TPE-A实习指导书（修改版）

TPE-A型系列模拟电路实验箱

实

验 指 导

清华大学科教仪器厂

书前 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，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，我们在教学实践的基础上，运用多年从事教学仪器产品研制生产的经验，研制生产了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》(1993年6月修订，报国家教委审批稿)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。不同层次不同需要的学校可根据本专业教学要求选择．

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。有些选做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，实验步骤及纪录表格等，充分发挥学生的创造性和主动性。

本指导书中所有实验均可在TPE—A3型模拟电路实验箱上完成。对于TPE—A型系列其它型号的实验箱(学习机)，除基本实验(实验—～实验十一)之外，有部分实验须在面包板上完成，并需另备元器件。

一般学习模拟电子技术课程实验数目在10个以内，本书提供的21个实验可供不同专业不同层次不同需要的课程实验选择。

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。

编者

2004年6月于清华大学

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hfe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

实验一 单管交流放大电路 …………………………………………… 1 实验二 两级交流放大电路 …………………………………………… 6 实验三 负反馈放大电路 ……………………………………………… 8 实验四 射级跟随电路 ………………………………………………… 10 实验五 直流差动放大电路 …………………………………………… 13 实验六 比例求和运算电路 …………………………………………… 16 实验七 积分与微分电路 ……………………………………………… 20 实验八 波形发生电路 ………………………………………………… 22 实验九 有源滤波器 …………………………………………………… 25 实验十 电压比较器 …………………………………………………… 27 实验十一 集成电路RC正弦波振荡电路 …………………………… 29 实验十二 集成功率放大电路 ………………………………………… 31 实验十三 整流滤波与并联稳压电路 ………………………………… 33 实验十四 串联稳压电路 ……………………………………………… 35 实验十五 集成稳压电路 ……………………………………………… 38 实验十六 RC正弦波振荡电路 ………………………………………… 41 实验十七 LC振荡电路及选频放大电路 ……………………………… 43 实验十八 电流／电压转换电路 ……………………………………… 45 实验十九 电压／频率转换电路 ……………………………………… 46 实验二十 互补对称功率放大电路 …………………………………… 47 实验二十一 波形变换电路 …………………………………………… 48

实验一 单级交流放大电路

一、实验目的

为了方便示波器观察，本书内所写参考值均用峰值，此电路为共射放大电路 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 基本放大电路

如三极管为3DG6，放大倍数β一般是25—45；如为9013，一般在150以上

5

(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。 测三极管B、C和B、E极间正反向导通电压，可以判断好坏；测电解电容的好坏必须使用指针万用表，通过测正反向电阻。

三极管导通电压UBE=0.7V、UBC=0.7V，反向导通电压无穷大。

(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。改变RP，记录IC分别为0.5mA、

1mA、1.5mA时三极管V的β值（其值较低）。

参考值：IC=0.5mA时，IB=25μA，β=20; IC=1mA时，IB=40.2μA，β=24.9; IC=1.5mA时，IB=54.5μA，β=27.5;

注意：Ib和Ic的测量和计算方法

①测Ib和Ic一般可用间接测量法，即通过测Vc和Vb，Rc和Rb计算出Ib

和Ic(注意：图1.2中Ib为支路电流)。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和集电极中测量。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)按图1.2接线，调整RP使VE=2.2V，计算并填表1.1。

图1.2 工作点稳定的放大电路

为稳定工作点，在电路中引入负反馈电阻Re，用于稳定静态工作点，即当环境温度变化时，保持静态集电极电流ICQ和管压降UCEQ基本不变。依靠于下列反馈关系： T↑—β↑—ICQ↑—UE↑—UBE↓—IBQ↓—ICQ↓，反过程也一样,其中Rb2的引入是为了稳定Ub。但此类工作电路的放大倍数由于引入负反馈而减小了，而输入电阻ri变大了，输出电阻ro不变。

Au???(RcRL)rbe?(1??)Re，ri?Rb1Rb2(rbe?(1??)Re)，ro?Rc

由以上公式可知，当β很大时，放大倍数Au约等于

表1.1

RcRLRe，不受β值变化的影响。

实测 VBE(V) 0.7

VCE(V) 3.7 Rb(KΩ) 55 实测计算 IB(μA) 44.64 IC(mA) 1.23 3.动态研究

(1)按图1.3所示电路接线。

(2) 将信号发生器的输出信号调到f=1KHz，幅值为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。 图1.3所示电路中，R1、R2为分压衰减电路，除R1、R2以外的电路为放大电路。之所以采取这种结构，是由于一般信号源在输出信号小到几毫伏时，会不可避免的受到电源纹波影响出现失真，而大信号时电源纹波几乎无影响，所以采取大信号加R1、R2衰减形式。此外，观察输出波形时要调节Rb1，使输出波形最大且不失真时开始测量。输入输出波形两者反相，相差180度。

(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

7

表1.2。

分析图1.3的交流等效电路模型，由下述几个公式进行计算：

rbe?200?(1??)RLRcrce26mV，AV???，ri?RbRb2rbe,ro?rceRc IErbe合适状态时：UB=0.7， UE=0， UC=3.36， Rb=135.4kΩ IB=56μA， IC=1.72mA， β=30.7，rbe=674Ω

表1.2 RL=∞

实测 Vi(mV) 5 10 12

图1.3 小信号放大电路

实测计算 VO(V) 1.28 2.6 3 AV 256 260 250 估算 AV 231.5 231.5 231.5

(4) 保持Vi=5mV不变，放大器接入负载RL，在改变RC数值情况下测量，并将

计算结果填表1.3。

当RC=2K时，IB=56.7μA， IC=1.90mA， β=33.5，rbe=667Ω 当RC=5K1时，IB=56.6μA， IC=1.76mA， β=31.1，rbe=671.5Ω

