＋12V直流電源2、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器3、雙蹤示波器4、頻率計(jì)5、交流毫伏表6、直流電壓表7、晶體三極管3DG6×2(β＝50～100)或9011×2電阻器、電容器若干。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)按圖4－1連接實(shí)驗(yàn)電路，取UCC＝＋12V，Ui＝0，用直流電壓表分別測(cè)量第一級(jí)、第二級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)，記入表4-1。表4－1UB（V）UE（V）UC（V）IC（mA）第一級(jí)第二級(jí)2、測(cè)試基本放大器的各項(xiàng)性能指標(biāo)將實(shí)驗(yàn)電路按圖4－2改接，即把Rf斷開后分別并在RF1和RL上，其它連線不動(dòng)。1)測(cè)量中頻電壓放大倍數(shù)AV，輸入電阻Ri和輸出電阻RO。①以f＝1KHZ，US約5mV正弦信號(hào)輸入放大器，用示波器監(jiān)視輸出波形uO，在uO不失真的情況下，用交流毫伏表測(cè)量US、Ui、UL，記入表4－2。表4-2基本放大器US(mv)Ui(mv)UL(V)UO(V)AVRi(KΩ)RO(KΩ)負(fù)反饋放大器US(mv)Ui(mv)UL(V)UO(V)AVfRif(KΩ)ROf(KΩ)②保持US不變，斷開負(fù)載電阻RL（注意，Rf不要斷開），測(cè)量空載時(shí)的輸出電壓UO，記入表4－2。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、將基本放大器和負(fù)反饋放大器動(dòng)態(tài)參數(shù)的實(shí)測(cè)值和理論估算值列表進(jìn)行比較。2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)電壓串聯(lián)負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響。六、預(yù)習(xí)要求1、復(fù)習(xí)教材中有關(guān)負(fù)反饋放大器的內(nèi)容。2、按實(shí)驗(yàn)電路4－1估算放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)（取β1＝β2＝100）。3、怎樣把負(fù)反饋放大器改接成基本放大器？為什么要把Rf并接在輸入和輸出端？實(shí)驗(yàn)五直流穩(wěn)壓電源（Ⅱ）─集成穩(wěn)壓器─一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、研究集成穩(wěn)壓器的特點(diǎn)和性能指標(biāo)的測(cè)試方法。2、了解集成穩(wěn)壓器擴(kuò)展性能的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也制成了集成器件。由于集成穩(wěn)壓器具有體積小，外接線路簡(jiǎn)單、使用方便、工作可靠和通用性等優(yōu)點(diǎn)，因此在各種電子設(shè)備中應(yīng)用十分普遍，基本上取代了由分立元件構(gòu)成的穩(wěn)壓電路。集成穩(wěn)壓器的種類很多，應(yīng)根據(jù)設(shè)備對(duì)直流電源的要求來進(jìn)行選擇。對(duì)于大多數(shù)電子儀器、設(shè)備和電子電路來說，通常是選用串聯(lián)線性集成穩(wěn)壓器。而在這種類型的器件中，又以三端式穩(wěn)壓器應(yīng)用最為廣泛。W7800、W7900系列三端式集成穩(wěn)壓器的輸出電壓是固定的，在使用中不能進(jìn)行調(diào)整。W7800系列三端式穩(wěn)壓器輸出正極性電壓，一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V七個(gè)檔次，輸出電流最大可達(dá)1.5A（加散熱片）。同類型78M系列穩(wěn)壓器的輸出電流為0.5A，78L系列穩(wěn)壓器的輸出電流為0.1A。若要求負(fù)極性輸出電壓，則可選用W7900系列穩(wěn)壓器。圖19－1為W7800系列的外形和接線圖。它有三個(gè)引出端輸入端（不穩(wěn)定電壓輸入端）標(biāo)以“1”輸出端（穩(wěn)定電壓輸出端）標(biāo)以“3”公共端標(biāo)以“2”除固定輸出三端穩(wěn)壓器外，尚有可調(diào)式三端穩(wěn)壓器，后者可通過外接元件對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的需要。本實(shí)驗(yàn)所用集成穩(wěn)壓器為三端固定正穩(wěn)壓器W7812，它的主要參數(shù)有：輸出直流電壓U0＝＋12V，輸出電流L:0.1A，M:0.5A，電壓調(diào)整率10mV/V，輸出電阻R0＝0.15Ω，輸入電壓UI的范圍15～17V。因?yàn)橐话鉛I要比U0大3～5V，才能保證集成穩(wěn)壓器工作在線性區(qū)。