实验一 常用电子仪器的使用
一、实验目的,
1,本实验是验证性实验 。通过本实验掌握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、数字万用表等的主要技术指标、性能及正确使用方法。
2、测试二极管的简单电路，掌握二极管的外特性，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、预习要求,
1、查阅有关电子仪器使用方法的资料 及附录，了解示波器、信号发生器等仪器仪表各旋钮按键的功能及使用方法。
2、明确实验内容及要求，拟订必要的记录表格。
三、实验内容,
1、常用仪器仪表
在模拟电子电路基础实验中，常用的电子仪器有如图 1.1 所示的相关仪器，其相互关系及作用如下,
图 1.1 模拟电路实验常用仪器仪表相互关系
①函数信号发生器：用来产生信号源的仪器，可按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出电压最大可达20V
P－P
（峰峰值）。通过使用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。
②直流稳压电源：它是为被测实验电路提供能源，通常是电压输出，例如 5～6V，
±12V或±15V，交流双～15V或单～9V等。
③示波器：用来测量实验电路的输出信号。通过示波器可显示电压或电流波形，
可测量频率、周期等其他有关参数。现简单介绍示波器的使用方法,
1）,寻找扫描光迹
R1
1K
Vi
V3
2.0V
V2
2.0V
D1
D2
+
-
Vo
将示波器 Y 轴显示方式置,Y
1
”或,Y
2
”,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,Y
1
”,,Y
2
”,,Y
1
＋ Y
2
”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底时使用。
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。
④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。 除交流毫伏表外,常用的测量仪器仪表还有万用表，
电流表，电压表，频率计等。
⑤被测实验电路：任何模拟电子电路实验都需要这一部分，它是研究模拟电路的基础，有的是一个单元实验电路，有的是采用设计式，有的是采用组合式（一部分是固定电路，一部分是设计搭设的电路）,无论哪一种被测实验电路都要通过相关仪器准确地测量数据，观察实验现象和结果，进而真正掌握该电路的作用。
本实验中,通过二极管的简单测试和应用来了解上述模拟电子电路实验常用仪器的正确使用方法及其相互关系。
2、实验电路
实验电路如图 1.2 所示。
图 1.2
四、实验步骤
1、用万用表的欧姆档（ R× 1k 或 R× 100k）检查二极管的好坏，并判断二极管的正负极性。
2、选用合适的量程档测量电阻的阻值。
3、调节直流稳压电源的两组输出，使之同时输出两组 2V 的电压源。
4、调节信号发生器的频率选择旋钮，使之输出 f=1kHz 的正弦信号，同时，用晶体管毫伏表选择合适的量程检测。调节输 出衰减粗调旋钮及细调旋钮，控制输出信号电压为 1V。作为实验电路的输入信号 Ui。
5、在实验箱上安装实验电路，如图 1.1.2 所示。
6、用示波器测量实验电路的 Ui 和 Uo。并记录实验数据于自拟表格中。
7、改变 Ui，使 Ui=3V,f=2kHz，重复实验步骤 6
五、实验报告要求,
1、写出本实验所用仪器的型号、名称及各自作用。
2、总结示波器、信号发生器、晶体管毫伏表的正确使用方法。
3、阐述万用表测试二极管的简单步骤和方法。
4、整理实验报告，并进行分析和讨论。
R1
10k
C1
10u
20k
RB1
20k
T1
C2
10u
RF
100
RE1
1k
C3
100u
+
-
Ui
+
-
Us
+
-
Uo
信号由此输入
OUT
Vc c
Vc
Vb
Ve
RC1
2.4k
100K
RW
实验二 晶体管共射极单管放大器
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验学会放大器静 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。
二、实验原理
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R
B1
和R
B2
组成的分压电路，并在发射极中接有电阻 R
E
，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 u
i
后，在放大器的输出端便可得到一个与 u
i
相位相反，幅值被放大了的输出信号 u
0
，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 R
B1
和R
B2
的电流远大于晶体管 T 的
基极电流 I
B
时（一般 5～10倍）,则它的静态工作点可用下式估算
CC
B2B1
B1
B
U
RR
R
U
+
≈
U
CE
＝U
CC
－I
C
（R
C
＋R
E
）
电压放大倍数
be
LC
V
r
RR
βA
//
=
输入电阻
R
i
＝R
B1
// R
B2
// r
be
输出电阻
R
O
≈R
C
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 u
i
＝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 I
C
以及各电极对地的电位 U
B
、U
C
和U
E
。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压 U
E
或U
C
，然后算出 I
C
的方法，例如，只要测出U
E
，即可用
E
E
EC
R
U
II =≈ 算出 I
C
（也可根据
C
CCC
C
R
UU
I
=,由 U
C
确定 I
C
）,
同时也能算出 U
BE
＝U
B
－U
E
，U
CE
＝U
C
－U
E
。
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
C
E
BEB
E
I
R
UU
I ≈
≈
放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流 I
C
（或 U
CE
） 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 u
O
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 u
O
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 u
i
，检查输出电压 u
O
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 u O波形失真的影响
改变电路参数 U
CC
、R
C
、R
B
（R
B1
、R
B2
）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 R
B2
的方法来改变静态工作点，如减小 R
B2
，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 A
V
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 u
i
，在输出电压 u
O
不失真的情况下，用交流毫伏表测出 u
i
和u
o
的有效值 U
i
和U
O
，则
i
0
V
U
U
A =
2) 输入电阻 R
i
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 U
S
和U
i
，则根据输入电阻的定义可得
R
UU
U
R
U
U
I
U
R
iS
i
R
i
i
i
i
===
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 U
R
时必须分别测出 U
S
和U
i
，然后按 U
R
＝U
S
－U
i
求出 U
R
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R
i
为同一数量级为好，本实验可取 R＝1～2KΩ。
3) 输出电阻 R
0
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 R
L
的输出电压 U
O
和接入负载后的输出电压 U
L
，根据
O
LO
L
L
U
RR
R
U
+
= 即可求出
L
L
O
O
1)R
U
U
(R?=
在测试中应注意，必须保持 R
L
接入前后输入信号的大小不变。
4) 最大不失真输出电压 U
OPP
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 R
W
（改变静态工作点）,用示波器观察 u
O
，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 U
O
（有效值）,则动态范围等于
0
U22 。或用示波器直接读出 U
OPP
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 A
U
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，A
um
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 2/1 倍，
即 0.707A
um
所对应的频率分别称为下限频率 f
L
和上限频率 f
H
，则通频带 f
BW
＝f
H
－f
L
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 A
U
。为此，可采用前述测 A
U
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
3DG 9011(NPN)
3CG 9012(PNP)
9013(NPN)
图 2－6 幅频特性曲线 图2－7 晶体三极管管脚排列
三、实验设备与器件
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
四、实验内容
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 R
W
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 R
W
，使 I
C
＝2.0mA（即 U
E
＝2.0V）,用直流电压表测量 U
B
、
U
E
、U
C
及用万用电表测量 R
B2
值。记入表 2－1。
表 2-1 I
C
＝2mA
测 量 值 计 算 值
U
B
（V） U
E
（V） U
C
（V） R
B2
（KΩ） U
BE
（V） U
CE
（V） I
C
（mA）
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 u
S
，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压 U
i
≈10mV，同时用示波器观察放大器输出电压 u
O
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 U
O
值，并用双踪示波器观察 u
O
和u
i
的相位关系，记入表 2－2。
表 2－2 Ic＝2.0mA U
i
＝ mV
R
C
（KΩ） R
L
(KΩ) U
o
(V) A
V
观察记录一组 u
O
和u
1
波形
2.4 ∞
1.2 ∞
2.4 2.4
3、观察静态工作点对电压放大倍数的影响
置R
C
＝2.4KΩ，R
L
＝∞，U
i
适量，调节 R
W
，用示波器监视输出电压波形，在
u
O
不失真的条件下，测量数组 I
C
和U
O
值，记入表 2－3。
表2－3 R
C
＝2.4KΩ R
L
＝∞ U
i
＝ mV
I
C
(mA) 2.0
U
O
(V)
A
V
测量I
C
时，要先将信号源输出旋钮旋至零（即使 U
i
＝0） 。
4、观察静态工作点对输出波形失真的影响
置R
C
＝2.4KΩ，R
L
＝2.4KΩ,u
i
＝0，调节 R
W
使I
C
＝2.0mA，测出 U
CE
值，再逐步加大输入信号，使输出电压 u
0
足够大但不失真。 然后保持输入信号不变，
分别增大和减小 R
W
，使波形出现失真，绘出 u
0
的波形，并测出失真情况下的 I
C
和U
CE
值,记入表 2－4中。 每次测 I
C
和U
CE
值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。
表 2－4 R
C
＝2.4KΩ R
L
＝∞ U
i
＝ mV
I
C
(mA) U
CE
(V) u
0
波形 失真情况 管子工作状态
2.0
5、测量最大不失真输出电压
置R
C
＝2.4KΩ，R
L
＝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 R
W
，用示波器和交流毫伏表测量 U
OPP
及U
O
值，记入表
2－5。
表 2－5 R
C
＝2.4K R
L
＝2.4K
I
C
(mA) U
im
(mV) U
om
(V) U
OPP
(V)
*6、测量输入电阻和输出电阻
置 R
C
＝2.4KΩ，R
L
＝2.4KΩ，I
C
＝2.0mA。输入 f＝1KHz的正弦信号，在输出电压 u
o
不失真的情况下，用交流毫伏表测出 U
S
，U
i
和U
L
记入表 2-6。
保持U
S
不变，断开 R
L
，测量输出电压 U
o
，记入表 2-6。
表 2-6 I
c
＝2mA R
c
＝2.4KΩ R
L
＝2.4KΩ
R
i
（KΩ） R
0
（KΩ） U
S
(mv)
U
i
(mv)
测量值 计算值
U
L
（V）
U
O
（V）
测量值 计算值
*7、测量幅频特性曲线
取I
C
＝2.0mA，R
C
＝2.4KΩ，R
L
＝2.4KΩ。 保持输入信号 u
i
的幅度不变，改变信号源频率 f，逐点测出相应的输出电压 U
O
，记入表 2－7。
表 2－7 U
i
＝ mV
f
l
f
o
f
n
f（KHz）
U
O
（V）
A
V
＝U
O
/U
i
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 6、7可作为选作内容。
五、实验总结
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 R
C
，R
L
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。
六、预习要求
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，R
B1
＝20KΩ，R
B2
＝60KΩ，R
C
＝2.4KΩ，R
L
＝2.4KΩ。
估算放大器的静态工作点，电压放大倍数 A
V
，输入电阻 R
i
和输出电阻 R
O
2、阅读实验附录中有关放大器干扰和自激振荡消除内容。
3,能否用直流电压表直接测量晶体管的 U
BE
？ 为什么实验中要采用测 U
B
、
U
E
，再间接算出 U
BE
的方法？
4、怎样测量 R
B2
阻值？
5、当调节偏置电阻 R
B2
，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降 U
CE
怎样变化？
6、改变静态工作点对放大器的输入电阻 R
i
有否影响？改变外接电阻 R
L
对输出电阻 R
O
有否影响？
7、在测试 A
V
，R
i
和R
O
时怎样选择输入信号的大小和频率？
为什么信号频率一般选 1KHz，而不选 100KHz或更高？
8、测试中，如果将函数信号发生器、交流毫伏表、示波器中任一仪器的二个测试端子接线换位（即各仪器的接地端不再连在一起）,将会出现什么问题？
注,附图2－1 所示为共射极单管放大器与带有负反馈的两级放大器共用实验模块。如将 K
1
、K
2
断开，则前级（Ⅰ）为典型电阻分压式单管放大器；如将 K
1
、
K
2
接通，则前级（Ⅰ）与后级（Ⅱ）接通，组成带有电压串联负反馈两级放大器。
附图2－1
实验三 负反馈放大器
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验加深理解放大 电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大器各项性能指标的影响。
二、实验原理
负反馈在电子电路中有着非常广 泛的应用,虽然它使放大器的放大倍数降低，但能在多方面改善放大器的动态指标，如稳定放大倍数，改变输入、输出电阻，减小非线性失真和展宽通频带等。因此，几乎所有的实用放大器都带有负反馈。
负反馈放大器有四种组态，即电压串联，电压并联，电流串联，电流并联。
本实验以电压串联负反馈为例，分析负反馈对放大器各项性能指标的影响。
1、图 4－1 为带有负反馈的两级阻容耦合放大电路，在电路中通过 R
f
把输出电压 u
o
引回到输入端，加在晶体管 T
1
的发射极上，在发射极电阻 R
F1
上形成反馈电压 u
f
。根据反馈的判断法可知，它属于电压串联负反馈。
主要性能指标如下
1) 闭环电压放大倍数
VV
V
Vf
FA1
A
A
+
=
其中 A
V
＝U
O
／U
i
— 基本放大器（无反馈）的电压放大倍数，即开环电压放大倍数。
1＋A
V
F
V
— 反馈深度,它的大小决定了负反馈对放大器性能改善的程度。
2) 反馈系数
F1f
F1
V
RR
R
F
+
=
3) 输入电阻
R
if
＝(1＋A
V
F
V
)R
i
R
i
— 基本放大器的输入电阻
R1
10k
C1
10u
20k
RB1
20k
T1
C2
10u
RF
100
RE1
1k
C3
100u
RC1
2.4k
100K
RW
T2
RB3
20K
RB2
10K
RC2
2.4K
RE2
1K
CE2
100U
C3
10U
RL
2.4K
RF
1.8K
CF
20U
图 4－1 带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器
4) 输出电阻
VVO
O
Of
FA1
R
R
+
=
R
O
— 基本放大器的输出电阻
A
VO
— 基本放大器 R
L
＝∞时的电压放大倍数
2、本实验还需要测量基本放大器的动态参数，怎样实现无反馈而得到基本放大器呢？不能简单地断开反馈支路，而是要去掉反馈作用，但又要把反馈网络的影响（负载效应）考虑到基本放大器中去。为此,
1) 在画基本放大器的输入回路时，因为是电压负反馈，所以可将负反馈放大器的输出端交流短路，即令 u
O
＝0，此时 R
f
相当于并联在 R
F1
上。
2) 在画基本放大器的输出回路时，由于输入端是串联负反馈，因此需将反馈放大器的输入端（T
1
管的射极）开路，此时（R
f
＋R
F1
）相当于并接在输出端。
可近似认为 R
f
并接在输出端。
根据上述规律，就可得到所要求的如图 4－2所示的基本放大器。
Vcc
+12V
信号由此输入
+
- -
+
Us Ui
图 4－2 基本放大器
三、实验设备与器件
1,＋12V直流电源 2,函数信号发生器
3,双踪示波器 4,频率计
5,交流毫伏表 6,直流电压表
7,晶体三极管 3DG6×2(β＝50～100)或 9011×2
电阻器、电容器若干。
四、实验内容
1,测量静态工作点
按图 4－1 连接实验电路，取 U
CC
＝＋12V，U
i
＝0，用直流电压表分别测量第一级、第二级的静态工作点，记入表 4-1。
表 4－1
U
B
（V） U
E
（V） U
C
（V） I
C
（mA）
第一级
第二级
2、测试基本放大器的各项性能指标
将实验电路按图 4－2 改接，即把 R
f
断开后分别并在 R
F1
和R
L
上，其它连线不动。
1) 测量中频电压放大倍数 A
V
，输入电阻 R
i
和输出电阻 R
O
。
① 以 f＝1KHZ,U
S
约 5mV正弦信号输入放大器,用示波器监视输出波形 u
O
，
在u
O
不失真的情况下，用交流毫伏表测量 U
S
、U
i
、U
L
，记入表 4－2。
表 4-2
U
S
(mv)
U
i
(mv)
U
L
(V)
U
O
(V)
A
V
R
i
(KΩ)
R
O
(KΩ)
基本放大器
U
S
(mv)
U
i
(mv)
U
L
(V)
U
O
(V)
A
Vf
R
if
(KΩ)
R
Of
(KΩ)
负反馈放大器
②保持 U
S
不变，断开负载电阻 R
L
（注意，R
f
不要断开）,测量空载时的输出电压 U
O
，记入表 4－2。
2) 测量通频带
接上 R
L
，保持 1)中的 U
S
不变，然后增加和减小输入信号的 频率，找出上、
下限频率 f
h
和f
l
，记入表 4－3。
3、测试负反馈放大器的各项性能指标
将实验电路恢复为图 4－1的负反馈放大电路。 适当加大 U
S
（约 10mV）,在输出波形不失真的条件下，测量负反馈放大器的 A
Vf
、R
if
和R
Of
,记入表 4－2；
测量 f
hf
和f
Lf
，记入表 4－3。
表4－3
f
L
(KHz) f
H
(KHz) △f(KHz)
基本放大器
f
Lf
(KHz) f
Hf
(KHz) △f
f
(KHz)
负反馈放大器
*4、观察负反馈对非线性失真的改善
1)实验电路改接成基本放大器形式，在输入端加入 f＝1KHz 的正弦信号，
输出端接示波器，逐渐增大输入信号的幅度，使输出波形开始出现失真，记下此时的波形和输出电压的幅度。
2)再将实验电路改接成负反馈放大器形式，增大输入信号幅度，使输出电压幅度的大小与 1)相同，比较有负反馈时，输出波形的变化。
五、实验总结
1、将基本放大器和负反馈放大器动态参数的实测值和理论估算值列表进行比较。
2、根据实验结果，总结电压串联负反馈对放大器性能的影响。
六、预习要求
1、复习教材中有关负反馈放大器的内容。
2、按实验电路 4－1估算放大器的静态工作点（取β
1
＝β
2
＝100） 。
3、怎样把负反馈放大器改接成基本放大器？为什么要把 R
f
并接在输入和输出端？
4、估算基本放大器的 A
V
，R
i
和R
O；估算负反馈放大器的 A
Vf
、R
if
和R
Of
，并验算它们之间的关系。
5、如按深负反馈估算，则闭环电压放大倍数 A
Vf
＝？ 和测量值是否一致？
为什么？
6、如输入信号存在失真，能否用负反馈来改善？
7、怎样判断放大器是否存在自激振荡？如何进行消振？
注：如果实验装置上有放大器的固定实验 模块，则可参考实验二附图 2－1
进行实验。
实验四 集成运算放大器的线性应用
─ 模拟运算电路 ─
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验研究由集成运 算放大器组成的比例、
加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二、实验原理
集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。 当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、
对数等模拟运算电路。
理想运算放大器特性
在大多数情况下,将运放视为理想运放,就是将运放的各项技术指标理想化，
满足下列条件的运算放大器称为理想运放。
开环电压增益 A
ud
=∞
输入阻抗 r
i
=∞
输出阻抗 r
o
=0
带宽 f
BW
=∞
失调与漂移均为零等。
理想运放在线性应用时的两个重要特性,
（1）输出电压 U
O
与输入电压之间满足关系式
U
O
＝A
ud
（U
+
－U
－
）
由于 A
ud
=∞，而 U
O
为有限值，因此，U
+
－U
－
≈0。即 U
+
≈U
－
，称为“虚短” 。
（2）由于r
i
=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即 I
IB
＝0，称为
“虚断” 。这说明运放对其前级吸取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。
基本运算电路
1) 反相比例运算电路
电路如图 8－1所示。对于理想运放,该电路的输出电压与输入电压之间的
i
1
F
O
U
R
R
U?=
关系为
为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻 R
2
＝R
1
// R
F
。
图 8－1 反相比例运算电路 图 8－2 反相加法运算电路
2) 反相加法电路
电路如图 8－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为
)U
R
R
U
R
R
(U
i2
2
F
i1
1
F
O
+?= R
3
＝R
1
// R
2
// R
F
3) 同相比例运算电路
图 8－3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为
i
1
F
O
)U
R
R
(1U += R
2
＝R
1
// R
F
当R
1
→∞时，U
O
＝U
i
，即得到如图 8－3(b)所示的电压跟随器。图中 R
2
＝R
F
，
用以减小漂移和起保护作用。一般 R
F
取 10KΩ,R
F
太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。
(a) 同相比例运算电路 (b) 电压跟随器
图 8-3 同相比例运算电路
4) 差动放大电路（减法器）
对于图 8-4所示的减法运算电路，当 R
1
＝R
2
，R
3
＝R
F
时,有如下关系式
)U(U
R
R
U
i1i2
1
F
O
=
图 8－4 减法运算电路图 8-5 积分运算电路
5) 积分运算电路
反相积分电路如图 8－5所示。在理想化条件下，输出电压 u
O
等于
式中 u
C
(o)是 t＝0时刻电容 C两端的电压值，即初始值。
如果 u
i
(t)是幅值为 E的阶跃电压，并设 u
c
(o)＝0，则
即输出电压 u
O
(t)随时间增长而线性下降。显然 RC 的数值越大，达到给定的U
O
值所需的时间就越长。积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限值。
在进行积分运算之前，首先应对运放调零。为了便于调节，将图中 K
1
闭合，
即通过电阻 R
2
的负反馈作用帮助实现调零。但在完成调零后，应将 K
1
打开，以免因 R
2
的接入造成积分误差。K
2
的设置一方面为积分电容放电提供通路，同时可实现积分电容初始电压 u
C
(o)＝0，另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号
∫
+?= (o)udtu
CR
1
(t)u
Ci
t
o
1
O
∫
=?= t
CR
E
-Edt
CR
1
(t)u
1
t
o
1
O
u
i
后,只要 K
2
一打开,电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。
三、实验设备与器件
1、±12V直流电源 2、函数信号发生器
3、交流毫伏表 4、直流电压表
5、集成运算放大器μA741×1
电阻器、电容器若干。
四、实验内容
实验前要看清运放组件各管脚的位置；切忌正、负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块。
1、反相比例运算电路
1) 按图 8－1连接实验电路，接通±12V电源，输入端对地短路，进行调零和消振。
2) 输入 f＝100Hz，U
i
＝0.5V的正弦交流信号，测量相应的 U
O
，并用示波器观察 u
O
和u
i
的相位关系，记入表 8-1。
表 8-1 U
i
＝0.5V，f＝100Hz
U
i
（V） U
0
（V） u
i
波形 u
O
波形 A
V
实测值 计算值
2、同相比例运算电路
1) 按图 8－3(a)连接实验电路。实验步骤同内容 1，将结果记入表 8－2。
2) 将图 8－3(a)中的 R
1
断开，得图 8－3(b)电路重复内容 1)。
表8－2 U
i
＝0.5V f＝100Hz
U
i
（V） U
O
(V) u
i
波形 u
O
波形 A
V
实测值 计算值
3,反相加法运算电路
1) 按图 8－2连接实验电路。调零和消振。
2) 输入信号采用直流信号，图 8－6所示电路为简易直流信号源，由实验者自行完成。实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。用直流电压表测量输入电压 U
i1
、U
i2
及输出电压 U
O
，记入表 8－3。
图 8－6 简易可调直流信号源
表 8-3
U
i1
(V)
U
i2
(V)
U
O
(V)
4、减法运算电路
1) 按图 8－4连接实验电路。调零和消振。
2) 采用直流输入信号，实验步骤同内容 3，记入表 8－4。
表8－4
U
i1
(V)
U
i2
(V)
U
O
(V)
5、积分运算电路
实验电路如图 8－5所示。
1) 打开 K
2
，闭合 K
1
，对运放输出进行调零。
2) 调零完成后，再打开 K
1
，闭合 K
2
，使 u
C
(o)＝0。
3) 预先调好直流输入电压 U
i
＝0.5V，接入实验电路，再打开 K
2
，然后用直流电压表测量输出电压 U
O
，每隔 5秒读一次 U
O
，记入表 8-5，直到 U
O
不继续明显增大为止。
表 8－5
t(s) 0 5 10 15 20 25 30 ……
U
0
(V)
五、实验总结
1,整理实验数据，画出波形图（注意波形间的相位关系） 。
2,将理论计算结果和实测数据相比较，分析产生误差的原因。
3,分析讨论实验中出现的现象和问题。
六、预习要求
1,复习集成运放线性应用部分内容，并根据实验电路参数计算各电路输出电压的理论值。
2,在反相加法器中，如 U
i1
和 U
i2
均采用直流信号，并选定 U
i2
＝－1V，当考虑到运算放大器的最大输出幅度(±12V)时，｜U
i1
｜的大小不应超过多少伏？
3,在积分电路中，如 R
1
＝100KΩ,C＝4.7μF，求时间常数。
假设 U
i
＝0.5V，问要使输出电压 U
O
达到 5V，需多长时间（设 u
C
(o)＝0）？
4,为了不损坏集成块，实验中应注意什么问题？
实验五 晶体管放大器设计
一、实验目的,
本实验是设计性实验 。 通过本实验掌握晶体管放大器静态工作点的设置与调整方法、放大器基本性能指标的测试方法、负反馈对放大器性能的影响及放大器的安装与调试技术。
二,电路工作原理及基本关系式
1,工作原理
晶体管放大器中广泛应用如图 3.1所示的电路,称之为阻容耦合共射极放大器。它采用的是分压式电流负反馈偏置电路。放大器的静态工作点 Q主要由 R
B1
、
R
B2
、R
E
、R
C
及电源电压+ V
CC
所决定。
图3.1
该电路利用电阻 R
B1
,R
B2
的分压固定基极电位 V
BQ
。 如果满足条件 I
1
>>I
BQ
，
当温度升高时,I
CQ
↑— V
EQ
↑(V
BQ
不变)— V
BE
↓— I
BQ
↓— I
CQ
↓，结果抑制了
I
CQ
的变化，从而获得稳定的静态工作点。
2,基本关系式
工作点稳定的必要条件,I
1
>>I
BQ
,
一般取
)(20)~(10
)(10)~(5
BQ1
BQ1
锗管硅管
II
II
=
=
（3-1-1）
直流负反馈愈强，电路的稳定性愈好。所以要求 V
BQ
>>V
BE
,
即 V
BQ
= (5～10) V
BE
，一般取
)(3)V~(1
)(5)V~(3
BQ
BQ
锗管硅管
=
=
V
V
（3-1-2）
电路的静态工作点由下列关系式确定,
CQ
EQ
CQ
BEBQ
E
I
V
I
VV
R =
≈ （3-1-3）
C
B
＋
＋
I
1
－
R
B2
R
B1
I
BQ
V
BQ
V
EQ
V
CEQ
I
CQ
R
C
R
E
C
E
R
L
C
C
＋
T
＋ V
CC
＋
－
＋
V
o
V
i
放大器
信号源
R
R
i
＋
－
＋
－
V
s
V
i
对于小信号放大器，一般取 I
CQ
= 0.5mA～2mA,V
EQ
= (0.2～0.5) V
CC
β
I
V
I
V
R
CQ
BQ
1
BQ
B2
)10~5(
== （3-1-4）
B2
BQ
BQCC
B1
R
V
VV
R
≈ （3-1-5）
)(
ECCQCCCEQ
RRIVV +?≈ （3-1-6）
三、性能指标与测试方法
晶体管放大器的主要性能指标有电压放大倍数 Av、输入电阻 R
i
、输出电阻 R
o
、
通频带 BW。 对于图3.1各性能指标计算式与测试方法如下,
1、电压放大倍数
be
L
i
o
V
r
R
V
V
A
′?