表1.3

给定参数 RC 2K 2K 5K1 5K1

RL 5K1 2K2 5K1 2K2 5 5 5 5 实测 Vi(mV) VO(V) 0.44 0.33 0.7 0.43 实测计算 AV 88 66 140 86 估算 AV 72.15 52.6 118.1 71.2 (5) Vi=5mV，RC=5K1，不加RL时，如电位器RP调节范围不够，可改变Rb1(51K

或150K)，增大和减小RP，观察VO波形变化，若失真观察不明显可增大Vi幅值（＞10 mV），并重测，将测量结果填入表1.4。 加Vi=10mV以上，调整RP到适合位置，可观察到截止失真（波形上半周平顶失真）

表1.4

RP 最大 合适 最小 Vb 0.28 0.71 0.726 Vc 12.11 3.36 0.221 Ve 0 0 0 输出波形情况 完全截止，无输出 2.6V无失真波形 饱和失真（波形下半周切割失真） 4.测放大电路输入，输出电阻。 (1) 输入电阻测量

所谓输入电阻，指的是放大电路的输入电阻，不包括R1、R2部分。

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

ri?Vi?RVs?Vi

(2)输出电阻测量(见图1.5）

9

图1.5 输出电阻测量

Voro?(?1)RLVL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。

用ri?RbRb2rbe,ro?rceRc?Rc公式进行估算

表1.5

测算输入电阻（设：RS=5K1） 实测 VS(mV) 100

Vi(mV) 11．5 测算 估算 实测 VO RL=∞ 1.31 测算输出电阻 测算 估算 VO RO(KΩ) RO(KΩ) RL=5K1 0.67 4.87 5.1 ri ri 662.7Ω 650.2Ω 附加实验：分压式偏置共射放大电路

前文提到引入负反馈的放大电路有稳定静态工作点、放大倍数稳定的优点，但由于负反馈使得放大倍数变小，因而实际使用时在图1.2中Re两端并联一个大电容Ce，其对交流信号近似短路，从而形成直流负反馈、交流无反馈的共射放大电路。其保留了稳定静态工作点、放大倍数稳定的优点，而放大倍数近似于一般共射放大电路，唯一的缺点是大电容的出现将引入相位差，这是由于电容在交流信号下的电抗引起的。工作电路与图1.3基本相同，只是在三极管E极与地之间串联了一个由Re=1K8、Ce=10μF组成的并联电路。

1、 静态工作点：调整电位器Rp使VE=2.2V，测量并计算数值填入下表。 VE 2.2V VB 2.9V VC 6.0V RB IB IC 1.20mA β 26.5 rbe 55.5KΩ 45.3μA 781Ω

2、 动态研究：

(1)将信号发生器的输出信号调到f=1KHz，幅值为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，调整电位器使输出波形幅值最大，并比较相位。 分析交流等效电路模型，由下述几个公式进行计算：

26mVrbe?200?(1??)，AV???IERLRcrcerbe?(1??)(Re1)j?Ce，

ri/?rbe?(1??)(Re将

相

关

1),ri?RbRb2ri/,ro?rceRc?Rc j?Ce数

值

代

入

计

算

可

得

：

ri/?0.78?(1?26.5)(1K81)?0.78?0.433j?0.89??290K?j2?*1K*10?为一个复向量，同样放大倍数AV也为复向量

AV???RLRcri/??26.55K10 ?151.85?15100.89??2911

因而在示波器上可以观察到输入输出波形之间的明显相位差，输出波形超前输入波形大约150度左右。

VS(V) 0.5 1 2.5

（2）保持Vi=5mV不变，放大器接入负载RL，在改变RC数值情况下测量。 当RC=2K时，IB=43.6μA， IC=1.21mA， β=27.75，rbe=777Ω 当RC=5K1时，IB=45.1μA， IC=1.19mA， β=26.39，rbe=779Ω

Vi(mV) 5 10 25 VO(V) 0.705 1.38 3.4 AV 141 138 136 给定参数 RC 2K 2K 5K1 5K1 RL 5K1 2K2 5K1 2K2 5 5 5 5 实测 Vi(mV) VO(V) 0.208 0.151 0.36 0.218 实测计算 AV 41.6 30.2 72 43.6 估算 AV 44.8 32.66 75.61 45.57 (3) Vi=5mV，RC=5K1，不加RL时，调节电位器RP，观察VO波形变化，若失真观察不明显可增大Vi幅值，并重测，将测量结果填入表。 加Vi=10mV时，调整RP难以看到失真现象，最后加Vi=24mV

RP 过大 合适 最小 Vb 1.24 2.7 3.07 Vc 10.5 6.54 5.5 Ve 0.58 2 2.38 输出波形情况 截止失真（波形上半周平顶） 3.4V无失真波形 饱和失真（波形下半周切割）

3、 测放大电路输入、输出电阻，测量方法与前面所述相同，用以下公式进行估算。

ri/?rbe?(1??)(Re1),ri?RbRb2ri/,ro?rceRc?Rc j?Ce测算输出电阻 实测 VO RL=∞ 1 测算 估算 VO RO(KΩ) RO(KΩ) RL=5K1 0.51 4.9 5.1 测算 估算 测算输入电阻（设：RS=5K1） 实测 VS(mV) 100

Vi(mV) 16 ri 971Ω ri 847Ω 五、实验报告：

1.注明你所完成的实验内容和思考题，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。

13

实验二 两级交流放大电路

两级阻容耦合共射极方大电路，用大电容作极间耦合。优点在于静态工作点互不影响，便于设计、分析、调试，当低频特性差，且大电容不利于集成化，因而多用于分立电路。

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2.1两级交流放大电路。初步估计测试内容的变化范围。

四、实验内容

实验电路见图2.1

图2.1 两级交流放大电路

分析其等效电路，有公式如下：

/ri1?rbe1,ri/2?rbe2?(1??)(Re1),AV1???j?CeRc1Rb3Rb/4ri/2r/i1/

AV2???Rc2RLr/i2/,AV?AV1?AV2,ri?RbRb2ri1,RO?Rc2rce2

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A端接入频率为1KHz幅度为100mV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1mV，调整工作点使输出信号不失真。

