电工电子技术实验仿真EWB仿真(41页).doc
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1、-电工电子技术实验仿真EWB仿真-第 40 页第8章 模拟电子电路的分析与应用81 二极管的应用二极管的基本特性是单向导电性。利用它的单向导电性,二极管可以有多种用途。如整流、限幅、开关等。8.1.1 普通二极管1. 整流练习题8-1-1 电路如图8-1-1所示。已知,负载电阻,试画出、的波形,并求、 。图8-1-1 题8-1-1的 电路首先,说明二极管型号及参数的选择:用鼠标左键双击二极管,出现属性/模型标签页,如图8-1-2所示,选择National公司或Motorol2公司,然后选择二极管型号IN4150,接下来使用编辑(Edit)按钮查看二极管的参数,二极管的参数很多,但最重要的参数有
2、两个,即正向压降VJ和反向耐压参数BV,因为正向压降会影响输出电压的大小,而耐压不够,则会出现击穿。图8-1-2 二极管型号及参数的选择当二极管型号选定后,连接图8-1-3所示的测量电路,从电流表、电压表直接读数,即可得出、的值。图8-1-3 题8-1-1的测量电路然后用鼠标左键双击示波器,就会观察到半波整流的输出电压波形,如图8-1-4所示。由于,故波形的形状和的相同。注意,用示波器观察波形时,要选择合适的Time base档和V/Div档,否则观察不到真实的波形。若将二极管参数中的BV值改为10V,那么二极管就会反向击穿,波形见图8-1-5。图8-1-4 半波整流的输出电压波形图8-1-5
3、 二极管反向击穿后的波形结论:该半波整流电路中,测得输出电压为4.122V,整流电流平均值为17.17V,与理论值, 近似吻合。练习题8-1-2 电路如图8-1-6所示,测量下列几种情况下的输出电压,并观察输出电压波形。(1)可变电容C = 0 uF ;(2)可变电容C为1%最大值(C=10uF);(3)可变电容C为25%最大值;(4)可变电容C为95%最大值;(5)可变电容 C=1000uF,且负载开路(去掉RL = 100)图8-1-6 题8-1-2的电路图测量电路如图8-1-7所示,图8-1-7 题8-1-2的测量电路测量结果为: 该题使用了可变电容,通过改变可变电容的电容量(按键C或S
4、hift-C),可以观察到桥式整流、桥式整流并带有电容滤波以及负载开路三种不同情况下输出电压大小的变化,同时还可以观察到电容容量的大小对输出电压纹波的影响。下面是题目中五种不同情况下测出的输出电压和用示波器观察到的输出电压波形:(1)桥式整流、无电容滤波时,输出电压为19.41V,波形如图8-1-8所示。图8-1-8(2)桥式整流、用较小的电容(C=10uF)滤波时,输出电压为19.80V,波形如图8-1-9所示。图8-1-9注意,此时的波形不同于第(1)种情况,它是高于水平线的。(3)桥式整流、用稍大一点的电容(C=250uF)滤波时,输出电压为25.86V,波形如图8-1-10所示。图8-
5、1-10(4)桥式整流、用再大一点的电容(C=950uF)滤波时,输出电压为26.32V,波形如图8-1-11所示。图8-1-11(5)桥式整流、电容(C=1000uF)滤波,且负载开路(去掉RL = 100)时,输出电压为33.74V,波形如图8-1-12所示。图8-1-12注意上述示波器的V/Div档已由原来的10V/Div调为20V/Div 。结论:(1)桥式整流、无电容滤波时,测得输出电压为19.41V,与理论值,近似吻合;(2)桥式整流、电容滤波时,随着电容值的增加,输出电压的平均值增大,纹波减小;(3)桥式整流、电容滤波,但负载开路时,输出电压为一条直线,其值为33.74V,与理论
6、值,近似吻合。2. 限幅 练习题8-1-3 电路如图8-1-13所示,求AO两端的电压UAO,并判断二极管是导通,还是截止。图8-1-13 练习题8-1-3的电路测量时将电压表直接接到A、O两端,如图8-1-13所示,测量结果为 UAO = 6.618V 。由此可以判断出二极管处于导通状态。 该电路由于二极管的限幅作用,输出电压UAO被箝制在 6V左右。练习题8-1-4 求图8-1-14所示电路中AO两端的电压UAO,并判断二极管D1、D2是导通,还是截止。图8-1-14 练习题8-1-4的电路 测量时将电压表直接接到A、O两端,如图8-1-14所示,电压表显示 UAO = 5.262V,二极
