模电虚拟实验优秀PPT.ppt

模电虚拟实验你现在浏览的是第一页，共104页模拟电子技术基础仿真虚拟实验1、模拟电路常用器件与仪器2、单管放大器及负反馈3、差动放大器你现在浏览的是第二页，共104页 在电子线路中，研究含有线性电阻、电容和电感元在电子线路中，研究含有线性电阻、电容和电感元件的电路件的电路(有直流和交流稳态及动态电路有直流和交流稳态及动态电路)，属于基础理，属于基础理论电路，相对比较容易理解；而研究以非线性元件二极论电路，相对比较容易理解；而研究以非线性元件二极管和三极管为核心的电路，因为交直流并存，元件的多管和三极管为核心的电路，因为交直流并存，元件的多种作用与工作电压的变化密切相关，不便于初学者理解种作用与工作电压的变化密切相关，不便于初学者理解和掌握。模拟电路就是以三极管为核心，处理模拟信号和掌握。模拟电路就是以三极管为核心，处理模拟信号的电路。初学者往往对模拟电子技术的学习感到困惑，的电路。初学者往往对模拟电子技术的学习感到困惑，概念多而抽象，难以掌握。这里我们主要借助软件对模概念多而抽象，难以掌握。这里我们主要借助软件对模拟电路中的拟电路中的1个典型实验进行仿真和分析，目的在于使同个典型实验进行仿真和分析，目的在于使同学们课前掌握仿真虚拟实验的方法与电路功能，帮助大学们课前掌握仿真虚拟实验的方法与电路功能，帮助大家更好地理解和学习模拟电子技术实验，借助软件，反家更好地理解和学习模拟电子技术实验，借助软件，反复学习和验证，最终克服学习中的难关。复学习和验证，最终克服学习中的难关。你现在浏览的是第三页，共104页1、模拟电路常用器件与仪器模拟电路常用器件与仪器1）模拟电路常用器件模拟电路常用器件 模拟电路中常用的器件主要有三极管、二极管、电模拟电路中常用的器件主要有三极管、二极管、电阻、电容、电感、变压器、直流电源、信号源、集成运阻、电容、电感、变压器、直流电源、信号源、集成运放等。下面我们来看这些元件如何拾取。放等。下面我们来看这些元件如何拾取。(1)三极管三极管 如何在如何在Proteus的元件库中找到自己想要的三极的元件库中找到自己想要的三极管元件呢？打开管元件呢？打开Proteus的元件拾取对话框，在类别的元件拾取对话框，在类别“Category”中的中的“Transistors”子类就是三极管，子类就是三极管，单击单击“Transistors”，出现如图出现如图1中所示的元件。中所示的元件。你现在浏览的是第四页，共104页 这些元件和我们平时常用的国产三极管的型号不太一这些元件和我们平时常用的国产三极管的型号不太一致，比如常用的国产高频小功率管致，比如常用的国产高频小功率管3DG6对应于对应于2N5551，替换的原则是双方的管型一致，另外参数也要一，替换的原则是双方的管型一致，另外参数也要一样样(当然根据设计需求允许有误差当然根据设计需求允许有误差)，元件替换对应也，元件替换对应也可以在网上查找。如果只是一般的原理仿真，可以直接输可以在网上查找。如果只是一般的原理仿真，可以直接输入入“NPN”或或“PNP”来拾取通用元件即可。如果用到来拾取通用元件即可。如果用到场效应管，则可以在对应的子类中查找。如图场效应管，则可以在对应的子类中查找。如图1中右中右侧所示。侧所示。你现在浏览的是第五页，共104页图图1 三极管元件拾取对话框三极管元件拾取对话框你现在浏览的是第六页，共104页 (2)二极管二极管 二极管的种类很多，包括整流桥、整流二极管、二极管的种类很多，包括整流桥、整流二极管、肖特基二极管、开关二极管、隧道二极管、变容二极肖特基二极管、开关二极管、隧道二极管、变容二极管和稳压二极管。打开管和稳压二极管。打开Proteus的元件拾取对话框，选的元件拾取对话框，选中中“Category”中的中的“Diodes”，出现如图，出现如图2所示的对所示的对话框，一般来说，选取子类话框，一般来说，选取子类“Sub-category”中的中的“Generic”通用器件即可，图通用器件即可，图2右边给出通用器件的查右边给出通用器件的查寻结果，可以单击来看看需要使用哪种元件。寻结果，可以单击来看看需要使用哪种元件。你现在浏览的是第七页，共104页图2 二极管元件拾取对话框你现在浏览的是第八页，共104页(3)电阻电阻 电阻的分类为电阻的分类为“Resistors”，子类有，子类有0.6W和和2W金属膜电阻、金属膜电阻、3W、7W和和10W绕线电阻、通用电阻、热电阻绕线电阻、通用电阻、热电阻(NTC)、排阻、排阻(Resistor Packs)、可变电阻、可变电阻(Variables)及家用高压系列加热电及家用高压系列加热电阻丝。