注意：如发现有寄生振荡，可采用以下措施消除： ①重新布线，尽可能走短线。

②可在三极管b、e两极间加几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2.l要求测量并计算，注意测静态工作点时应断开输入信号。 V1 V2 IC 2.1mA 1.67mA IB 66.1μA 30.8μA β 31.77 54.22 rbe 602Ω 1.05KΩ /R3/?118.4K?,R4?58.4K?，ri/2?1.05?0.879j(K?)?1.37??39.90K? 000计算得：AV1?57.9?149.1,AV2?118.8??140.1,AV?6879?9

表2.1

负载 VC1 静态工作点 第一级 Vb1 同上 Ve1 VC2 第二级 Vb2 同上 Ve2 电压放大倍数 输入/输出电压（mA） 第1级 第2级 整体 Vi V01 V02 AV1 AV2 AV 88 95.5 8400 空载 1.41 0.717 0 7.11 2.42 1.71 0.5 44 4.2 0.5 44 2.18 88 49.5 4360 实际测出的放大倍数与估算的差距较大，但是实测相位差约为9.5度，与计算基本

15

相符。RO?(VO?1)RL?2.78K?与理论值RO?Rc2rce2?Rc2?3K?相符。 VL3.接入负载电阻RL=3K，按表2.1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

3. 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。

3. 保持输入信号幅度不变，改变频率，按表2.2测量并记录， 3. 接上负载、重复上述实验。

表2.2

Vi=0.5mV

f(Hz) VO RL=∞ RL=3K 50 1 0.5 100 2.1 1 250 3.6 500 1000 2500 5000 10000 20000 4.2 4.3 4.4 4.4 4.4 4.3 2.2 2.25 2.24 2.24 2.22 1.75 2.1 五、实验报告：

3. 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。(fH=148KHz,fL=196Hz) 3.写出增加频率范围的方法。(引入负反馈、加大所用的电容)

附加实验：在第一级发射极也加入电阻电容并联电路，形成两极分压偏置电路。

在图2.1的V1对地间加入Re1?1.8K?,Ce1?10?F并联电路，去掉电位器RP1，其余调试方法与之前相同。分析电路可得公式除了ri1?rbe1?(1??)(Re1/1)j?Ce1外，其余不变。

V1 V2 VB 3.07 2.52 VC 2.37 1.81 VE 5.51 6.81 Ib 47.7μA 32.1μA Ic 1.33mA 1.79mA β 27.04 55.14 rbe 748Ω 1015Ω //测量得Rb3?103.3K?,Rb4?69.4K?

//计算得：ri1?0.748?0.446j(K?),ri2?1.015?0.893j(K?)由此代入公式得：

AV1?33.87?178.590,AV2?122.35??138.70,AV?4144?39.890

Vi 0.5mV VO1 18.7mV VO2 2.19V AV1 37.4 AV2 117.1 AV 4380 相差φ 41.6度 此次结果与计算基本相符。

17

实验三 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.音频信号发生器。

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.设图3.1电路晶体管β值为40，计算该放大电路开环和闭环电压放大倍数。 此电路为电压串联负反馈，负反馈会减小放大倍数，会稳定放大倍数，会改变输入输出电阻，展宽频带，减小非线性失真。而电压串联负反馈会增大输入电阻，减小输出电阻。公式如下：

Af?dAffLA1dA ,?,fHf?(1?AF)fH,fLf?1?AFAf1?AFA1?AFRO

1?AFrif/?(1?AF)ri/,ROf?分析图3.1，与两级分压偏置电路相比，增加了R6, R6引入电压交直流负反馈，从而加大了输入电阻，减小了放大倍数。此外R6与RF、 CF形成了负反馈回路，从电路上分析，F?UfUO?R61??0.323。

R6?RF31

四、实验内容

1.负反馈放大电路开环和闭环放大倍数的测试 (1) 开环电路

①按图接线，RF先不接入。

②输入端接入Vi=lmV f=lKHz的正弦波(注意：输入lmV信号采用输入端衰减法见实验一)。调整接线和参数使输出不失真且无振荡(参考实验二方法)。 ③按表3.1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r0。

图 3.1反馈放大电路

(2).闭环电路

①接通RF和CF ，按(一)的要求调整电路。 ②按表3.1要求测量并填表，计算Avf。

③根据实测结果，验证Avf≈1。

F分析开环时的交流等效电路，有公式如下：

/ri1?rbe1?(1??)(R6?R711),ri/2?rbe2?(1??)(R11) j?C3j?C5AV1???1R5R8R9ri/2r/i1，AV2???2RLR10rcer/i2，A?AV1*AV2

/ri?ri1R3R4,RO?R10rce

19

测量开环各项参数： （不加RL）

1V1 1V2 IB(μA) IC(mA) β 27 57 rbe(Ω) 46.0 40.4 1.24 2.30 786 849 /ri1?3.58?0.445j?3.61??7.10K?,ri/2?0.85?0.92j?1.25??47.30K? 000计算得：AV1?7.47?150.2,AV2?136.6??132.7,A?1020?17.5

表3.1

开环 闭环 RL(KΩ) Vi(mV) V0(mV) ∞ 1 1040 1K5 ∞ 1K5 1 1 1 360 28.5 27 AV(Avf) Vi2(mV) 1040 360 28.5 27 8.8 8.8 0.5 0.9 AV1 8.8 8.8 0.5 0.9 AV2 118 40.9 57 30 注：闭环时为方便观察，可适当加大输入幅值。 由公式RO?(VO?1)RL计算：RO=2.83KΩ, ROf=83.3Ω。 VL将A与Af比较：不加RL时，A=1040, Af=28.5,代入Af?RL时，A=360, Af=27,代入Af?理论值RO=3KΩ, ROf?A，得F=0.034；加