==
β
&
&
&
（3-1-7）
式中,R
L
’
=R
C
//R
L； r
be
为晶体管输入电阻，即
mA}{
mV26
300
mA}{
mV26
)1(
mACQmAEQ
bbe
+?≈
++=
II
rr ββ （3-1-8）
测量电压放大倍数,实际上是测量放大器的输入电压 V
i
与输出电压 V
o
的值。
在波形不失真的条件下，如果测出 V
i
(有效值)或 V
im
(峰值)及 V
ip-p
（峰-峰）
与 V
o
(有效值)或 V
om
(峰值) V
op-p
（峰-峰）,则
im
om
i
o
V
V
V
V
V
A == ＝
p-op
p-ip
V
V
（3-1-9）
2、输入电阻
beB2B1bei
//// rRRrR ≈= （3-1-10）
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。
若 R
i
>>R
s
(信号源内阻)，则放大器从信号源获取较大电压；
若 R
i
<<R
s
，则放大器从信号源吸取较大电流；
若 R
i
= R
s
，则放大器从信号源获取最大功率。
用“串联电阻法”测试放大器的输入电阻即在信号源输出与放大器输入端之间，串联一个已知电阻 R(一般以选择 R 的值接近 R
i
的值为宜)，如图 3.1.2
所示。在输出波形不失真情况下，用晶体管毫伏表或示波器，分别测量出 Vi与
Vs的值，则
R
VV
V
R
is
i
i
= （3-1-11）式中,
V
s
为信号源的输出电压值。
信
号
源
放
大
器
＋
－
R
o
S
R
L
＋
－
V
o
V
oL
0
－ 3
中频区 低频区 高频区
BW
f
L
f
H f /Hz
f /Hz
－ 90
－ 180
－ 270
/度
20lg A
V
/dB
0
(a)
(b)
f
H
f
L
(a) (b) (c)
C
B
R
s
r
be
C
C
R
C
R
L
βI
B
R
C
R
E C
Eβ+
+
1
bes
rR
＋
－
＋ ＋
＋
－
＋
V
s
3,输出电阻 图3.1.2 输出电阻测试电路
CCoo
// RRrR ≈= （3-1-12）
式中 r
o
为晶体管的输出电阻。
放大器输出电阻的大小反映了它带
负载的能力,R
o
愈小，带负载的能力愈强。
当 R
o
<<R
L
时，放大器可等效成一个恒压源。
放大器输出电阻 Ro的测试方法如 图 3.1.3 输出电阻测试电路
图 3.1.3所示，电阻 R
L
应与 Ro接
近，在输出波形不失真的情况下，首先
测量 R
L
未接入即放大器负载开路时的
输出电压 Vo的值，然后接入再测量放
大器负载上的电压 VoL的值，则
L
oL
o
o
)1( R
V
V
R?= （3-1-13）
4、频率特性和通频带
放大器的频率特性包括幅频特性 A(ω)
和相频特性?(ω)。 A(ω)表示增益的幅度与
频率的关系；?(ω)表示增益的相位与频率
的关系；?是放大器输出信号与输入信号间
的相位差。
放大器的频率特性如图3.1.4所示，影 图3.1.4放大器的频率特性
响放大器频率特性的主要因素是电路中存在 （a）幅频特性（b）相频特
的各种电容元件。
通频带 BW = f
H
– f
L
（3-1-14）
式中,f
H
为放大器的上限频率，主要受晶体管的结电容及电路的分布电容的限制；
f
L
为放大器的下限频率，主要受耦合电容C
B
、C
C
及射极旁路电容C
E
的影响。要严格计算C
B
、C
C
及C
E
同时存在时对放大器低频特性的影响，较为复杂。在工程计算中，为 了简化计算，通常以每个电容单独存在时的转折频率为基本频率，
再降低若干倍作为下限频率。
电容C
B
、C
C
及C
E
单独存在时所对应的等效回路如下
图 3.1.5(a)、(b)、(c)所示。
图 3.1.5
293132323231302920lg|Av|/dB
800 1000 1131 1131 1131 1000 900 800 Vop-p(mV)
500K 300K 100K 10K 1K 500 100 40 f(Hz)
如果放大器的下限频率 f
L
已知，则可按下列表达式估算,
)(π2
1
)10~3(C
besL
B
rRf +
≥ （3-1-15）
)(π2
1
)10~3(C
LCL
C
RRf +
≥ （3-1-16）
)
1
//(π2
1
)3~1(
bes
EL
β+
+
≥
rR
Rf
CE （3-1-17）
通常采用采用“逐点法”测量放大器的幅频特性曲线。测量时，每改变依次信号源的频率（注意维持输入信号V
S
的幅值不变且输出波形不失真），用晶体管毫伏表或示波器每测8量一个输出电压值，计算其增益。然后将测试数据 f
i
,A
VI
（20lg A
V
）列表，整理并标于坐标纸上，再将其连接成曲线，如图3.1.4（a）所示。
如果只要求测量放大器的通频带 BW,则首先测出放大器中频区 （如 fo=1KHz）
时的输出电压 V
O
，然后升高频率直到输出电压降为 0.707 V
O
为止（维持 V
S
不变）,
此时所对应的信号源频率就是上限频率 f
H
。同理，维持 V
S
不变降低频率直到输出电压降到 0.707 V
O
为止，此时所对应的频率为下限频率 f
L
，则放大器的通频带
BW=f
H
-f
L
如设某一晶体管放大器的输入信号 Vi=10mV(Vip-p=28mV)，所得数据列表格式为,
四、设计举例
例 设计一阻容耦合单级晶体管放大器。
已知条件 V
CC
= +12V,R
L
=3k?,V
i
= 10mV,R
s
= 600? 。
性能指标要求 A
V
> 40,R
i
> 1k?,R
o
< 3k?,f
L
< 100Hz,f
H
> 100kHz。
电路设计流程
提出设计指标拟定电路方案设定器件参数
电路安装和调试
结果测量
指标满足要求修改电路方案修改电路参数 是否要修改电路方案
Y
N
N
解 (1)拟定电路方案，选择电路形式及晶体管
采用如图3.1.1的分压式电流负反馈偏置电路,可以获得稳定的静态工作点。
因放大器的上限频率要求较高，故选用高频小功率管3DG100，其特性参数
I
CM
=20mA,V
(BR)CEO
≥20V,f
T
≥ 150MHz通常要求β的值大于 A
V
的值，故选β=60。
(2) 设置静态工作点并计算元件参数 由于是小信号放大器，故采用公式法设置静态工作点 Q，计算如下：要求 R
i
(R
i
≈ r
be
)>1KΩ，根据式（3-1-8）得
mA2.2mA
3001000
26
CQ
=
<
β
I 取
CQ
I =1.5mA
若取 V
BQ
= 3V，由式（3-1-3）得
=
≈ k53.1
CQ
BEBQ
E
I
VV
R 取标称值 1.5k ?== k24
10)~(5
CQ
BQ
B2
β
I
V
R 由式
（3-1-5）得
=
≈ k72
B2
BQ
BQCC
B1
R
V
VV
R
为使静态工作点调整方便,R
B1
由 30k 固定电阻与 100k 电位器相串联而成。
由式（3-1-8）得
=
+?= 1340
mA}{
mV26
300
mACQ
be
I
r β
由式（3-1-7）得
=≈′ k89.0
beV
L
β
rA
R
因R
L
’
=R
C
//R
L
则?=
′?
′
= k27.1
LL
LL
C
RR
RR
R 综合考虑，取标称值 1.5k
比较式（3-1-15）与（3-1-16）,由于（R
S
+r
be
）<(R
C
+R
L
)，故由（3-1-15）
计算电容 BC 为,Fμ2.8
)(π2
1
)10~3(C
besL
B =
+
≥
rRf
取标称值 10 μ F
取 C
C
= C
B
= 10μ F。得
v
i
(t)
v
o
(t)
o
o
t
t
饱和失真
晶体管毫伏表
低频信号发生器
直流稳压电源
＋ －
＋
－
CH
2
＋ V
CC
＋
－
被测放大器
CH
1
双踪
示波器
v
i
v
o
Fμ5.98
)
1
//(π2
1
)3~1(C
bes
EL
E =
+
+
≥
β
rR
Rf
取标称值 100 μ F
五、电路安装与调试
1,静态工作点测量与调整
测量方法是不加输入信号，将放大器输入端（耦合电容 C
B
负端）接地。用万用表分别测量晶体管的 B,E,C极对地的电压 V
BQ
,V
EQ
及 V
CQ
。一般 V
BQ
＝（ 3～ 7）
V,V
CEQ
＝正几伏。
如果出现 V
CQ
≈ V
CC
，说明晶体管工作在截止状态；如果出现 V
CEQ
< 0.5V，说明晶体管已经饱和。调整方法是改变放大器上偏置电阻 R
B1
的大小，即调节电位器的阻值，同时用万用表分别测量晶体管的各极的电位 V
BQ
,V
CQ
,V
EQ
，并计算 V
CEQ
及
I
CQ
。
如果 V
CEQ
为正几伏，说明晶体管工作在放大状态，但并不能说明放大器的静态工作点设置在合适的位置，所以还要进行动态波形观测。
给放大器送入规定的输入信号，如 V
i
=10mV,f
i
= 1kHz的正弦波。
若放大器的输出 v
o
的波形的顶部被压缩（见图 3.1.6(a)，这种现象称为截止失真）,说明静态工作点 Q 偏低，应增大基极偏流 I
BQ
，即增大 I
CQ
。 如果输出波形的底部被削波（见图 3.1.6，这种现象称为饱和失真）,说明静态工作点 Q
偏高，应减小 I
BQ
，即减 小I
CQ
。
图 3.1.6
如果增大输入信号，如 V
i
=50mV，输出波形无明显失真，或者逐渐增大输入信号时，输出波形的顶部和底部差不多同时开始畸变，说明静态工作点设置得比较合适。此时移去信号源，分别测量放大器的静态工作点 V
BQ
,V
EQ
,V
CEQ
及
I
CQ
。
2,性能指标测试与电路参数修改
按照图3.1.7所示的测量系统的接线方式来测量放大器的主要性能指标。示波器用于观测放大器的输入、输出电压波形并读取测量值。晶体管毫伏表用于测量放大器的输入、输出电压，当频率有所改变时，信号发生器的输出电压有可能变化，应及时调整，以维持输入电压不变。所有仪器的接地端都应与放大器的地线相连接。测量前，首先使信号发生器的频率调到放大器中频区的某个频率f
O
上，例如使f
O
=1KHz，幅值调到放大器所要求的电压值，例如 V
i
= 10mV（有效值），
然后按照放大器性能指标的测试方法分别测量 A
V
,R
i
,R
o及
BW。
f
L
↓
C
E
↑,C
B
↑,C
C
↑ 电路的性能价格比 ↓
r
be
↑ A
V
↓
R
C
↑ R
o
↑
R
s
600?
10mV
R
B2
24k?
C
B
＋
R
B1
60k?
R
C
1.5k?
R
E
1.5k?
C
E
10μF
＋
100μF
R
L
3k?
＋
10μF
C
C
＋ 12V
＋ V
CC
T
1
3DG100
＋
－
*
＋
－
V
o
V
s
图3.1.7
对于一个低频放大器，各项指标很难同时都很理想。例如，电压放大倍数
A
V
，根据
be
L
i
o
V
r
R
V
V
A
′?
==
β
&
&
&
有
↑↑
↓↓
↑↑′
↑
be
ibe
oL
V
__________
__________
__________
r
Rr
RR
A
β
增大 Rc（即 RL’）会使输出电阻 R
o
增加，减小 r
be
会使输入电阻 R
i
减小。
如果 R
o
及 R
i
离指标要求还有充分余地，则可以通过实验调整 R
C
或 I
CQ
来提高电压放大倍数，但改变 R
C
及 I
CQ
又会影响电路的静态工作点。可见只有提高晶体管的放大倍数 β,才是提高放大器电压放大倍数的有效措施。由于基极电位
V
BQ
固定，即
CC
B2B1
B2
BQ
V
RR
R
V
+
=
I
CQ
亦基本固定，即
CC
B2B1E
B2
E
BQ
EQCQ
)(
V
RRR
R
R
V
II
+
=≈≈
所以，改变 b 不会影响放大器的静态工作点。再例如，希望降低放大器的下限频率 f
L
，根据电容计算式，也可以有三种途径，即
不论何种途径，都会影响放大器
的性能指标，只能根据具体的指
标要求，综合考虑。下图 3.1.8
为满足设计举例题性能指标要求
的放大器的电路。由图可见,
实验调整后的元件参数值与设计
计算值有一定差别。 图 3.1.8
3,测量结果验算与误差分析
如图3.1.8所示的电路，其静态工作点的测量值为
V
BQ
=3.4V V
EQ
=2.7V
I
CQ
=1.8mA V
CQ
=9.3V
性能指标的测量值为
A
V
=47 R
i
=1.1k? R
o
=1.5k?
f
L
=100Hz f
H
＞999kHz
根据前图所示电路参数，理论计算值为
V4.3
CC
B2B1
B2
=
+
= V
RR
R
VBQ V
EQ
= V
BQ
–0.7V=2.7V
mA
R
V
ICQ 7.1
E
EQ
=≈
R
i
≈ r
be
=300W+β
{}mAI
mv
CQ
26
=1.2kΩ R
o
≈ R
C
=1.5kΩ
50
be
L
V
=
′
=
r
R
A
β
Hz88
)(2
10
besB
L
=
+
=
rRC
f
π
从而得测量误差(理论值为上述计算值)如下,
%6%100
V
V
V
=×
=
A
A
A
γ
%8%100
i
i
i
=×
=
R
R
R
γ
0%100
o
o
o
=×
=
R
R
R
γ
%14%100
L
L
L
=×
=
f
f
f
γ
产生测量误差的主要原因是,
① 测量仪器不准确及测量人员的读数误差；
② 元器件本身参数的示值误差；
③ 工程近似计算式引入的理论计算误差。
六、负反馈对放大器性能的影响
引入负反馈后，放大器的电压放大倍数将下降，其表达式为
FA
A
A
&&
&
&
V
V
VF
1+
=
式中，F为反馈网络的传输系数；A
V
为无负反馈时的电压放大倍数。
在引入负反馈后，虽然电压放大倍数下降，但可以改善放大器的性能 。
七、设计任务
设计课题：单级阻容耦合晶体管放大器设计
z 已知条件 + V
CC
=+12V,R
L
=2k?,V
i
=10mV,R
s
=50?。
z 性能指标要求 A
V
＞30,R
i
＞2k?,R
o
＜3k?,f
L
＜20Hz,f
H
＞500kHz，电路稳定性好。
z 实验仪器设备(略)
z设计步骤与要求 ① 认真阅读本课题介绍的设计方法与测试技术，写出设计预习报告(其要求见附录二)。
② 根据已知条件及性能指标要求,确定电路(要求分别采用无负反馈与有负反馈两种放大器电路)及器件(晶 体管可以选硅管或锗管),设置静态工作点，计算电路元件参数。
(以上两步要求在实验前完成)
③ 在实验面包板上安装电路，其 布线方法参阅附录一。测量与调整静态工作点，使其满足设计计算值要求。
④ 测试性能指标，调整与修改元件参数值，使其满足放大器性能指标要求，
将修改后的元件参数值标在设计的电路图上(先安装测试无负反馈的放大器，后安装测试有负反馈的放大器)。⑤ 上述各项完成后，再进行实验研究，研究内容见后面的“实验与思考题”部分。
⑥ 所有实验完成后，写出设计性实验报告。
实验与思考题
3.1.1 分别增大或减小电阻 R
B1
,R
C
,R
L
,R
E
及电源电压+ V
CC
，对放大器的静态工作点Q及性能指标有何影响？为什么？
3.1.2 加大输入信号 V
i
时，输出波形可能会出现哪 几种失真？分别是由什么原因引起的？
3.1.3 影响放大器低频特性 f
L
的因素有哪些？采取什么措施使 f
L
降低？为什么？
3.1.4 提高电压放大倍数 A
V
会受到哪些因素限制？ 采取什么措施较好？为什么？
3.1.5 一般情况下，实验调整后 的放大器的电路参数与设计计算值都会有差别，为什么？
3.1.6 测量静态工作点时，用万用表分别测量晶体管的各极对地的电压，
而不是直接测量电压 V
CE
,V
BE
及电流 I
CQ
，为什么？
R
B2
24k?
C
B
＋
R
B1
60k?
R
C
1.75k?
R
E
1.62k?
C
E
10μF
＋
147μF
R
L
3k?
＋
10μF
C
C
＋ 12V
＋ V
CC
3DG100
R
F
26?
＋
－
＋
－
*
V
o
V
i
3.1.7 测量放大器性能指标 R
i
,R
o
,A
V
及 BW时，是用晶体管毫伏表或示波器分别测量输入、输出电压，而不是用万用表测量，为什么？
3.1.8 测量输入电阻 R
i
及输出电阻 R
o
时，为什么测试电阻 R要与 R
i
或 R
o
相接近？
3.1.9 调整静态工作点时，R
B1
要用一固定电阻与电位器相串联，而不能直接用电位器，为什么？
3.1.10 用实验说明图 3.1.9所示电流串联负反馈电路,改善了放大器的哪些性能？为什么
＋
－
v
ia
R
1
V–
V+
A
1
＋
－
A
2
－ V
EE
R
2
R
3
RP
＋ V
CC
a
C
1
R
4
RP
C
2
＋ V
CC
－ V
EE
R
5
v
o2
v
o1
实验六 函数发生器的设计
一、实验目的
本实验是设计性实验 。 通过本实验掌握用运放组成函数发生器的基本设计方法。
二、实验原理
函数发生器能自动产生方波-三角波-正弦波及锯齿波、阶梯波等电压波形。
其电路中使用的器件可以是分立器件（如低频信号发生器 S101全部采用晶体管）,也可以是集成电路（如单片集成电路函数发生器 ICL8038） 。本课题主要介绍由集成运算放大器组成的方波-三角波-正弦波函数发生器的设计方法。
产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以先产生三角波-方波，再将三角波变换成正弦波或将方波变成正弦波。本课题介绍先产生方波-三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，其电路组成框图如图
20.1所示。
图 20.1 函数发生器组成框图
1、方波-三角波产生电路
电路图如图 20.2所示,
图 20.2 方波-三角波产生电路
电路工作原理如下：若 a点断开，运放 A
1
与R
1
,R
2
,R
3
,RP
1
组成电压比较器。R
1
称为平衡电阻，C
1
称为加速电容，可加速比较器的翻转；运放的反相端接基准电压，即 V
–
=0;同相端接输入电压 v
ia；比较器的输出 v
o1
的高电平等于正电源电压+ V
CC，
低电平等于负电源电压– VEE (?+VCC?=?– VEE?) 。当输入端 V
+
=V- =0 时，比较器翻转，V
01
从高电平+Vcc跳到低电平-Vee，或从低电平-Vee跳到高电平＋Vcc。设 V
01
= +Vcc,则
V+= () 0
132
13
132
2
=
++
+
++
++
iaCC
V
RPRR
RPR
V
RPRR
R
比较器 积分器 差分放大器
v
o1
V
ia–
V
ia+
＋ V
CC
－ V
EE
v
ia
o
＋
V
CC
R
2
R
3
+RP
1
V
EE
–R
2
R
3
+RP
1
o
－ V
EE
t
T
T
2
T
4
v
o
v
o1
v
o2
整理上式,得比较器的下门限电位为 V
ia-
= ()
CCCC
V
RPR
R
V
RPR
R
13
2
13
2
+
=+
+
若V
o1
= -Vee,则比较器的上门限电位为
V
ia+
= ()
CCEE
V
RPR
R
V
RPR
R
13
2
13
2
+
=?
+
比较器的门限宽度 V
H
为V
H
= V
ia+
-
V
ia-
=
CC
13
2
V
RPR
R
2
+
由上面公式可得比较器的电压
传输特性，如图 20.3 所示。从电
压传输特性可见，当输入电压 V
ia
从上门限电位 V
ia+
下降到下门限
电位 V
ia－
时,输出电压 V
o1
由高 图 20.3 比较器的电压传输特性
电平+Vcc突变到低电平-Vee。a点断开后，运算放大器 A
2
与 R
4
、RP
2
,R
5
,
C
2
组成反相积分器，其输入信号为方波 V
o1
时，则积分器的输出
V
o2
=
()
∫
+
dtV
CRPR
O1
244
1
当V
o1
=+Vcc时,
V
o2
=
()()
t
CRPR
t
CRPR
224224
Vcc)Vcc(
+
=
+
+?