7、管D2两端为正向电压,故该电路中D2优先导通,所以使UAO被箝制在 6V左右,这样D1两端为反向电压,故截止。 3. 开关二极管正向导通时相当于开关闭合,二极管反向截止时相当于开关断开。练习题8-1-5 电路如图8-1-15所示,已知 E = 5V, ,试画出输出电压的波形。图8-1-15 练习题8-1-5的电路观察波形需要用示波器。为了便于输出波形和输入波形对应观察,本例中示波器接入了两路信号,即A通道接输入信号、B通道接输出信号,观察波形时除了要选择合适的Time base档和V/Div档外,还要调节两个通道的水平位置,即Channel A和 Channel B的Y position,这样
8、两路信号才能上下错开,测量电路及示波器的档位选择如图8-1-15、图8-1-16所示。双击示波器,观察到的波形见图8-1-16。 图8-1-16 练习题8-1-5的测量波形从上述波形可以看出,当输入信号高于约5V电压时,二极管导通,可近似认为短路,故输出电压近似等于E值;当输入信号低于约5V电压时,二极管截止,可近似认为开路,故输出电压等于输入电压。练习题8-1-6 电路如图8-1-17所示,已知 E = 5V, ,试画出输出电压的波形。 图8-1-17 练习题8-1-6的电路测量电路及测量结果见图8-1-17、图8-1-18。图8-1-18 练习题8-1-5的测量波形8.1.2 特殊二极管1
9、. 发光二极管发光二极管外加正向偏置电压时会发光。通过下面的练习,会看到模拟的发光二极管发光。练习题8-1-7 电路如图8-1-19所示,观察发光二极管的发光情况。图8-1-19 练习题8-1-7的电路电路接好后,单击屏幕右上角的电源按钮,让开关K动作,就会观察到发光二极管的发光情况。 2. 稳压管稳压管是利用二极管的反向击穿特性来实现稳压的。在反向击穿区的一定范围内,即使流过管子的电流变化较大,管子两端的电压也会基本保持不变。从下面的例子可以进一步理解稳压电路的工作原理。练习题8-1-8 测量图8-1-20所示电路中的各支路电流,并观察负载电阻变化对各支路电流及输出电压的影响。图8-1-20
10、 练习题8-1-8的电路测试过程中,通过改变负载大小(按键R或Shift-R),可以观察到各支路电流及输出电压的变化情况。测试结果见表8-2-1。表8-1-1 练习题8-1-8的测试结果R(最大值的百分比)负载电流(mA)稳压管电流(mA)电源电流(mA)输出电压(V)95%6.49512.9419.556.1780%7.70911.7319.446.16850%12.317.17319.446.15535%17.502.09319.486.12330%(反向饱和与击穿的临界状态)19.990.01720.125.998 从测量结果可以看出,负载电流小,稳压管电流就大,负载电流大,稳压管电流则
11、小,但无论负载电阻如何变化,电源电流总是等于稳压管电流与负载电流之和,而输出电压则基本保持不变。83 阻容耦合放大电路要求1学会两级阻容耦合放大电路静态工作点的测试方法;2掌握两级阻容耦合放大电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及频率特性的测量方法。练习题8-3-1 测量图8-3-1所示两级放大电路的静态工作点,已知1 = 50,2 = 50,求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、频率特性及上、下限频率fH 、fL ,并观察输入、输出电压波形,比较其相位关系。图8-3-1 练习题8-3-1的两级阻容耦合放大电路1三极管型号、参数及信号源参数的选择:双击三极管,选择三极管的型号为2N2712和2N