1?AFA，得F=0.034，基本与理论值一致。

1?AFRO?88.45?（取理论值A=1020,F=0.323）基本相符。

1?AF 2.负反馈对失真的改善作用

(1)将图3.1电路开环，逐步加大Vi的幅度，使输出信号出现失真(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幅度。

闭环后，引入负反馈，减小失真度，改善波形失真。

(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。 引入正反馈，产生大约7赫兹的震荡波形。

(4)画出上述各步实验的波形图。 3.测放大电路频率特性

(1)将图3.1电路先开环，选择Vi适当幅度，保持不变并调节频率使输出信号在示波器上有最大显示。

(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3.2。

当频率f在4KHz-10KHz间,输出信号最大（无论开环、闭环），应以此为最大值进行测量。测出的fHf和fH相比，基本符合公式，但fLf和fL相比相差较大，估计是必须考虑三极管的低频特性和几个大电容的影响。

表3.2

开环 闭环 fH(Hz) 120K 5M fL(Hz) 300 177

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。

21

实验四 射极跟随电路

一、实验目的

1.掌握射极跟随电路的特性及测量方法。

2.进一步学习放大电路各项参数测量方法。

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

1.参照教材有关章节内容，熟悉射极跟随电路原理及特点，

2.根据图4.l元器件参数，估算静态工作点。画交直流负载线。

图4．1 射极跟随电路

共集极放大电路，由输出电压从发射级获得且放大倍数接近一，也被称为射极跟随器。图4.1有错误，A点输入应为VS输入点，用于测量输入电阻，B点才是Vi输入点。分析交流等效电路，有公式如下：

Ui?ibrbe?(1??)ib(ReRL),UO?(1??)ib(ReRL)

Au?(1??)(ReRL)rbe?(1??)(ReRL)rbeRe 1??，ri/?rbe?(1??)(ReRL),ri?ri/RB

RO?由以上公式可知，由于一般有(1??)(ReRL)??rbe，所以Au?1，由于ie??ib因而仍有功率放大作用。输入电阻比共射放大电路大得多，ri可达几十KΩ到几百KΩ；输出电阻很小RO可达到几十欧姆。因而此电路从信号源索取电流小且带负载能力强，所以常用于多级放大电路的输入输出极，也常作为联接缓冲作用。

/四、实验内容与步骤

1.按图4.1电路接线。 2.直流工作点的调整。

将电源+l2V接上，在B点加f=lKHz正弦波信号，输出端用示波器监视，反

复调整RP及信号源输出幅度，使输出幅度在示波器屏幕上得到一个最大不失真波形，然后断开输入信号，用万用表测量晶体管各级对地的电位，即为该放大器静态工作点，将所测数据填入表4.1。

表4.1

Ve(V) 6.58 Vb(V) 7.26 VC(V) V Ie?eReRP 0Ω IB 92.6μA β 37 rbe 482Ω 12.11 3.463mA 3.测量电压放大倍数Av 接入负载RL=1K。在B点加入f=1KHz正弦波信号，调输入信号幅度(此时偏

置电位器RP不能再旋动)，用示波器观察，在输出最大不失真情况下测Vi和VL值，将所测数据填入表4.2中。

表4.2

Vi(V) 2.38 VL(V) 2.32 AV?VLViAV估（RL=1KΩ） 0.981 0.975 4.测量输出电阻R。

在B点加入f=1KHz正弦波信号，Vi=100mV左右，接上负载RL=2K2时，用示

波器观察输出波形，测空载时输出电压VO(RL=∞)，加负载时输出电压VL(R=2K2)的值。

23

VR0?(0?1)RL 则

VL

将所测数据填入表4.3中。

根据公式计算：AV估（不加RL）=0.9934，AV估（RL=2K2）=0.9877，

实际AV（不加RL）=0.9934，AV（RL=2K2）=0.9884，

表4.3

Vi(mV) 97.58 V0(mV) 96.94 VL(mV) 96.45 R0?(V0 ?1)RLVLRO（估） 12.57Ω 11.18Ω 5.测量放大电路输入电阻Ri（采用换算法）

在输入端串入RS=5K1电阻，A点加入f=1KHz的正弦波信号，用示波器观察

输出波形，用毫伏表分别测A、B点对地电位VS、Vi。

则 ri?ViRS 将测量数据填入表4.4。 ?RS?VVS?ViS?1Vi表4.4

VS(V) 116 Vi(V) 100 Ri?RVS/Vi?1ri（估） 30.0KΩ 31.875KΩ

6.测射极跟随电路的跟随特性并测量输出电压峰峰值VOP-P。 接入负载RL=2K2，在B点加入f=1KHz的正弦波信号，逐点增大输入信号幅度

Vi，用示波器监视输出端，在波形不失真时，测对应的VL值，计算出AV，并用示波器测量输出电压的峰峰值VOP-P，与电压表（读）测的对应输出电压有效值比较。将所测数据填入表4.5。

表4.5

Vi(峰值) VL

1 0.5 0.364 2 1 0.693 3 2 1.386 4 3 2.09

VOP-P AV 0.98 0.98 1.96 0.98

3.92 0.98 5.9 0.9877 五、实验报告

1.绘出实验原理电路图，标明实验的元件参数值，

2.整理实验数据及说明实验中出现的各种现象，得出有关的结论；画出必要的

波形及曲线。

3.将实验结果与理论计算比较，分析产生误差的原因。

25

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。

差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路，由典型的工作点稳定电路演变而来。为进一步减小零点漂移问题而使用了对称晶体管电路，以牺牲一个晶体管放大倍数为代价获取了低温飘的效果。它还具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号，由于不存在电容，可以不失真的放大各类非正弦信号如方波、三角波等等。差分放大电路有四种接法：双端输入单端输出、双端输入双端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。