阻丝。常用电阻可直接输入通用电阻常用电阻可直接输入通用电阻“RES”拾取即可，然后再修改参拾取即可，然后再修改参数。这里我们主要说一下比较常用的可变电阻。直接输入数。这里我们主要说一下比较常用的可变电阻。直接输入“POT”或或“POT-”可找到四个或三个相关元件。可找到四个或三个相关元件。“POT”为一般滑动变阻器，触头不能拉动，需选中后打开元为一般滑动变阻器，触头不能拉动，需选中后打开元件属性对话框，修改件属性对话框，修改“STATE”来改变触头的位置，来改变触头的位置，“STATE”的的初始值为初始值为5，触头位于中间，改为，触头位于中间，改为10后，触头位于最上，如图后，触头位于最上，如图3所示。由于调整不方便，一般不使用此元件，而使用下面的几所示。由于调整不方便，一般不使用此元件，而使用下面的几个滑动变阻器。个滑动变阻器。你现在浏览的是第九页，共104页图3 滑动变阻器元件属性对话框你现在浏览的是第十页，共104页 “POT-HG”滑动变阻器的好处是可以直接用鼠标滑动变阻器的好处是可以直接用鼠标来改变触头位置，精确度和调整的最小单位为阻值来改变触头位置，精确度和调整的最小单位为阻值的的1%，比如一个，比如一个1k的电阻，精确到的电阻，精确到10，而一个，而一个100k的电阻只能精确到的电阻只能精确到1k，所以，当电阻较大时，所以，当电阻较大时，考虑把它分成两部分串联，一部分为较大阻值的固考虑把它分成两部分串联，一部分为较大阻值的固定电阻，另一部分为较小阻值的滑动电阻，这样比定电阻，另一部分为较小阻值的滑动电阻，这样比较科学。较科学。“POT-LIN”和和“POT-LOG”滑动变阻器和滑动变阻器和“POT-HG”一样可以通过鼠标来改变触头位置，但精确度一样可以通过鼠标来改变触头位置，但精确度和调整的最小单位均为阻值的和调整的最小单位均为阻值的10%。大家可以根据需要和调整精度来选择所需要的滑动变大家可以根据需要和调整精度来选择所需要的滑动变阻器。阻器。你现在浏览的是第十一页，共104页 (4)电容电容 模拟电路中常用的电容为极性电容，即电解电容。模拟电路中常用的电容为极性电容，即电解电容。其实无极性电容和电解电容在使用时没什么区别，只不其实无极性电容和电解电容在使用时没什么区别，只不过当电容值较大时，一般在过当电容值较大时，一般在1F以上时，要做成电解电容。以上时，要做成电解电容。放大电路中的耦合电容一般为放大电路中的耦合电容一般为10100F，为电解电容，为电解电容，特别注意的是，电解电容的正极性端的直流电位一定特别注意的是，电解电容的正极性端的直流电位一定要高于负极性端才能正常工作，否则会出现意外现象。要高于负极性端才能正常工作，否则会出现意外现象。常用的无极性电容的名称为常用的无极性电容的名称为“CAP”，极性电容为，极性电容为“CAP-ELEC”，还有一个可动画演示充放电电荷的电，还有一个可动画演示充放电电荷的电容为容为“CAPACITOR”。极性电容。极性电容“CAP-ELEC”的原理的原理图符号正端不带填充，负端方框中填充有斜纹。使图符号正端不带填充，负端方框中填充有斜纹。使用时可直接输入名字拾取即可。用时可直接输入名字拾取即可。你现在浏览的是第十二页，共104页 (5)电感和变压器电感和变压器 电感和变压器同属电感电感和变压器同属电感“Inductors”这一分类，只这一分类，只不过在子类中，又分为通用电感、表面安装技术不过在子类中，又分为通用电感、表面安装技术(SMT)电感和变压器。一般来说，使用电感时直接电感和变压器。一般来说，使用电感时直接拾取拾取“INDUCTOR”元件，使用变压器时，要看原、元件，使用变压器时，要看原、副边的抽头数而定。副边的抽头数而定。打开元件拾取对话框，选取打开元件拾取对话框，选取“Inductors”大类下的大类下的子类子类“Transformers”，如图，如图4所示，在右侧显示出所示，在右侧显示出变压器可选元件。常用的是前四种，名称前缀为变压器可选元件。常用的是前四种，名称前缀为“TRAN-”，也可以直接输入这个前缀来搜寻变压器。，也可以直接输入这个前缀来搜寻变压器。为了帮助大家记忆变压器的名称，以第一个变压器为了帮助大家记忆变压器的名称，以第一个变压器“TRAN-1P2S”为例来说明它的含义。