当 V
o1
= -Vee时,
V
o2
= =
()()
t
CRPR
t
CRPR
224224
EE
Vcc)V1(
+
=
+
可见，当积分器的输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形关系如图 20.4所示。
图 20.4 方波—三角波
a点闭合，形成闭环 电路,则自动产生方 波-三角波，三角波的幅度
V
O2m
=
CC
V
RPR
R
13
2
+
方 波-三角波的频率
=
2242
13
)(4 CRPRR
RPR
+
+
由式（3-4-8） （3-4-9）可见,
1）,调节电位器 RP
2
，可调节方 波-三角波 的频率，但不会影响其幅度。
若要求输出频率范围较宽，可用 C
2
改变频率，RP
2
实现频率微调。
2）,方波的输出幅度约等于电源电压+Vcc，三角波的输出幅度不会超过电源电压+Vcc。电位器 RP
1可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。
2、三角波变正弦波电路
滤波法
在三角波电压固定频率或频率变化范围很小的情况下,可以考虑采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波，电路框图如图 20.5（ a）所示。输入电压和输出电压的波形如图（ b）所示,u
o
的频率等于 u
1
基波的频率。
（ a）
图 20.5 利用低通滤波将三角波变换成正弦波
（ a）电路框图 （ b）波形分析 （ b）
将三角波按傅立叶级数展开,
+?=,..5sin
25
1
3sin
9
1
sin
8
)(
2
tttUtu
mi
π
其中 Um 示三角波的幅值。根据上式可知，低通滤波器的通带截止频率应大于三角波的基波频率且小于三角波的三次谐波频率。当然，也可利用带通滤波器来实现上述变换。例如，若三角波的频率范围为 100~200Hz，则低通滤波器的通带截止频率可取 250Hz，带通滤波器的通频带可取 50~250Hz。但是，如果三角波的最高频率超过其最低频率的 3 倍，就要考虑采用其它方法来实现变换了。
三,函数发生器的性能指标
输出波形 正弦波、方 波、三角波
频率范围 1Hz~10Hz,10Hz~100Hz,100~1KHz,
1KHz~10KHz,10KHz~100KHz,100KHz~1MHz,
输出电压 一般指输出波形的峰-峰值，即 V
p-p
= 2V
m
,
波形特性 表征正弦波特性的参数是非线性失真，一般要求 γ
-
＜3%；表征三角波特性的参数是非线性系数 γ
△
，一般要求 γ
△
＜2%；表征方波特性的参数是上升时间 t
r
，一般要求 t
r
＜100ns(1kHz，最大输出时)。
四、电路安装与调试技术
1、方 波-三角波发生器的装调由于比较器 A
1
与积分器 A
2
组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，故这两个单元电路需同时安装。要注意的是，
在安装电位器 RP
1
与RP
2
之前,先将其调整到设计值,否则电路可能会不起振。
如果电路接线正确，则在接通电源后，A
1
的输出 v
o1
为方波，A
2
的输出 v
o2
为三角波，在低频点时，微调 RP
1
，使三角波的输出幅度满足设计指标要求，
再调节 RP
2
，则输出频率连续可变。
2、误差分析① 方波输出电压 V
p-p
≤2V
CC
，是因为运放输出级由 NPN型或 PNP
型两种晶体管组成的复合互补对称电路，输出方波时，两管轮流截止与饱和导通，由于导通时输出电阻的影响，使方波输出幅度小于电源电压值。② 方波的上升时间 t
r
，主要受运放转换速率的限制。如果输出频率较高，则可接入加速电容 C
1
(C
1
一般为几十皮法)。可用示波器(或脉冲示波器)测量 t
r
。
五、设计任务:设计一个方波—三角波—正弦波函数发生器
性能指标要求 频率范围 100Hz~1kHz，1kHz~10kHz；
输出电压 方波 V
p-p
≤24V，三角波 V
p-p
实验七 差动放大器
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验加深对差动放大器性能及特点的理解
2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法
二、实验原理
图 6－1是差动放大器的基本结构。 它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。当开关 K 拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器 R
P
用来调节 T
1
、T
2
管的静态工作点，使得输入信号 U
i
＝0 时，双端输出电压 U
O
＝0。R
E
为两管共用的发射极电阻,它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。
图 6－1 差动放大器实验电路
当开关 K 拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。 它用晶体管恒流源代替发射极电阻 R
E
，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。
1、静态工作点的估算
典型电路
E
BEEE
E
R
UU
I
≈ （认为 U
B1
＝U
B2
≈0）
EC2C1
I
2
1
II ==
恒流源电路
E3
BEEECC
21
2
E3C3
R
U)U(U
RR
R
II
+
+
≈≈
C3C1C1
I
2
1
II ==
2、差模电压放大倍数和共模电压放大倍数
当差动放大器的射极电阻 R
E
足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数 A
d
由输出端方式决定，而与输入方式无关。
双端输出,R
E
＝∞，R
P
在中心位置时,
PbeB
C
i
O
d
β)R(1
2
1
rR
βR
△U
△U
A
+++
==
单端输出
d
i
C1
d1
A
2
1
△U
△U
A ==
d
i
C2
d2
A
2
1
△U
△U
A?==
当输入共模信号时，若为单端输出，则有
若为双端输出，在理想情况下
0
△U
△U
A
i
O
C
==
实际上由于元件不可能完全对称，因此 A
C
也不会绝对等于零。
3,共模抑制比 CMRR
E
C
EPbeB
C
i
C1
C2C1
2R
R
)2RR
2
1
β)((1rR
βR
△U
△U
AA?≈
++++
===
为了表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大作用和对共模信号的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比
c
d
A
A
CMRR = 或 ()dB
A
A
20LogCMRR
c
d
=
差动放大器的输入信号可采用直流信号也可采用交流信号。 本实验由函数信号发生器提供频率 f＝1KHZ的正弦信号作为输入信号。
三、实验设备与器件
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、晶体三极管 3DG6×3，要求 T
1
、T
2
管特性参数一致。
（或 9011×3） 。
电阻器、电容器若干。
四、实验内容
1、典型差动放大器性能测试
按图 6-1连接实验电路，开关 K拨向左边构成典型差动放大器。
1) 测量静态工作点
①调节放大器零点
信号源不接入。将放大器输入端 A、B 与地短接，接通±12V 直流电源，用直流电压表测量输出电压 U
O
，调节调零电位器 R
P
，使 U
O
＝0。 调节要仔细，力求准确。
②测量静态工作点
零点调好以后，用直流电压表测量 T
1
、T
2
管各电极电位及射极电阻 R
E
两端电压U
RE
，记入表 6－1。
表 6-1
U
C1
(V) U
B1
(V) U
E1
(V) U
C2
(V) U
B2
(V) U
E2
(V) U
RE
(V)
测量值
I
C
(mA) I
B
(mA) U
CE
(V)
计算值
2) 测量差模电压放大倍数
断开直流电源，将函数信号发生器的输出端接放大器输入 A 端，地端接放大器输入 B端构成单端输入方式，调节输入信号为频率 f＝1KHz的正弦信号，并使输出旋钮旋至零,用示波器监视输出端（集电极 C
1
或C
2
与地之间） 。
接通±12V直流电源，逐渐增大输入电压 U
i
（约 100mV）,在输出波形无失真的情况下，用交流毫伏表测 U
i
，U
C1
，U
C2
，记入表 6－2 中，并观察 u
i
，u
C1
，u
C2
之间的相位关系及 U
RE
随U
i
改变而变化的情况。
3) 测量共模电压放大倍数
将放大器A、B短接，信号源接A端与地之间，构成共模输入方式,调节输入信号 f=1kHz，U
i
=1V，在输出电压无失真的情况下，测量 U
C1
,U
C2
之值记入表 6－2，并观察 u
i
,u
C1
,u
C2
之间的相位关系及 U
RE
随U
i
改变而变化的情况。
表 6-2
典型差动放大电路 具有恒流源差动放大电路
单端输入 共模输入 单端输入 共模输入
U
i
100mV 1V 100mV 1V
U
C1
(V)
U
C2
(V)
i
C1
d1
U
U
A =
/ /
i
0
d
U
U
A =
/ /
i
C1
C1
U
U
A =
/ /
i
0
C
U
U
A =
/ /
CMRR =│
C1
d1
A
A
│
2、具有恒流源的差动放大电路性能测试
将图 6－1 电路中开关 K 拨向右边，构成具有恒流源的差动放大电路。重复内容 1－2)、1－3)的要求，记入表 6－2。
五、实验总结
1,整理实验数据，列表比较实验结果和理论估算值，分析误差原因。
1) 静态工作点和差模电压放大倍数。
2) 典型差动放大电路单端输出时的 CMRR实测值与理论值比较
3) 典型差动放大电路单端输出时 CMRR 的实测值与具有恒流源的差动放大器 CMRR实测值比较。
2,比较 u
i
，u
C1
和u
C2
之间的相位关系。
3,根据实验结果，总结电阻 R
E
和恒流源的作用。
六、预习要求
1、根据实验电路参数，估算典型差动放大器和具有恒流源的差动放大器的静态工作点及差模电压放大倍数（取β
1
＝β
2
＝100） 。
2、测量静态工作点时，放大器输入端 A、B与地应如何连接？
3、实验中怎样获得双端和单端输入差模信号？怎样获得共模信号？画出 A、
B端与信号源之间的连接图。
4、怎样进行静态调零点？用什么仪表测 U
O
？
5、怎样用交流毫伏表测双端输出电压 U
O
？
实验八 集成运算放大器指标测试
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验掌握运算放大器主要指标的测试方法。
2,通过对运算放大器μA741 指标的测试，了解集成运算放大器组件的主要参数的定义和表示方法。
二、实验原理
集成运算放大器是一种线性集成电路，和其它半导体器件一样，它是用一些性能指标来衡量其质量的优劣。为了正确使用集成运放，就必须了解它的主要参数指标。集成运放组件的各项指标通常是由专用仪器进行测试的，这里介绍的是一种简易测试方法。
本实验采用的集成运放型号为μA741（或 F007）,引脚排列如图 7－1所示，
它是八脚双列直插式组件，②脚和③脚为反相和同相输入端，⑥脚为输出端，⑦
脚和④脚为正、负电源端，①脚和⑤脚为失调调零端，①⑤脚之间可接入一只几十 KΩ的电位器并将滑动触头接到负电源端。 ⑧脚为空脚。
1、μA741主要指标测试
图 7－1 μA741 管脚图 图 7－2 U 0S、I 0S测试电路
1）输入失调电压 U
0S
理想运放组件，当输入信号为零时，其输出也为零。但是即使是最优质的集成组件，由于运放内部差动输入级参数的不完全对称，输出电压往往不为零。这种零输入时输出不为零的现象称为集成运放的失调。
输入失调电压 U
0S
是指输入信号为零时，输出端出现的电压折算到同相输入端的数值。
失调电压测试电路如图 7－2所示。闭合开关 K
1
及K
2
，使电阻 R
B
短接，测量此时的输出电压 U
01
即为输出失调电压，则输入失调电压
O1
F1
1
OS
U
RR
R
U
+
=
实际测出的 U
01
可能为正，也可能为负，一般在 1～5mV，对于高质量的运放
U
0S
在 1mV以下。
测试中应注意：a、将运放调零端开路。
b、要求电阻 R
1
和R
2
，R
3
和R
F
的参数严格对称。
2）输入失调电流 I
0S
输入失调电流 I
0S
是指当输入信号为零时，运放的两个输入端的基极偏置电流之差,
B2B1OS
III?=
输入失调电流的大小反映了运放内部差动输入级两个晶体管β的失配度,由于I
B1
,I
B2
本身的数值已很小（微安级）,因此它们的差值通常不是直接测量的，
测试电路如图 7－2所示，测试分两步进行
a,闭合开关 K
1
及K
2
，在低输入电阻下，测出输出电压 U
01
,如前所述，
这是由输入失调电压 U
0S
所引起的输出电压。
b、断开 K
1
及K
2
，两个输入电阻 R
B
接入，由于 R
B
阻值较大，流经它们的输入电流的差异，将变成输入电压的差异，因此，也会影响输出电压的大小，可见测出两个电阻 R
B
接入时的输出电压 U
02
，若从中扣除输入失调电压 U
0S
的影响，
则输入失调电流 I
0S
为
BF1
1
01O2B2B1OS
R
1
RR
R
UUIII
+
=?=
一般,I
0S
约为几十～几百 nA(10
-9
A)，高质量运放 I
OS
低于 1nA。
测试中应注意：a、将运放调零端开路。
b、两输入端电阻 R
B
必须精确配对。
3）开环差模放大倍数 A
ud
集成运放在没有外部反馈时的直流差模放大倍数称为开环差模电压放大倍数，用 A
ud
表示。它定义为开环输出电压 U
0
与两个差分输入端之间所加信号电压
U
id
之比
按定义 A
ud
应是信号频率为零时的直流放大倍数，但为了测试方便，通常采用低频（几十赫芝以下）正弦交流信号进行测量。由于集成运放的开环电压放大倍数很高，难以直接进行测量，故一般采用闭环测量方法。 A
ud
的测试方法很多，
现采用交、直流同时闭环的测试方法，如图 7－3所示。
图7－3 A ud测试电路
被测运放一方面通过 R
F
、R
1
、R
2
完成直流闭环，以抑制输出电压漂移，另一方面通过 R
F
和R
S
实现交流闭环，外加信号 u
S
经R
1
、R
2
分压，使 u
id
足够小，以保证运放工作在线性区，同相输入端电阻 R
3
应与反相输入端电阻 R
2
相匹配，以减小输入偏置电流的影响，电容 C 为隔直电容。被测运放的开环电压放大倍数为
i
0
2
1
id
0
ud
U
U
)
R
R
(1
U
U
A +==
通常低增益运放 A
ud
约为 60～70db，中增益运放约为 80db，高增益在 100db
以上，可达 120～140db。
测试中应注意：a、测试前电路应首先消振及调零。
b、被测运放要工作在线性区。
c,输入信号频率应较低，一般用 50～100HZ,输出信号幅度应较小，且无明显失真。
id
0
ud
U
U
A =
4）共模抑制比 CMRR
集成运放的差模电压放大倍数 A
d
与共模电压放大倍数 A
C
之比称为共模抑制比
(db)
A
A
20lgCMRR 或
A
A
CMRR
C
d
C
d
==
共模抑制比在应用中是一个很重要的 参数，理想运放对输入的共模信号其输出为零，但在实际的集成运放中，其输出不可能没有共模信号的成分，输出端共模信号愈小，说明电路对称性愈好，也就是说运放对共模干扰信号的抑制能力愈强，即 CMRR愈大。CMRR的测试电路如图 7－4所示。
集成运放工作在闭环状态下的差模电压放大倍数为
当接入共模输入信号 U
ic
时，测得 U
0C
，则共模电压放大倍数为
iC
0C
C
U
U
A =
得共模抑制比
0C
iC
1
F
C
d
U
U
R
R
A
A
CMRR ==
图 7－4 CMRR 测试电路
测试中应注意：a、消振与调零
b、R
1
与R
2
、R
3
与R
F
之间阻值严格对称
c、输入信号 U
ic
幅度必须小于集成运放的最大共模输入电压范围 U
icm
1
F
d
R
R
A?=
5） 共模输入电压范围 U
icm
集成运放所能承受的最大共模电压称为共模输入电压范围，超出这个范围，
运放的 CMRR 会大大下降，输出波形产生失真，有些运放还会出现“自锁”现象以及永久性的损坏。
U
icm
的测试电路如图 7-5所示。
被测运放接成电压跟随器形式,输出端接示波器,观察最大不失真输出波形，
从而确定 U
icm
值。
6） 输出电压最大动态范围 U
OPP
集成运放的动态范围与电源电压、外接负载及信号源频率有关。测试电路如图 7－6所示。
改变u
S
幅度，观察 u
0
削顶失真开始时刻，从而确定 u
0
的不失真范围，这就是运放在某一定电源电压下可能输出的电压峰峰值 U
OPP
。
图7－5 U icm测试电路 图7－6 U OPP测试电路
2、集成运放在使用时应考虑的一些问题
1) 输入信号选用交、直流量均可,但在选取信号的频率和幅度时，应考虑运放的频响特性和输出幅度的限制。
2) 调零。为提高运算精度，在运算前,应首先对直流输出电位进行调零，
即保证输入为零时，输出也为零。当运放有外接调零端子时，可按组件要求接入调零电位器 R
W
，调零时，将输入端接地，调零端接入电位器 R
W
，用直流电压表测量输出电压 U
0
，细心调节 R
W
，使 U
0
为零（即失调电压为零） 。如运放没有调零端子，若要调零，可按图 7－7所示电路进行调零。
一个运放如不能调零，大致有如下原因：① 组件正常，接线有错误。② 组件正常，但负反馈不够强（R
F
／R
1
太大）,为此可将 R
F
短路，观察是否能调零。
③ 组件正常，但由于它所允许的共模输入电压太低，可能出现自锁现象，因而不能调零。为此可将电源断开后，再重新接通，如能恢复正常，则属于这种情况。
④组件正常，但电路有自激现象，应进行消振。⑤组件内部损坏，应更换好的集成块。
(a) (b)
图 7－7 调零电路
3) 消振。一个集成运放自激时，表现为即使输入信号为零,亦会有输出，
使各种运算功能无法实现，严重时还会损坏器件。在实验中，可用示波器监视输出波形。为消除运放的自激，常采用如下措施
①若运放有相位补偿端子，可利用外接 RC 补偿电路，产品手册中有补偿电路及元件参数提供。②电路布线、元、器件布局应尽量减少分布电容。③在正、负电源进线与地之间接上几十μF 的电解电容和 0.01～0.1μF 的陶瓷电容相并联以减小电源引线的影响。
注：自激消除方法请参考实验附录。
三、实验设备与器件
1、±12V 直流电源 4、交流毫伏表
2、函数信号发生器 5、直流电压表
3、双踪示波器 6、集成运算放大器μA741×1
电阻器、电容器若干
四、实验内容
实验前看清运放管脚排列及电源电压极性及数值，切忌正、负电源接反。
1,测量输入失调电压 U
0S
按图 7－2 连接实验电路，闭合开关 K
1
、K
2
，用直流电压表测量输出端电压
U
01
,并计算 U
0S
。记入表 7－1。
2,测量输入失调电流 I
0S
实验电路如图 7－2，打开开关 K
1
、K
2
，用直流电压表测量 U
02
，并计算 I
0S
。
记入表 7－1。
表 7－1
U
OS
(mV) I
OS
(nA) A
ud
(db) CMRR(db)
实测值 典型值 实测值 典型值 实测值 典型值 实测值 典型值
2～10 50～100 100～106 80～86
3、测量开环差模电压放大倍数 A
ud
按图 7－3 连接实验电路，运放输入端加频率 100Hz,大小约 30～50mV 正弦信号，用示波器监视输出波形。用交流毫伏表测量 U
0
和U
i
，并计算 A
ud
。记入表 7－1。
4、测量共模抑制比 CMRR
按图 7－4连接实验电路，运放输入端加 f＝100Hz,U
iC
＝1～2V正弦信号，
监视输出波形。测量 U
0C
和 U
iC
，计算 A
C
及 CMRR。记入表 7－1。
5、测量共模输入电压范围 U
icm
及输出电压最大动态范围 U
OPP
。
自拟实验步骤及方法。
五、实验总结
1、将所测得的数据与典型值进行比较。
2、对实验结果及实验中碰到的问题进行分析、讨论。
六、预习要求
1、查阅μA741 典型指标数据及管脚功能。
2、测量输入失调参数时,为什么运放反相及同相输入端的电阻要精选，以保证严格对称。
3、测量输入失调参数时，为什么要将运放调零端开路,而在进行其它测试时，则要求对输出电压进行调零。
4、测试信号的频率选取的原则是什么？
实验九 有源滤波器
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验熟悉用运放,电阻和电容组成有源低通滤波,高通滤波和带通、带阻滤波器。
2,学会测量有源滤波器的幅频特性。
二、实验原理
（a）低通 （b）高通
(c) 带通 （d）带阻
图 9－1 四种滤波电路的幅频特性示意图
由 RC元件与运算放大器组成的滤波器称为 RC有源滤波器,其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的选择不同，可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如图 9－1所示。
具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的,只能用实际的幅频特性去逼近理想的。一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快，但 RC网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶 RC 有滤波器级联实现。
1,低通滤波器（LPF）
低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。
如图 9－2（a）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级 RC 滤波环节与同相比例运算电路组成,其中第一级电容 C接至输出端,引入适量的正反馈，
以改善幅频特性。
图 9－2（b）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。
(a)电路图 (b)频 率特性
图 9－2 二阶低通滤波器
电路性能参数
1
f
uP
R
R
1A += 二阶低通滤波器的通带增益
RC2π
1
f
O
= 截 止频率，它是二阶低通滤波器通 带与阻带的界限频率。
uP
A3
1
Q
= 品质因数,它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。
2、高通滤波器（HPF）
与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。
只要将图 9－2 低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成二阶有源高通滤波器，如图 9－3(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系，仿照 LPH分析方法，不难求得 HPF的幅频特性。
(a) 电路图 (b) 幅频特性
图 9－3 二阶高通滤波器
电路性能参数 A
uP、
f
O、
Q各量的函义同二阶低通滤波器。
图 9－3（b）为二阶高通滤波器的幅频特性曲线，可见，它与二阶低通滤波器的幅频特性曲线有“镜像”关系。
3,带通滤波器（BPF）
（a）电路图 (b)幅频特性
图 9-4 二阶带通滤波器
这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过,而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。
典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。 如图
9－4（a）所示。
电路性能参数
通带增益
CBRR
RR
A
14
f4
up
+
=
中心频率 )
R
1
R
1
(
CR
1
f
31
2
2
O
+=
π2
1
通带宽度 )
RR
R
R
2
R
1
(
C
1
B
43
f
21
+=
选择性
B
ω
Q
O
=
此电路的优点是改变 R
f
和R
4
的比例就可改变频宽而不影响中心频率。
4、带阻滤波器（BEF）
如图 9－5（a）所示，这种电路的性能和带通滤波器相反，即在规定的频带内，信号不能通过（或受到很大衰减或抑制）,而在其余频率范围，信号则能顺利通过。
在双 T网络后加一级同相比例运算电路就构成了基本的二阶有源 BEF。
(a) 电路图 (b) 频率特性
图 9－5 二阶带阻滤波器
电路性能参数
通带增益
1
f
up
R
R
1A +=
中心频率
RC2
1
f
O
π
=
带阻宽度 B＝2（2－A
up
）f
0
选择性
)A2(2
1
Q
up
=
三、实验设备与器件
1,±12V 直流电源 4、交流毫伏表
2,函数信号发生器 5、频率计
3,双踪示波器 6、μA741×1
电阻器、电容器若干。
四、实验内容
1,二阶低通滤波器
实验电路如图 9－2 (a)
（1）粗测：接通±12V电源。u
i
接函数信号发生器，令其输出为 U
i
＝1V的正弦波信号，在滤波器截止频率附近改变输入信号频率，用示波器或交流毫伏表观察输出电压幅度的变化是否具备低通特性，如不具备，应排除电路故障。
（2）在输出波形不失真的条件下,选取适当幅度的正弦输入信号，在维持输入信号幅度不变的情况下，逐点改变输入信号频率。测量输出电压，记入表
9-1中，描绘频率特性曲线。
表9－1
f(Hz)
U
O
(v)
2、二阶高通滤波器
实验电路如图 9－3(a)
（1）粗测：输入 U
i
＝1V正弦波信号，在滤波器截止频率附近改变输入信号频率，观察电路是否具备高通特性。
（2）测绘高通滤波器的幅频特性曲线，记入表 9-2。
表9－2
f(Hz)
U
O
(v)
3,带通滤波器
实验电路如图 9－4(a)，测量其频率特性。记入表 9－3。
(1) 实测电路的中心频率 f
O
(2) 以实测中心频率为中心，测绘电路的幅频特性
表9－3
f(Hz)
U
O
(v)
4,带阻滤波器
实验电路如图 9－5(a)所示。
(1) 实测电路的中心频率 f
0
(2) 测绘电路的幅频特性，记入表 9-4。
表9－4
f(Hz)
U
O
(v)
五、实验总结
1,整理实验数据，画出各电路实测的幅频特性。
2,根据实验曲线，计算截止频率、中心频率，带宽及品质因数。
3,总结有源滤波电路的特性。
六、预习要求
1,复习教材有关滤波器内容
2,分析图 9－2，9－3，9－4，9－5 所示电路，写出它们的增益特性表达式
3,计算图 9－2，9－3的截止频率，9－4，9－5的中心频率
4,画出上述四种电路的幅频特性曲线
实验十 电压比较器
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验掌握电压比较器的电路构成及特点
2,学会测试比较器的方法
二、实验原理
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 10－1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 10－1 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。输出端电位被其箝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
o
＝－U
D
因此，以 U
R
为界，当输入电压 u
i
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 11－1(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 10－2所示为加限幅电路的过零比较器，D
Z
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
O
＝
-(U
Z
+U
D
)，当 U
i
＜0时，U
O
＝+(U
Z
+U
D
)。其电压传输特性如图 10－2（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 10－2 过零比较器
2、滞回比较器
图 10－3为具有滞回特性的过零比较器
过零比较器在实际工作时，如果 u
i
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 10－3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
(a) 电路图 (b) 传输特性
图 10－3 滞回比较器
着改变电位，使过零点离开原来位置。当 u
o
为正（记作 U+）
+
+
=
∑
U
RR
R
U
2f
2
，
则当 u
i
＞U
∑
后，u
O
即由正变负（记作 U
-
）,此时 U
∑
变为－U
∑
。故只有当 u
i
下降到
－U
∑
以下，才能使 u
O
再度回升到 U
+
，于是出现图 10-3(b)中所示的滞回特性。
－U
∑
与U
∑
的差别称为回差。改变 R
2
的数值可以改变回差的大小。
3、窗口（双限）比较器
简单的比较器仅能鉴别输入电压 u
i
比参考电压 U
R
高或低的情况，窗口比较电路是由两个简单比较器组成,如图 10－4所示,它能指示出 u
i
值是否处于
+
R
U和
－
R
U 之间。如
－
R
U＜ U
i
＜
+
R
U,窗口比较器的输出电压 UO 等于运放 的正饱和输出电压
(+U
omax
)，如果 U
i
＜
－
R
U或U
i
＞
+
R
U,则输出电压 U
0
等于运放的负饱和输出电压
(－U
Omax
)。
（a）电路图 （b ）传输特性
图 10－4 由两个简单比较器组成的窗口比较器
三、实验设备与器件
1,±12V 直流电源 4,直流电压表
2,函数信号发生器 5,交流毫伏表
3,双踪示波器 6,运算放大器 μA741×2
7、稳压管 2CW231×1 8,二极管 4148×2
电阻器等
四、实验内容
1、过零比较器
实验电路如图 10－2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。
图 10－5 反相滞回比较器
2,反相滞回比较器
实验电路如图 10－5所示
(1) 按图接线，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。
3,同相滞回比较器
实验线路如图 10－6所示
(1) 参照 2，自拟实验步骤及方法
(2) 将结果与 2进行比较
图 10－6 同相滞回比较器
4,窗口比较器
参照图 10-4自拟实验步骤和方法测定其传输特性。
五、实验总结
1,整理实验数据，绘制各类比较器的传输特性曲线
2,总结几种比较器的特点，阐明它们的应用。
六、预习要求
1,复习教材有关比较器的内容
2,画出各类比较器的传输特性曲线。
3,若要将图 10-4 窗口比较器的电压传输曲线高、低电平对调，应如何改动比较器电路。
实验十一 波形发生器
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波发生器。
2,学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。
二、实验原理
由集成运放构成的正弦波、方波和三角波发生器有多种形式，本实验选用最常用的，线路比较简单的几种电路加以分析。
1,RC桥式正弦波振荡器（文氏电桥振荡器）
图 11－1为 RC桥式正弦波振荡器。其中 RC串、并联电路构成正反馈支路，
同时兼作选频网络，R
1
、R
2
、R
W
及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器 R
W
，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管 D
1
、D
2
正向电阻的非线性特性来实现稳幅。D
1
、D
2
采用硅管（温度稳定性好）,且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。R
3
的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。
电路的振荡频率
2πRC