由于差分电路分析一般基于理想化（不考虑元件参数不对称），因而很难作出完全分析。为了进一步抑制温飘，提高共模抑制比，实验所用电路使用V3组成的恒流源电路来代替一般电路中的Re,它的等效电阻极大，从而在低电压下实现了很高的温漂抑制和共模抑制比。为了达到参数对称，因而提供了RP1来进行调节，称之为调零电位器。实际分析时，如认为恒流源内阻无穷大，那么共模放大倍数AC=0。分析其双端输入双端输出差模交流等效电路，分析时认为参数完全对称：

设?1??2??,rbe1?rbe2?rbe,R?R?///RP1，因此有公式如下： 2?uid?2?iB1(rbe?(1??)R/),?uod??2??iB1?(RcRL), 2差模放大倍数Ad??uod?uidRL2????2Ad1?2Ad2,RO?2Rc /rbe?(1??)RRc同理分析双端输入单端输出有：Ad??RcRL1?,RO?Rc /2rbe?(1??)R单端输入时：其Ad、RO由输出端是单端或是双端决定，与输入端无关。其输出必须考虑共模放大倍数：UO?Ad?ui?Ac??ui 2//无论何种输入输出方式，输入电阻不变：ri?2(rbe?(1??)R)

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

27

图5.1有错误，两个510欧的电阻R对实验没有意义，应去掉。

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。 (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 0 Vb2 0 Vb3 Ve1 Ve2 Ve3 测量值（V） 6.35 6.35 -0.711 -7.96 -0.603 -0.601 -8.59 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：先将DC信号源OUTl和OUT2分别接入Vi1,和Vi2端，然后调节DC信号源，使其输出为+0.1V和-0.1V。 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=

表5.2

Ad。 Ac测量及 共模抑制比 差模输入 共模输入 计算值 计算值 测量值(V) 计算值 测量值(V) 计算值 输入 信号Vi Vc1 Vc2 V0双 Ad1 Ad2 Ad双 Vc1 Vc2 V0双 Ac1 Ac2 AC双 CMRR +0.1V 1.511.2 22 9.7 24.24.48.6.36.315 35 5

5 5 0 0 0 0 -0.1V 6.36.35 5 0 0 0 0 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 输入信号 电压值 Vc1 3.75 9.02 1.34V(反相) Vc2 8.99 3.68 1.34(同相) Vo 5.24 5.34 2.68 双端放大倍数AV 52.4 53.4 53.6 单端放大倍数 AV1 26 26.7 26.8 AV2 26.4 2.67 26.8 直流＋0.1V 直流－0.1V 正弦信号(50mV、1KHz)

(2)从b1端加入正弦交流信号Vi=0.05V，f=1000Hz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。

实验电路所用三极管均为9013，放大倍数β一般在150-200之间，所以基极电流很小，对电路影响可忽略不计。设β=150，由此估算静态工作点和放大倍数：

V3B?VCC?VDD?R2?VDD??7.84(V)，V3E?V3B?0.7??8.54(V)

R1?R2V3E?VDD?1.15(A)

ReV1B?V2B?0(V),V1E?V2E??0.7(V),I3C?I3E?I1C?I2C?I1E?I2E?I3C?0.577(A),V1C?V2C?VCC?I1C?RC?6.23(V) 2V3C?V1E?I1E?RP126mV??0.794(V),rbe?200?(1??)?7K? 2IE29

Ad??uod?uidRLAd2A?A??23.5， ，????47d1d2/2rbe?(1??)RRc理论计算结果与实际比较基本相符

实验六 比例求和运算电路

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.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6.1中的VO和Af 2.估算表6.3的理论值

3.估算表6.4、表6．5中的理论值 4.计算表6.6中的VO值 5.计算表6.7中的VO值

集成运放的输出端与自身的反向输入端通过电路联接，组成负反馈电路。由于运放的电压增益大约在100000以上，所以处于深度负反馈状态，这种情况下运放主要工作于线性放大区，因而有“虚断”、“虚短”i??i??0,U??U?。

四、实验内容

1.电压跟随电路

实验电路如图6.1所示。按表6.1内容实验并测量记录。

图6.1 电压跟随电路

电压串联负反馈，根据“虚短”有UO?U??U?

表6.1

Vi(V) －2 －0.5 0 ＋0.5 1 31

VO(V) RL=∞ RL=5K1 -2 -2 -0.5 -0.5 0 0 0.5 0.5 1.00 1.00 2.反相比例放大器

实验电路如图6.2所示。

图6.2 反相比例放大电路

电压并联负反馈，由“虚短”有UA?UB?0V,Ii?Ui?UAUi? R1R1RfUi“虚断”有If?Ii?,UO?UA?If?Rf??Ui

R1R1(1)按表6.2内容实验并测量记录。

表6.2

直流输入电压Vi(mV) 输出电压VO 理论估算(V) 实际值(V) 误差(mV) 30 -0.3 -0.295 5 100 -1.0 -0.99 10 300 -3.0 -2.99 10 1000 -10 -9.95 50 3000 -30 -10.23 运放饱和

(2)按表6.3要求实验并测量记录。

表6.3

ΔV0 ΔVAB ΔVR2 ΔVR1 ΔV0L 测试条件 RL开路，直流输入信 号Vi由0变为800mV RL由开路变为5K1, Vi=800mV 理论估算值 -8V 0 0 800mV 0 实测值 -7.95V 0 0 795mV 0 (3)测量图6.2电路的上限截止频率。 3.同相比例放大电路 电路如图6.3所示

(1) 按表6.4和6.5实验测量并记录。

电压串联负反馈：“虚断”有i??i??0,?UB?Ui，“虚短”有UA?UB?Ui

?UO?