为例来说明它的含义。“TRAN”是变是变压器的英文压器的英文“TRANSFORMER”的缩写，的缩写，“P”是原边是原边“PRIMARY”的意思，的意思，“S”是副边是副边“SECONDORY”的意思。而后面三个变压器都是饱和变压器，的意思。而后面三个变压器都是饱和变压器，你现在浏览的是第十三页，共104页 如如“TRSAT2P2S2B”即即Saturated Transformer with secondary and bias windings，意思是具有副边，意思是具有副边和偏置线圈的饱和变压器。和偏置线圈的饱和变压器。图4 变压器拾取对话框你现在浏览的是第十四页，共104页 变压器在调用时，由于对称按钮可能处于选中状变压器在调用时，由于对称按钮可能处于选中状态，原、副边绕组的位置就颠倒了，使用时要注意，态，原、副边绕组的位置就颠倒了，使用时要注意，尤其是原边和副边绕组数目相同的变压器，这涉及尤其是原边和副边绕组数目相同的变压器，这涉及到原、副边的匝比是升压或降压变压器的问题。到原、副边的匝比是升压或降压变压器的问题。变压器的匝比是通过改变原、副边的电感值来实现变压器的匝比是通过改变原、副边的电感值来实现的。打开的。打开“TRAN-2P2S”变压器的元件属性对话框，如变压器的元件属性对话框，如图图5所示，原边和副边的电感值都是所示，原边和副边的电感值都是1H，即变比，即变比n为为1:1。如果我们想使它成为。如果我们想使它成为n=10:1的降压变压器，可以的降压变压器，可以改变原边电感，也可改变副边电感，还可以两者同时改变原边电感，也可改变副边电感，还可以两者同时改变，但要保证，即原、副边电压比值等于原边电感改变，但要保证，即原、副边电压比值等于原边电感与副边电感的平方比。与副边电感的平方比。你现在浏览的是第十五页，共104页 改变原、副边的电感值分别为改变原、副边的电感值分别为100H和和1H(也可以为也可以为1H和和0.01H)，即原副边电压比为，即原副边电压比为10:1，此变压器为降，此变压器为降压变压器，如图压变压器，如图6所示。所示。图图5 变压器属性对话框变压器属性对话框你现在浏览的是第十六页，共104页图图6 修改变压器变比修改变压器变比 变压器变比设定后，在原边加一个交流源变压器变比设定后，在原边加一个交流源“ALTERNATOR”，使它为幅值，使它为幅值100V，频率为，频率为50Hz，同时在原边加一个交流电压表，在副边也加一交流电同时在原边加一个交流电压表，在副边也加一交流电压表，运行仿真，显示原边电压有效值为压表，运行仿真，显示原边电压有效值为70.7V，副，副边电压有效值为边电压有效值为7.07V，变压为，变压为10:1。如图。如图7所示。所示。你现在浏览的是第十七页，共104页图7 变压器变比仿真(6)交、直流电源直流电源通常有单电池“CELL”和电池组“BATTERY”两种，可任意改变其值。单相交流电源为“ALTERNATOR”，可改变其幅值(半波峰值)和频率。如图8所示。你现在浏览的是第十八页，共104页图8 交、直流电源交、直流电源(7)集成运放集成运放 打开元件拾取对话框，选取打开元件拾取对话框，选取“Operational Amplifiers”分类，显示子类有分类，显示子类有“Dual”、“Deal”、“Octal”、“Quad”、“Single”、“Triple”，分别为双运放，分别为双运放(即一个集成芯片内所即一个集成芯片内所包含的两个相同运放包含的两个相同运放)、理想运放、八运放、四运放、单、理想运放、八运放、四运放、单运放和三运放。我们常用的集成运放是通用的理想运算运放和三运放。我们常用的集成运放是通用的理想运算放大器，可直接选子类放大器，可直接选子类“Deal”中的中的“OP1P”。如果知道集。如果知道集成运放的名称，也可直接查寻，比如对常用的四运放成运放的名称，也可直接查寻，比如对常用的四运放LM324直接输入直接输入“LM324”即可。即可。你现在浏览的是第十九页，共104页2.模拟电路仿真中的常用仪器模拟电路仿真中的常用仪器 模拟电路中常用的仿真仪器主要有交流电压表、交模拟电路中常用的仿真仪器主要有交流电压表、交流电流表、直流电压表、直流电流表、信号发生器、流电流表、直流电压表、直流电流表、信号发生器、示波器和扬声器。示波器和扬声器。