1
f
O
=
起振的幅值条件
1
f
R
R
≥2
式中 R
f
＝R
W
＋R
2
＋（R
3
// r
D
）,r
D
— 二极管正向导通电阻。
调整反馈电阻 R
f
（调 R
W
）,使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大 R
f
。如波形失真严重，则应适当减小 R
f
。
改变选频网络的参数 C或 R，即可调节振荡频率。一般采用改变电容 C作频率量程切换，而调节 R作量程内的频率细调。
图 11－1 RC 桥式正弦波振荡器
2、方波发生器
由集成运放构成的方波发生器和三角波发生器，一般均包括比较器和 RC 积分器两大部分。图 11-2 所示为由滞回比较器及简单 RC 积分电路组成的方波—
三角波发生器。它的特点是线路简单，但三角波的线性度较差。主要用于产生方波，或对三角波要求不高的场合。
电路振荡频率
式中 R
1
＝R
1
'＋R
W
' R
2
＝R
2
'＋R
W
"
方波输出幅值 U
om
＝±U
Z
三角波输出幅值
调节电位器 R
W
（即改变 R
2
／R
1
）,可以改变振荡频率，但三角波的幅值也随之变化。如要互不影响，则可通过改变 R
f
（或 C
f
）来实现振荡频率的调节。
Z
21
2
cm
U
RR
R
U
+
=
)
R
2R
Ln(1C2R
1
f
1
2
ff
o
+
=
图 11－2 方波发生器
3,三角波和方波发生器
如把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图 11－3 所示，
则比较器 A
1
输出的方波经积分器 A
2
积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。图 11－4为方波、三角波发生器输出波形图。由于采用运放组成的积分电路，因此可实现恒流充电，使三角波线性大大改善。
图 11-3 三角波、方波发生器
电路振荡频率
fWf1
2
O
)CR(R4R
R
f
+
=
方波幅值 U′
om
＝±U
Z
三角波幅值
Z
2
1
om
U
R
R
U =
调节 R
W
可以改变振荡频率，改变比值
2
1
R
R
可调节三角波的幅值。
图 11－ 4 方波、三角波发生器输出波形图
三、实验设备与器件
1、±12V直流电源 2、双踪示波器
3、交流毫伏表 4、频率计
5、集成运算放大器 μA741×2 6、二极管 IN4148×2
7,稳压管 2CW231×1 电阻器、电容器若干。
四、实验内容
1,RC桥式正弦波振荡器
按图 11－1连接实验电路。
1) 接通±12V电源，调节电位器 R
W
，使输出波形从无到有，从正弦波到出现失真。描绘 u
O
的波形，记下临界起振、正弦波输出及失真情况下的 R
W
值，分析负反馈强弱对起振条件及输出波形的影响。
2) 调节电位器 R
W
，使输出电压 u
O
幅值最大且不失真，用交流毫伏表分别测量输出电压 U
O
、反馈电压 U+和 U-，分析研究振荡的幅值条件。
3) 用示波器或频率计测量振荡频率 f
O
，然后在选频网络的两个电阻
R上并联同一阻值电阻，观察记录振荡频率的变化情况,并与理论值进行比较。
4) 断开二极管 D
1
、D
2
，重复 2)的内容，将测试结果与 2)进行比较,
分析 D
1
、D
2
的稳幅作用。
*5) RC串并联网络幅频特性观察
将 RC串并联网络与运放断开，由函数信号发生器注入 3V左右正弦信号,
并用双踪示波器同时观察 RC 串并联网络输入、输出波形。保持输入幅值（3V）
不变，从低到高改变频率，当信号源达某一频率时，RC 串并联网络输出将达最大值（约 1V）,且输入、输出同相位。此时的信号源频率
2πRC
1
ff
0
==
2、方波发生器
按图 11－2连接实验电路。
1) 将电位器 R
W
调至中心位置，用双踪示波器观察并描绘方波 u
O
及三角波
u
C
的波形（注意对应关系）,测量其幅值及频率，记录之。
2) 改变 R
W
动点的位置，观察 u
O
、u
C
幅值及频率变化情况。把动点调至最上端和最下端，测出频率范围，记录之。
3) 将 R
W
恢复至中心位置，将一只稳压管短接，观察 u
O
波形，分析 D
Z
的限幅作用。
3、三角波和方波发生器
按图 11－3连接实验电路。
1) 将电位器 R
W
调至合适位置，用双踪示波器观察并描绘三角波输出 u
0
及方波输出 u
O
′,测其幅值、频率及 R
W
值，记录之。
2) 改变 R
W
的位置，观察对 u
O
、u
O
′ 幅值及频率的影响。
3) 改变 R
1
(或 R
2
),观察对 u
O
、u
O
′ 幅值及频率的影响。
五、实验总结
1,正弦波发生器
1) 列表整理实验数据，画出波形，把实测频率与理论值进行比较
2) 根据实验分析 RC振荡器的振幅条件
3) 讨论二极管 D
1
、D
2
的稳幅作用。
2,方波发生器
1) 列表整理实验数据，在同一座标纸上，按比例画出方波和三角波的波形图（标出时间和电压幅值） 。
2) 分析 R
W
变化时，对 u
O
波形的幅值及频率的影响。
3) 讨论 D
Z
的限幅作用。
3,三角波和方波发生器
1) 整理实验数据，把实测频率与理论值进行比较。
2) 在同一坐标纸上，按比例画出三角波及方波的波形，并标明时间和电压幅值。
3) 分析电路参数变化（R
1
，R
2
和R
W
）对输出波形频率及幅值的影响。
六、预习要求
1,复习有关 RC 正弦波振荡器、三角波及方波发生器的工作原理，并估算图 11－1、11－2、11－3电路的振荡频率。
2,设计实验表格
3,为什么在 RC 正弦波振荡电路中要引入负反馈支路？为什么要增加二极管D
1
和D
2
？它们是怎样稳幅的？
4,电路参数变化对图 11－2、11－3 产生的方波和三角波频率及电压幅值有什么影响？（或者：怎样改变图 11－2、11－3 电路中方波及三角波的频率及幅值？）
5,在波形发生器各电路中,“相位补偿”和“调零”是否需要？为什么？
6,怎样测量非正弦波电压的幅值？
实验十二 低频功率放大器
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验了解功率放大集成块的应用
2,学习集成功率放大器基本技术指标的测试
二、实验原理
集成功率放大器由集成功放块和一些外部阻容元件构成。它具有线路简单，
性能优越，工作可靠，调试方便等优点，已经成为在音频领域中应用十分广泛的功率放大器。
电路中最主要的组件为集成功放块,它的内部电路与一般分立元件功率放大器不同，通常包括前置级、推动级和功率级等几部分。有些还具有一些特殊功能
（消除噪声、短路保护等）的电路。其电压增益较高（不加负反馈时，电压增益达 70～80db，加典型负反馈时电压增益在 40db以上） 。
集成功放块的种类很多。本实验采用的集成功放块型号为 LA4112，它的内部电路如图 17－1 所示，由三级电压放大，一级功率放大以及偏置、恒流、反馈、退耦电路组成。
1) 电压放大级
第一级选用由 T
1
和T
2
管组成的差动放大器，这种直接耦合的放大器零漂较小，第二级的 T
3
管完成直接耦合电路中的电平移动，T
4
是T
3
管的恒流源负载，
以获得较大的增益；第三级由 T
6
管等组成，此级增益最高，为防止出现自激振荡，需在该管的 B、C极之间外接消振电容。
2) 功率放大级
由T
8
－T
13
等组成复合互补推挽电路。为提高输出级增益和正向输出幅度，
需外接“自举”电容。
3) 偏置电路
为建立各级合适的静态工作点而设立。
除上述主要部分外，为了使电路工作正常，还需要和外部元件一起构成反馈电路来稳定和控制增益。同时，还设有退耦电路来消除各级间的不良影响。
图17－1 LA4112 内部电路图
LA4112 集成功放块是一种塑料封装十四脚的双列直插器件。它的外形如图
17－2 所示。表 17－1、2是它的极限参数和电参数。
图 17－2 LA4112 外形及管脚排列图
与LA4112集成功放块技术指标相同的国内外产品还有FD403； FY4112； D4112
等，可以互相替代使用。
表 17－1
参 数 符号与单位 额 定 值
最大电源电压 U
CCmax
（V） 13（有信号时）
1.2
允许功耗 P
O
（W）
2.25（50×50mm
2
铜箔散热片）
工作温度 T
Opr
(℃) －20～+70
表 17-2
参 数 符号与单位 测试条件 典 型 值
工作电压 U
CC
（V） 9
静态电流 I
CCQ
（mA） U
CC
＝9V 15
开环电压增益 A
VO
（db） 70
输出功率 P
O
（W） R
L
＝4Ω f＝1KHz 1.7
输入阻抗 R
i
（KΩ） 20
集成功率放大器 LA4112的应用电路如图 17－3 所示，该电路中各电容和电阻的作用简要说明如下,
C
1
、C
9
— 输入、输出耦合电容，隔直作用。
C
2
和R
f
— 反馈元件，决定电路的闭环增益。
C
3
、C
4
、C
8
— 滤波、退耦电容。
C
5
、C
6
、C
10
— 消振电容，消除寄生振荡。
C
7
— 自举电容，若无此电容，将出现输出波形半边被削波的现象。
三、实验设备与器件
1,＋9V 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,电流毫安表
7,频率计 8,集成功放块 LA4112
9,8Ω扬声器 电阻器、电容器若干。
四、实验内容
按图 17－3 连接实验电路，输入端接函数信号发生器，输出端接扬声器。
图 17－3 由 LA4112 构成的集成功放实验电路
1、静态测试
将输入信号旋钮旋至零，接通＋9V 直流电源，测量静态总电流及集成块各引脚对地电压，记入自拟表格中。
2,动态测试
1) 最大输出功率
a、接入自举电容 C
7
输入端接 1KHZ 正弦信号，输出端用示波器观察输出电压波形，逐渐加大输入信号幅度，使输出电压为最大不失真输出，用交流毫伏表测量此时的输出电压
U
0m
，则最大输出功率
L
2
om
om
R
U
P =
b、断开自举电容 C
7
观察输出电压波形变化情况
2) 输入灵敏度
要求 U
i
＜100mV，测试方法同实验十六。
3) 频率响应
测试方法同实验十六。
4) 噪声电压
要求 U
N
＜2.5mV,测试方法同实验十六。
3,试听
五、实验总结
1,整理实验数据，并进行分析。
2,画频率响应曲线
3,讨论实验中发生的问题及解决办法。
六、预习要求
1,复习有关集成功率放大器部分内容
2,若将电容 C
7
除去，将会出现什么现象？
3,若在无输入信号时,从接在输出端的示波器上观察到频率较高的波形，
正常否？如何消除？
4,如何由＋12V直流电源获得＋9V直流电源？
5,进行本实验时，应注意以下几点,
(1) 电源电压不允许超过极限值，不允许极性接反,否则集成块将遭损坏。
(2) 电路工作时绝对避免负载短路，否则将烧毁集成块。
(3) 接通电源后，时刻注意集 成块的温度，有时,未加输入信号集成块就发热过甚，同时直流毫安表指示出较大电流及示波器显示出幅度较大，频率较高的波形，说明电路有自激现象，应即关机，然后进行故障分析，处理。待自激振荡消除后，才能重新进行实验。
(4) 输入信号不要过大。
实验十三 直流稳压电源
─ 串联型晶体管稳压电源 ─
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验研究单相桥式整流、电容滤波电路的特性。
2,掌握串联型晶体管稳压电源主要技术指标的测试方法。
二、实验原理
电子设备一般都需要直流电源供电。 这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。
图 18－1 直流稳压电源框图
直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图 18－1 所示。电网供给的交流电压 u
1
(220V,50Hz) 经电源变压器降压后，
得到符合电路需要的交流电压 u
2
，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压 u
3
，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压
u
I
。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。
在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。
图 18－2 是由分立元件组成的串联型稳压电源的电路图。其整流部分为单相桥式整流、电容滤波电路。稳压部分为串联型稳压电路，它由调整元件（晶体管T
1
） ；比较放大器 T
2
、R
7；取样电路 R
1
、R
2
、R
W
，基准电压 D
W
、R
3
和过流保护电路T
3
管及电阻 R
4
、R
5
、R
6
等组成。整个稳压电路是一个具有电压串联负反馈的闭环系统，其稳压过程为：当电网电压波动或负载变动引起输出直流电压发生变化时，取样电路取出输出电压的一部分送入比较放大器，并与基准电压进行比较，
产生的误差信号经 T
2
放大后送至调整管 T
1
的基极，使调整管改变其管压降，以补偿输出电压的变化，从而达到稳定输出电压的目的。
图 18－2 串联型稳压电源实验电路
由于在稳压电路中，调整管与负载串联，因此流过它的电流与负载电流一样大。当输出电流过大或发生短路时，调整管会因电流过大或电压过高而损坏，所以需要对调整管加以保护。在图 18－2 电路中，晶体管 T
3
、R
4
、R
5
、R
6
组成减流型保护电路。此电路设计在 I
0P
＝1.2I
0
时开始起保护作用，此时输出电流减小，
输出电压降低。故障排除后电路应能自动恢复正常工作。在调试时，若保护提前作用，应减少 R
6
值；若保护作用迟后，则应增大 R
6
之值。
稳压电源的主要性能指标,
1,输出电压 U
0
和输出电压调节范围
）U（U
RR
RRR
U
BE2Z
W2
2W1
O
+
″+
++
=
调节 R
W
可以改变输出电压 U
0
。
2,最大负载电流 I
0m
3,输出电阻 R
0
输出电阻 R
0
定义为：当输入电压 U
I
（指稳压电路输入电压）保持不变，由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比，即
常数＝U
△I
△U
R
I
O
O
O
=
4,稳压系数 S （电压调整率）
稳压系数定义为：当负载保持不变，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比，即
常数
/U△U
/U△U
S
II
OO
=
=
L
R
由于工程上常把电网电压波动±10％做为极限条件,因此也有将此时输出电压的相对变化△U
0
／U
0
做为衡量指标，称为电压调整率。
5,纹波电压
输出纹波电压是指在额定负载条件下，输出电压中所含交流分量的有效值
（或峰值） 。
三、实验设备与器件
1,可调工频电源 2,双踪示波器
3,交流毫伏表 4,直流电压表
5,直流毫安表 6,滑线变阻器 200Ω/1A
7,晶体三极管 3DG6×2(9011×2)，3DG12×1(9013×1)
晶体二极管 IN4007×4 稳压管 IN4735×1
电阻器、电容器若干
四、实验内容
1,整流滤波电路测试
按图 18－3 连接实验电路。取可调工频电源电压为 16V,作为整流电路输入电压 u
2
。
图 18－3 整流滤波电路
1) 取 R
L
＝240Ω,不加滤波电容，测量直流输出电压 U
L
及纹波电压
L
，
并用示波器观察 u
2
和u
L
波形，记入表 18－1 。
2) 取 R
L
＝240Ω,C＝470μf,重复内容 1)的要求，记入表 18－1。
3) 取 R
L
＝120Ω,C＝470μf,重复内容 1)的要求，记入表 18－1。
表 18-1 U
2
＝16V
电 路 形 式 U
L
（V）
L
（V） uL波形
R
L
=240Ω
R
L
=240Ω
C=47Oμf
R
L
=120Ω
C=470μf
注意
①每次改接电路时，必须切断工频电源。
②在观察输出电压 u
L
波形的过程中,“Y 轴灵敏度”旋钮位置调好以后，不要再变动，否则将无法比较各波形的脉动情况。
2、串联型稳压电源性能测试
切断工频电源，在图 18－3基础上按图 18－2连接实验电路。
1) 初测
稳压器输出端负载开路，断开保护电路，接通 16V 工频电源,测量整流电路输入电压 U
2
，滤波电路输出电压 U
I
（稳压器输入电压）及输出电压 U
0
。调节电位器 R
W
，观察 U
0
的大小和变化情况，如果 U
0
能跟随 R
W
线性变化，这说明稳压电路各反馈环路工作基本正常。否则，说明稳压电路有故障，因为稳压器是一个深负反馈的闭环系统，只要环路中任一个环节出现故障（某管截止或饱和）,稳压器就会失去自动调节作用。此时可分别检查基准电压 U
Z
，输入电压 U
I
，输出电压
U
0
，以及比较放大器和调整管各电极的电位（主要是 U
BE
和U
CE
）,分析它们的工作状态是否都处在线性区，从而找出不能正常工作的原因。排除故障以后就可以进行下一步测试。
2) 测量输出电压可调范围
接入负载 R
L
（滑线变阻器）,并调节 R
L
，使输出电流 I
0
≈100mA。再调节电位器R
W
,测量输出电压可调范围U
0min
～U
0max
。 且使R
W
动点在中间位置附近时U
0
＝12V。
若不满足要求，可适当调整 R
1
、R
2
之值。
3) 测量各级静态工作点
调节输出电压 U
0
＝12V，输出电流 I
0
＝100mA,测量各级静态工作点，记入表 18－2。
表 18-2 U
2
＝16V U
0
＝12V I
0
＝100mA
T
1
T
2
T
3
U
B
（V）
U
C
（V）
U
E
（V）
4) 测量稳压系数 S
取I
0
＝100mA，按表 18－3改变整流电路输入电压 U
2
（模拟电网电压波动）,
分别测出相应的稳压器输入电压 U
I
及输出直流电压 U
0
，记入表 18－3。
5) 测量输出电阻 R
0
取U
2
＝16V,改变滑线变阻器位置，使 I
0
为空载、50mA 和 100mA，测量相应的 U
0
值，记入表 18－4。
表 18－3 I
0
＝100mA 表 18-4 U
2
＝16V
6) 测量输出纹波电压
取U
2
＝16V,U
0
＝12V，I
0
＝100mA,测量输出纹波电压 U
0
，记录之。
7) 调整过流保护电路
a,断开工频电源，接上保护回路，再接通工频电源，调节 R
W
及R
L
使 U
0
＝
12V，I
0
＝100mA,此时保护电路应不起作用。测出 T
3
管各极电位值。
测 试 值 计算值
I
0
（mA） U
0
（V） R
0
（Ω）
空载
50 12
100
R
012
＝
R
023
＝
测 试 值 计算值
U
2
（V） U
I
（V） U
O
（V） S
14
16 12
18
S
12
＝
S
23
＝
b,逐渐减小 R
L
，使 I
0
增加到 120mA,观察 U
0
是否下降，并测出保护起作用时T
3
管各极的电位值。若保护作用过早或迟后，可改变 R
6
之值进行调整。
c,用导线瞬时短接一下输出端，测量 U
0
值，然后去掉导线,检查电路是否能自动恢复正常工作。
五、实验总结
1,对表 18－1 所测结果进行全面分析，总结桥式整流,电容滤波电路的特点。
2,根据表 18－3和表 18－4所测数据，计算稳压电路的稳压系数 S和输出电阻 R
0
，并进行分析。
3,分析讨论实验中出现的故障及其排除方法。
六、预习要求
1,复习教材中有关分立元件 稳压电源部分内容,并根据实验电路参数估算U
0
的可调范围及 U
0
＝12V 时 T
1
,T
2
管的静态工作点 （假设调整管的饱和压降 U
CE1S
≈1V ） 。
2,说明图 18－2 中 U
2
、U
I
、U
0
及
0
的物理意义,并从实验仪器中选择合适的测量仪表。
3,在桥式整流电路实验中，能否用双踪示波器同时观察 u
2
和u
L
波形，为什么？
4,在桥式整流电路中，如果某个二极管发生开路,短路或反接三种情况，
将会出现什么问题？
5,为了使稳压电源的输出电压 U
0
＝12V，则其输入电压的最小值 U
Imin
应等于多少？交流输入电压 U
2min
又怎样确定？
6,当稳压电源输出不正常，或输出电压 U
0
不随取样电位器 Rw而变化时，
应如何进行检查找出故障所在？
7,分析保护电路的工作原理。
8,怎样提高稳压电源的性能指标（减小 S 和 R
0
）？
实验一十四 综合应用实验
─ 温度监测及控制电路 ─
一、实验目的
1,本实验是综合应用性实验 。通过本实验学习由双臂电桥和差动输入集成运放组成的桥式放大电路。
2、掌握滞回比较器的性能和调试方法。
3,学会系统测量和调试。
二、实验原理
1,实验电路如图 21－1所示,它是由负温度系数电阻特性的热敏电阻
（NTC 元件）R
t
为一臂组成测温电桥,其输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出“加热”与“停止”信号，经三极管放大后控制加热器“加热”与“停止” 。
改变滞回比较器的比较电压 U
R
即改变控温的范围，而控温的精度则由滞回比较器的滞回宽度确定。
图 21－1 温度监测及控制实验电路
(1)、测温电桥
由R
1
、R
2
、R
3
、R
W1
及R
t
组成测温电桥，其中 R
t
是温度传感器。其呈现出的阻值与温度成线性变化关系且具有负温度系数,而温度系数又与流过它的工作电流有关。为了稳定 R
t
的工作电流，达到稳定其温度系数的目的，设置了稳压管 D
2
。
R
W1
可决定测温电桥的平衡。
（2）,差动放大电路
由A
1
及外围电路组成的差动放大电路,将测温电桥输出电压△U按比例放大。
其输出电压
B
65
6
4
W274
A
4
W27
01
)U
RR
R
)(
R
RRR
()U
R
RR
(U
+
++
+
+
=
当R
4
＝R
5
,（R
7
+R
W2
）=R
6
时
)U(U
R
RR
U
AB
4
W27
01
+
=
R
W3
用于差动放大器调零。
可见差动放大电路的输出电压 U
01
仅取决于二个输入电压之差和外部电阻的比值。
（3）,滞回比较器
差动放大器的输出电压 U
01
输入由 A
2
组成的滞回比较器。
滞回比较器的单元电路如图 21－2 所示，设比较器输出高电平为 U
0H
，输出低电平为 U
OL
，参考电压 U
R
加在反相输入端。
当输出为高电平 U
0H
时，运放同相输入端电位
0H
F2
2
i
F2
F
H
U
RR
R
u
RR
R
u
+
+
+
=
+
当u
i
减小到使 u
+H
＝U
R
，即
OH
F
2
R
F
F2
TLi
U
R
R
U
R
RR
uu?
+
==
此后，u
i
稍有减小，输出就从高电
平跳变为低电平。 图 21－2 同相滞回比较器
当输出为低电平 U
0L
时，运放同相输入端电位
OL
F2
2
i
F2
F
L
U
RR
R
u
RR
R
u
+
+
+
=
+
当u
i
增大到使 u
+L
=U
R
，即
OL
F
2
R
F
F2
THi
U
R
R
U
R
RR
Uu?
+
==
此后，u
i
稍有增加，输出又从低电平
跳变为高电平。 图 21－3 电压传输特性
因此 U
TL
和U
TH
为输出电平跳变时对应的输入
电平，常称 U
TL
为下门限电平，U
TH
为上门限电平，而两者的差值
△ )U(U
R
R
＝－U＝UU
OLOH
F
2
TLTRT
称为门限宽度，它们的大小可通过调节 R
2
/R
F
的比值来调节。
图 21－3为滞回比较器的电压传输特性。
由上述分析可见差动放器输出电压 u
01
经分压后 A
2
组成的滞回比较器，与反相输入端的参考电压 U
R
相比较。当同相输入端的电压信号大于反相输入端的电压时,A
2
输出正饱和电压,三极管 T饱和导通。 通过发光二极管 LED的发光情况，
可见负载的工作状态为加热。反之，为同相输入信号小于反相输入端电压时，A
2
输出负饱和电压，三极管 T 截止，LED 熄灭，负载的工作状态为停止。调节 R
W4
可改变参考电平，也同时调节了上下门限电平，从而达到设定温度的目的。
三、实验设备
1、±12V直流电源
2、函数信号发生器
3、双踪示波器
4、热敏电阻（NTC）
5、运算放大器μA741×2、晶体三极管 3DG12、稳压管 2CW231、发光管 LED
四、实验内容
按图 21－2，连接实验电路，各级之间暂不连通，形成各级单元电路，以便各单元分别进行调试。
1、差动放大器
差动放大电路如图 21－4所示。它可实现差动比例运算。
图 21－4 差动放大电路
1）,运放调零。将 A、B两端对地短路，调节 R
W3
使U
O
＝0。
2）,去掉 A、B端对地短路线。从 A、B端分别加入不同的二个直流电平。
当电路中 R
7
+R
W2
=R
6
，R
4
＝R
5
时，其输出电压
)U(U
R
RR
u
AB
4
W27
0
+
=
在测试时，要注意加入的输入电压不能太大，以免放大器输出进入饱和区。
3）,将 B点对地短路，把频率为 100Hz、有效值为 10mV的正弦波加入 A点。
用示波器观察输出波形。在输出波形不失真的情况下，用交流毫伏表测出 u
i
和
u
0
的电压。算得此差动放大电路的电压放大倍数 A。
2、桥式测温放大电路
将差动放大电路的 A、B端与测温电桥的 A′,B′端相连，构成一个桥式
测温放大电路。
1）,在室温下使电桥平衡
在实验室室温条件下，调节 R
W1
，使差动放大器输出 U
01
＝0（注意：前面实验中调好的 R
W3
不能再动） 。
2）,温度系数 K（V/C）
由于测温需升温槽，为使实验简易，可虚设室温 T及输出电压 u
01
，温度系
数 K也定为一个常数，具体参数由读者自行填入表格内
表 21－1
温度 T（℃）
室温 ℃
输出电压 U
01
（V）
0
从表 21－1中可得到 K＝△U/△T。
3）,桥式测温放大器的温度－电压关系曲线
根据前面测温放大器的温度系数 K，可画出测温放大器的温度－电压关系曲线，实验时要标注相关的温度和电压的值，如图 21－5所示。从图中可求得在其它温度时，放大器实际应输出的电 压值。也可得到在当前室温时，U
01
实际对应值U
S
。
4）,重调 R
W1
，使测温放大器在当前室温下输出 U
S
。即调 R
W1
，使 U
01
＝U
S
。
3、滞回比较器
4、滞回比较器电路如图 21－5所示。
1）,直流法测试比较器的上下门限电平
首先确定参考电平 U
R
值。调 R
W4
，使 U
R
＝2V。然后将可变的直流电压 U
i
加入比较器的输入端。比较器的输出电压 U
0
送入示波器 Y 输入端（将示波器的“输入耦合方式开关”置于“DC”,X 轴“扫描触发方式 开关”置于“自动” ） 。改变直流输入电压 U
i
的大小，从示波器屏幕上观察到当 u
0
跳变时所对应的 U
i
值，即为上、下门限电平。
2）,交流法测试电压传输特性曲线
将频率为 100Hz，幅度 3V 的正弦信号加入比较器输入端，同时送入示波器的 X轴输入端,作为 X轴扫描信号。 比较器的输出信号送入示波器的 Y轴输入端。
微调正弦信号的大小，可从示波器显示屏上到完整的电压传输特性曲线。
图 21－5 温度－电压关系曲线 图21－6 滞回比较器电路
5、温度检测控制电路整机工作状况
1）,按图 21－1连接各级电路。 （注意：可调元件 R
W1
、R
W2
、R
W3
不能随意变
动。如有变动，必须重新进行前面内容。 ）
2）,根据所需检测报警或控制的温度 T，从测温放大器温度－电压关系曲
线中确定对应的 u
01
值。
3）,调节 R
W4
使参考电压 U′
R
＝U
R
＝U
01
4）,用加热器升温，观察温升情况，直至报警电路动作报警（在实验
电路中当 LED发光时作为报警）,记下动作时对应的温度值 t
1
和U
011
的值。
5）,用自然降温法使热敏电阻降温，记下电路解除时所对应的温度值 t
2
和
U
012
的值。
6）改变控制温度 T，重做 2）,3）,4）,5）,内容。把测试结果记入表
21－2。
根据 t
1
和t
2
值，可得到检测灵敏度 t
0
=(t
2
-t
1
)
注：实验中的加热装置可用一个 100Ω/2W的电阻 R
T
模拟，将此电阻靠近 R
t
即可。
五、实验总结
1、整理实数据，画出有关曲线、数据表格以及实验线路。
2、用方格纸画出测温放大电路温度系数曲线及比较器电压传输特性曲线。
3、实验中的故障排除情况及体会。
表 10－2
设定温度
T（℃）
从曲线上查得
U
O1
设定电压
U
R
T
1
（℃）
动作温度
T
2
（℃）
U
011
（V）
动作电压
U
012
（V）
六、预习要求
1、阅读教材中有关集成运算放大器应用部分的章节。了解集成运算放大
器构成的差动放大器等电路的性能和特点。
2、根据实验任务，拟出实验步骤及测试内容，画出数据记录表格。
3、依照实验线路板上集成运放插座的位置，从左到右安排前后各级电路。
画出元件排列及布线图。元件排列既要紧凑，又不能相碰，以便缩短连线,
防止引入干扰。同时又要便于实验中测试方便。
4、思考并回答下列问题,
1）,如果放大器不进行调零，将会引起什么结果？
2）,如何设定温度检测控制点?
实验一十五 综合应用实验
用运算放大器组成万用电表的设计与调试
一、实验目的
1,本实验是综合应用性实验 。通过本实验设计由运 算放大器组成的万用电表
2,组装与调试
二、设计要求
1,直流电压表 满量程 +6V
2,直流电流表 满量程 10mA
3,交流电压表 满量程 6V，50Hz～1KHz
4,交流电流表 满量程 10mA
5,欧姆表 满量程分别为 1KΩ，10KΩ，100KΩ
三、万用电表工作原理及参考电路
在测量中，电表的接入应不影响被测电路的原工作状态，这就要求电压表应具有无穷大的输入电阻，电流表的内阻应为零。但实际上，万用电表表头的可动线圈总有一定的电阻，例如100μA的表头，其内阻约为1KΩ，用它进行测量时将影响被测量，引起误差。此外，交流电表中的整流二极管的压降和非线性特性也会产生误差。如果在万用电表中使用运算放大器，就能大大降低这些误差，提高测量精度。在欧姆表中采用运算放大器，不仅能得到线性刻度，还能实现自动调零。
1、直流电压表
图 22－1为同相端输入，高精度直流电压表电原理图。
为了减小表头参数对测量精度的影响，将表头置于运算放大器的反馈回路中，这时，流经表头的电流与表头的参数无关，只要改变 R
1
一个电阻，就可进行量程的切换。
图 22－1 直流电压表
表头电流 I与被测电压 U
i
的关系为
1
i
R
U
I=
应当指出：图 22－1适用于测量电路与运算放大器共地的有关电路。此外，
当被测电压较高时，在运放的输入端应设置衰减器。
2,直流电流表
图 22－2是浮地直流电流表的电原理图。在电流测量中，浮地电流的测量是普遍存在的，例如：若被测电流无接地点，就属于这种情况。为此，应把运算放大器的电源也对地浮动，按此种方式构成的电流表就可象常规电流表那样，串联在任何电流通路中测量电流。
图 22－2 直流电流表
表头电流 I与被测电流 I
1
间关系为
－I
1
R
1
＝（I
1
－I）R
2
1
2
1
)I
R
R
(1I +=∴
可见，改变电阻比（R
1
／R
2
）,可调节流过电流表的电流，以提高灵敏度。如果被测电流较大时，应给电流表表头并联分流电阻。
3、交流电压表
由运算放大器,二极管整流桥和直流毫安表组成的交流电压表如图 22－3
所示。被测交流电压 u
i
加到运算放大器的同相端，故有很高的输入阻抗，又因为负反馈能减小反馈回路中的非线性影响,故把二极管桥路和表头置于运算放大器的反馈回路中，以减小二极管本身非线性的影响。
图 22－3 交流电压表
表头电流 I与被测电压 u
i
的关系为
1
i
R
U
I=
电流 I 全部流过桥路，其值仅与 U
i
／R
1
有关,与桥路和表头参数（如二极管的死区等非线性参数）无关。表头中电流与被测电压 u
i
的全波整流平均值成正比，若 u
i
为正弦波，则表头可按有效值来刻度。被测电压的上限频率决定于运算放大器的频带和上升速率。
4,交流电流表
图 22－4为浮地交流电流表,表头读数由被测交流电流 i的全波整流平均值
I
1AV
决定，即
1AV
2
1
)I
R
R
(1I +=
如果被测电流 i为正弦电流，即
i
1
＝ 2I
1
sinωt，则上式可写为
1
2
1
)I
R
R
0.9(1I +=
则表头可按有效值来刻度。
图 22－4 交流电流表
5,欧姆表
图 22－5为多量程的欧姆表。
图22－5 欧姆表
在此电路中，运算放大器改由单电源供电，被测电阻 R
X
跨接在运算放大器的反馈回路中，同相端加基准电压 U
REF
。
∵ U
P
＝U
N
＝U
REF
I
1
＝I
X
X
REF0
1
REF
R
UU
R
U?