UAR(R1?RF)?(1?F)Ui R1R1图6.3 同相比例放大电路

表6.4

直流输入电压Vi(mV) 理论估算(V) 输出电压VO 实际值(V) 误差(mV) 30 0.33 0.334 4

表6.5

100 1.1 1.10 0 300 3.3 3.31 10 1000 11 11.05 50 3000 33 ΔV0 ΔVAB ΔVR2 ΔVR1 ΔV0L 测试条件 RL开路，直流输入信 号Vi由0变为800mV RL由开路变为5K1, Vi=800mV 理论估算值 8.8V 0 0 0.8V 0 实测值 8.793V 0 0 0.7997V 0 (2)测出电路的上限截止频率 4.反相求和放大电路。

实验电路如图6.4所示。按表6.6内容进行实验测量，并与预习计算比较。

33

图6.4 反相求和放大电路

电压并联负反馈，分析方法与图6.2一样：UO??RF(表6.6

Ui1Ui2?) R1R2Vi1(V) Vi2(V) VO(V) VO估(V) 5.双端输入求和放大电路 实验电路为图6.5所示。

0.3 0.2 -5.02 -5 －0.3 0.2 1.022 1 图6.5 双端输入求和电路

以上电路有错误，R3应为100K。减法电路，电压串并联反馈电路，

UO?R3R?RFR?1Ui2?FUi1?10(Ui2?Ui1)

R2?R3R1R1表6.7

Vi1(V) Vi2(V) VO(V) VO估(V) 1 0.5 -5.15 -5 2 1.8 -2.10 -2 0.2 －0.2 -4.01 -4 按表6.7要求实验并测量记录。

五、实验报告

1.总结本实验中5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。

实验七 积分与微分电路

一、实验目的

1.学会用运算放大器组成积分微分电路。 2.学会积分微分电路的特点及性能。

二、实验仪器

l.数字万用表 2.信号发生器 3.双踪示波器

三、预习要求

1.分析图7.1电路，若输入正弦波，V0与Vi相位差是多少？当输入信号为100Hz有效值为2V时，VO=？

2.分析图7.2电路，若输入方波，V。与Vi相位差多少？当输入信号为160Hz幅值为1V时，输出VO=？

3.拟定实验步骤、做好记录表格。

四、实验内容

1.积分电路：

实验电路如图7.1所示

图7.1 积分电路

反相积分电路：UO??1tUi(t)dt?UO(t0)。实用电路中为防止低频信号增?t0R1C益过大，往往在积分电容两边并联一个电阻Rf，它可以减少运放的直流偏移，但也会影响积分的线性关系，一般取Rf??R1?R2。

(1)取Vi=-1V，断开开关K(开关K用一连线代替，拔出连线一端作为断开)用

示波器观察VO变化。

(2)测量饱和输出电压及有效积分时间。

35

VO直线上升，大约在1.1秒时间内输出饱和电压11.4伏。

(3)使图7.1中积分电容改为0.1μ，在积分电容两端并接100K电阻，断开K，Vi分别输入频率为100Hz幅值为±1V（VP-P＝2V）的正弦波和方波信号，观察和比较Vi与V0的幅值大小及相位关系，并记录波形。 当输入100Hz、VP-P＝2V的方波时，根据反向积分法则产生三角波。当方波为- UZ时，三角波处于上升沿，反之处于下降沿。输出三角波的峰峰值为

VP?P?1TUZ?5(V)。当不加上Rf时，示波器观察输出三角波往往出现失R1C2真，此时使用直流输入观察就会发现，三角波的中心横轴大约在+10V或-10V的地方，因为直流偏移太大，所以输出会产生失真。在电容两端并上大电位器，调节它大约在500KΩ到1MΩ的范围，可以观察到不失真的三角波，峰峰值为5V，此时仍有一定的直流偏移。当并上Rf?100K?时，直流偏移在1V以下，但输出三角波已经变成近似积分波，幅值也有所下降。

当输入100Hz、VP-P＝2V的正弦波时，有Ui?1Cos(100?2?t)，根据积分公式有

UO??1.59Sin(100?2?t)。因此输出波形的相位比输入波形的相位超前90度。

当不加上Rf时，示波器观察输出正弦波往往出现切割失真，同样是直流偏移太大的原因。在电容两端并上大电位器，调节它大约在500KΩ到1MΩ的范围，可以观察到不失真的波形，峰峰值为3.2V，此时仍有一定的直流偏移。当并上

Rf?100K?时，直流偏移在1V以下，幅值也有所下降。

(4)改变信号频率(20Hz～400Hz)，观察Vi与VO的相位、幅值及波形的变化。 当改变信号频率时，输出信号的波形、相位不变，幅值随着频率的上升而下降。

2.微分电路

实验电路如图7.2所示。

图7.2微分电路

UO(t)??RC微分电路电路理想分析得到公式：

dUi(t)。但对于图7.2所示电路，dt对于阶跃变化的信号或是脉冲式大幅值干扰，都会使运放内部放大管进入饱和或截止状态，以至于即使信号消失也不能回到放大区，形成堵塞现象使电路无法工作。同时由于反馈网络为滞后环节，它与集成运放内部滞后环节相叠加，易产生自激震荡，从而使电路不稳定。为解决以上问题，可在输入端串联一个小电阻R1，以限制输入电流和高频增益，消除自激。以上改进是针对阶跃信号（方波、矩形波）或脉冲波形，对于连续变化的正弦波，除非频率过高不必使用，当加入电阻R1时，电路输出为近似微分关系。

(1)输入正弦波信号，f=160Hz有效值为1V，用示波器观察Vi与VO波形并测

量输出电压。

(2)改变正弦波频率(20Hz～400Hz)，观察Vi与VO的相位、幅值变化情况并记录。

Ui?1Cos(160?2?t)，根据公式：UO?2.21Sin(160?2?t)。实际观察到输出波

形比输入波形滞后90度，峰峰值大约为4.5伏，与理论基本一致。当频率变化时，输出信号的波形、相位不变，幅值随着频率上升而增大。

(3)输入方波信号，f=200Hz，V=±200mV（VP-P＝400mV），在微分电容左端接入400Ω左右的电阻（通过调节1K电位器得到），用示波器观察VO波形；