单击工具栏中的虚拟仪器图标，如图单击工具栏中的虚拟仪器图标，如图9所示，在对象选所示，在对象选择区出现所有的虚拟仪器名称列表，其中择区出现所有的虚拟仪器名称列表，其中“OSCILLOSCOPE”信号发生器；信号发生器；“SIGNAL GENERATOR”示波器；示波器；“DC VOLTMETER”直流电压表；直流电压表；“DC AMMETER”直流电流表；直流电流表；“AC VOLTMETER”交流电压表；交流电压表；“AC AMMETER”交流电流表。交流电流表。你现在浏览的是第二十页，共104页 交、直流电压表和交、直流电流表的量程都可以设定，交、直流电压表和交、直流电流表的量程都可以设定，比如可以设定一个交流电压表为毫伏表，如图比如可以设定一个交流电压表为毫伏表，如图9所示，只所示，只需改变元件属性中的需改变元件属性中的“Display Range”为为“Millivolts”即可。即可。图9 交流毫伏表的量程设定交流毫伏表的量程设定下面主要说明示波器和扬声器的用法。下面主要说明示波器和扬声器的用法。你现在浏览的是第二十一页，共104页(1)示波器示波器 Proteus的虚拟示波器能完成四个通道的虚拟示波器能完成四个通道(A、B、C、D)的波形显示与测量。待测的四个输入信号分别与示的波形显示与测量。待测的四个输入信号分别与示波器的四个通道相接，信号的另一端应接地。波器的四个通道相接，信号的另一端应接地。在前面的例子中我们已经熟悉了示波器的原理图符在前面的例子中我们已经熟悉了示波器的原理图符号，下面介绍仿真运行后示波器界面各部分旋钮的功能。号，下面介绍仿真运行后示波器界面各部分旋钮的功能。图图10是示波器仿真运行后的界面。是示波器仿真运行后的界面。你现在浏览的是第二十二页，共104页图图10 示波器运行仿真后的界面示波器运行仿真后的界面你现在浏览的是第二十三页，共104页 以通道以通道A为例，为例，“Position”旋钮用来调整波形的垂直旋钮用来调整波形的垂直位移，下面的旋钮用来调整波形的幅度显示比例，外面的位移，下面的旋钮用来调整波形的幅度显示比例，外面的黄色箭头是粗调，里面的黄色小箭头是细调，当读刻度时，黄色箭头是粗调，里面的黄色小箭头是细调，当读刻度时，应把里层的箭头顺时针调到最右端。四个通道的对应旋钮应把里层的箭头顺时针调到最右端。四个通道的对应旋钮使用方法一样。在使用方法一样。在“Horizontal”下方的两个旋钮分别下方的两个旋钮分别用来调整波形的水平位移和扫描频率。当用鼠标单击用来调整波形的水平位移和扫描频率。当用鼠标单击黑色的波形显示区域后，也可以通过滚动鼠标滑轮来黑色的波形显示区域后，也可以通过滚动鼠标滑轮来调整扫描频率。其他旋钮可保持原位不动。调整扫描频率。其他旋钮可保持原位不动。在运行过程中如果关闭掉示波器，需要从主菜单在运行过程中如果关闭掉示波器，需要从主菜单【Debug】中选取最下面中选取最下面【VSM Oscilloscope】来重来重现。现。你现在浏览的是第二十四页，共104页 (2)扬声器扬声器 扬扬声声器器在在模模拟拟电电路路的的仿仿真真中中也也经经常常用用到到。可可直直接接输输入入“Speaker”来来调调用用，两两个个接接线线端端不不分分正正负负，因因为为它它接接收收的的是是交交流流模模拟拟信信号号。要要注注意意驱驱动动信信号号的的幅幅值值和和频频率率应应在在扬扬声声器器的的工工作作电电压压和和频频率率范范围围之之内内，否否则则不不会会响响。当当扬扬声声器器不不会会鸣鸣响响时时，可可能能是是因因为为信信号号种种类类不不匹匹配配(比比如如数数字字信信号号)或或扬扬声声器器的的电电压压设设的的太太大大而需要修改。扬声器的属性参数对话框如图而需要修改。扬声器的属性参数对话框如图11所示。所示。你现在浏览的是第二十五页，共104页图图11 扬声器属性参数对话框扬声器属性参数对话框你现在浏览的是第二十六页，共104页 在在模模拟拟电电路路中中，单单管管共共射射放放大大器器及及负负反反馈馈是是非非常常重重要要的的内内容容，这这两两个个实实验验通通常常合合并并在在一一块块电电路路板板中中来来做做。接接下下来来我我们们讨讨论论单单管管放放大大器器的的静静态态工工作作点点及及动动态态参参数数的的调调试试与与测测量量，最最后后来来观观察察放放大大电电路路中中负反馈带来的影响。负反馈带来的影响。a.单管放大电路静态工作点的调试单管放大电路静态工作点的调试 单管放大器及负反馈实验的电路如图单管放大器及负反馈实验的电路如图12所示。所示。