=
即 )U(U
U
R
R
REFO
REF
1
X
=
流经表头的电流
m2
REFO
RR
UU
I
+
=
由上两式消去(U
O
－U
REF
)
可得
)R(RR
RU
I
2m1
XREF
+
=
可见，电流 I 与被测电阻成正比，而且表头具有线性刻度，改变 R
1
值，可改变欧姆表的量程。这种欧姆表能自动调零，当 R
X
＝0 时,电路变成电压跟随器，U
O
＝U
REF
，故表头电流为零，从而实现了自动调零。
二极管 D起保护电表的作用,如果没有 D,当R
X
超量程时,特别是当 R
X
→∞，
运算放大器的输出电压将接近电源电压，使表头过载。有了 D 就可使输出钳位，
防止表头过载。调整 R
2
，可实现满量程调节。
四、电路设计
1,万用电表的电路是多种多样的,建议用参考电路设计一只较完整的万用电表。
2,万用电表作电压、电流或欧姆测量时,和进行量程切换时应用开关切换，但实验时可用引接线切换。
五、实验元器件选择
1,表头 灵敏度为 1mA，内阻为 100Ω
2,运算放大器 μA741
3,电阻器 均采用 W
4
1
的金属膜电阻器
4,二极管 IN4007×4、IN4148
5,稳压管 IN4728
六、注意事项
1,在连接电源时，正、负电源连接点上各接大容量的滤波电容器和
0.01μf～0.1μf的小电容器，以消除通过电源产生的干扰。
2,万用电表的电性能测试要用标准电压、电流表校正,欧姆表用标准电阻校正。考虑实验要求不高，建议用数字式
2
1
4 位万用电表作为标准表。
七、报告要求
1,画出完整的万用电表的设计电路原理图。
2,将万用电表与标准表作测试比较，计算万用电表各功能档的相对误差，
分析误差原因。
3,电路改进建议
4,收获与体会
一、实验目的,
1,本实验是验证性实验 。通过本实验掌握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、数字万用表等的主要技术指标、性能及正确使用方法。
2、测试二极管的简单电路，掌握二极管的外特性，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、预习要求,
1、查阅有关电子仪器使用方法的资料 及附录，了解示波器、信号发生器等仪器仪表各旋钮按键的功能及使用方法。
2、明确实验内容及要求，拟订必要的记录表格。
三、实验内容,
1、常用仪器仪表
在模拟电子电路基础实验中，常用的电子仪器有如图 1.1 所示的相关仪器，其相互关系及作用如下,
图 1.1 模拟电路实验常用仪器仪表相互关系
①函数信号发生器：用来产生信号源的仪器，可按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出电压最大可达20V
P－P
（峰峰值）。通过使用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。
②直流稳压电源：它是为被测实验电路提供能源，通常是电压输出，例如 5～6V，
±12V或±15V，交流双～15V或单～9V等。
③示波器：用来测量实验电路的输出信号。通过示波器可显示电压或电流波形，
可测量频率、周期等其他有关参数。现简单介绍示波器的使用方法,
1）,寻找扫描光迹
R1
1K
Vi
V3
2.0V
V2
2.0V
D1
D2
+
-
Vo
将示波器 Y 轴显示方式置,Y
1
”或,Y
2
”,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,Y
1
”,,Y
2
”,,Y
1
＋ Y
2
”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底时使用。
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。
④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。 除交流毫伏表外,常用的测量仪器仪表还有万用表，
电流表，电压表，频率计等。
⑤被测实验电路：任何模拟电子电路实验都需要这一部分，它是研究模拟电路的基础，有的是一个单元实验电路，有的是采用设计式，有的是采用组合式（一部分是固定电路，一部分是设计搭设的电路）,无论哪一种被测实验电路都要通过相关仪器准确地测量数据，观察实验现象和结果，进而真正掌握该电路的作用。
本实验中,通过二极管的简单测试和应用来了解上述模拟电子电路实验常用仪器的正确使用方法及其相互关系。
2、实验电路
实验电路如图 1.2 所示。
图 1.2
四、实验步骤
1、用万用表的欧姆档（ R× 1k 或 R× 100k）检查二极管的好坏，并判断二极管的正负极性。
2、选用合适的量程档测量电阻的阻值。
3、调节直流稳压电源的两组输出，使之同时输出两组 2V 的电压源。
4、调节信号发生器的频率选择旋钮，使之输出 f=1kHz 的正弦信号，同时，用晶体管毫伏表选择合适的量程检测。调节输 出衰减粗调旋钮及细调旋钮，控制输出信号电压为 1V。作为实验电路的输入信号 Ui。
5、在实验箱上安装实验电路，如图 1.1.2 所示。
6、用示波器测量实验电路的 Ui 和 Uo。并记录实验数据于自拟表格中。
7、改变 Ui，使 Ui=3V,f=2kHz，重复实验步骤 6
五、实验报告要求,
1、写出本实验所用仪器的型号、名称及各自作用。
2、总结示波器、信号发生器、晶体管毫伏表的正确使用方法。
3、阐述万用表测试二极管的简单步骤和方法。
4、整理实验报告，并进行分析和讨论。
R1
10k
C1
10u
20k
RB1
20k
T1
C2
10u
RF
100
RE1
1k
C3
100u
+
-
Ui
+
-
Us
+
-
Uo
信号由此输入
OUT
Vc c
Vc
Vb
Ve
RC1
2.4k
100K
RW
实验二 晶体管共射极单管放大器
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验学会放大器静 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。
二、实验原理
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R
B1
和R
B2
组成的分压电路，并在发射极中接有电阻 R
E
，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 u
i
后，在放大器的输出端便可得到一个与 u
i
相位相反，幅值被放大了的输出信号 u
0
，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 R
B1
和R
B2
的电流远大于晶体管 T 的
基极电流 I
B
时（一般 5～10倍）,则它的静态工作点可用下式估算
CC
B2B1
B1
B
U
RR
R
U
+
≈
U
CE
＝U
CC
－I
C
（R
C
＋R
E
）
电压放大倍数
be
LC
V
r
RR
βA
//
=
输入电阻
R
i
＝R
B1
// R
B2
// r
be
输出电阻
R
O
≈R
C
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 u
i
＝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 I
C
以及各电极对地的电位 U
B
、U
C
和U
E
。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压 U
E
或U
C
，然后算出 I
C
的方法，例如，只要测出U
E
，即可用
E
E
EC
R
U
II =≈ 算出 I
C
（也可根据
C
CCC
C
R
UU
I
=,由 U
C
确定 I
C
）,
同时也能算出 U
BE
＝U
B
－U
E
，U
CE
＝U
C
－U
E
。
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
C
E
BEB
E
I
R
UU
I ≈
≈
放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流 I
C
（或 U
CE
） 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 u
O
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 u
O
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 u
i
，检查输出电压 u
O
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 u O波形失真的影响
改变电路参数 U
CC
、R
C
、R
B
（R
B1
、R
B2
）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 R
B2
的方法来改变静态工作点，如减小 R
B2
，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 A
V
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 u
i
，在输出电压 u
O
不失真的情况下，用交流毫伏表测出 u
i
和u
o
的有效值 U
i
和U
O
，则
i
0
V
U
U
A =
2) 输入电阻 R
i
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 U
S
和U
i
，则根据输入电阻的定义可得
R
UU
U
R
U
U
I
U
R
iS
i
R
i
i
i
i
===
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 U
R
时必须分别测出 U
S
和U
i
，然后按 U
R
＝U
S
－U
i
求出 U
R
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R
i
为同一数量级为好，本实验可取 R＝1～2KΩ。
3) 输出电阻 R
0
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 R
L
的输出电压 U
O
和接入负载后的输出电压 U
L
，根据
O
LO
L
L
U
RR
R
U
+
= 即可求出
L
L
O
O
1)R
U
U
(R?=
在测试中应注意，必须保持 R
L
接入前后输入信号的大小不变。
4) 最大不失真输出电压 U
OPP
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 R
W
（改变静态工作点）,用示波器观察 u
O
，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 U
O
（有效值）,则动态范围等于
0
U22 。或用示波器直接读出 U
OPP
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 A
U
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，A
um
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 2/1 倍，
即 0.707A
um
所对应的频率分别称为下限频率 f
L
和上限频率 f
H
，则通频带 f
BW
＝f
H
－f
L
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 A
U
。为此，可采用前述测 A
U
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
3DG 9011(NPN)
3CG 9012(PNP)
9013(NPN)
图 2－6 幅频特性曲线 图2－7 晶体三极管管脚排列
三、实验设备与器件
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
四、实验内容
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 R
W
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 R
W
，使 I
C
＝2.0mA（即 U
E
＝2.0V）,用直流电压表测量 U
B
、
U
E
、U
C
及用万用电表测量 R
B2
值。记入表 2－1。
表 2-1 I
C
＝2mA
测 量 值 计 算 值
U
B
（V） U
E
（V） U
C
（V） R
B2
（KΩ） U
BE
（V） U
CE
（V） I
C
（mA）
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 u
S
，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压 U
i
≈10mV，同时用示波器观察放大器输出电压 u
O
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 U
O
值，并用双踪示波器观察 u
O
和u
i
的相位关系，记入表 2－2。
表 2－2 Ic＝2.0mA U
i
＝ mV
R
C
（KΩ） R
L
(KΩ) U
o
(V) A
V
观察记录一组 u
O
和u
1
波形
2.4 ∞
1.2 ∞
2.4 2.4
3、观察静态工作点对电压放大倍数的影响
置R
C
＝2.4KΩ，R
L
＝∞，U
i
适量，调节 R
W
，用示波器监视输出电压波形，在
u
O
不失真的条件下，测量数组 I
C
和U
O
值，记入表 2－3。
表2－3 R
C
＝2.4KΩ R
L
＝∞ U
i
＝ mV
I
C
(mA) 2.0
U
O
(V)
A
V
测量I
C
时，要先将信号源输出旋钮旋至零（即使 U
i
＝0） 。
4、观察静态工作点对输出波形失真的影响
置R
C
＝2.4KΩ，R
L
＝2.4KΩ,u
i
＝0，调节 R
W
使I
C
＝2.0mA，测出 U
CE
值，再逐步加大输入信号，使输出电压 u
0
足够大但不失真。 然后保持输入信号不变，
分别增大和减小 R
W
，使波形出现失真，绘出 u
0
的波形，并测出失真情况下的 I
C
和U
CE
值,记入表 2－4中。 每次测 I
C
和U
CE
值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。
表 2－4 R
C
＝2.4KΩ R
L
＝∞ U
i
＝ mV
I
C
(mA) U
CE
(V) u
0
波形 失真情况 管子工作状态
2.0
5、测量最大不失真输出电压
置R
C
＝2.4KΩ，R
L
＝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 R
W
，用示波器和交流毫伏表测量 U
OPP
及U
O
值，记入表
2－5。
表 2－5 R
C
＝2.4K R
L
＝2.4K
I
C
(mA) U
im
(mV) U
om
(V) U
OPP
(V)
*6、测量输入电阻和输出电阻
置 R
C
＝2.4KΩ，R
L
＝2.4KΩ，I
C
＝2.0mA。输入 f＝1KHz的正弦信号，在输出电压 u
o
不失真的情况下，用交流毫伏表测出 U
S
，U
i
和U
L
记入表 2-6。
保持U
S
不变，断开 R
L
，测量输出电压 U
o
，记入表 2-6。
表 2-6 I
c
＝2mA R
c
＝2.4KΩ R
L
＝2.4KΩ
R
i
（KΩ） R
0
（KΩ） U
S
(mv)
U
i
(mv)
测量值 计算值
U
L
（V）
U
O
（V）
测量值 计算值
*7、测量幅频特性曲线
取I
C
＝2.0mA，R
C
＝2.4KΩ，R
L
＝2.4KΩ。 保持输入信号 u
i
的幅度不变，改变信号源频率 f，逐点测出相应的输出电压 U
O
，记入表 2－7。
表 2－7 U
i
＝ mV
f
l
f
o
f
n
f（KHz）
U
O
（V）
A
V
＝U
O
/U
i
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 6、7可作为选作内容。
五、实验总结
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 R
C
，R
L
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。
六、预习要求
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，R
B1
＝20KΩ，R
B2
＝60KΩ，R
C
＝2.4KΩ，R
L
＝2.4KΩ。
估算放大器的静态工作点，电压放大倍数 A
V
，输入电阻 R
i
和输出电阻 R
O
2、阅读实验附录中有关放大器干扰和自激振荡消除内容。
3,能否用直流电压表直接测量晶体管的 U
BE
？ 为什么实验中要采用测 U
B
、
U
E
，再间接算出 U
BE
的方法？
4、怎样测量 R
B2
阻值？
5、当调节偏置电阻 R
B2
，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降 U
CE
怎样变化？
6、改变静态工作点对放大器的输入电阻 R
i
有否影响？改变外接电阻 R
L
对输出电阻 R
O
有否影响？
7、在测试 A
V
，R
i
和R
O
时怎样选择输入信号的大小和频率？
为什么信号频率一般选 1KHz，而不选 100KHz或更高？
8、测试中，如果将函数信号发生器、交流毫伏表、示波器中任一仪器的二个测试端子接线换位（即各仪器的接地端不再连在一起）,将会出现什么问题？
注,附图2－1 所示为共射极单管放大器与带有负反馈的两级放大器共用实验模块。如将 K
1
、K
2
断开，则前级（Ⅰ）为典型电阻分压式单管放大器；如将 K
1
、
K
2
接通，则前级（Ⅰ）与后级（Ⅱ）接通，组成带有电压串联负反馈两级放大器。
附图2－1
实验三 负反馈放大器
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验加深理解放大 电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大器各项性能指标的影响。
二、实验原理
负反馈在电子电路中有着非常广 泛的应用,虽然它使放大器的放大倍数降低，但能在多方面改善放大器的动态指标，如稳定放大倍数，改变输入、输出电阻，减小非线性失真和展宽通频带等。因此，几乎所有的实用放大器都带有负反馈。
负反馈放大器有四种组态，即电压串联，电压并联，电流串联，电流并联。
本实验以电压串联负反馈为例，分析负反馈对放大器各项性能指标的影响。
1、图 4－1 为带有负反馈的两级阻容耦合放大电路，在电路中通过 R
f
把输出电压 u
o
引回到输入端，加在晶体管 T
1
的发射极上，在发射极电阻 R
F1
上形成反馈电压 u
f
。根据反馈的判断法可知，它属于电压串联负反馈。
主要性能指标如下
1) 闭环电压放大倍数
VV
V
Vf
FA1
A
A
+
=
其中 A
V
＝U
O
／U
i
— 基本放大器（无反馈）的电压放大倍数，即开环电压放大倍数。
1＋A
V
F
V
— 反馈深度,它的大小决定了负反馈对放大器性能改善的程度。
2) 反馈系数
F1f
F1
V
RR
R
F
+
=
3) 输入电阻
R
if
＝(1＋A
V
F
V
)R
i
R
i
— 基本放大器的输入电阻
R1
10k
C1
10u
20k
RB1
20k
T1
C2
10u
RF
100
RE1
1k
C3
100u
RC1
2.4k
100K
RW
T2
RB3
20K
RB2
10K
RC2
2.4K
RE2
1K
CE2
100U
C3
10U
RL
2.4K
RF
1.8K
CF
20U
图 4－1 带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器
4) 输出电阻
VVO
O
Of
FA1
R
R
+
=
R
O
— 基本放大器的输出电阻
A
VO
— 基本放大器 R
L
＝∞时的电压放大倍数
2、本实验还需要测量基本放大器的动态参数，怎样实现无反馈而得到基本放大器呢？不能简单地断开反馈支路，而是要去掉反馈作用，但又要把反馈网络的影响（负载效应）考虑到基本放大器中去。为此,
1) 在画基本放大器的输入回路时，因为是电压负反馈，所以可将负反馈放大器的输出端交流短路，即令 u
O
＝0，此时 R
f
相当于并联在 R
F1
上。
2) 在画基本放大器的输出回路时，由于输入端是串联负反馈，因此需将反馈放大器的输入端（T
1
管的射极）开路，此时（R
f
＋R
F1
）相当于并接在输出端。
可近似认为 R
f
并接在输出端。
根据上述规律，就可得到所要求的如图 4－2所示的基本放大器。
Vcc
+12V
信号由此输入
+
- -
+
Us Ui
图 4－2 基本放大器
三、实验设备与器件
1,＋12V直流电源 2,函数信号发生器
3,双踪示波器 4,频率计
5,交流毫伏表 6,直流电压表
7,晶体三极管 3DG6×2(β＝50～100)或 9011×2
电阻器、电容器若干。
四、实验内容
1,测量静态工作点
按图 4－1 连接实验电路，取 U
CC
＝＋12V，U
i
＝0，用直流电压表分别测量第一级、第二级的静态工作点，记入表 4-1。
表 4－1
U
B
（V） U
E
（V） U
C
（V） I
C
（mA）
第一级
第二级
2、测试基本放大器的各项性能指标
将实验电路按图 4－2 改接，即把 R
f
断开后分别并在 R
F1
和R
L
上，其它连线不动。
1) 测量中频电压放大倍数 A
V
，输入电阻 R
i
和输出电阻 R
O
。
① 以 f＝1KHZ,U
S
约 5mV正弦信号输入放大器,用示波器监视输出波形 u
O
，
在u
O
不失真的情况下，用交流毫伏表测量 U
S
、U
i
、U
L
，记入表 4－2。
表 4-2
U
S
(mv)
U
i
(mv)
U
L
(V)
U
O
(V)
A
V
R
i
(KΩ)
R
O
(KΩ)
基本放大器
U
S
(mv)
U
i
(mv)
U
L
(V)
U
O
(V)
A
Vf
R
if
(KΩ)
R
Of
(KΩ)
负反馈放大器
②保持 U
S
不变，断开负载电阻 R
L
（注意，R
f
不要断开）,测量空载时的输出电压 U
O
，记入表 4－2。
2) 测量通频带
接上 R
L
，保持 1)中的 U
S
不变，然后增加和减小输入信号的 频率，找出上、
下限频率 f
h
和f
l
，记入表 4－3。
3、测试负反馈放大器的各项性能指标
将实验电路恢复为图 4－1的负反馈放大电路。 适当加大 U
S
（约 10mV）,在输出波形不失真的条件下，测量负反馈放大器的 A
Vf
、R
if
和R
Of
,记入表 4－2；
测量 f
hf
和f
Lf
，记入表 4－3。
表4－3
f
L
(KHz) f
H
(KHz) △f(KHz)
基本放大器
f
Lf
(KHz) f
Hf
(KHz) △f
f
(KHz)
负反馈放大器
*4、观察负反馈对非线性失真的改善
1)实验电路改接成基本放大器形式，在输入端加入 f＝1KHz 的正弦信号，
输出端接示波器，逐渐增大输入信号的幅度，使输出波形开始出现失真，记下此时的波形和输出电压的幅度。
2)再将实验电路改接成负反馈放大器形式，增大输入信号幅度，使输出电压幅度的大小与 1)相同，比较有负反馈时，输出波形的变化。
五、实验总结
1、将基本放大器和负反馈放大器动态参数的实测值和理论估算值列表进行比较。
2、根据实验结果，总结电压串联负反馈对放大器性能的影响。
六、预习要求
1、复习教材中有关负反馈放大器的内容。
2、按实验电路 4－1估算放大器的静态工作点（取β
1
＝β
2
＝100） 。
3、怎样把负反馈放大器改接成基本放大器？为什么要把 R
f
并接在输入和输出端？
4、估算基本放大器的 A
V
，R
i
和R
O；估算负反馈放大器的 A
Vf
、R
if
和R
Of
，并验算它们之间的关系。
5、如按深负反馈估算，则闭环电压放大倍数 A
Vf
＝？ 和测量值是否一致？
为什么？
6、如输入信号存在失真，能否用负反馈来改善？
7、怎样判断放大器是否存在自激振荡？如何进行消振？
注：如果实验装置上有放大器的固定实验 模块，则可参考实验二附图 2－1
进行实验。
实验四 集成运算放大器的线性应用
─ 模拟运算电路 ─
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验研究由集成运 算放大器组成的比例、
加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二、实验原理
集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。 当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、
对数等模拟运算电路。
理想运算放大器特性
在大多数情况下,将运放视为理想运放,就是将运放的各项技术指标理想化，
满足下列条件的运算放大器称为理想运放。
开环电压增益 A
ud
=∞
输入阻抗 r
i
=∞
输出阻抗 r
o
=0
带宽 f
BW
=∞
失调与漂移均为零等。
理想运放在线性应用时的两个重要特性,
（1）输出电压 U
O
与输入电压之间满足关系式
U
O
＝A
ud
（U
+
－U
－
）
由于 A
ud
=∞，而 U
O
为有限值，因此，U
+
－U
－
≈0。即 U
+
≈U
－
，称为“虚短” 。
（2）由于r
i
=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即 I
IB
＝0，称为
“虚断” 。这说明运放对其前级吸取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。
基本运算电路
1) 反相比例运算电路
电路如图 8－1所示。对于理想运放,该电路的输出电压与输入电压之间的
i
1
F
O
U
R
R
U?=
关系为
为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻 R
2
＝R
1
// R
F
。
图 8－1 反相比例运算电路 图 8－2 反相加法运算电路
2) 反相加法电路
电路如图 8－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为
)U
R
R
U
R
R
(U
i2
2
F
i1
1
F
O
+?= R
3
＝R
1
// R
2
// R
F
3) 同相比例运算电路
图 8－3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为
i
1
F
O
)U
R
R
(1U += R
2
＝R
1
// R
F
当R
1
→∞时，U
O
＝U
i
，即得到如图 8－3(b)所示的电压跟随器。图中 R
2
＝R
F
，
用以减小漂移和起保护作用。一般 R
F
取 10KΩ,R
F
太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。
(a) 同相比例运算电路 (b) 电压跟随器
图 8-3 同相比例运算电路
4) 差动放大电路（减法器）
对于图 8-4所示的减法运算电路，当 R
1
＝R
2
，R
3
＝R
F
时,有如下关系式
)U(U
R
R
U
i1i2
1
F
O
=
图 8－4 减法运算电路图 8-5 积分运算电路
5) 积分运算电路
反相积分电路如图 8－5所示。在理想化条件下，输出电压 u
O
等于
式中 u
C
(o)是 t＝0时刻电容 C两端的电压值，即初始值。
如果 u
i
(t)是幅值为 E的阶跃电压，并设 u
c
(o)＝0，则
即输出电压 u
O
(t)随时间增长而线性下降。显然 RC 的数值越大，达到给定的U
O
值所需的时间就越长。积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限值。
在进行积分运算之前，首先应对运放调零。为了便于调节，将图中 K
1
闭合，
即通过电阻 R
2
的负反馈作用帮助实现调零。但在完成调零后，应将 K
1
打开，以免因 R
2
的接入造成积分误差。K
2
的设置一方面为积分电容放电提供通路，同时可实现积分电容初始电压 u
C
(o)＝0，另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号
∫
+?= (o)udtu
CR
1
(t)u
Ci
t
o
1
O
∫
=?= t
CR
E
-Edt
CR
1
(t)u
1
t
o
1
O
u
i
后,只要 K
2
一打开,电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。
三、实验设备与器件
1、±12V直流电源 2、函数信号发生器
3、交流毫伏表 4、直流电压表
5、集成运算放大器μA741×1
电阻器、电容器若干。
四、实验内容
实验前要看清运放组件各管脚的位置；切忌正、负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块。
1、反相比例运算电路
1) 按图 8－1连接实验电路，接通±12V电源，输入端对地短路，进行调零和消振。
2) 输入 f＝100Hz，U
i
＝0.5V的正弦交流信号，测量相应的 U
O
，并用示波器观察 u
O
和u
i
的相位关系，记入表 8-1。
表 8-1 U
i
＝0.5V，f＝100Hz
U
i
（V） U
0
（V） u
i
波形 u
O
波形 A
V
实测值 计算值
2、同相比例运算电路
1) 按图 8－3(a)连接实验电路。实验步骤同内容 1，将结果记入表 8－2。
2) 将图 8－3(a)中的 R
1
断开，得图 8－3(b)电路重复内容 1)。
表8－2 U
i
＝0.5V f＝100Hz
U
i
（V） U
O
(V) u
i
波形 u
O
波形 A
V
实测值 计算值
3,反相加法运算电路
1) 按图 8－2连接实验电路。调零和消振。
2) 输入信号采用直流信号，图 8－6所示电路为简易直流信号源，由实验者自行完成。实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。用直流电压表测量输入电压 U
i1
、U
i2
及输出电压 U
O
，记入表 8－3。
图 8－6 简易可调直流信号源
表 8-3
U
i1
(V)
U
i2
(V)
U
O
(V)
4、减法运算电路
1) 按图 8－4连接实验电路。调零和消振。
2) 采用直流输入信号，实验步骤同内容 3，记入表 8－4。
表8－4
U
i1
(V)
U
i2
(V)
U
O
(V)
5、积分运算电路
实验电路如图 8－5所示。
1) 打开 K
2
，闭合 K
1
，对运放输出进行调零。
2) 调零完成后，再打开 K
1
，闭合 K
2
，使 u
C
(o)＝0。
3) 预先调好直流输入电压 U
i
＝0.5V，接入实验电路，再打开 K
2
，然后用直流电压表测量输出电压 U
O
，每隔 5秒读一次 U
O
，记入表 8-5，直到 U
O
不继续明显增大为止。
表 8－5
t(s) 0 5 10 15 20 25 30 ……
U
0
(V)
五、实验总结
1,整理实验数据，画出波形图（注意波形间的相位关系） 。
2,将理论计算结果和实测数据相比较，分析产生误差的原因。
3,分析讨论实验中出现的现象和问题。
六、预习要求
1,复习集成运放线性应用部分内容，并根据实验电路参数计算各电路输出电压的理论值。
2,在反相加法器中，如 U
i1
和 U
i2
均采用直流信号，并选定 U
i2
＝－1V，当考虑到运算放大器的最大输出幅度(±12V)时，｜U
i1
｜的大小不应超过多少伏？
3,在积分电路中，如 R
1
＝100KΩ,C＝4.7μF，求时间常数。
假设 U
i
＝0.5V，问要使输出电压 U
O
达到 5V，需多长时间（设 u
C
(o)＝0）？
4,为了不损坏集成块，实验中应注意什么问题？
实验五 晶体管放大器设计
一、实验目的,
本实验是设计性实验 。 通过本实验掌握晶体管放大器静态工作点的设置与调整方法、放大器基本性能指标的测试方法、负反馈对放大器性能的影响及放大器的安装与调试技术。
二,电路工作原理及基本关系式
1,工作原理
晶体管放大器中广泛应用如图 3.1所示的电路,称之为阻容耦合共射极放大器。它采用的是分压式电流负反馈偏置电路。放大器的静态工作点 Q主要由 R
B1
、
R
B2
、R
E
、R
C
及电源电压+ V
CC
所决定。
图3.1
该电路利用电阻 R
B1
,R
B2
的分压固定基极电位 V
BQ
。 如果满足条件 I
1
>>I
BQ
，
当温度升高时,I
CQ
↑— V
EQ
↑(V
BQ
不变)— V
BE
↓— I
BQ
↓— I
CQ
↓，结果抑制了
I
CQ
的变化，从而获得稳定的静态工作点。
2,基本关系式
工作点稳定的必要条件,I
1
>>I
BQ
,
一般取
)(20)~(10
)(10)~(5
BQ1
BQ1
锗管硅管
II
II
=
=
（3-1-1）
直流负反馈愈强，电路的稳定性愈好。所以要求 V
BQ
>>V
BE
,
即 V
BQ
= (5～10) V
BE
，一般取
)(3)V~(1
)(5)V~(3
BQ
BQ
锗管硅管
=
=
V
V
（3-1-2）
电路的静态工作点由下列关系式确定,
CQ
EQ
CQ
BEBQ
E
I
V
I
VV
R =
≈ （3-1-3）
C
B
＋
＋
I
1
－
R
B2
R
B1
I
BQ
V
BQ
V
EQ
V
CEQ
I
CQ
R
C
R
E
C
E
R
L
C
C
＋
T
＋ V
CC
＋
－
＋
V
o
V
i
放大器
信号源
R
R
i
＋
－
＋
－
V
s
V
i
对于小信号放大器，一般取 I
CQ
= 0.5mA～2mA,V
EQ
= (0.2～0.5) V
CC
β
I
V
I
V
R
CQ
BQ
1
BQ
B2
)10~5(
== （3-1-4）
B2
BQ
BQCC
B1
R
V
VV
R
≈ （3-1-5）
)(
ECCQCCCEQ
RRIVV +?≈ （3-1-6）
三、性能指标与测试方法
晶体管放大器的主要性能指标有电压放大倍数 Av、输入电阻 R
i
、输出电阻 R
o
、
通频带 BW。 对于图3.1各性能指标计算式与测试方法如下,
1、电压放大倍数
be
L
i
o
V
r
R
V
V
A
′?