37

按上述步骤(2)重复实验。

(4)输入方波信号，f=200Hz，V=±200mV（VP-P＝400mV），调节微分电容左端接入的电位器（1K），观察Vi与VO幅值及波形的变化情况并记录。 不接入电阻时：当输入方波从-UZ上升到UZ时，输出先产生一个饱和负脉冲（-11V左右），负脉冲回到零开始震荡，震荡的幅值越来越低最后归零；当输入方波从UZ下降到-UZ时，输出波形相反，这是电路自激震荡产生的。

接入电位器，逐渐加大电阻，震荡的幅值减小，观察到震荡的次数也减小。当电阻为400Ω时，输出波形为幅值大约8.8V的正负脉冲。图形大致如下：

3.积分——微分电路，实验电路如图7.3所示

图7.3 积分—微分电路

(1)在Vi输入f=200Hz，V=±6V的方波信号，用示波器观察V1和VO的波形并记录。

(2)将f改为500Hz，重复上述实验。

输入f=200Hz，V=±6V的方波信号时，V1输出相同频率峰峰值为15伏的三角波，VO输出相同频率峰峰值为23伏的方波，比输入波形稍有延迟。

输入f=500Hz，V=±6V的方波信号时，V1输出相同频率峰峰值为6伏的三角波，VO输出相同频率峰峰值为23伏的方波，比输入波形稍有延迟。

五、实验报告

1.整理实验中的数据及波形，总结积分，微分电路特点。 2.分析实验结果与理论计算的误差原因。

39

实验八 波形发生电路

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。

二、实验仪器

1.双踪示波器 2.数字万用表

三、预习要求

1.分析图8.1电路的工作原理，定性画出VO和VC波形。 2.若图8.1电路R=10K，计算VO的频率。

3.图8.2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。

4.图8.3电路中，如何改变输出频率？设计2种方案并画图表示。

5.图8.4电路中如何连续改变振荡频率？画出电路图。(利用实验箱上的元器

件)

四、实验内容

1.方波发生电路

实验电路如图8.1所示，双向稳压管稳压值一般为5—6V。

图8.1 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。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。 图8.1所示的方波发生电路由反向输入的滞回比较器（即施密特触发器）和RC回路组成，滞回比较器引入正反馈，RC回路既作为延迟环节，又作为负反馈网络，

电路通过RC充放电来实现输出状态的自动转换。分析电路，可知道滞回比较器的门限电压?UT??R1UZ。当UO输出为UZ时，UO通过R对C充电，直

R1?R2到C上的电压UC上升到门限电压UT，此时输出UO反转为?UZ，电容C通过R放电，当C上的电压UC下降到门限电压?UT，输出UO再次反转为UZ，此过程周而复始，因而输出方波。根据分析充放电过程可得公如下：

T?2RCln(1?2R11)，f? R2T有UZ?6V、R1?R2?10K?、C?0.1?F，代入公式计算得：当R=10K时，输出方波频率f=455.12Hz;当R=110K时，输出方波频率f=41.4Hz。

观察实际输出波形：当R=10K时，输出幅值正负5.6伏，频率430Hz的方波；当R=110K时，输出幅值正负5.6伏，频率39.75Hz的方波。从公式可见，想要获得更低的频率，可以加大电阻R和电容C，或者加大R1、减小R2。

2.占空比可调的矩形波发生电路

实验电路如图8.2所示。

41

图8.2 占空比可调的矩形波发生电路

图8.2原理与图8.1相同，但由于两个单向导通二级管的存在，其充电回路和放电回路的电阻不同，设电位器RP1中属于充电回路部分（即RP1上半）的电阻为R/，电位器RP1中属于放电回路部分（即RP1下半）的电阻为R//，，如不考虑二极管单向导通电压可得公式：T?t1?t2?(2R?R?R)Cln(1?///2RP21),f?，占空R2TR?R/比q?，调节RP2?10K?，由各条件可计算出f?87.54Hz 。 ///2R?R?R (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。

实际实验时，当RP2?10K?时，调节RP1观察输出波形。观察到当占空比在三分之一到三分之二之间时，输出方波的幅值为正负5.6伏，频率大致不变在71.6赫兹附近，超过此范围后频率会升高。之所以与理论计算值有相当大的差异，是因为理论计算时忽略了二极管正向导通电压0.7伏的关系，实际充放电电流比理论小，所以频率要比理论低。 3.三角波发生电路

实验电路如图8.3所示。

图8.3 三角波发生电路

三角波发生电路是用正相输入滞回比较器与积分电路组成，与前面电路相比较，积分电路代替了一阶RC电路用作恒流充放电电路，从而形成线性三角波，同时易于带负载。分析滞回比较器，可得?UT??RPUZ，分析积分电路有R1UO2??UZTRP1??U?(?U)?2UZ，所以Udt，所以有TTO1R3C2R1R3C?T?4RP1R3C,f?，UO2m?UT。选RP?10K?，计算得f?113.6Hz。 R1T(1)按图接线，分别观测V01及V02的波形并记录。

(2)如何改变输出波形的频率？按预习方案分别实验并记录。

UO2UO1得到f?116.4Hz、实际实验时选RP?10K?，峰峰值约11伏的方波，

得到f?116.4Hz、峰峰值约9伏的三角波。改变RP可以改变频率和幅值，RP上升，UO2m上升，f下降。RP?18K?，UO1得到f?66.0Hz、峰峰值约11伏的方波，UO2得到f?66.0Hz、峰峰值约18伏的三角波。RP?3.8K?，UO1得到f?291.8Hz、峰峰值约11伏的方波，UO2得到f?291.8Hz、峰峰值约4伏的三角波。

4.锯齿波发生电路

实验电路如图8.4所示。

43

图8.4 锯齿波发生电路

电路分析与前面一样，?UT??R1UZ，设当UO2?UZ时，积分回路电阻（电R2///位器上半部分）为R，当UO2??UZ时，积分回路电阻（电位器下半部分）为R。