2、单管放大器及负反馈电路实验单管放大器及负反馈电路实验你现在浏览的是第二十七页，共104页图图12 单管放大器及负反馈实验电路图单管放大器及负反馈实验电路图你现在浏览的是第二十八页，共104页图图13 单管放大器实验电路图单管放大器实验电路图你现在浏览的是第二十九页，共104页 照图12把整个电路图连接好，参数按实验2要求设置。接上直流电源、信号发生器和示波器。下面调试第一级的静态工作点，即找到一个合适的静态工作点，然后再用直流表测量出来。把开关按图示位置设定好，按仿真运行按钮，把信号发生器的频率调为1kHz，幅值尽可能大，直到观察到示波器显示的输出波形出现双顶失真为止，如图14中的波形(a)所示。看看这个失真的波形是否上下对称失真，如果不对称，调整图4-13中的滑动变阻器RV1来改变静态工作点使波形看似对称，如图4-14中的波形(b)所示。因为眼睛看到的对称失真并不一定是真的对称，所以还需减小信号发生器的幅值，使波形一端的失真刚好消失，如图4-14中的波你现在浏览的是第三十页，共104页形(c)所示，这验证了静态工作点仍然不合适。进一步调整滑动变阻器，使波形两端出现对称失真，再减小信号发生器的幅值，使波形一顶失真消失，反复几次，直到波形两顶的失真刚好同时消失，如图4-14中的波形(d)所示，这时的静态工作点是最合适的，保持滑动变阻器的位置不要再动了。图图14 单管共射放大器调试静态工作点波形单管共射放大器调试静态工作点波形你现在浏览的是第三十一页，共104页调试的原理是来自于单管共射放大电路三极管的输出特性，如图15所示，为NPN双极型三极管的输出特性曲线，其中的斜线为交流负载线，静态工作点应位于交流负载线的中点Q，交流信号在变化时才能得到最大不失真的输出波形。如果静态工作点位于交流负载线的Q点，则输出波形如图中的失真波，即集电极电流稍有增加，三极管便进入饱和区，产生饱和失真，使放大能力下降。一般来说，调整基极电阻，可方便地改变静态工作点的值。你现在浏览的是第三十二页，共104页图图15 三极管的输出特性与静态工作点三极管的输出特性与静态工作点你现在浏览的是第三十三页，共104页上述的静态工作点调整方法，就是故意让输出波形失真来看失真的对称度，从而判断静态工作点是否位于交流负载线的中间，因为合适的静态工作点并不意味着不会产生失真，只要输入信号足够大，就会产生失真，只不过是产生对称的失真。通过反复调整输入信号的幅值和基极电阻的大小，来观察和改变静态工作点，从而找到一个最佳静态工作点，只有找到了最佳静态工作点，接下来的动态参数测量才有意义。给定一块电路板，不能盲目地去进行数据测量。你现在浏览的是第三十四页，共104页虽然电容隔直，R6左边的交流信号源的短路线可以省去，开路即可，但在没有电容的直接耦合电路中却不能开路，为了养成良好的习惯，建议使交流信号短接而不是开路。把三个直流电压表和一个直流电流表(毫安表)连接，可测得如表4-1所示的数据。其中，IC的数据是约等。你现在浏览的是第三十五页，共104页图图16 静态工作点的测量静态工作点的测量你现在浏览的是第三十六页，共104页注意，三个电压表一定直接连接到三极管的三个极上，不能在电容C1前或电容C2后测量。表4-1中后两列是计算值。3.单管共射放大电路动态参数的测量 前面提到，静态工作点的合适与否直接影响交流输出信号的幅值。那么是不是 你现在浏览的是第三十七页，共104页有了合适的静态工作点后，输出电压与信号源的比就一定能够得到最大值呢？不是的，影响放大倍数的还有放大电路的几个动态参数：输入电阻、输出电阻和带宽。首先来讨论电压放大倍数的测量。(1)电压放大倍数电压放大倍数有两种含义，一种是输出电压对信号源的比值，即，另一种是输出电压对输入电压的比值，即。由于Proteus的虚拟信号源都是理想电压源，没有内阻，所以图4-16所示的电路中用电阻R6(10k)来模拟信号源内阻，当然与实际相比有些大了。真正分到放大电路中的信号电压是R6的右端(即基极)到地之间你现在浏览的是第三十八页，共104页 的交流电压，另外一部分电压降落在R6上。在输入端接信号发生器，在信号发生器上并联一个交流毫伏表以测信号源电压的有效值。调节信号发生器的幅值使交流毫伏表的读数约为10mV，把示波器接在输出端，观察输出波形，以不失真为准。断开负载电阻使放大电路空载，在输出端接交流电压表。运行仿真，各表读数如图4-17所示。可计算合上开关SW3加上负载后，输出电压的幅值会下降，请大家自己测量和计算并分析原因。