圖19-1W7800系列外形及接線圖圖19－2是用三端式穩(wěn)壓器W7812構(gòu)成的單電源電壓輸出串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的實(shí)驗(yàn)電路圖。其中整流部分采用了由四個(gè)二極管組成的橋式整流器成品（又稱橋堆），型號(hào)為2W06(或KBP306)，內(nèi)部接線和外部管腳引線如圖19－3所示。濾波電容C1、C2一般選取幾百～幾千微法。當(dāng)穩(wěn)壓器距離整流濾波電路比較遠(yuǎn)時(shí)，在輸入端必須接入電容器C3（數(shù)值為0.33μF），以抵消線路的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。輸出端電容C4(0.1μF)用以濾除輸出端的高頻信號(hào)，改善電路的暫態(tài)響應(yīng)。圖19－2由W7815構(gòu)成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源圖19-3(a)圓橋2W06圖19-3(b)排橋KBP306圖19-3橋堆管腳圖圖19－4為正、負(fù)雙電壓輸出電路，例如需要U01＝＋15V，U02＝－15V，則可選用W7815和W7915三端穩(wěn)壓器，這時(shí)的UI應(yīng)為單電壓輸出時(shí)的兩倍。圖19-4正、負(fù)雙電壓輸出電路圖19-5輸出電壓擴(kuò)展電路當(dāng)集成穩(wěn)壓器本身的輸出電壓或輸出電流不能滿足要求時(shí)，可通過外接電路來進(jìn)行性能擴(kuò)展。圖19－5是一種簡(jiǎn)單的輸出電壓擴(kuò)展電路。如W7812穩(wěn)壓器的3、2端間輸出電壓為12V，因此只要適當(dāng)選擇R的值，使穩(wěn)壓管DW工作在穩(wěn)壓區(qū)，則輸出電壓U0＝12＋Uz，可以高于穩(wěn)壓器本身的輸出電壓。圖11－6是通過外接晶體管T及電阻R1來進(jìn)行電流擴(kuò)展的電路。電阻R1的阻值由外接晶體管的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓UBE、三端式穩(wěn)壓器的輸入電流Ii（近似等于三端穩(wěn)壓器的輸出電流I01）和T的基極電流IB來決定，即式中：IC為晶體管T的集電極電流，它應(yīng)等于IC＝I0－I01；β為T的電流放大系數(shù)；對(duì)于鍺管UBE可按0.3V估算，對(duì)于硅管UBE按0.7V估算。圖19－6輸出電流擴(kuò)展電路附：(1)圖19－7為W7900系列（輸出負(fù)電壓）外形及接線圖圖19－7W7900系列外形及接線圖(2)圖19－8為可調(diào)輸出正三端穩(wěn)壓器W317外形及接線圖。圖19－8W317外形及接線圖輸出電壓計(jì)算公式最大輸入電壓UIm=40V輸出電壓范圍U0=1.2～37三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件1、可調(diào)工頻電源2、雙蹤示波器3、交流毫伏表4、直流電壓表5、直流毫安表6、三端穩(wěn)壓器W7812、W7815、W79157、橋堆2WO6(或KBP306)電阻器、電容器若干四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、整流濾波電路測(cè)試按圖19－9連接實(shí)驗(yàn)電路，取可調(diào)工頻電源14V電壓作為整流電路輸入電壓u2。接通工頻電源，測(cè)量輸出端直流電壓UL及紋波電壓L，用示波器觀察u2，uL的波形，把數(shù)據(jù)及波形記入自擬表格中。圖19－9整流濾波電路2、集成穩(wěn)壓器性能測(cè)試斷開工頻電源，按圖19－2改接實(shí)驗(yàn)電路，取負(fù)載電阻RL＝120Ω。1)初測(cè)接通工頻14V電源，測(cè)量U2值；測(cè)量濾波電路輸出電壓UI(穩(wěn)壓器輸入電壓），集成穩(wěn)壓器輸出電壓U0，它們的數(shù)值應(yīng)與理論值大致符合，否則說明電路出了故障。設(shè)法查找故障并加以排除。電路經(jīng)初測(cè)進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，才能進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試。2)各項(xiàng)性能指標(biāo)測(cè)試①輸出電壓U0和最大輸出電流Iomix的測(cè)量。在輸出端接負(fù)載電阻RL＝120Ω，由于7812輸出電壓U0＝12V，因此流過RL的電流。這時(shí)U0應(yīng)基本保持不變，若變化較大則說明集成塊性能不良。②穩(wěn)壓系數(shù)S的測(cè)量③輸出電阻R0的測(cè)量④輸出紋波電壓的測(cè)量②、③、④的測(cè)試方法同實(shí)驗(yàn)十，把測(cè)量結(jié)果記入自擬表格中。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算S和R0，并與手冊(cè)上的典型值進(jìn)行比較。