R1RUZ21UZR2R2考虑到二极管的导通压降可得：t1?R/C，t2?R//C，

UZ?0.7UZ?0.72T?t1?t2，f?1/T，占空比q?t1/t2?R//(R/?R//)。RP为100KΩ电位器

时频率太低，改为22KΩ时，理论频率为91.25赫兹。 (1)按图接线，观测电路输出波形和频率。

(2)按预习时的方案改变锯齿波频率并测量变化范围。

RP为100KΩ电位器时频率太低，改为22KΩ时：改变RP使占空比在三分之一到

三分之二之间时，输出锯齿波频率约为83.86赫兹，峰峰值9.2伏，超过此范围则频率上升。要改变频率可改变RP、R1、R2、C。

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。

实验九 有源滤波电路

一、实验目的

1.熟悉有源滤波电路构成及其特性。 2.学会测量有源滤波电路幅频特性。

二、仪器及设备

1.示波器 2.信号发生器

三、预习要求

1.预习教材有关滤波电路内容。

2.分析图9.1，图9.2，图9.3所示电路。写出它们的增益特性表达式。 3.计算图9.1，图9.2电路的截止频率，图9.3电路的中心频率。

4.画出三个电路的幅频特性曲线。 滤波器的是具有让特定频率段的正弦信号通过而抑制衰减其他频率信号功能的双端口网络，常用RC元件构成无源滤波器，也可加入运放单元构成有源滤波器。无源滤波器结构简单、可通过大电流，但易受负载影响、对通带信号有一定衰减，因此在信号处理时多使用有源滤波器。根据幅频特性所表示的通过和阻止信号频率范围的不同，滤波器共分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器、全通滤波器五种。

四、实验内容

l.低通滤波电路

实验电路如图9.1所示。其中：反馈电阻RF选用22K电位器，5K7为设定值。

45

图9.1 低通滤波电路

按表9.1内容测量并记录。

图9.1是二阶有源低通滤波器，由拉普拉斯变换分析可得：

Au(S)?1?(2?RF?1R1RF)RCS?C2R2S2R1，取Aup?1?RF1，Q?，

3?AupR111，f0?则Au(j?)??0?RC2?RCAup????2??1??2?1??????????Q?????0??0?????1 60 1 100 1 150 1 200 2

表9.1

Vi(V) f(Hz) V0(V) 1 5 1 10 1 15 1 30 1 300 1 400 1.6 1.6 1.5 1.4 0.62 0.245 0.110 0.064 28mV 16mV 2.高通滤波电路

实验电路如图9.2所示

图9.2 高通滤波电路

设定RF为5.7KΩ，按表9.2内容测量并记录

图9.2是二阶有源高通滤波器，由拉普拉斯变换分析可得：

RF?1R1R1，取Aup?1?F，Q?，Au(S)?RF1123?AupR11?(2?)?()R1RCSRCS?0?11，f0?则Au(j?)?RC2?RCAup???0?2??1?0?2???1?????????Q?????????1 100 1 130 1 160 1 200 2

表9.2

Vi(V) f(Hz) V0(V) 1 10 1 20 1 30 1 50 1 300 1 400 7mV 30mV 64mV 0.170 0.60 0.92 1.18 1.38 1.51 1.55 3.带阻滤波电路

实验电路如图9.3所示

图9.3 带阻滤波电路

(1)实测电路中心频率。

(2)以实测中心频率为中心，测出电路幅频特性。

图9.3是二阶有源带阻滤波器，由拉普拉斯变换分析可得：

RF?1)[1?(SRC)2]R1R1，取Aup?1?F，Q?，Au(S)?RF2(2?Aup)R11?2(1?)SRC?(SRC)2R1(47

11，f0?则Au(j?)??0?RC2?RCAup1?11?Q2?0?2(?)，中心频率为

??0f0?12，通带截止频率为fp1?[(2?Aup)?1?(2?Aup)]f0，

2?RCfp2?[(2?Aup)2?1?(2?Aup)]f0,由此计算得中心频率f0?79.6Hz

表9.3

Vi(V) f(Hz) V0(V) Vi(V) f(Hz) V0(V) 1 5 1 130 1 10 1 160 1 20 1 200 1 30 1 300 1 50 1 400 1 60 1 70 1 80 1 90 1 100 1.0 0.98 0.9 0.76 0.44 0.27 0.118 20mV 0.14 0.245 0.47 0.62 0.74 0.86 0.91 实际观测得中心频率约为78.4赫兹。

五、实验报告

1.整理实验数据，画出各电路曲线，并与计算值对比分析误差。

2.如何组成带通滤波电路？试设计一中心频率为300Hz，带宽200Hz的带通滤

波电路。

实验十 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10.1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10.2电路，计算：

(1)使VO由＋Vom变为－Vom的Vi临界值。 (2)使V0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10.3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。

电压比较器中集成运放工作在开环或正反馈状态，只要两个输入端之间电压稍有差异，输出端便输出饱和电压，因此基本工作在饱和区，输出只有正负饱和电压。

四、实验内容

1.过零比较电路

实验电路如图10.1所示

图10.1 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。

49

由于V??0V，当输入电压Ui大于0V时，UO输出?UZ，反之输出UZ。实测：悬空时，输出电压为5.57伏。输入正弦波时，输出正负5.6伏的方波，当正弦波处于上半周时，方波处于-5.6伏；当正弦波处于下半周时，方波处于+5.6伏。改变输入幅值，随着幅值增大，方波的过渡斜线变得更竖直。 2.反相滞回比较电路，实验电路如图10.2所示

图 10.2 反相滞回比较电路

分析电路可得：UTH?R2R2UZ，UTL??UZ

RF?R2RF?R2(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

以UZ?6V，公式计算UTH?0.545V，UTL??0.545V。实测UTH?0.508V，

UTL??0.514V与UZ?5.6V时计算结果相符。

(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。

以UZ?6V，公式计算UTH?0.286V，UTL??0.286V。实测UTH?0.268V，

UTL??0.267V与UZ?5.6V时计算结果相符。

3.同相滞回比较电路。实验电路为图10.3所示

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/96mp.html