你现在浏览的是第三十九页，共104页图4-17 空载时电压放大倍数的测量你现在浏览的是第四十页，共104页由于是单管共射放大电路，所以输出波形和输入波形是倒相的，放大倍数应该是负值。示波器的输入输出波形如图4-18所示。图4-18 输入与输出波形你现在浏览的是第四十一页，共104页(2)输入电阻放大电路的输入电阻是从放大电路输入端看进去的无源网络的等效电阻，计算此电阻要先画出放大电路的微变等效电路，也可以直接通过实验方法来测量，这样更方便和快捷。其原理如下：如图4-19所示，可以把放大电路的交流通路看成是二端口网络，输入端为含有内阻的信号源，输出端接负载。其中，Ri为输入电阻，Ro为输出电阻。当电路设计好后，二端口的参数就确定不变了。空载时，输出电压Uo与输入电压Ui的比值是定值，但由于二端口外的元件U S、R S及RL是随不同的用户使用而定的，所以根据两端串联分压原理，Ri与Ro会分别影响Ui与Uo的值，从而引起输出电压的变化而影响电压放大倍数。你现在浏览的是第四十二页，共104页在图4-19中的输入端，有，如果知道US、RS及Ui，就可以算出Ri，测量输入电阻的原理就如此。回头看实验图4-17，US=10.3mV，Ui=4.07mV，RS=10k，则可算出Ri=10.7k。可见，输入电阻越大，放大电路分得的电压就越大，输出电压就越大，当然这里模拟用的内阻RS有点过大。图4-19 输入、输出电阻测量原理图你现在浏览的是第四十三页，共104页(3)输出电阻根据图4-19不难理解，如果把放大电路再看成一个电压源，对负载供电，则输出电阻Ro就是这个电压源的内阻，Ro越小，负载上分得的电压就越大，放大电路的性能就越好。因此有，其中为空载电压。测量输出电阻的实验是，分别测出空载和带负载情况下的输出电压、Uo及负载电阻RL，就可以算出Ro的值。(4)带宽 前面分别提到静态工作点、交流输入及输出电阻会影响放大电路的电压放大倍数，但当这些参数都设计合理后，是不是放大电路的性能就完美无缺了呢?你现在浏览的是第四十四页，共104页 其实，前面提到的放大都是对某一固定频率信号的幅值进行的放大，我们在做实验的时候，通常把信号频率调节到1kHz。如果保持信号的幅值不变而改变其频率，会发现放大倍数在某些频段会保持不变，而在另一些频段则会突然下降，甚至为零。这就是我们所说的频率响应，即频率对放大倍数的影响。不同的放大电路的频率响应是不一样的，这主要是因为电路中的电容(耦合电容、旁路电容、极间电容等)的阻抗会随频率而改变，从而导致电路的输入、输出阻抗变化，影响输出电压的大小。在单管共射放大电路中，频率过高和过低都会造成放大倍数的衰减，只有在中频段，放大倍数才稳定不变，这一段的频率范围称为带宽，通常用fBW来表示。你现在浏览的是第四十五页，共104页测量单管共射放大电路带宽的方法是，在放大电路输入端先加一小信号，比如10mV、1kHz，用示波器观察输出电压波形，要保证输出波形不失真。调节示波器的扫描旋钮，让波形集中，调整示波器的垂直增益，使输出波形正好占据10格，如图4-20所示。图4-20 中频段输出波形的幅度你现在浏览的是第四十六页，共104页接下来减小信号发生器的频率，调整示波器的扫描旋钮，使波形在频率较低的情形下仍能相对集中，以便观察幅值所占的格数。继续减小信号发生器的频率值，直到输出波形在示波器中所占的格数减为7格，如图4-21所示，这时读信号发生器的频率为13Hz，即放大电路的下限转折频率fL。以同样的方法读出上限转折频率为400kHz，即fH。这个放大电路的带宽fWH=fHfL约为400kHz。你现在浏览的是第四十七页，共104页 根据单管共射放大倍数频率响应的幅频特性，如图4-22所示，在中频段，即13Hz400kHz范围内，放大倍数基本恒定，当频率小于13Hz或大于400kHz时，放大倍数按每10倍频程20分贝的速度上升或衰减。图中显示的是理想幅频特性，其实，在转折频率处，中频放大倍数要下降3dB，即是原来的0.707倍。图4-21 截止频率时的输出波形的幅度 你现在浏览的是第四十八页，共104页在本实验中，因为输入信号未变，输出电压变为原来的0.7倍，即放大倍数变为原来的0.7倍。故改变信号频率，使输出电压的幅值由原来的10格缩为7格时，即转折频率所对应的幅值，就测出了转折频率和带宽。图4-22 单管共射放大电路的频率响应你现在浏览的是第四十九页，共104页4.