==
β
&
&
&
（3-1-7）
式中,R
L
’
=R
C
//R
L； r
be
为晶体管输入电阻，即
mA}{
mV26
300
mA}{
mV26
)1(
mACQmAEQ
bbe
+?≈
++=
II
rr ββ （3-1-8）
测量电压放大倍数,实际上是测量放大器的输入电压 V
i
与输出电压 V
o
的值。
在波形不失真的条件下，如果测出 V
i
(有效值)或 V
im
(峰值)及 V
ip-p
（峰-峰）
与 V
o
(有效值)或 V
om
(峰值) V
op-p
（峰-峰）,则
im
om
i
o
V
V
V
V
V
A == ＝
p-op
p-ip
V
V
（3-1-9）
2、输入电阻
beB2B1bei
//// rRRrR ≈= （3-1-10）
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。
若 R
i
>>R
s
(信号源内阻)，则放大器从信号源获取较大电压；
若 R
i
<<R
s
，则放大器从信号源吸取较大电流；
若 R
i
= R
s
，则放大器从信号源获取最大功率。
用“串联电阻法”测试放大器的输入电阻即在信号源输出与放大器输入端之间，串联一个已知电阻 R(一般以选择 R 的值接近 R
i
的值为宜)，如图 3.1.2
所示。在输出波形不失真情况下，用晶体管毫伏表或示波器，分别测量出 Vi与
Vs的值，则
R
VV
V
R
is
i
i
= （3-1-11）式中,
V
s
为信号源的输出电压值。
信
号
源
放
大
器
＋
－
R
o
S
R
L
＋
－
V
o
V
oL
0
－ 3
中频区 低频区 高频区
BW
f
L
f
H f /Hz
f /Hz
－ 90
－ 180
－ 270
/度
20lg A
V
/dB
0
(a)
(b)
f
H
f
L
(a) (b) (c)
C
B
R
s
r
be
C
C
R
C
R
L
βI
B
R
C
R
E C
Eβ+
+
1
bes
rR
＋
－
＋ ＋
＋
－
＋
V
s
3,输出电阻 图3.1.2 输出电阻测试电路
CCoo
// RRrR ≈= （3-1-12）
式中 r
o
为晶体管的输出电阻。
放大器输出电阻的大小反映了它带
负载的能力,R
o
愈小，带负载的能力愈强。
当 R
o
<<R
L
时，放大器可等效成一个恒压源。
放大器输出电阻 Ro的测试方法如 图 3.1.3 输出电阻测试电路
图 3.1.3所示，电阻 R
L
应与 Ro接
近，在输出波形不失真的情况下，首先
测量 R
L
未接入即放大器负载开路时的
输出电压 Vo的值，然后接入再测量放
大器负载上的电压 VoL的值，则
L
oL
o
o
)1( R
V
V
R?= （3-1-13）
4、频率特性和通频带
放大器的频率特性包括幅频特性 A(ω)
和相频特性?(ω)。 A(ω)表示增益的幅度与
频率的关系；?(ω)表示增益的相位与频率
的关系；?是放大器输出信号与输入信号间
的相位差。
放大器的频率特性如图3.1.4所示，影 图3.1.4放大器的频率特性
响放大器频率特性的主要因素是电路中存在 （a）幅频特性（b）相频特
的各种电容元件。
通频带 BW = f
H
– f
L
（3-1-14）
式中,f
H
为放大器的上限频率，主要受晶体管的结电容及电路的分布电容的限制；
f
L
为放大器的下限频率，主要受耦合电容C
B
、C
C
及射极旁路电容C
E
的影响。要严格计算C
B
、C
C
及C
E
同时存在时对放大器低频特性的影响，较为复杂。在工程计算中，为 了简化计算，通常以每个电容单独存在时的转折频率为基本频率，
再降低若干倍作为下限频率。
电容C
B
、C
C
及C
E
单独存在时所对应的等效回路如下
图 3.1.5(a)、(b)、(c)所示。
图 3.1.5
293132323231302920lg|Av|/dB
800 1000 1131 1131 1131 1000 900 800 Vop-p(mV)
500K 300K 100K 10K 1K 500 100 40 f(Hz)
如果放大器的下限频率 f
L
已知，则可按下列表达式估算,
)(π2
1
)10~3(C
besL
B
rRf +
≥ （3-1-15）
)(π2
1
)10~3(C
LCL
C
RRf +
≥ （3-1-16）
)
1
//(π2
1
)3~1(
bes
EL
β+
+
≥
rR
Rf
CE （3-1-17）
通常采用采用“逐点法”测量放大器的幅频特性曲线。测量时，每改变依次信号源的频率（注意维持输入信号V
S
的幅值不变且输出波形不失真），用晶体管毫伏表或示波器每测8量一个输出电压值，计算其增益。然后将测试数据 f
i
,A
VI
（20lg A
V
）列表，整理并标于坐标纸上，再将其连接成曲线，如图3.1.4（a）所示。
如果只要求测量放大器的通频带 BW,则首先测出放大器中频区 （如 fo=1KHz）
时的输出电压 V
O
，然后升高频率直到输出电压降为 0.707 V
O
为止（维持 V
S
不变）,
此时所对应的信号源频率就是上限频率 f
H
。同理，维持 V
S
不变降低频率直到输出电压降到 0.707 V
O
为止，此时所对应的频率为下限频率 f
L
，则放大器的通频带
BW=f
H
-f
L
如设某一晶体管放大器的输入信号 Vi=10mV(Vip-p=28mV)，所得数据列表格式为,
四、设计举例
例 设计一阻容耦合单级晶体管放大器。
已知条件 V
CC
= +12V,R
L
=3k?,V
i
= 10mV,R
s
= 600? 。
性能指标要求 A
V
> 40,R
i
> 1k?,R
o
< 3k?,f
L
< 100Hz,f
H
> 100kHz。
电路设计流程
提出设计指标拟定电路方案设定器件参数
电路安装和调试
结果测量
指标满足要求修改电路方案修改电路参数 是否要修改电路方案
Y
N
N
解 (1)拟定电路方案，选择电路形式及晶体管
采用如图3.1.1的分压式电流负反馈偏置电路,可以获得稳定的静态工作点。
因放大器的上限频率要求较高，故选用高频小功率管3DG100，其特性参数
I
CM
=20mA,V
(BR)CEO
≥20V,f
T
≥ 150MHz通常要求β的值大于 A
V
的值，故选β=60。
(2) 设置静态工作点并计算元件参数 由于是小信号放大器，故采用公式法设置静态工作点 Q，计算如下：要求 R
i
(R
i
≈ r
be
)>1KΩ，根据式（3-1-8）得
mA2.2mA
3001000
26
CQ
=
<
β
I 取
CQ
I =1.5mA
若取 V
BQ
= 3V，由式（3-1-3）得
=
≈ k53.1
CQ
BEBQ
E
I
VV
R 取标称值 1.5k ?== k24
10)~(5
CQ
BQ
B2
β
I
V
R 由式
（3-1-5）得
=
≈ k72
B2
BQ
BQCC
B1
R
V
VV
R
为使静态工作点调整方便,R
B1
由 30k 固定电阻与 100k 电位器相串联而成。
由式（3-1-8）得
=
+?= 1340
mA}{
mV26
300
mACQ
be
I
r β
由式（3-1-7）得
=≈′ k89.0
beV
L
β
rA
R
因R
L
’
=R
C
//R
L
则?=
′?
′
= k27.1
LL
LL
C
RR
RR
R 综合考虑，取标称值 1.5k
比较式（3-1-15）与（3-1-16）,由于（R
S
+r
be
）<(R
C
+R
L
)，故由（3-1-15）
计算电容 BC 为,Fμ2.8
)(π2
1
)10~3(C
besL
B =
+
≥
rRf
取标称值 10 μ F
取 C
C
= C
B
= 10μ F。得
v
i
(t)
v
o
(t)
o
o
t
t
饱和失真
晶体管毫伏表
低频信号发生器
直流稳压电源
＋ －
＋
－
CH
2
＋ V
CC
＋
－
被测放大器
CH
1
双踪
示波器
v
i
v
o
Fμ5.98
)
1
//(π2
1
)3~1(C
bes
EL
E =
+
+
≥
β
rR
Rf
取标称值 100 μ F
五、电路安装与调试
1,静态工作点测量与调整
测量方法是不加输入信号，将放大器输入端（耦合电容 C
B
负端）接地。用万用表分别测量晶体管的 B,E,C极对地的电压 V
BQ
,V
EQ
及 V
CQ
。一般 V
BQ
＝（ 3～ 7）
V,V
CEQ
＝正几伏。
如果出现 V
CQ
≈ V
CC
，说明晶体管工作在截止状态；如果出现 V
CEQ
< 0.5V，说明晶体管已经饱和。调整方法是改变放大器上偏置电阻 R
B1
的大小，即调节电位器的阻值，同时用万用表分别测量晶体管的各极的电位 V
BQ
,V
CQ
,V
EQ
，并计算 V
CEQ
及
I
CQ
。
如果 V
CEQ
为正几伏，说明晶体管工作在放大状态，但并不能说明放大器的静态工作点设置在合适的位置，所以还要进行动态波形观测。
给放大器送入规定的输入信号，如 V
i
=10mV,f
i
= 1kHz的正弦波。
若放大器的输出 v
o
的波形的顶部被压缩（见图 3.1.6(a)，这种现象称为截止失真）,说明静态工作点 Q 偏低，应增大基极偏流 I
BQ
，即增大 I
CQ
。 如果输出波形的底部被削波（见图 3.1.6，这种现象称为饱和失真）,说明静态工作点 Q
偏高，应减小 I
BQ
，即减 小I
CQ
。
图 3.1.6
如果增大输入信号，如 V
i
=50mV，输出波形无明显失真，或者逐渐增大输入信号时，输出波形的顶部和底部差不多同时开始畸变，说明静态工作点设置得比较合适。此时移去信号源，分别测量放大器的静态工作点 V
BQ
,V
EQ
,V
CEQ
及
I
CQ
。
2,性能指标测试与电路参数修改
按照图3.1.7所示的测量系统的接线方式来测量放大器的主要性能指标。示波器用于观测放大器的输入、输出电压波形并读取测量值。晶体管毫伏表用于测量放大器的输入、输出电压，当频率有所改变时，信号发生器的输出电压有可能变化，应及时调整，以维持输入电压不变。所有仪器的接地端都应与放大器的地线相连接。测量前，首先使信号发生器的频率调到放大器中频区的某个频率f
O
上，例如使f
O
=1KHz，幅值调到放大器所要求的电压值，例如 V
i
= 10mV（有效值），
然后按照放大器性能指标的测试方法分别测量 A
V
,R
i
,R
o及
BW。
f
L
↓
C
E
↑,C
B
↑,C
C
↑ 电路的性能价格比 ↓
r
be
↑ A
V
↓
R
C
↑ R
o
↑
R
s
600?
10mV
R
B2
24k?
C
B
＋
R
B1
60k?
R
C
1.5k?
R
E
1.5k?
C
E
10μF
＋
100μF
R
L
3k?
＋
10μF
C
C
＋ 12V
＋ V
CC
T
1
3DG100
＋
－
*
＋
－
V
o
V
s
图3.1.7
对于一个低频放大器，各项指标很难同时都很理想。例如，电压放大倍数
A
V
，根据
be
L
i
o
V
r
R
V
V
A
′?
==
β
&
&
&
有
↑↑
↓↓
↑↑′
↑
be
ibe
oL
V
__________
__________
__________
r
Rr
RR
A
β
增大 Rc（即 RL’）会使输出电阻 R
o
增加，减小 r
be
会使输入电阻 R
i
减小。
如果 R
o
及 R
i
离指标要求还有充分余地，则可以通过实验调整 R
C
或 I
CQ
来提高电压放大倍数，但改变 R
C
及 I
CQ
又会影响电路的静态工作点。可见只有提高晶体管的放大倍数 β,才是提高放大器电压放大倍数的有效措施。由于基极电位
V
BQ
固定，即
CC
B2B1
B2
BQ
V
RR
R
V
+
=
I
CQ
亦基本固定，即
CC
B2B1E
B2
E
BQ
EQCQ
)(
V
RRR
R
R
V
II
+
=≈≈
所以，改变 b 不会影响放大器的静态工作点。再例如，希望降低放大器的下限频率 f
L
，根据电容计算式，也可以有三种途径，即
不论何种途径，都会影响放大器
的性能指标，只能根据具体的指
标要求，综合考虑。下图 3.1.8
为满足设计举例题性能指标要求
的放大器的电路。由图可见,
实验调整后的元件参数值与设计
计算值有一定差别。 图 3.1.8
3,测量结果验算与误差分析
如图3.1.8所示的电路，其静态工作点的测量值为
V
BQ
=3.4V V
EQ
=2.7V
I
CQ
=1.8mA V
CQ
=9.3V
性能指标的测量值为
A
V
=47 R
i
=1.1k? R
o
=1.5k?
f
L
=100Hz f
H
＞999kHz
根据前图所示电路参数，理论计算值为
V4.3
CC
B2B1
B2
=
+
= V
RR
R
VBQ V
EQ
= V
BQ
–0.7V=2.7V
mA
R
V
ICQ 7.1
E
EQ
=≈
R
i
≈ r
be
=300W+β
{}mAI
mv
CQ
26
=1.2kΩ R
o
≈ R
C
=1.5kΩ
50
be
L
V
=
′
=
r
R
A
β
Hz88
)(2
10
besB
L
=
+
=
rRC
f
π
从而得测量误差(理论值为上述计算值)如下,
%6%100
V
V
V
=×
=
A
A
A
γ
%8%100
i
i
i
=×
=
R
R
R
γ
0%100
o
o
o
=×
=
R
R
R
γ
%14%100
L
L
L
=×
=
f
f
f
γ
产生测量误差的主要原因是,
① 测量仪器不准确及测量人员的读数误差；
② 元器件本身参数的示值误差；
③ 工程近似计算式引入的理论计算误差。
六、负反馈对放大器性能的影响
引入负反馈后，放大器的电压放大倍数将下降，其表达式为
FA
A
A
&&
&
&
V
V
VF
1+
=
式中，F为反馈网络的传输系数；A
V
为无负反馈时的电压放大倍数。
在引入负反馈后，虽然电压放大倍数下降，但可以改善放大器的性能 。
七、设计任务
设计课题：单级阻容耦合晶体管放大器设计
z 已知条件 + V
CC
=+12V,R
L
=2k?,V
i
=10mV,R
s
=50?。
z 性能指标要求 A
V
＞30,R
i
＞2k?,R
o
＜3k?,f
L
＜20Hz,f
H
＞500kHz，电路稳定性好。
z 实验仪器设备(略)
z设计步骤与要求 ① 认真阅读本课题介绍的设计方法与测试技术，写出设计预习报告(其要求见附录二)。
② 根据已知条件及性能指标要求,确定电路(要求分别采用无负反馈与有负反馈两种放大器电路)及器件(晶 体管可以选硅管或锗管),设置静态工作点，计算电路元件参数。
(以上两步要求在实验前完成)
③ 在实验面包板上安装电路，其 布线方法参阅附录一。测量与调整静态工作点，使其满足设计计算值要求。
④ 测试性能指标，调整与修改元件参数值，使其满足放大器性能指标要求，
将修改后的元件参数值标在设计的电路图上(先安装测试无负反馈的放大器，后安装测试有负反馈的放大器)。⑤ 上述各项完成后，再进行实验研究，研究内容见后面的“实验与思考题”部分。
⑥ 所有实验完成后，写出设计性实验报告。
实验与思考题
3.1.1 分别增大或减小电阻 R
B1
,R
C
,R
L
,R
E
及电源电压+ V
CC
，对放大器的静态工作点Q及性能指标有何影响？为什么？
3.1.2 加大输入信号 V
i
时，输出波形可能会出现哪 几种失真？分别是由什么原因引起的？
3.1.3 影响放大器低频特性 f
L
的因素有哪些？采取什么措施使 f
L
降低？为什么？
3.1.4 提高电压放大倍数 A
V
会受到哪些因素限制？ 采取什么措施较好？为什么？
3.1.5 一般情况下，实验调整后 的放大器的电路参数与设计计算值都会有差别，为什么？
3.1.6 测量静态工作点时，用万用表分别测量晶体管的各极对地的电压，
而不是直接测量电压 V
CE
,V
BE
及电流 I
CQ
，为什么？
R
B2
24k?
C
B
＋
R
B1
60k?
R
C
1.75k?
R
E
1.62k?
C
E
10μF
＋
147μF
R
L
3k?
＋
10μF
C
C
＋ 12V
＋ V
CC
3DG100
R
F
26?
＋
－
＋
－
*
V
o
V
i
3.1.7 测量放大器性能指标 R
i
,R
o
,A
V
及 BW时，是用晶体管毫伏表或示波器分别测量输入、输出电压，而不是用万用表测量，为什么？
3.1.8 测量输入电阻 R
i
及输出电阻 R
o
时，为什么测试电阻 R要与 R
i
或 R
o
相接近？
3.1.9 调整静态工作点时，R
B1
要用一固定电阻与电位器相串联，而不能直接用电位器，为什么？
3.1.10 用实验说明图 3.1.9所示电流串联负反馈电路,改善了放大器的哪些性能？为什么
＋
－
v
ia
R
1
V–
V+
A
1
＋
－
A
2
－ V
EE
R
2
R
3
RP
＋ V
CC
a
C
1
R
4
RP
C
2
＋ V
CC
－ V
EE
R
5
v
o2
v
o1
实验六 函数发生器的设计
一、实验目的
本实验是设计性实验 。 通过本实验掌握用运放组成函数发生器的基本设计方法。
二、实验原理
函数发生器能自动产生方波-三角波-正弦波及锯齿波、阶梯波等电压波形。
其电路中使用的器件可以是分立器件（如低频信号发生器 S101全部采用晶体管）,也可以是集成电路（如单片集成电路函数发生器 ICL8038） 。本课题主要介绍由集成运算放大器组成的方波-三角波-正弦波函数发生器的设计方法。
产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以先产生三角波-方波，再将三角波变换成正弦波或将方波变成正弦波。本课题介绍先产生方波-三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，其电路组成框图如图
20.1所示。
图 20.1 函数发生器组成框图
1、方波-三角波产生电路
电路图如图 20.2所示,
图 20.2 方波-三角波产生电路
电路工作原理如下：若 a点断开，运放 A
1
与R
1
,R
2
,R
3
,RP
1
组成电压比较器。R
1
称为平衡电阻，C
1
称为加速电容，可加速比较器的翻转；运放的反相端接基准电压，即 V
–
=0;同相端接输入电压 v
ia；比较器的输出 v
o1
的高电平等于正电源电压+ V
CC，
低电平等于负电源电压– VEE (?+VCC?=?– VEE?) 。当输入端 V
+
=V- =0 时，比较器翻转，V
01
从高电平+Vcc跳到低电平-Vee，或从低电平-Vee跳到高电平＋Vcc。设 V
01
= +Vcc,则
V+= () 0
132
13
132
2
=
++
+
++
++
iaCC
V
RPRR
RPR
V
RPRR
R
比较器 积分器 差分放大器
v
o1
V
ia–
V
ia+
＋ V
CC
－ V
EE
v
ia
o
＋
V
CC
R
2
R
3
+RP
1
V
EE
–R
2
R
3
+RP
1
o
－ V
EE
t
T
T
2
T
4
v
o
v
o1
v
o2
整理上式,得比较器的下门限电位为 V
ia-
= ()
CCCC
V
RPR
R
V
RPR
R
13
2
13
2
+
=+
+
若V
o1
= -Vee,则比较器的上门限电位为
V
ia+
= ()
CCEE
V
RPR
R
V
RPR
R
13
2
13
2
+
=?
+
比较器的门限宽度 V
H
为V
H
= V
ia+
-
V
ia-
=
CC
13
2
V
RPR
R
2
+
由上面公式可得比较器的电压
传输特性，如图 20.3 所示。从电
压传输特性可见，当输入电压 V
ia
从上门限电位 V
ia+
下降到下门限
电位 V
ia－
时,输出电压 V
o1
由高 图 20.3 比较器的电压传输特性
电平+Vcc突变到低电平-Vee。a点断开后，运算放大器 A
2
与 R
4
、RP
2
,R
5
,
C
2
组成反相积分器，其输入信号为方波 V
o1
时，则积分器的输出
V
o2
=
()
∫
+
dtV
CRPR
O1
244
1
当V
o1
=+Vcc时,
V
o2
=
()()
t
CRPR
t
CRPR
224224
Vcc)Vcc(
+
=
+
+?
