电子线路实验指导书2014.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流电子线路实验指导书2014.精品文档.实验一 低频功率放大器一、 实验目的1. 进一步了解低频功率放大电路的原理,熟悉工程估算方法。2. 了解电源电压VCC与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。3. 掌握输出功率、效率、通频带和非线性失真系数的测量方法。4. 熟悉常用电子元器件,学习面包板的使用,掌握面包板基本布线方法二、 实验原理低频功率放大器具有频率响应好、非线性失真小和适宜集成化等优点,获得了广泛的应用。本实验无输入输出变压器的互补对称推挽电路,要求对称的PNP和NPN型三极管参数尽可能的一致。为了满足末级激励的要求,必须提高末级电
2、压输出的幅度。为此,将电阻的一端接到输出端上,利用自举作用使通过的交流电流减小,从而提高管的等效交流负载电阻。图1-1 低频功率放大器本试验要求完成的技术指标如下:输出功率 输入电压 (峰值)非线性失真系数 三分贝上限频率 三分贝下限频率 电源电压 Vcc=12V三、 实验仪器(1) 双踪示波器(2) 信号发生器(3) 晶体管毫伏表(4) 失真度测量仪(5) 晶体管直流稳压电源(6) 万用表四、 实验内容1 连接线路根据自行设计的电路图或给定的电路图,通过估算确定元件的参数,在面包板上搭接电路。经检查无误后,接通电源进行下列调整和测试。2 调整静态工作点(1) 调节电位器RW1使得点的直流电位
3、约为Vcc/2。(2) 测量各级的静态工作电压。3 测量放大器的性能指标(1) 最大不失真输出功率将负载电阻RL改为16在输入端加入频率为1KHz的信号电压UI,输出端接上示波器监视输出电压波形。逐渐增大UI值当输出电压波形幅度最大而又无明显失真时,通过示波器测量RL上的输出电压,设为(峰值),则放大器最大不失真输出功率为(2) 电压增益输入信号频率仍为1KHz,调节信号电压Ui,使输出功率为300mW,测量这时各级输入,输出电压值,计算各单级和总的电压增益。(3) 总效率在电源端串接电流表,调节Ui,使输出功率PL=300mW时,读出总电流Ic0值,计算电源供给的直流功率PD=VccIc0,
4、则总效率为UiIC0UcmPDPOVcc=12VRL=16RL=24Vcc=9VRL=16RL=24(4) 频率特性用逐点法测量放大器的幅频特性曲线,进行本实验时,必须保证频率为1KHz时放大器的输出功率为300mW。f100Hz200Hz400Hz700Hz1KHz2KHz4KHz6KHz8KHzUcm(5) *非线性失真系数在f=1KHz,PL=300mW时,用非线性失真度测量仪测量输出电压的非线性失真系数。将负载电阻改为24,再分别测量最大不失真输出电压。4 观察各种实验现象(1) 电源电压改变时输出功率和总效率的改变情况保持RL一定(例如16),改变电源电压使其分别为9V、12V,测量
5、放大器的最大不失真输出功率和总效率。(2) 负载改变时输出功率和总效率的改变情况保持保持电源电压一定(例如12V),改变RL使其分别为16、24,测量放大器的最大不失真输出功率和总效率。(3) 闭合开关K2,观察交越失真情况并画出失真波形。五、 预习要求(1) 复习低频功率放大器的工作原理和分析方法。(2) 完成实验电路的工程估算,列出元件清单。(3) 熟悉实验电路原理图,拟好数据记录表格。六、 实验报告要求(1) 记录各项调整、测量结果,并用单对数坐标纸画出幅频特性曲线。(2) 列表比较工程估算和实验结果,并加以讨论。(3) 对实验中出现的现象进行分析。C110uFR10.1R80.1D1I
6、N4148C2100uFR210KR90.1D2IN4148C3100uFR310RL115T19014C4220uFR410KRL224T29015C5100uFR547KRW1100KT38050C61000pFR61KRW22KT48550R7680K1-K3导线实验二 小信号谐振放大器 单调谐回路谐振放大器一、 实验目的1 通过实验进一步熟悉小信号谐振放大器的工作原理。2 熟悉谐振回路的幅频特性分析通频带与选择性。3 熟悉信号源内阻及负载对谐振回路的影响,从而了解扩展频带的方法。4 熟悉和了解放大器的动态范围及其测试方法。二、 实验原理RCebc(a)RSRCRSCtgm(b)RtRC
7、Ctgmce(c)图 2-1 共发射极高频小信号等效电路1 共发射极高频小信号等效电路密勒近似电路图2-1(a)为共发射极放大电路的简化交流通路(图中略去了Rb、RL),图(b)为高频小信号等效电路的密勒近似电路。图中为基区体电阻,为发射极的小信号电阻。 (2-1)gm为互导, (2-2)式中 VT =26mV,所以, (2-3)CT为等效电容, (2-4),fT 为BJT的特征频率,可以从手册中查到。CM为密勒电容,为反偏势垒电容,可以从手册中查到。2 幅频特性图2-1(b)可进一步等效为图2-1(c)的形式,显然是一RC低通电路。可以算得:中频区电压增益 (2-5)高频源电压增益 (2-6