负反馈在单管共射放大电路实验的一开始，我们给出的实验电路板是一个含有负反馈的两级放大电路，如图4-12所示。可以判断出该负反馈为电压串联负反馈。因为电压串联负反馈能够使放大电路的输出电阻变小，输入电阻增大，拓展了带宽，从而改善了该两级放大电路的动态性能，但是所有这些都是以牺牲放大倍数为代价的。本实验我们先分别调试好两级放大电路的静态工作点，然后在断开负反馈的情况下，按照前面介绍的方法，测试两级放大电路的整体输入电阻、输出电阻、电压放大倍数和带宽。合上开关SW2，在接上负反馈的情况下，把以上四个参数再测量一遍，进行比较，找出它们之间的关系。你现在浏览的是第五十页，共104页为了节约时间，四个参数的测量应该这样来做比较方便，比如测输入电阻，一次把含有负反馈和不含负反馈两种情况都测了。先把开关SW2拨到断开位，读输入端信号电压，然后再把开关SW2拨到闭合位，重读一遍。其他参数依此类推。通过测量和比较，得出的结果是 你现在浏览的是第五十一页，共104页4.1.3 射极跟随器射极跟随器共集电极放大电路又叫射极跟随器，因为它的电压从射极输出且与输入电压大小几乎相等，相位一致，就好像输出电压总是跟随输入电压的变化一样。射极跟随器并不能放大电压，它能够放大电流，它的输入电阻高，输出电阻低，电路的动态性能比较好，适合做多级放大电路的初级和末级。但由于差动放大电路和功率放大电路的出现，在高性能运放的输入级和输出级一般不使用射极跟随器。如图4-23所示，是单管共集放大电路，在该实验中，我们主要完成以下工作：你现在浏览的是第五十二页，共104页测量静态工作点；测量动态参数；观察输入、输出波形。图4-23 射极跟随器实验电路你现在浏览的是第五十三页，共104页1.静态工作点的测试按照图4-23的接线，先进行静态工作点调试，由于射极跟随器的电压不能被放大，所以在调试静态工作点时需要加比较高的输入电压才能观察到失真的出现，一般从1V加起，逐渐加大。静态工作点调整合适后，照图4-24接线，测量静态工作点。注意，测量静态工作点所用的都是直流表，测量集电极电位的电压表可省去，因为集电极直接接12V直流电源。电流表要在属性对话框中改为毫安表，注意电流从正端流向负端。测得的数据如图4-24中各电表所示，列于表4-2中。你现在浏览的是第五十四页，共104页图4-24 射极跟随器的静态工作点测量电路你现在浏览的是第五十五页，共104页2.测量动态参数 动态参数仍然是电压放大倍数、输入电阻、输出电阻和带宽。照图4-23接线，运行仿真，把信号发生器的频率调为1kHz，调节信号发生器的幅度使电路的输入电压为2V，读得信号发生器的电压有效值为2.02V，输出电压有效值为1.99V。于是可以算出各动态参数。电压放大倍数表4-2 射极跟随器静态工作点测量值你现在浏览的是第五十六页，共104页输入电阻输出电阻 保持输入信号不变，空载和接负载时分别测得输出电压，如图4-25和图4-26所示，可计算输出电阻如下：你现在浏览的是第五十七页，共104页图4-25 射极跟随器动态参数的测量你现在浏览的是第五十八页，共104页图4-26 射极跟随器输出电阻的测量你现在浏览的是第五十九页，共104页 通过计算可以发现，此射极跟随器的输入电阻高达到200k，输出电阻低至27.4，电压放大倍数接近1但小于1。至于带宽，读者可以借鉴前面单管共射放大电路的方法自己来测算，下面来观察输入输出电压波形。3.观察输入输出波形 在以上各动态参数的测量过程中，前提是输出电压不失真，最好是把示波器接在输出端，每测量或改变一个参数，都要观察输出电压的波形，确保是在不失真状态下。现在的主要目的是观察、对比输入输出电压波形，验证输出电压是否与输入电压大小相等、方向相同。在输入端加上使输出不失真的合适输入电你现在浏览的是第六十页，共104页 压，使输出空载，把输入、输出分别接到示波器的A、B通道，调节示波器的扫描旋钮和A、B通道的垂直位移及增益旋钮，保持两通道的增益一致，垂直位移稍有不同，否则两波形将重叠。观察到的波形如图4-27所示。由此可验证射极跟随器名称的由来。图4-27 射极跟随器的输入输出波形你现在浏览的是第六十一页，共104页 差动放大器用在多级放大电路的第一级，主要目的是减少零漂。与单管共射放大电路相比，差动放大器使用了双倍的元件却得到同样的电压放大倍数，但它却具有相当高的共模抑制比，即对共模信号的放大倍数近似为零。