2、分析討論實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的現(xiàn)象和問題。實(shí)驗(yàn)五譯碼器及其應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握中規(guī)模集成譯碼器的邏輯功能和使用方法2、熟悉數(shù)碼管的使用二、實(shí)驗(yàn)原理譯碼器是一個(gè)多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的作用是把給定的代碼進(jìn)行“翻譯”，變成相應(yīng)的狀態(tài)，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號(hào)輸出。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換、終端的數(shù)字顯示，還用于數(shù)據(jù)分配，存貯器尋址和組合控制信號(hào)等。不同的功能可選用不同種類的譯碼器。譯碼器可分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。前者又分為變量譯碼器和代碼變換譯碼器。1、變量譯碼器（又稱二進(jìn)制譯碼器），用以表示輸入變量的狀態(tài)，如2線－4線、3線－8線和4線－16線譯碼器。若有n個(gè)輸入變量，則有2n個(gè)不同的組合狀態(tài)，就有2n個(gè)輸出端供其使用。而每一個(gè)輸出所代表的函數(shù)對(duì)應(yīng)于n個(gè)輸入變量的最小項(xiàng)。以3線－8線譯碼器74LS138為例進(jìn)行分析，圖6－1(a)、(b)分別為其邏輯圖及引腳排列。其中A2、A1、A0為地址輸入端，～為譯碼輸出端，S1為使能端。表6－1為74LS138功能表時(shí)，或S1＝X，＋＝1時(shí)，譯碼器被禁止，所有輸出同時(shí)為1。(a)(b)圖6－13－8線譯碼器74LS138邏輯圖及引腳排列表6－1輸入輸出S1+A2A1A0100000111111110001101111111001011011111100111110111110100111101111010111111011101101111110110111111111100××××11111111×1×××11111111二進(jìn)制譯碼器實(shí)際上也是負(fù)脈沖輸出的脈沖分配器。若利用使能端中的圖6－2所示。若在S1輸入端輸入數(shù)據(jù)信息，＝＝0，地址碼所對(duì)應(yīng)的輸出是S1數(shù)據(jù)信息的反碼；若從端輸入數(shù)據(jù)信息，S1＝地址碼所對(duì)應(yīng)的輸出就是端數(shù)據(jù)信息的原碼。若數(shù)據(jù)信息是時(shí)鐘脈沖，則數(shù)據(jù)分配器便成為時(shí)鐘脈沖分配器。根據(jù)輸入地址的不同組合譯出唯一地址，故可用作地址譯碼器。接成多路分配器，可將一個(gè)信號(hào)源的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)讲煌牡攸c(diǎn)。二進(jìn)制譯碼器還能方便地實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)，如圖6－3所示，實(shí)現(xiàn)的邏輯函數(shù)是Z＝＋ABC圖6－2作數(shù)據(jù)分配器圖6－3實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)利用使能端能方便地將兩個(gè)3/8譯碼器組合成一個(gè)4/16譯碼器，如圖6－4所示。圖6－4用兩片74LS138組合成4/16譯碼器2、數(shù)碼顯示譯碼器a、七段發(fā)光二極管(LED)數(shù)碼管LED數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，圖6－5(a)、(b)為共陰管和共陽(yáng)管的電路，(c)為兩種不同出線形式的引出腳功能圖。一個(gè)LED數(shù)碼管可用來顯示一位0～9十進(jìn)制數(shù)和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。小型數(shù)碼管（0.5寸和0.36寸）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）的顏色不同略有差別，通常約為2～2.5V，每個(gè)發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流在5～10mA。LED數(shù)碼管要顯示BCD碼所表示的十進(jìn)制數(shù)字就需要有一個(gè)專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)能力。(a)共陰連接（“1”電平驅(qū)動(dòng)）(b)共陽(yáng)連接（“0”電平驅(qū)動(dòng)）(c)符號(hào)及引腳功能圖