当 V
o1
= -Vee时,
V
o2
= =
()()
t
CRPR
t
CRPR
224224
EE
Vcc)V1(
+
=
+
可见，当积分器的输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形关系如图 20.4所示。
图 20.4 方波—三角波
a点闭合，形成闭环 电路,则自动产生方 波-三角波，三角波的幅度
V
O2m
=
CC
V
RPR
R
13
2
+
方 波-三角波的频率
=
2242
13
)(4 CRPRR
RPR
+
+
由式（3-4-8） （3-4-9）可见,
1）,调节电位器 RP
2
，可调节方 波-三角波 的频率，但不会影响其幅度。
若要求输出频率范围较宽，可用 C
2
改变频率，RP
2
实现频率微调。
2）,方波的输出幅度约等于电源电压+Vcc，三角波的输出幅度不会超过电源电压+Vcc。电位器 RP
1可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。
2、三角波变正弦波电路
滤波法
在三角波电压固定频率或频率变化范围很小的情况下,可以考虑采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波，电路框图如图 20.5（ a）所示。输入电压和输出电压的波形如图（ b）所示,u
o
的频率等于 u
1
基波的频率。
（ a）
图 20.5 利用低通滤波将三角波变换成正弦波
（ a）电路框图 （ b）波形分析 （ b）
将三角波按傅立叶级数展开,
+?=,..5sin
25
1
3sin
9
1
sin
8
)(
2
tttUtu
mi
π
其中 Um 示三角波的幅值。根据上式可知，低通滤波器的通带截止频率应大于三角波的基波频率且小于三角波的三次谐波频率。当然，也可利用带通滤波器来实现上述变换。例如，若三角波的频率范围为 100~200Hz，则低通滤波器的通带截止频率可取 250Hz，带通滤波器的通频带可取 50~250Hz。但是，如果三角波的最高频率超过其最低频率的 3 倍，就要考虑采用其它方法来实现变换了。
三,函数发生器的性能指标
输出波形 正弦波、方 波、三角波
频率范围 1Hz~10Hz,10Hz~100Hz,100~1KHz,
1KHz~10KHz,10KHz~100KHz,100KHz~1MHz,
输出电压 一般指输出波形的峰-峰值，即 V
p-p
= 2V
m
,
波形特性 表征正弦波特性的参数是非线性失真，一般要求 γ
-
＜3%；表征三角波特性的参数是非线性系数 γ
△
，一般要求 γ
△
＜2%；表征方波特性的参数是上升时间 t
r
，一般要求 t
r
＜100ns(1kHz，最大输出时)。
四、电路安装与调试技术
1、方 波-三角波发生器的装调由于比较器 A
1
与积分器 A
2
组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，故这两个单元电路需同时安装。要注意的是，
在安装电位器 RP
1
与RP
2
之前,先将其调整到设计值,否则电路可能会不起振。
如果电路接线正确，则在接通电源后，A
1
的输出 v
o1
为方波，A
2
的输出 v
o2
为三角波，在低频点时，微调 RP
1
，使三角波的输出幅度满足设计指标要求，
再调节 RP
2
，则输出频率连续可变。
2、误差分析① 方波输出电压 V
p-p
≤2V
CC
，是因为运放输出级由 NPN型或 PNP
型两种晶体管组成的复合互补对称电路，输出方波时，两管轮流截止与饱和导通，由于导通时输出电阻的影响，使方波输出幅度小于电源电压值。② 方波的上升时间 t
r
，主要受运放转换速率的限制。如果输出频率较高，则可接入加速电容 C
1
(C
1
一般为几十皮法)。可用示波器(或脉冲示波器)测量 t
r
。
五、设计任务:设计一个方波—三角波—正弦波函数发生器
性能指标要求 频率范围 100Hz~1kHz，1kHz~10kHz；
输出电压 方波 V
p-p
≤24V，三角波 V
p-p
实验七 差动放大器
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验加深对差动放大器性能及特点的理解
2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法
二、实验原理
图 6－1是差动放大器的基本结构。 它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。当开关 K 拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器 R
P
用来调节 T
1
、T
2
管的静态工作点，使得输入信号 U
i
＝0 时，双端输出电压 U
O
＝0。R
E
为两管共用的发射极电阻,它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。
图 6－1 差动放大器实验电路
当开关 K 拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。 它用晶体管恒流源代替发射极电阻 R
E
，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。
1、静态工作点的估算
典型电路
E
BEEE
E
R
UU
I
≈ （认为 U
B1
＝U
B2
≈0）
EC2C1
I
2
1
II ==
恒流源电路
E3
BEEECC
21
2
E3C3
R
U)U(U
RR
R
II
+
+
≈≈
C3C1C1
I
2
1
II ==
2、差模电压放大倍数和共模电压放大倍数
当差动放大器的射极电阻 R
E
足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数 A
d
由输出端方式决定，而与输入方式无关。
双端输出,R
E
＝∞，R
P
在中心位置时,
PbeB
C
i
O
d
β)R(1
2
1
rR
βR
△U
△U
A
+++
==
单端输出
d
i
C1
d1
A
2
1
△U
△U
A ==
d
i
C2
d2
A
2
1
△U
△U
A?==
当输入共模信号时，若为单端输出，则有
若为双端输出，在理想情况下
0
△U
△U
A
i
O
C
==
实际上由于元件不可能完全对称，因此 A
C
也不会绝对等于零。
3,共模抑制比 CMRR
E
C
EPbeB
C
i
C1
C2C1
2R
R
)2RR
2
1
β)((1rR
βR
△U
△U
AA?≈
++++
===
为了表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大作用和对共模信号的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比
c
d
A
A
CMRR = 或 ()dB
A
A
20LogCMRR
c
d
=
差动放大器的输入信号可采用直流信号也可采用交流信号。 本实验由函数信号发生器提供频率 f＝1KHZ的正弦信号作为输入信号。
三、实验设备与器件
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、晶体三极管 3DG6×3，要求 T
1
、T
2
管特性参数一致。
（或 9011×3） 。
电阻器、电容器若干。
四、实验内容
1、典型差动放大器性能测试
按图 6-1连接实验电路，开关 K拨向左边构成典型差动放大器。
1) 测量静态工作点
①调节放大器零点
信号源不接入。将放大器输入端 A、B 与地短接，接通±12V 直流电源，用直流电压表测量输出电压 U
O
，调节调零电位器 R
P
，使 U
O
＝0。 调节要仔细，力求准确。
②测量静态工作点
零点调好以后，用直流电压表测量 T
1
、T
2
管各电极电位及射极电阻 R
E
两端电压U
RE
，记入表 6－1。
表 6-1
U
C1
(V) U
B1
(V) U
E1
(V) U
C2
(V) U
B2
(V) U
E2
(V) U
RE
(V)
测量值
I
C
(mA) I
B
(mA) U
CE
(V)
计算值
2) 测量差模电压放大倍数
断开直流电源，将函数信号发生器的输出端接放大器输入 A 端，地端接放大器输入 B端构成单端输入方式，调节输入信号为频率 f＝1KHz的正弦信号，并使输出旋钮旋至零,用示波器监视输出端（集电极 C
1
或C
2
与地之间） 。
接通±12V直流电源，逐渐增大输入电压 U
i
（约 100mV）,在输出波形无失真的情况下，用交流毫伏表测 U
i
，U
C1
，U
C2
，记入表 6－2 中，并观察 u
i
，u
C1
，u
C2
之间的相位关系及 U
RE
随U
i
改变而变化的情况。
3) 测量共模电压放大倍数
将放大器A、B短接，信号源接A端与地之间，构成共模输入方式,调节输入信号 f=1kHz，U
i
=1V，在输出电压无失真的情况下，测量 U
C1
,U
C2
之值记入表 6－2，并观察 u
i
,u
C1
,u
C2
之间的相位关系及 U
RE
随U
i
改变而变化的情况。
表 6-2
典型差动放大电路 具有恒流源差动放大电路
单端输入 共模输入 单端输入 共模输入
U
i
100mV 1V 100mV 1V
U
C1
(V)
U
C2
(V)
i
C1
d1
U
U
A =
/ /
i
0
d
U
U
A =
/ /
i
C1
C1
U
U
A =
/ /
i
0
C
U
U
A =
/ /
CMRR =│
C1
d1
A
A
│
2、具有恒流源的差动放大电路性能测试
将图 6－1 电路中开关 K 拨向右边，构成具有恒流源的差动放大电路。重复内容 1－2)、1－3)的要求，记入表 6－2。
五、实验总结
1,整理实验数据，列表比较实验结果和理论估算值，分析误差原因。
1) 静态工作点和差模电压放大倍数。
2) 典型差动放大电路单端输出时的 CMRR实测值与理论值比较
3) 典型差动放大电路单端输出时 CMRR 的实测值与具有恒流源的差动放大器 CMRR实测值比较。
2,比较 u
i
，u
C1
和u
C2
之间的相位关系。
3,根据实验结果，总结电阻 R
E
和恒流源的作用。
六、预习要求
1、根据实验电路参数，估算典型差动放大器和具有恒流源的差动放大器的静态工作点及差模电压放大倍数（取β
1
＝β
2
＝100） 。
2、测量静态工作点时，放大器输入端 A、B与地应如何连接？
3、实验中怎样获得双端和单端输入差模信号？怎样获得共模信号？画出 A、
B端与信号源之间的连接图。
4、怎样进行静态调零点？用什么仪表测 U
O
？
5、怎样用交流毫伏表测双端输出电压 U
O
？
实验八 集成运算放大器指标测试
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验掌握运算放大器主要指标的测试方法。
2,通过对运算放大器μA741 指标的测试，了解集成运算放大器组件的主要参数的定义和表示方法。
二、实验原理
集成运算放大器是一种线性集成电路，和其它半导体器件一样，它是用一些性能指标来衡量其质量的优劣。为了正确使用集成运放，就必须了解它的主要参数指标。集成运放组件的各项指标通常是由专用仪器进行测试的，这里介绍的是一种简易测试方法。
本实验采用的集成运放型号为μA741（或 F007）,引脚排列如图 7－1所示，
它是八脚双列直插式组件，②脚和③脚为反相和同相输入端，⑥脚为输出端，⑦
脚和④脚为正、负电源端，①脚和⑤脚为失调调零端，①⑤脚之间可接入一只几十 KΩ的电位器并将滑动触头接到负电源端。 ⑧脚为空脚。
1、μA741主要指标测试
图 7－1 μA741 管脚图 图 7－2 U 0S、I 0S测试电路
1）输入失调电压 U
0S
理想运放组件，当输入信号为零时，其输出也为零。但是即使是最优质的集成组件，由于运放内部差动输入级参数的不完全对称，输出电压往往不为零。这种零输入时输出不为零的现象称为集成运放的失调。
输入失调电压 U
0S
是指输入信号为零时，输出端出现的电压折算到同相输入端的数值。
失调电压测试电路如图 7－2所示。闭合开关 K
1
及K
2
，使电阻 R
B
短接，测量此时的输出电压 U
01
即为输出失调电压，则输入失调电压
O1
F1
1
OS
U
RR
R
U
+
=
实际测出的 U
01
可能为正，也可能为负，一般在 1～5mV，对于高质量的运放
U
0S
在 1mV以下。
测试中应注意：a、将运放调零端开路。
b、要求电阻 R
1
和R
2
，R
3
和R
F
的参数严格对称。
2）输入失调电流 I
0S
输入失调电流 I
0S
是指当输入信号为零时，运放的两个输入端的基极偏置电流之差,
B2B1OS
III?=
输入失调电流的大小反映了运放内部差动输入级两个晶体管β的失配度,由于I
B1
,I
B2
本身的数值已很小（微安级）,因此它们的差值通常不是直接测量的，
测试电路如图 7－2所示，测试分两步进行
a,闭合开关 K
1
及K
2
，在低输入电阻下，测出输出电压 U
01
,如前所述，
这是由输入失调电压 U
0S
所引起的输出电压。
b、断开 K
1
及K
2
，两个输入电阻 R
B
接入，由于 R
B
阻值较大，流经它们的输入电流的差异，将变成输入电压的差异，因此，也会影响输出电压的大小，可见测出两个电阻 R
B
接入时的输出电压 U
02
，若从中扣除输入失调电压 U
0S
的影响，
则输入失调电流 I
0S
为
BF1
1
01O2B2B1OS
R
1
RR
R
UUIII
+
=?=
一般,I
0S
约为几十～几百 nA(10
-9
A)，高质量运放 I
OS
低于 1nA。
测试中应注意：a、将运放调零端开路。
b、两输入端电阻 R
B
必须精确配对。
3）开环差模放大倍数 A
ud
集成运放在没有外部反馈时的直流差模放大倍数称为开环差模电压放大倍数，用 A
ud
表示。它定义为开环输出电压 U
0
与两个差分输入端之间所加信号电压
U
id
之比
按定义 A
ud
应是信号频率为零时的直流放大倍数，但为了测试方便，通常采用低频（几十赫芝以下）正弦交流信号进行测量。由于集成运放的开环电压放大倍数很高，难以直接进行测量，故一般采用闭环测量方法。 A
ud
的测试方法很多，
现采用交、直流同时闭环的测试方法，如图 7－3所示。
图7－3 A ud测试电路
被测运放一方面通过 R
F
、R
1
、R
2
完成直流闭环，以抑制输出电压漂移，另一方面通过 R
F
和R
S
实现交流闭环，外加信号 u
S
经R
1
、R
2
分压，使 u
id
足够小，以保证运放工作在线性区，同相输入端电阻 R
3
应与反相输入端电阻 R
2
相匹配，以减小输入偏置电流的影响，电容 C 为隔直电容。被测运放的开环电压放大倍数为
i
0
2
1
id
0
ud
U
U
)
R
R
(1
U
U
A +==
通常低增益运放 A
ud
约为 60～70db，中增益运放约为 80db，高增益在 100db
以上，可达 120～140db。
测试中应注意：a、测试前电路应首先消振及调零。
b、被测运放要工作在线性区。
c,输入信号频率应较低，一般用 50～100HZ,输出信号幅度应较小，且无明显失真。
id
0
ud
U
U
A =
4）共模抑制比 CMRR
集成运放的差模电压放大倍数 A
d
与共模电压放大倍数 A
C
之比称为共模抑制比
(db)
A
A
20lgCMRR 或
A
A
CMRR
C
d
C
d
==
共模抑制比在应用中是一个很重要的 参数，理想运放对输入的共模信号其输出为零，但在实际的集成运放中，其输出不可能没有共模信号的成分，输出端共模信号愈小，说明电路对称性愈好，也就是说运放对共模干扰信号的抑制能力愈强，即 CMRR愈大。CMRR的测试电路如图 7－4所示。
集成运放工作在闭环状态下的差模电压放大倍数为
当接入共模输入信号 U
ic
时，测得 U
0C
，则共模电压放大倍数为
iC
0C
C
U
U
A =
得共模抑制比
0C
iC
1
F
C
d
U
U
R
R
A
A
CMRR ==
图 7－4 CMRR 测试电路
测试中应注意：a、消振与调零
b、R
1
与R
2
、R
3
与R
F
之间阻值严格对称
c、输入信号 U
ic
幅度必须小于集成运放的最大共模输入电压范围 U
icm
1
F
d
R
R
A?=
5） 共模输入电压范围 U
icm
集成运放所能承受的最大共模电压称为共模输入电压范围，超出这个范围，
运放的 CMRR 会大大下降，输出波形产生失真，有些运放还会出现“自锁”现象以及永久性的损坏。
U
icm
的测试电路如图 7-5所示。
被测运放接成电压跟随器形式,输出端接示波器,观察最大不失真输出波形，
从而确定 U
icm
值。
6） 输出电压最大动态范围 U
OPP
集成运放的动态范围与电源电压、外接负载及信号源频率有关。测试电路如图 7－6所示。
改变u
S
幅度，观察 u
0
削顶失真开始时刻，从而确定 u
0
的不失真范围，这就是运放在某一定电源电压下可能输出的电压峰峰值 U
OPP
。
图7－5 U icm测试电路 图7－6 U OPP测试电路
2、集成运放在使用时应考虑的一些问题
1) 输入信号选用交、直流量均可,但在选取信号的频率和幅度时，应考虑运放的频响特性和输出幅度的限制。
2) 调零。为提高运算精度，在运算前,应首先对直流输出电位进行调零，
即保证输入为零时，输出也为零。当运放有外接调零端子时，可按组件要求接入调零电位器 R
W
，调零时，将输入端接地，调零端接入电位器 R
W
，用直流电压表测量输出电压 U
0
，细心调节 R
W
，使 U
0
为零（即失调电压为零） 。如运放没有调零端子，若要调零，可按图 7－7所示电路进行调零。
一个运放如不能调零，大致有如下原因：① 组件正常，接线有错误。② 组件正常，但负反馈不够强（R
F
／R
1
太大）,为此可将 R
F
短路，观察是否能调零。
③ 组件正常，但由于它所允许的共模输入电压太低，可能出现自锁现象，因而不能调零。为此可将电源断开后，再重新接通，如能恢复正常，则属于这种情况。
④组件正常，但电路有自激现象，应进行消振。⑤组件内部损坏，应更换好的集成块。
(a) (b)
图 7－7 调零电路
3) 消振。一个集成运放自激时，表现为即使输入信号为零,亦会有输出，
使各种运算功能无法实现，严重时还会损坏器件。在实验中，可用示波器监视输出波形。为消除运放的自激，常采用如下措施
①若运放有相位补偿端子，可利用外接 RC 补偿电路，产品手册中有补偿电路及元件参数提供。②电路布线、元、器件布局应尽量减少分布电容。③在正、负电源进线与地之间接上几十μF 的电解电容和 0.01～0.1μF 的陶瓷电容相并联以减小电源引线的影响。
注：自激消除方法请参考实验附录。
三、实验设备与器件
1、±12V 直流电源 4、交流毫伏表
2、函数信号发生器 5、直流电压表
3、双踪示波器 6、集成运算放大器μA741×1
电阻器、电容器若干
四、实验内容
实验前看清运放管脚排列及电源电压极性及数值，切忌正、负电源接反。
1,测量输入失调电压 U
0S
按图 7－2 连接实验电路，闭合开关 K
1
、K
2
，用直流电压表测量输出端电压
U
01
,并计算 U
0S
。记入表 7－1。
2,测量输入失调电流 I
0S
实验电路如图 7－2，打开开关 K
1
、K
2
，用直流电压表测量 U
02
，并计算 I
0S
。
记入表 7－1。
表 7－1
U
OS
(mV) I
OS
(nA) A
ud
(db) CMRR(db)
实测值 典型值 实测值 典型值 实测值 典型值 实测值 典型值
2～10 50～100 100～106 80～86
3、测量开环差模电压放大倍数 A
ud
按图 7－3 连接实验电路，运放输入端加频率 100Hz,大小约 30～50mV 正弦信号，用示波器监视输出波形。用交流毫伏表测量 U
0
和U
i
，并计算 A
ud
。记入表 7－1。
4、测量共模抑制比 CMRR
按图 7－4连接实验电路，运放输入端加 f＝100Hz,U
iC
＝1～2V正弦信号，
监视输出波形。测量 U
0C
和 U
iC
，计算 A
C
及 CMRR。记入表 7－1。
5、测量共模输入电压范围 U
icm
及输出电压最大动态范围 U
OPP
。
自拟实验步骤及方法。
五、实验总结
1、将所测得的数据与典型值进行比较。
2、对实验结果及实验中碰到的问题进行分析、讨论。
六、预习要求
1、查阅μA741 典型指标数据及管脚功能。
2、测量输入失调参数时,为什么运放反相及同相输入端的电阻要精选，以保证严格对称。
3、测量输入失调参数时，为什么要将运放调零端开路,而在进行其它测试时，则要求对输出电压进行调零。
4、测试信号的频率选取的原则是什么？
实验九 有源滤波器
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验熟悉用运放,电阻和电容组成有源低通滤波,高通滤波和带通、带阻滤波器。
2,学会测量有源滤波器的幅频特性。
二、实验原理
（a）低通 （b）高通
(c) 带通 （d）带阻
图 9－1 四种滤波电路的幅频特性示意图
由 RC元件与运算放大器组成的滤波器称为 RC有源滤波器,其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的选择不同，可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如图 9－1所示。
具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的,只能用实际的幅频特性去逼近理想的。一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快，但 RC网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶 RC 有滤波器级联实现。
1,低通滤波器（LPF）
低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。
如图 9－2（a）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级 RC 滤波环节与同相比例运算电路组成,其中第一级电容 C接至输出端,引入适量的正反馈，
以改善幅频特性。
图 9－2（b）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。
(a)电路图 (b)频 率特性
图 9－2 二阶低通滤波器
电路性能参数
1
f
uP
R
R
1A += 二阶低通滤波器的通带增益
RC2π
1
f
O
= 截 止频率，它是二阶低通滤波器通 带与阻带的界限频率。
uP
A3
1
Q
= 品质因数,它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。
2、高通滤波器（HPF）
与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。
只要将图 9－2 低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成二阶有源高通滤波器，如图 9－3(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系，仿照 LPH分析方法，不难求得 HPF的幅频特性。
(a) 电路图 (b) 幅频特性
图 9－3 二阶高通滤波器
电路性能参数 A
uP、
f
O、
Q各量的函义同二阶低通滤波器。
图 9－3（b）为二阶高通滤波器的幅频特性曲线，可见，它与二阶低通滤波器的幅频特性曲线有“镜像”关系。
3,带通滤波器（BPF）
（a）电路图 (b)幅频特性
图 9-4 二阶带通滤波器
这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过,而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。
典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。 如图
9－4（a）所示。
电路性能参数
通带增益
CBRR
RR
A
14
f4
up
+
=
中心频率 )
R
1
R
1
(
CR
1
f
31
2
2
O
+=
π2
1
通带宽度 )
RR
R
R
2
R
1
(
C
1
B
43
f
21
+=
选择性
B
ω
Q
O
=
此电路的优点是改变 R
f
和R
4
的比例就可改变频宽而不影响中心频率。
4、带阻滤波器（BEF）
如图 9－5（a）所示，这种电路的性能和带通滤波器相反，即在规定的频带内，信号不能通过（或受到很大衰减或抑制）,而在其余频率范围，信号则能顺利通过。
在双 T网络后加一级同相比例运算电路就构成了基本的二阶有源 BEF。
(a) 电路图 (b) 频率特性
图 9－5 二阶带阻滤波器
电路性能参数
通带增益
1
f
up
R
R
1A +=
中心频率
RC2
1
f
O
π
=
带阻宽度 B＝2（2－A
up
）f
0
选择性
)A2(2
1
Q
up
=
三、实验设备与器件
1,±12V 直流电源 4、交流毫伏表
2,函数信号发生器 5、频率计
3,双踪示波器 6、μA741×1
电阻器、电容器若干。
四、实验内容
1,二阶低通滤波器
实验电路如图 9－2 (a)
（1）粗测：接通±12V电源。u
i
接函数信号发生器，令其输出为 U
i
＝1V的正弦波信号，在滤波器截止频率附近改变输入信号频率，用示波器或交流毫伏表观察输出电压幅度的变化是否具备低通特性，如不具备，应排除电路故障。
（2）在输出波形不失真的条件下,选取适当幅度的正弦输入信号，在维持输入信号幅度不变的情况下，逐点改变输入信号频率。测量输出电压，记入表
9-1中，描绘频率特性曲线。
表9－1
f(Hz)
U
O
(v)
2、二阶高通滤波器
实验电路如图 9－3(a)
（1）粗测：输入 U
i
＝1V正弦波信号，在滤波器截止频率附近改变输入信号频率，观察电路是否具备高通特性。
（2）测绘高通滤波器的幅频特性曲线，记入表 9-2。
表9－2
f(Hz)
U
O
(v)
3,带通滤波器
实验电路如图 9－4(a)，测量其频率特性。记入表 9－3。
(1) 实测电路的中心频率 f
O
(2) 以实测中心频率为中心，测绘电路的幅频特性
表9－3
f(Hz)
U
O
(v)
4,带阻滤波器
实验电路如图 9－5(a)所示。
(1) 实测电路的中心频率 f
0
(2) 测绘电路的幅频特性，记入表 9-4。
表9－4
f(Hz)
U
O
(v)
五、实验总结
1,整理实验数据，画出各电路实测的幅频特性。
2,根据实验曲线，计算截止频率、中心频率，带宽及品质因数。
3,总结有源滤波电路的特性。
六、预习要求
1,复习教材有关滤波器内容
2,分析图 9－2，9－3，9－4，9－5 所示电路，写出它们的增益特性表达式
3,计算图 9－2，9－3的截止频率，9－4，9－5的中心频率
4,画出上述四种电路的幅频特性曲线
实验十 电压比较器
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验掌握电压比较器的电路构成及特点
2,学会测试比较器的方法
二、实验原理
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 10－1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 10－1 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。输出端电位被其箝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
o
＝－U
D
因此，以 U
R
为界，当输入电压 u
i
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 11－1(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 10－2所示为加限幅电路的过零比较器，D
Z
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
O
＝
-(U
Z
+U
D
)，当 U
i
＜0时，U
O
＝+(U
Z
+U
D
)。其电压传输特性如图 10－2（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 10－2 过零比较器
2、滞回比较器
图 10－3为具有滞回特性的过零比较器
过零比较器在实际工作时，如果 u
i
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 10－3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
(a) 电路图 (b) 传输特性
图 10－3 滞回比较器
着改变电位，使过零点离开原来位置。当 u
o
为正（记作 U+）
+
+
=
∑
U
RR
R
U
2f
2
，
则当 u
i
＞U
∑
后，u
O
即由正变负（记作 U
-
）,此时 U
∑
变为－U
∑
。故只有当 u
i
下降到
－U
∑
以下，才能使 u
O
再度回升到 U
+
，于是出现图 10-3(b)中所示的滞回特性。
－U
∑
与U
∑
的差别称为回差。改变 R
2
的数值可以改变回差的大小。
3、窗口（双限）比较器
简单的比较器仅能鉴别输入电压 u
i
比参考电压 U
R
高或低的情况，窗口比较电路是由两个简单比较器组成,如图 10－4所示,它能指示出 u
i
值是否处于
+
R
U和
－
R
U 之间。如
－
R
U＜ U
i
＜
+
R
U,窗口比较器的输出电压 UO 等于运放 的正饱和输出电压
(+U
omax
)，如果 U
i
＜
－
R
U或U
i
＞
+
R
U,则输出电压 U
0
等于运放的负饱和输出电压
(－U
Omax
)。
（a）电路图 （b ）传输特性
图 10－4 由两个简单比较器组成的窗口比较器
三、实验设备与器件
1,±12V 直流电源 4,直流电压表
2,函数信号发生器 5,交流毫伏表
3,双踪示波器 6,运算放大器 μA741×2
7、稳压管 2CW231×1 8,二极管 4148×2
电阻器等
四、实验内容
1、过零比较器
实验电路如图 10－2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。
图 10－5 反相滞回比较器
2,反相滞回比较器
实验电路如图 10－5所示
(1) 按图接线，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。
3,同相滞回比较器
实验线路如图 10－6所示
(1) 参照 2，自拟实验步骤及方法
(2) 将结果与 2进行比较
图 10－6 同相滞回比较器
4,窗口比较器
参照图 10-4自拟实验步骤和方法测定其传输特性。
五、实验总结
1,整理实验数据，绘制各类比较器的传输特性曲线
2,总结几种比较器的特点，阐明它们的应用。
六、预习要求
1,复习教材有关比较器的内容
2,画出各类比较器的传输特性曲线。
3,若要将图 10-4 窗口比较器的电压传输曲线高、低电平对调，应如何改动比较器电路。
实验十一 波形发生器
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波发生器。
2,学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。
二、实验原理
由集成运放构成的正弦波、方波和三角波发生器有多种形式，本实验选用最常用的，线路比较简单的几种电路加以分析。
1,RC桥式正弦波振荡器（文氏电桥振荡器）
图 11－1为 RC桥式正弦波振荡器。其中 RC串、并联电路构成正反馈支路，
同时兼作选频网络，R
1
、R
2
、R
W
及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器 R
W
，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管 D
1
、D
2
正向电阻的非线性特性来实现稳幅。D
1
、D
2
采用硅管（温度稳定性好）,且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。R
3
的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。
电路的振荡频率
2πRC
1
f
O
=
起振的幅值条件
1
f
R
R
≥2
式中 R
f
＝R
W
＋R
2
＋（R
3
// r
D
）,r
D
— 二极管正向导通电阻。
调整反馈电阻 R
f
（调 R
W
）,使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大 R
f
。如波形失真严重，则应适当减小 R
f
。
改变选频网络的参数 C或 R，即可调节振荡频率。一般采用改变电容 C作频率量程切换，而调节 R作量程内的频率细调。
图 11－1 RC 桥式正弦波振荡器
2、方波发生器
由集成运放构成的方波发生器和三角波发生器，一般均包括比较器和 RC 积分器两大部分。图 11-2 所示为由滞回比较器及简单 RC 积分电路组成的方波—