8、) fH 为上限频率, (2-7)由(2-6)可得共发射极放大电路的幅频特性如图2-2所示。0f Hf / Hz图2-2 共发射极放大电路的幅频特性RLC图 2-3 RLC并联谐振电路3 RLC并联谐振电路的基本特点由电路理论可知,RLC并联谐振电路在电流源激励下,其输出电压与电源频率有关。阻抗谐振时阻抗最大,。因而输出电压达到最大值。其谐振频率;电路的品质因数;通频带。4 高频小信号谐振放大器的工作原理单调谐回路谐振放大器电路如图2-4所示。图2-4 单调谐回路谐振放大器若将图2-1(a)中的Rc换成由RLC组成的并联谐振电路,则输出电压将随信号频率而改变,电压增益也将随频率的变化而变化。4
9、1 电压增益设谐振时的电压增益为,则 , ,称为一般失谐。若令 ,称为广义失谐,则 , (2-8)由此可画出放大器的谐振特性曲线如图2-5(a)、(b)所示。AV/AVo0f0f(a)f1f210.707(b)AV/AVo0-110.7071图 2-5 放大器谐振特性曲线42 通频带由图2-5放大器的通频带为BW = f2 - f1 = f0 / Q43 单调谐放大器的选择性放大器的选择性是用矩形系数来表示的,矩形系数的定义为: (2-9)式中,是时所对应的频带宽度,即所以,单调谐放大器的矩形系数远大于1,也就是它的谐振曲线与矩形相差较远,选择性差。44 动态范围定义放大倍数下降1dB的转折点
10、为放大器的动态范围。三、预习要求 1.复习谐振回路的工作原理。 2.了解谐振放大器的电压放大倍数、动态范围、通频带及选择性相互之间关系。3.实验电路中, 若电感量 L=1H,回路总电容C=220pf (分布电容包括在内),计算回路中心频率f。二、实验仪器设备1.双踪示波器2.扫频仪 3.高频信号发生器4.毫伏表5.万用表6.实验板G1四、实验内容及步骤(一)单调谐回路谐振放大器。 1. 实验电路见图2-6(1).按图2-6所示连接电路(注意接线前先测量+12V 图2-6 单调谐回路谐振放大器原理图电源电压,无误后,关断电源再接线)。 (2).接线后仔细检查,确认无误后接通电源。2. 静态测量实
11、验电路中选Re=1K 测量各静态工作点,计算并填表2.1表2.1实 测实测计算根据VCE判断V是否工作在放大区原因VBVEVCICVCE是否 * VB,VE是三极管的基极和发射极对地电压。 3.动态研究 (1). 测放大器的动态范围ViV0(在谐振点) 选R=10K,Re=1K。把高频信号发生器接到电路输入端,电路输出端接高频毫伏表,选择正常放大区的输入电压Vi,调节频率f使其为10.7MHz,调节CT使回路谐振,使输出电压幅度为最大。此时调节Vi由0.02伏变到0.8伏,逐点记录V0电压,并填入 表2.2。Vi的各点测量值可根据(各自)实测情况来确定。表2.2Vi(V)0.020.8V0(V
12、)Re=1kRe=500Re=2K (2).当Re分别为500、2K时,重复上述过程,将结果填入表2.2。在同一坐标纸上画出IC不同时的动态范围曲线,并进行比较和分析。 (3).用扫频仪调回路谐振曲线。 仍选R=10K,Re=1K。将扫频仪射频输出送入电路输入端,电路输出接至扫频仪检波器输入端。观察回路谐振曲线(扫频仪输出衰减档位应根据实际情况来选择适当位置),调回路电容CT,使f0=10.7MHz。 注意:当扫频仪的检波探头为高阻时,电路的输出端必须接入RL,而当扫频仪的检波探头为低阻探头时,则不要接入RL(下同)。 (4).测量放大器的频率特性 当回路电阻R=10K时, 选择正常放大区的输
13、入电压Vi,将高频信号发生器输出端接至电路输入端,调节频率f使其为10.7MHz,调节CT使回路谐振(输出电压幅度为最大),此时的回路谐振频率f0=10.7MHz为中心频率,然后保持输入电压Vi不变,改变频率f由中心频率向两边逐点偏离,测得在不同频率f时对应的输出电压V0,将测得的数据填入表2.3。频率偏离范围可根据(各自)实测情况来确定。表2.3f(MHz)10.7V0R=10KR= 2KR=470 计算f0=10.7MHz时的电压放大倍数及回路的通频带和Q值。 (5).改变谐振回路电阻,即R分别为2K,470时,重复上述测试,并填入表2.3。 比较通频带情况。五、预习要求1 复习谐振回路的
14、工作原理。2 了解谐振放大器的电压放大倍数、动态范围、通频带及选择性相互之间的关系。3 实验电路中,若电感量L=1H,回路总电容C=220pF(分布电容包括在内),计算中心频率f0。六、实验报告要求1 写明实验目的。2 画出实验电路的直流和交流等效电路,计算直流工作点,与实验实测结果比较。3 写明实验所用仪器、设备及名称、型号。4 整理实验数据,并画出幅频特性。(单调谐回路接不同回路电阻时的幅频特性和通频带,整理并分析原因)5 本放大器的动态范围是多少,讨论IC对动态范围的影响。实验三 丙类高频功率放大器一、 实验目的1 通过实验进一步熟悉丙类高频功率放大器的基本工作原理,掌握丙类放大器的计算