差动放大器的实验主要测电路的静态工作点、单端和双端输出时的差模电压放大倍数Ad、共模电压放大倍数Ac及共模抑制比KCMRR。图4-28是差动放大器的实验电路，其中T3、R1、R2、RE3构成恒流源，T3的集电极电流为恒流源的输出。两位开关K用来选择差动放大器射极接电阻还是接恒流源，当K拨到左边，差动放大器接10k的射极电阻RE，拨到右边接恒流源，4.1.4 差动放大器差动放大器你现在浏览的是第六十二页，共104页 共模抑制能力更强。RW是调零电阻，在仿真时，因为我们可以做到差动对管及相应的元件完全对称，而在实际电路中却不能，利用调零电阻RW来调节两个共射放大电路的对称性。开关SW1用来在测静态工作点时短接信号源。你现在浏览的是第六十三页，共104页图4-28 差动放大器实验电路你现在浏览的是第六十四页，共104页1.电路调零 在测各参数之前，先进行电路调零。如图4-29所示，在T1、T2管两集电极之间接一直流伏特表，闭合开关SW1，把开关K打在左侧，这时电路中全部为直流电量。调节滑动变阻器RW，使电表的读数接近零为止。调零完成，去掉电压表，保持RW的触头位置不变。图4-29 调零电路你现在浏览的是第六十五页，共104页2.测量静态工作点 在只有直流电源作用的情况下，测得电路中的基极电位、射极电位、集电极电位和集电极电流。照图4-30连接电路，测得的数据如表4-3所示。图4-30 差动放大器的静态工作点测量电路你现在浏览的是第六十六页，共104页3.单端输出时的放大倍数和共模抑制比(1)单端输出差模电压放大倍数 打开SW1，在差模输入端接一信号源，并联交流毫伏表，运行仿真，调节信号源的频率为1kHz，调节信号源的幅值使交流毫伏表的读数约为200mV。在T1管的集电极接一交流伏特表，如图4-31所示。最好在T1管集电极接示波器，观察输出电压波形不失真为准。表4-3 差动放大器静态工作点测量值你现在浏览的是第六十七页，共104页先把开关K拨到左侧，测得T1管的集电极输出电压为7.79V；再把开关K拨到右侧，测得T1管的集电极输出电压为6.55V。可计算出射极分别接电阻和恒流源时的单端输出差模电压放大倍数为图4-31 差动放大器的单端输出差模电压放大倍数测量电路你现在浏览的是第六十八页，共104页(2)单端输出共模电压放大倍数 如图4-32所示，把T1、T2管的两输入端并联，再接一频率为1kHz、有效值约为100mV的共模输入信号。图4-32 差动放大器的单端输出共模电压放大倍数测量电路你现在浏览的是第六十九页，共104页先把开关K拨到左侧，测得T1管的集电极输出电压为6.38V；再把开关K拨到右侧，测得T1管的集电极输出电压为4.71V。可分别计算出射极接电阻和恒流源时的单端输出共模电压放大倍数为计算结果表明，单端输出时的共模电压放大倍数小于差模电压放大倍数，理想情况下，由于射极电阻较大，共模抑制能力强，共模电压放大倍数应接近零，但这里无论接10k的射极电阻还是接恒流源，共模电压放大倍数都不够理想，即共模电压放大倍数并没有降下来。但T1和T2管接射极电阻和接恒流源两种情况下,由于射极电阻较大，共模抑制能力强，共模 你现在浏览的是第七十页，共104页放大倍数应接近零，但这里无论接10k的射极电阻还是接恒流源，共模电压放大倍数都不够理想，即共模电压放大倍数并没有降下来。但T1和T2管接射极电阻和接恒流源两种情况下，第二种接法共模电压放大倍数要小些，效果更好些。这只是测试电路，日常应用中的共模输入电压一般来自温度或其他因素，非我们故意加之，而是系统输入中所不能剔除的部分，通过差动电路来抑制。(3)单端输出时的共模抑制比 把单端输出时的差模电压放大倍数比上共模电压放大倍数，它们的绝对值即共模抑制比，能反映一个电路对共模信号的抑制能力，此值越大越好。你现在浏览的是第七十一页，共104页 可求得本实验电路接射极接电阻和接电流源时的共模抑制比分别为 4.双端输出时的放大倍数和共模抑制比 按照前面介绍的差模输入信号和共模输入信号的接法，在输入端分别接1kHz、有效值约为100mV的差模和共模输入信号，在T1和T2管的集电极之间接一交流电压表，测得双端输出时的差模输出电压和共模输出电压分别为7.26V和0V，如图4-33所示。你现在浏览的是第七十二页，共104页(a)差模输出 (b)共模输出 图4-33 差动放大器的双端输出测量电路你现在浏览的是第七十三页，共104页 可算出双端输出时的差模电压放大倍数、共模电压放大倍数以及共模抑制比分别为 可见，双端输出时的共模