三角波发生器。它的特点是线路简单，但三角波的线性度较差。主要用于产生方波，或对三角波要求不高的场合。
电路振荡频率
式中 R
1
＝R
1
'＋R
W
' R
2
＝R
2
'＋R
W
"
方波输出幅值 U
om
＝±U
Z
三角波输出幅值
调节电位器 R
W
（即改变 R
2
／R
1
）,可以改变振荡频率，但三角波的幅值也随之变化。如要互不影响，则可通过改变 R
f
（或 C
f
）来实现振荡频率的调节。
Z
21
2
cm
U
RR
R
U
+
=
)
R
2R
Ln(1C2R
1
f
1
2
ff
o
+
=
图 11－2 方波发生器
3,三角波和方波发生器
如把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图 11－3 所示，
则比较器 A
1
输出的方波经积分器 A
2
积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。图 11－4为方波、三角波发生器输出波形图。由于采用运放组成的积分电路，因此可实现恒流充电，使三角波线性大大改善。
图 11-3 三角波、方波发生器
电路振荡频率
fWf1
2
O
)CR(R4R
R
f
+
=
方波幅值 U′
om
＝±U
Z
三角波幅值
Z
2
1
om
U
R
R
U =
调节 R
W
可以改变振荡频率，改变比值
2
1
R
R
可调节三角波的幅值。
图 11－ 4 方波、三角波发生器输出波形图
三、实验设备与器件
1、±12V直流电源 2、双踪示波器
3、交流毫伏表 4、频率计
5、集成运算放大器 μA741×2 6、二极管 IN4148×2
7,稳压管 2CW231×1 电阻器、电容器若干。
四、实验内容
1,RC桥式正弦波振荡器
按图 11－1连接实验电路。
1) 接通±12V电源，调节电位器 R
W
，使输出波形从无到有，从正弦波到出现失真。描绘 u
O
的波形，记下临界起振、正弦波输出及失真情况下的 R
W
值，分析负反馈强弱对起振条件及输出波形的影响。
2) 调节电位器 R
W
，使输出电压 u
O
幅值最大且不失真，用交流毫伏表分别测量输出电压 U
O
、反馈电压 U+和 U-，分析研究振荡的幅值条件。
3) 用示波器或频率计测量振荡频率 f
O
，然后在选频网络的两个电阻
R上并联同一阻值电阻，观察记录振荡频率的变化情况,并与理论值进行比较。
4) 断开二极管 D
1
、D
2
，重复 2)的内容，将测试结果与 2)进行比较,
分析 D
1
、D
2
的稳幅作用。
*5) RC串并联网络幅频特性观察
将 RC串并联网络与运放断开，由函数信号发生器注入 3V左右正弦信号,
并用双踪示波器同时观察 RC 串并联网络输入、输出波形。保持输入幅值（3V）
不变，从低到高改变频率，当信号源达某一频率时，RC 串并联网络输出将达最大值（约 1V）,且输入、输出同相位。此时的信号源频率
2πRC
1
ff
0
==
2、方波发生器
按图 11－2连接实验电路。
1) 将电位器 R
W
调至中心位置，用双踪示波器观察并描绘方波 u
O
及三角波
u
C
的波形（注意对应关系）,测量其幅值及频率，记录之。
2) 改变 R
W
动点的位置，观察 u
O
、u
C
幅值及频率变化情况。把动点调至最上端和最下端，测出频率范围，记录之。
3) 将 R
W
恢复至中心位置，将一只稳压管短接，观察 u
O
波形，分析 D
Z
的限幅作用。
3、三角波和方波发生器
按图 11－3连接实验电路。
1) 将电位器 R
W
调至合适位置，用双踪示波器观察并描绘三角波输出 u
0
及方波输出 u
O
′,测其幅值、频率及 R
W
值，记录之。
2) 改变 R
W
的位置，观察对 u
O
、u
O
′ 幅值及频率的影响。
3) 改变 R
1
(或 R
2
),观察对 u
O
、u
O
′ 幅值及频率的影响。
五、实验总结
1,正弦波发生器
1) 列表整理实验数据，画出波形，把实测频率与理论值进行比较
2) 根据实验分析 RC振荡器的振幅条件
3) 讨论二极管 D
1
、D
2
的稳幅作用。
2,方波发生器
1) 列表整理实验数据，在同一座标纸上，按比例画出方波和三角波的波形图（标出时间和电压幅值） 。
2) 分析 R
W
变化时，对 u
O
波形的幅值及频率的影响。
3) 讨论 D
Z
的限幅作用。
3,三角波和方波发生器
1) 整理实验数据，把实测频率与理论值进行比较。
2) 在同一坐标纸上，按比例画出三角波及方波的波形，并标明时间和电压幅值。
3) 分析电路参数变化（R
1
，R
2
和R
W
）对输出波形频率及幅值的影响。
六、预习要求
1,复习有关 RC 正弦波振荡器、三角波及方波发生器的工作原理，并估算图 11－1、11－2、11－3电路的振荡频率。
2,设计实验表格
3,为什么在 RC 正弦波振荡电路中要引入负反馈支路？为什么要增加二极管D
1
和D
2
？它们是怎样稳幅的？
4,电路参数变化对图 11－2、11－3 产生的方波和三角波频率及电压幅值有什么影响？（或者：怎样改变图 11－2、11－3 电路中方波及三角波的频率及幅值？）
5,在波形发生器各电路中,“相位补偿”和“调零”是否需要？为什么？
6,怎样测量非正弦波电压的幅值？
实验十二 低频功率放大器
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验了解功率放大集成块的应用
2,学习集成功率放大器基本技术指标的测试
二、实验原理
集成功率放大器由集成功放块和一些外部阻容元件构成。它具有线路简单，
性能优越，工作可靠，调试方便等优点，已经成为在音频领域中应用十分广泛的功率放大器。
电路中最主要的组件为集成功放块,它的内部电路与一般分立元件功率放大器不同，通常包括前置级、推动级和功率级等几部分。有些还具有一些特殊功能
（消除噪声、短路保护等）的电路。其电压增益较高（不加负反馈时，电压增益达 70～80db，加典型负反馈时电压增益在 40db以上） 。
集成功放块的种类很多。本实验采用的集成功放块型号为 LA4112，它的内部电路如图 17－1 所示，由三级电压放大，一级功率放大以及偏置、恒流、反馈、退耦电路组成。
1) 电压放大级
第一级选用由 T
1
和T
2
管组成的差动放大器，这种直接耦合的放大器零漂较小，第二级的 T
3
管完成直接耦合电路中的电平移动，T
4
是T
3
管的恒流源负载，
以获得较大的增益；第三级由 T
6
管等组成，此级增益最高，为防止出现自激振荡，需在该管的 B、C极之间外接消振电容。
2) 功率放大级
由T
8
－T
13
等组成复合互补推挽电路。为提高输出级增益和正向输出幅度，
需外接“自举”电容。
3) 偏置电路
为建立各级合适的静态工作点而设立。
除上述主要部分外，为了使电路工作正常，还需要和外部元件一起构成反馈电路来稳定和控制增益。同时，还设有退耦电路来消除各级间的不良影响。
图17－1 LA4112 内部电路图
LA4112 集成功放块是一种塑料封装十四脚的双列直插器件。它的外形如图
17－2 所示。表 17－1、2是它的极限参数和电参数。
图 17－2 LA4112 外形及管脚排列图
与LA4112集成功放块技术指标相同的国内外产品还有FD403； FY4112； D4112
等，可以互相替代使用。
表 17－1
参 数 符号与单位 额 定 值
最大电源电压 U
CCmax
（V） 13（有信号时）
1.2
允许功耗 P
O
（W）
2.25（50×50mm
2
铜箔散热片）
工作温度 T
Opr
(℃) －20～+70
表 17-2
参 数 符号与单位 测试条件 典 型 值
工作电压 U
CC
（V） 9
静态电流 I
CCQ
（mA） U
CC
＝9V 15
开环电压增益 A
VO
（db） 70
输出功率 P
O
（W） R
L
＝4Ω f＝1KHz 1.7
输入阻抗 R
i
（KΩ） 20
集成功率放大器 LA4112的应用电路如图 17－3 所示，该电路中各电容和电阻的作用简要说明如下,
C
1
、C
9
— 输入、输出耦合电容，隔直作用。
C
2
和R
f
— 反馈元件，决定电路的闭环增益。
C
3
、C
4
、C
8
— 滤波、退耦电容。
C
5
、C
6
、C
10
— 消振电容，消除寄生振荡。
C
7
— 自举电容，若无此电容，将出现输出波形半边被削波的现象。
三、实验设备与器件
1,＋9V 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,电流毫安表
7,频率计 8,集成功放块 LA4112
9,8Ω扬声器 电阻器、电容器若干。
四、实验内容
按图 17－3 连接实验电路，输入端接函数信号发生器，输出端接扬声器。
图 17－3 由 LA4112 构成的集成功放实验电路
1、静态测试
将输入信号旋钮旋至零，接通＋9V 直流电源，测量静态总电流及集成块各引脚对地电压，记入自拟表格中。
2,动态测试
1) 最大输出功率
a、接入自举电容 C
7
输入端接 1KHZ 正弦信号，输出端用示波器观察输出电压波形，逐渐加大输入信号幅度，使输出电压为最大不失真输出，用交流毫伏表测量此时的输出电压
U
0m
，则最大输出功率
L
2
om
om
R
U
P =
b、断开自举电容 C
7
观察输出电压波形变化情况
2) 输入灵敏度
要求 U
i
＜100mV，测试方法同实验十六。
3) 频率响应
测试方法同实验十六。
4) 噪声电压
要求 U
N
＜2.5mV,测试方法同实验十六。
3,试听
五、实验总结
1,整理实验数据，并进行分析。
2,画频率响应曲线
3,讨论实验中发生的问题及解决办法。
六、预习要求
1,复习有关集成功率放大器部分内容
2,若将电容 C
7
除去，将会出现什么现象？
3,若在无输入信号时,从接在输出端的示波器上观察到频率较高的波形，
正常否？如何消除？
4,如何由＋12V直流电源获得＋9V直流电源？
5,进行本实验时，应注意以下几点,
(1) 电源电压不允许超过极限值，不允许极性接反,否则集成块将遭损坏。
(2) 电路工作时绝对避免负载短路，否则将烧毁集成块。
(3) 接通电源后，时刻注意集 成块的温度，有时,未加输入信号集成块就发热过甚，同时直流毫安表指示出较大电流及示波器显示出幅度较大，频率较高的波形，说明电路有自激现象，应即关机，然后进行故障分析，处理。待自激振荡消除后，才能重新进行实验。
(4) 输入信号不要过大。
实验十三 直流稳压电源
─ 串联型晶体管稳压电源 ─
一、实验目的
1,本实验是验证性实验 。通过本实验研究单相桥式整流、电容滤波电路的特性。
2,掌握串联型晶体管稳压电源主要技术指标的测试方法。
二、实验原理
电子设备一般都需要直流电源供电。 这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。
图 18－1 直流稳压电源框图
直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图 18－1 所示。电网供给的交流电压 u
1
(220V,50Hz) 经电源变压器降压后，
得到符合电路需要的交流电压 u
2
，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压 u
3
，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压
u
I
。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。
在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。
图 18－2 是由分立元件组成的串联型稳压电源的电路图。其整流部分为单相桥式整流、电容滤波电路。稳压部分为串联型稳压电路，它由调整元件（晶体管T
1
） ；比较放大器 T
2
、R
7；取样电路 R
1
、R
2
、R
W
，基准电压 D
W
、R
3
和过流保护电路T
3
管及电阻 R
4
、R
5
、R
6
等组成。整个稳压电路是一个具有电压串联负反馈的闭环系统，其稳压过程为：当电网电压波动或负载变动引起输出直流电压发生变化时，取样电路取出输出电压的一部分送入比较放大器，并与基准电压进行比较，
产生的误差信号经 T
2
放大后送至调整管 T
1
的基极，使调整管改变其管压降，以补偿输出电压的变化，从而达到稳定输出电压的目的。
图 18－2 串联型稳压电源实验电路
由于在稳压电路中，调整管与负载串联，因此流过它的电流与负载电流一样大。当输出电流过大或发生短路时，调整管会因电流过大或电压过高而损坏，所以需要对调整管加以保护。在图 18－2 电路中，晶体管 T
3
、R
4
、R
5
、R
6
组成减流型保护电路。此电路设计在 I
0P
＝1.2I
0
时开始起保护作用，此时输出电流减小，
输出电压降低。故障排除后电路应能自动恢复正常工作。在调试时，若保护提前作用，应减少 R
6
值；若保护作用迟后，则应增大 R
6
之值。
稳压电源的主要性能指标,
1,输出电压 U
0
和输出电压调节范围
）U（U
RR
RRR
U
BE2Z
W2
2W1
O
+
″+
++
=
调节 R
W
可以改变输出电压 U
0
。
2,最大负载电流 I
0m
3,输出电阻 R
0
输出电阻 R
0
定义为：当输入电压 U
I
（指稳压电路输入电压）保持不变，由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比，即
常数＝U
△I
△U
R
I
O
O
O
=
4,稳压系数 S （电压调整率）
稳压系数定义为：当负载保持不变，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比，即
常数
/U△U
/U△U
S
II
OO
=
=
L
R
由于工程上常把电网电压波动±10％做为极限条件,因此也有将此时输出电压的相对变化△U
0
／U
0
做为衡量指标，称为电压调整率。
5,纹波电压
输出纹波电压是指在额定负载条件下，输出电压中所含交流分量的有效值
（或峰值） 。
三、实验设备与器件
1,可调工频电源 2,双踪示波器
3,交流毫伏表 4,直流电压表
5,直流毫安表 6,滑线变阻器 200Ω/1A
7,晶体三极管 3DG6×2(9011×2)，3DG12×1(9013×1)
晶体二极管 IN4007×4 稳压管 IN4735×1
电阻器、电容器若干
四、实验内容
1,整流滤波电路测试
按图 18－3 连接实验电路。取可调工频电源电压为 16V,作为整流电路输入电压 u
2
。
图 18－3 整流滤波电路
1) 取 R
L
＝240Ω,不加滤波电容，测量直流输出电压 U
L
及纹波电压
L
，
并用示波器观察 u
2
和u
L
波形，记入表 18－1 。
2) 取 R
L
＝240Ω,C＝470μf,重复内容 1)的要求，记入表 18－1。
3) 取 R
L
＝120Ω,C＝470μf,重复内容 1)的要求，记入表 18－1。
表 18-1 U
2
＝16V
电 路 形 式 U
L
（V）
L
（V） uL波形
R
L
=240Ω
R
L
=240Ω
C=47Oμf
R
L
=120Ω
C=470μf
注意
①每次改接电路时，必须切断工频电源。
②在观察输出电压 u
L
波形的过程中,“Y 轴灵敏度”旋钮位置调好以后，不要再变动，否则将无法比较各波形的脉动情况。
2、串联型稳压电源性能测试
切断工频电源，在图 18－3基础上按图 18－2连接实验电路。
1) 初测
稳压器输出端负载开路，断开保护电路，接通 16V 工频电源,测量整流电路输入电压 U
2
，滤波电路输出电压 U
I
（稳压器输入电压）及输出电压 U
0
。调节电位器 R
W
，观察 U
0
的大小和变化情况，如果 U
0
能跟随 R
W
线性变化，这说明稳压电路各反馈环路工作基本正常。否则，说明稳压电路有故障，因为稳压器是一个深负反馈的闭环系统，只要环路中任一个环节出现故障（某管截止或饱和）,稳压器就会失去自动调节作用。此时可分别检查基准电压 U
Z
，输入电压 U
I
，输出电压
U
0
，以及比较放大器和调整管各电极的电位（主要是 U
BE
和U
CE
）,分析它们的工作状态是否都处在线性区，从而找出不能正常工作的原因。排除故障以后就可以进行下一步测试。
2) 测量输出电压可调范围
接入负载 R
L
（滑线变阻器）,并调节 R
L
，使输出电流 I
0
≈100mA。再调节电位器R
W
,测量输出电压可调范围U
0min
～U
0max
。 且使R
W
动点在中间位置附近时U
0
＝12V。
若不满足要求，可适当调整 R
1
、R
2
之值。
3) 测量各级静态工作点
调节输出电压 U
0
＝12V，输出电流 I
0
＝100mA,测量各级静态工作点，记入表 18－2。
表 18-2 U
2
＝16V U
0
＝12V I
0
＝100mA
T
1
T
2
T
3
U
B
（V）
U
C
（V）
U
E
（V）
4) 测量稳压系数 S
取I
0
＝100mA，按表 18－3改变整流电路输入电压 U
2
（模拟电网电压波动）,
分别测出相应的稳压器输入电压 U
I
及输出直流电压 U
0
，记入表 18－3。
5) 测量输出电阻 R
0
取U
2
＝16V,改变滑线变阻器位置，使 I
0
为空载、50mA 和 100mA，测量相应的 U
0
值，记入表 18－4。
表 18－3 I
0
＝100mA 表 18-4 U
2
＝16V
6) 测量输出纹波电压
取U
2
＝16V,U
0
＝12V，I
0
＝100mA,测量输出纹波电压 U
0
，记录之。
7) 调整过流保护电路
a,断开工频电源，接上保护回路，再接通工频电源，调节 R
W
及R
L
使 U
0
＝
12V，I
0
＝100mA,此时保护电路应不起作用。测出 T
3
管各极电位值。
测 试 值 计算值
I
0
（mA） U
0
（V） R
0
（Ω）
空载
50 12
100
R
012
＝
R
023
＝
测 试 值 计算值
U
2
（V） U
I
（V） U
O
（V） S
14
16 12
18
S
12
＝
S
23
＝
b,逐渐减小 R
L
，使 I
0
增加到 120mA,观察 U
0
是否下降，并测出保护起作用时T
3
管各极的电位值。若保护作用过早或迟后，可改变 R
6
之值进行调整。
c,用导线瞬时短接一下输出端，测量 U
0
值，然后去掉导线,检查电路是否能自动恢复正常工作。
五、实验总结
1,对表 18－1 所测结果进行全面分析，总结桥式整流,电容滤波电路的特点。
2,根据表 18－3和表 18－4所测数据，计算稳压电路的稳压系数 S和输出电阻 R
0
，并进行分析。
3,分析讨论实验中出现的故障及其排除方法。
六、预习要求
1,复习教材中有关分立元件 稳压电源部分内容,并根据实验电路参数估算U
0
的可调范围及 U
0
＝12V 时 T
1
,T
2
管的静态工作点 （假设调整管的饱和压降 U
CE1S
≈1V ） 。
2,说明图 18－2 中 U
2
、U
I
、U
0
及
0
的物理意义,并从实验仪器中选择合适的测量仪表。
3,在桥式整流电路实验中，能否用双踪示波器同时观察 u
2
和u
L
波形，为什么？
4,在桥式整流电路中，如果某个二极管发生开路,短路或反接三种情况，
将会出现什么问题？
5,为了使稳压电源的输出电压 U
0
＝12V，则其输入电压的最小值 U
Imin
应等于多少？交流输入电压 U
2min
又怎样确定？
6,当稳压电源输出不正常，或输出电压 U
0
不随取样电位器 Rw而变化时，
应如何进行检查找出故障所在？
7,分析保护电路的工作原理。
8,怎样提高稳压电源的性能指标（减小 S 和 R
0
）？
实验一十四 综合应用实验
─ 温度监测及控制电路 ─
一、实验目的
1,本实验是综合应用性实验 。通过本实验学习由双臂电桥和差动输入集成运放组成的桥式放大电路。
2、掌握滞回比较器的性能和调试方法。
3,学会系统测量和调试。
二、实验原理
1,实验电路如图 21－1所示,它是由负温度系数电阻特性的热敏电阻
（NTC 元件）R
t
为一臂组成测温电桥,其输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出“加热”与“停止”信号，经三极管放大后控制加热器“加热”与“停止” 。
改变滞回比较器的比较电压 U
R
即改变控温的范围，而控温的精度则由滞回比较器的滞回宽度确定。
图 21－1 温度监测及控制实验电路
(1)、测温电桥
由R
1
、R
2
、R
3
、R
W1
及R
t
组成测温电桥，其中 R
t
是温度传感器。其呈现出的阻值与温度成线性变化关系且具有负温度系数,而温度系数又与流过它的工作电流有关。为了稳定 R
t
的工作电流，达到稳定其温度系数的目的，设置了稳压管 D
2
。
R
W1
可决定测温电桥的平衡。
（2）,差动放大电路
由A
1
及外围电路组成的差动放大电路,将测温电桥输出电压△U按比例放大。
其输出电压
B
65
6
4
W274
A
4
W27
01
)U
RR
R
)(
R
RRR
()U
R
RR
(U
+
++
+
+
=
当R
4
＝R
5
,（R
7
+R
W2
）=R
6
时
)U(U
R
RR
U
AB
4
W27
01
+
=
R
W3
用于差动放大器调零。
可见差动放大电路的输出电压 U
01
仅取决于二个输入电压之差和外部电阻的比值。
（3）,滞回比较器
差动放大器的输出电压 U
01
输入由 A
2
组成的滞回比较器。
滞回比较器的单元电路如图 21－2 所示，设比较器输出高电平为 U
0H
，输出低电平为 U
OL
，参考电压 U
R
加在反相输入端。
当输出为高电平 U
0H
时，运放同相输入端电位
0H
F2
2
i
F2
F
H
U
RR
R
u
RR
R
u
+
+
+
=
+
当u
i
减小到使 u
+H
＝U
R
，即
OH
F
2
R
F
F2
TLi
U
R
R
U
R
RR
uu?
+
==
此后，u
i
稍有减小，输出就从高电
平跳变为低电平。 图 21－2 同相滞回比较器
当输出为低电平 U
0L
时，运放同相输入端电位
OL
F2
2
i
F2
F
L
U
RR
R
u
RR
R
u
+
+
+
=
+
当u
i
增大到使 u
+L
=U
R
，即
OL
F
2
R
F
F2
THi
U
R
R
U
R
RR
Uu?
+
==
此后，u
i
稍有增加，输出又从低电平
跳变为高电平。 图 21－3 电压传输特性
因此 U
TL
和U
TH
为输出电平跳变时对应的输入
电平，常称 U
TL
为下门限电平，U
TH
为上门限电平，而两者的差值
△ )U(U
R
R
＝－U＝UU
OLOH
F
2
TLTRT
称为门限宽度，它们的大小可通过调节 R
2
/R
F
的比值来调节。
图 21－3为滞回比较器的电压传输特性。
由上述分析可见差动放器输出电压 u
01
经分压后 A
2
组成的滞回比较器，与反相输入端的参考电压 U
R
相比较。当同相输入端的电压信号大于反相输入端的电压时,A
2
输出正饱和电压,三极管 T饱和导通。 通过发光二极管 LED的发光情况，
可见负载的工作状态为加热。反之，为同相输入信号小于反相输入端电压时，A
2
输出负饱和电压，三极管 T 截止，LED 熄灭，负载的工作状态为停止。调节 R
W4
可改变参考电平，也同时调节了上下门限电平，从而达到设定温度的目的。
三、实验设备
1、±12V直流电源
2、函数信号发生器
3、双踪示波器
4、热敏电阻（NTC）
5、运算放大器μA741×2、晶体三极管 3DG12、稳压管 2CW231、发光管 LED
四、实验内容
按图 21－2，连接实验电路，各级之间暂不连通，形成各级单元电路，以便各单元分别进行调试。
1、差动放大器
差动放大电路如图 21－4所示。它可实现差动比例运算。
图 21－4 差动放大电路
1）,运放调零。将 A、B两端对地短路，调节 R
W3
使U
O
＝0。
2）,去掉 A、B端对地短路线。从 A、B端分别加入不同的二个直流电平。
当电路中 R
7
+R
W2
=R
6
，R
4
＝R
5
时，其输出电压
)U(U
R
RR
u
AB
4
W27
0
+
=
在测试时，要注意加入的输入电压不能太大，以免放大器输出进入饱和区。
3）,将 B点对地短路，把频率为 100Hz、有效值为 10mV的正弦波加入 A点。
用示波器观察输出波形。在输出波形不失真的情况下，用交流毫伏表测出 u
i
和
u
0
的电压。算得此差动放大电路的电压放大倍数 A。
2、桥式测温放大电路
将差动放大电路的 A、B端与测温电桥的 A′,B′端相连，构成一个桥式
测温放大电路。
1）,在室温下使电桥平衡
在实验室室温条件下，调节 R
W1
，使差动放大器输出 U
01
＝0（注意：前面实验中调好的 R
W3
不能再动） 。
2）,温度系数 K（V/C）
由于测温需升温槽，为使实验简易，可虚设室温 T及输出电压 u
01
，温度系
数 K也定为一个常数，具体参数由读者自行填入表格内
表 21－1
温度 T（℃）
室温 ℃
输出电压 U
01
（V）
0
从表 21－1中可得到 K＝△U/△T。
3）,桥式测温放大器的温度－电压关系曲线
根据前面测温放大器的温度系数 K，可画出测温放大器的温度－电压关系曲线，实验时要标注相关的温度和电压的值，如图 21－5所示。从图中可求得在其它温度时，放大器实际应输出的电 压值。也可得到在当前室温时，U
01
实际对应值U
S
。
4）,重调 R
W1
，使测温放大器在当前室温下输出 U
S
。即调 R
W1
，使 U
01
＝U
S
。
3、滞回比较器
4、滞回比较器电路如图 21－5所示。
1）,直流法测试比较器的上下门限电平
首先确定参考电平 U
R
值。调 R
W4
，使 U
R
＝2V。然后将可变的直流电压 U
i
加入比较器的输入端。比较器的输出电压 U
0
送入示波器 Y 输入端（将示波器的“输入耦合方式开关”置于“DC”,X 轴“扫描触发方式 开关”置于“自动” ） 。改变直流输入电压 U
i
的大小，从示波器屏幕上观察到当 u
0
跳变时所对应的 U
i
值，即为上、下门限电平。
2）,交流法测试电压传输特性曲线
将频率为 100Hz，幅度 3V 的正弦信号加入比较器输入端，同时送入示波器的 X轴输入端,作为 X轴扫描信号。 比较器的输出信号送入示波器的 Y轴输入端。
微调正弦信号的大小，可从示波器显示屏上到完整的电压传输特性曲线。
图 21－5 温度－电压关系曲线 图21－6 滞回比较器电路
5、温度检测控制电路整机工作状况
1）,按图 21－1连接各级电路。 （注意：可调元件 R
W1
、R
W2
、R
W3
不能随意变
动。如有变动，必须重新进行前面内容。 ）
2）,根据所需检测报警或控制的温度 T，从测温放大器温度－电压关系曲
线中确定对应的 u
01
值。
3）,调节 R
W4
使参考电压 U′
R
＝U
R
＝U
01
4）,用加热器升温，观察温升情况，直至报警电路动作报警（在实验
电路中当 LED发光时作为报警）,记下动作时对应的温度值 t
1
和U
011
的值。
5）,用自然降温法使热敏电阻降温，记下电路解除时所对应的温度值 t
2
和
U
012
的值。
6）改变控制温度 T，重做 2）,3）,4）,5）,内容。把测试结果记入表
21－2。
根据 t
1
和t
2
值，可得到检测灵敏度 t
0
=(t
2
-t
1
)
注：实验中的加热装置可用一个 100Ω/2W的电阻 R
T
模拟，将此电阻靠近 R
t
即可。
五、实验总结
1、整理实数据，画出有关曲线、数据表格以及实验线路。
2、用方格纸画出测温放大电路温度系数曲线及比较器电压传输特性曲线。
3、实验中的故障排除情况及体会。
表 10－2
设定温度
T（℃）
从曲线上查得
U
O1
设定电压
U
R
T
1
（℃）
动作温度
T
2
（℃）
U
011
（V）
动作电压
U
012
（V）
六、预习要求
1、阅读教材中有关集成运算放大器应用部分的章节。了解集成运算放大
器构成的差动放大器等电路的性能和特点。
2、根据实验任务，拟出实验步骤及测试内容，画出数据记录表格。
3、依照实验线路板上集成运放插座的位置，从左到右安排前后各级电路。
画出元件排列及布线图。元件排列既要紧凑，又不能相碰，以便缩短连线,
防止引入干扰。同时又要便于实验中测试方便。
4、思考并回答下列问题,
1）,如果放大器不进行调零，将会引起什么结果？
2）,如何设定温度检测控制点?
实验一十五 综合应用实验
用运算放大器组成万用电表的设计与调试
一、实验目的
1,本实验是综合应用性实验 。通过本实验设计由运 算放大器组成的万用电表
2,组装与调试
二、设计要求
1,直流电压表 满量程 +6V
2,直流电流表 满量程 10mA
3,交流电压表 满量程 6V，50Hz～1KHz
4,交流电流表 满量程 10mA
5,欧姆表 满量程分别为 1KΩ，10KΩ，100KΩ
三、万用电表工作原理及参考电路
在测量中，电表的接入应不影响被测电路的原工作状态，这就要求电压表应具有无穷大的输入电阻，电流表的内阻应为零。但实际上，万用电表表头的可动线圈总有一定的电阻，例如100μA的表头，其内阻约为1KΩ，用它进行测量时将影响被测量，引起误差。此外，交流电表中的整流二极管的压降和非线性特性也会产生误差。如果在万用电表中使用运算放大器，就能大大降低这些误差，提高测量精度。在欧姆表中采用运算放大器，不仅能得到线性刻度，还能实现自动调零。
1、直流电压表
图 22－1为同相端输入，高精度直流电压表电原理图。
为了减小表头参数对测量精度的影响，将表头置于运算放大器的反馈回路中，这时，流经表头的电流与表头的参数无关，只要改变 R
1
一个电阻，就可进行量程的切换。
图 22－1 直流电压表
表头电流 I与被测电压 U
i
的关系为
1
i
R
U
I=
应当指出：图 22－1适用于测量电路与运算放大器共地的有关电路。此外，
当被测电压较高时，在运放的输入端应设置衰减器。
2,直流电流表
图 22－2是浮地直流电流表的电原理图。在电流测量中，浮地电流的测量是普遍存在的，例如：若被测电流无接地点，就属于这种情况。为此，应把运算放大器的电源也对地浮动，按此种方式构成的电流表就可象常规电流表那样，串联在任何电流通路中测量电流。
图 22－2 直流电流表
表头电流 I与被测电流 I
1
间关系为
－I
1
R
1
＝（I
1
－I）R
2
1
2
1
)I
R
R
(1I +=∴
可见，改变电阻比（R
1
／R
2
）,可调节流过电流表的电流，以提高灵敏度。如果被测电流较大时，应给电流表表头并联分流电阻。
3、交流电压表
由运算放大器,二极管整流桥和直流毫安表组成的交流电压表如图 22－3
所示。被测交流电压 u
i
加到运算放大器的同相端，故有很高的输入阻抗，又因为负反馈能减小反馈回路中的非线性影响,故把二极管桥路和表头置于运算放大器的反馈回路中，以减小二极管本身非线性的影响。
图 22－3 交流电压表
表头电流 I与被测电压 u
i
的关系为
1
i
R
U
I=
电流 I 全部流过桥路，其值仅与 U
i
／R
1
有关,与桥路和表头参数（如二极管的死区等非线性参数）无关。表头中电流与被测电压 u
i
的全波整流平均值成正比，若 u
i
为正弦波，则表头可按有效值来刻度。被测电压的上限频率决定于运算放大器的频带和上升速率。
4,交流电流表
图 22－4为浮地交流电流表,表头读数由被测交流电流 i的全波整流平均值
I
1AV
决定，即
1AV
2
1
)I
R
R
(1I +=
如果被测电流 i为正弦电流，即
i
1
＝ 2I
1
sinωt，则上式可写为
1
2
1
)I
R
R
0.9(1I +=
则表头可按有效值来刻度。
图 22－4 交流电流表
5,欧姆表
图 22－5为多量程的欧姆表。
图22－5 欧姆表
在此电路中，运算放大器改由单电源供电，被测电阻 R
X
跨接在运算放大器的反馈回路中，同相端加基准电压 U
REF
。
∵ U
P
＝U
N
＝U
REF
I
1
＝I
X
X
REF0
1
REF
R
UU
R
U?
=
即 )U(U
U
R
R
REFO
REF
1
X
=
流经表头的电流
m2
REFO
RR
UU
I
+
=
由上两式消去(U
O
－U
REF
)
可得
)R(RR
RU
I
2m1
XREF
+
=
可见，电流 I 与被测电阻成正比，而且表头具有线性刻度，改变 R
1
值，可改变欧姆表的量程。这种欧姆表能自动调零，当 R
X
＝0 时,电路变成电压跟随器，U
O
＝U
REF
，故表头电流为零，从而实现了自动调零。
二极管 D起保护电表的作用,如果没有 D,当R
X
超量程时,特别是当 R
X
→∞，
运算放大器的输出电压将接近电源电压，使表头过载。有了 D 就可使输出钳位，
防止表头过载。调整 R
2
，可实现满量程调节。
四、电路设计
1,万用电表的电路是多种多样的,建议用参考电路设计一只较完整的万用电表。
2,万用电表作电压、电流或欧姆测量时,和进行量程切换时应用开关切换，但实验时可用引接线切换。
五、实验元器件选择
1,表头 灵敏度为 1mA，内阻为 100Ω
2,运算放大器 μA741
3,电阻器 均采用 W
4
1
的金属膜电阻器
4,二极管 IN4007×4、IN4148
5,稳压管 IN4728
六、注意事项
1,在连接电源时，正、负电源连接点上各接大容量的滤波电容器和
0.01μf～0.1μf的小电容器，以消除通过电源产生的干扰。
2,万用电表的电性能测试要用标准电压、电流表校正,欧姆表用标准电阻校正。考虑实验要求不高，建议用数字式
2
1
4 位万用电表作为标准表。
七、报告要求
1,画出完整的万用电表的设计电路原理图。
2,将万用电表与标准表作测试比较，计算万用电表各功能档的相对误差，
分析误差原因。
3,电路改进建议
4,收获与体会