15、与设计方法。2 了解电源电压VC与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。3 掌握谐振功率放大器的调谐技术,了解高频功率的测量方法。二、 实验原理高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路,并且一般都工作于丙类状态。高频功率放大器的主要技术指标是输出功率和效率。1集电极效率C设 PD=直流电源供给的直流功率 PO=交流输出信号功率 PC=集电极耗散功率则 PD=PO+PC为了说明晶体管放大器的功率转换能力,定义集电极效率C (3-1)由此可见:(1)设法尽量降低集电极耗散功率PC,这样在给定PD时,晶体管的交流输出功率PO就会增大。(2)如果维持晶体管的集电极耗散功率PC不超过规定值,那么提
16、高集电极效率C,将使交流输出功率PO大为增加。 (3-2)提高效率对输出功率有极大影响,当然这时输入直流功率也要相应提高,才能在PC不变的情况下,增加输出功率。2功率关系本实验由两级谐振功率放大器和输出级组成,见图3-1。 (3-3) (3-4)式中,ICO为丙类工作时,iC脉冲波的傅立叶级数展开式中的平均分量;由于电路处于基波谐振状态,所以,无高次谐波输出,VOm为基波分量输出电压;ICm为基波分量电流;Re为谐振回路阻抗。Re与谐振回路及负载有关。本实验就是在改变负载的情况下,测量功率及C的变化。3电路特点本电路的核心是谐振功率放大器,在此电路基础上,将音频调制信号加入集电极回路中,利用谐
17、振功率放大电路的集电极调制特性,完成集电极调幅实验。当电路的输出负载为天线回路时,就可以完成无线电发射的任务。为了使电路稳定,易于调整,本电路设置了独立的载波振荡源。4高频谐振功率放大器的工作原理图1 高频功放原理图图2 ic与ub的关系t 参见图1。t谐振功率放大器是以选频网络为负载的功率放大器,它是在无线电发送中最为重要、最为难调的单元电路之一。根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类等类型。丙类功率放大器导通角900,集电极效率可达80%,一般用作末级放大,以获得较大的功率和较高的效率。图1中,Vbb为基极偏压,Vcc为集电极直流电源电压。为了得到丙类工作状态,Vbb应为负值,即
18、基极处于反向偏置。ub 为基极激励电压。图2示出了晶体管的转移特性曲线,以便用折线法分析集电极电流与基极激励电压的关系。Vbz是晶体管发射结的起始电压(或称转折电压)。由图可知,只有在ub 的正半周,并且大于Vbb和Vbz绝对值之和时,才有集电极电流流通。即在一个周期内,集电极电流ic只在-+时间内导通。由图可见,集电极电流是尖顶余弦脉冲,对其进行傅里叶级数分解可得到它的直流、基波和其它各次谐波分量的值,即:ic=IC0+ IC1mCOSt + IC2MCOS2t + + ICnMCOSnt + 求解方法在此不再叙述。为了获取较大功率和有较高效率,一般取=700800左右。图3-1 功率放大器
19、(丙类)原理图图中,V1、V2构成了独立的石英晶体振荡电路,为实验提供了稳定的载波信号,大大方便了电路的调整。V3为推动级,为末级功放电路提供足够的激励电压。V4构成丙类谐振放大电路。为了能较好的演示功放电路的负载特性,较为方便的观察脉冲电流,本电路采用了独立的偏置电路,由RP2、R15、R14构成的分压器对-12V进行分压,为功放级提供适当的负偏压,确保工作在丙类状态。RL为负载电阻,在负载电阻和功放电路集电极之间采用变压器电路,以完成负载和集电极之间阻抗变换。在功放输出级电路中设置了三个跳线短路端子J2、J3和J4。J3可完成+12V电源和+69V可调电源之间的转换,以观察集电极调制特性以
20、及完成调幅电路的实验。J2是为了观察负载特性而设置的,当J2断开时,在R16上可直接观察到脉冲电流波形,从而可较为直观的观察到负载特性,便于加深对于谐振功率放大电路的理解。而J2短接时,可得到稍大一些的输出电压。J4是为了在集电极回路中加入低频调制信号而设置的。 5高频功放电路的调谐与调整原则理论分析表明,当谐振功率放大器集电极回路对于信号频率处于谐振状态时(此时集电极负载为纯电阻状态),集电极直流电流IC0为最小,回路电压UL最大,且同时发生。然而,由于晶体管在高频工作状态时,内部电容Cbc的反馈作用明显,上述IC0最小、回路电压UL最大的现象不会同时发生。因此,本实验电路,不单纯采用监视I
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- 电子线路 实验 指导书 2014
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