12、2714,使用编辑(Edit)按钮修改两个三极管的(Fordward current gain coefficient)参数为50;再双击信号源,设定输入信号的频率为1KHz,幅度为1mV。2静态工作点的测量:测量电路如图8-3-2所示。图8-3-2 静态工作点的测量电路3电压放大倍数的测量:测量电路如图8-3-3所示,这里的电压表要选择交流(AC)档。 图8-3-3 电压放大倍数的测量电路电压表显示,输出电压 Vo = 166.8mV,所以,源电压放大倍数 4输入电阻的测量:在输入端接入电流表(用AC档),测量电路如图8-3-4所示,图8-3-4 输入电阻的测量电路由测量结果可知,输入电阻
13、5输出电阻的测量:在输出端接一切换开关,测出空载电压、负载电压及负载电流,测量电路见图8-3-5。 图8-3-5 输出电阻的测量电路由测量结果可知,输出电阻 6频率特性的测量:将波特图仪接入电路中,如图8-3-6所示。双击波特图仪,在波特图仪的控制面板上,设定垂直轴的终值F为60dB,初值I为0dB,水平轴的终值F为20GHz,初值I为21mHz,且垂直轴和水平轴的坐标全设为对数方式(Log),观察到的幅频特性曲线如图8-3-7及图8-3-8所示。用控制面板上的右移箭头将游标移到中频段,测得电压放大倍数为44.52 dB,然后再用左移、右移箭头移动游标找出电压放大倍数下降3 dB时所对应的两处
14、频率下限频率fL和上限频率fH,这里测得下限频率fL为133.4Hz,上限频率fH为4.827MHz,两者之差即为电路的通频带f B W,这里f B W = fH fL ,约为4.827M Hz。图8-3-6 频率特性的测量电路图8-3-7 上限频率的测量结果图8-3-8 下限频率的测量结果7输入、输出波形的测量:将示波器的A通道接到电路的输入端、B通道接到电路的输出端,测量波形如图8-3-9所示。图8-3-9 输入、输出波形的测量结果结论:1共发射极放大电路和共集电极放大电路组成的两级放大器输出电压输入电压反相位。2总的电压放大倍数 3总的输入电阻 4总的输出电阻 (末极输出电阻)84 负反
15、馈放大器要求掌握负反馈放大电路交流性能的测量方法。练习题8-4-1 电路如图8-4-1所示,观察引入负反馈后对放大电路交流性能的影响。图8-4-1 练习题8-4-1的电路本电路中引入了电压串联负反馈。1观察负反馈对电压放大倍数的影响。测量电路如图8-4-2及图8-4-3所示,当A点接地时,电路处于开环状态,即未引入负反馈,当A、B两点短路时,电路处于闭环状态,即引入了电压串联负反馈。显然,闭环电压放大倍数比开环时降低了很多。测量结果见图8-4-2及图8-4-3。图8-4-2 开环电压放大倍数的测量图8-4-3 闭环电压放大倍数的测量2观察负反馈对电路通频带的影响。将波特图仪接入电路中,如图8-
16、4-4所示,双击波特图仪,当A点接地和AB点短路两种不同的联接方式时,可观察到两个不同宽度的通频带。测量结果见图8-4-5、图8-4-6、图8-4-7及图8-4-8。图8-4-4 频率特性的测量电路图8-4-5 开环时下限频率的测量结果 图8-4-6 开环时上限频率的测量结果图8-4-7 闭环时下限频率的测量结果图8-4-8 闭环时上限频率的测量结果开环时电路的通频带为 闭环时电路的通频带为 可见,引入负反馈能展宽通频带。3观察负反馈对输入电阻、输出电阻的影响。测量电路如图8-4-9所示,图8-4-9 开环时输入电阻、负载电压的测量电路及结果图8-4-10 开环时空载电压的测量电路及结果图8-
17、4-11 闭环时输入电阻、负载电压的测量电路及结果图8-4-12 闭环时空载电压的测量电路及结果由图8-4-9、图8-4-10、图8-4-11及图8-4-12的测量结果可知:开环输入电阻 闭环输入电阻 开环输出电阻 闭环输出电阻 可见,引入串联负反馈能提高输入电阻,引入电压负反馈能降低输出电阻。 练习题8-4-2 电路如图8-2-1所示,当输出电压出现图8-2-13、8-2-14的失真波形时,观察负反馈对失真的改善情况。在图8-2-1电路的基础上,针对图8-2-13电位器RBW增大到100%最大值时观察到的截止失真波形和图8-2-14电位器RBW减小到22%最大值时观察到的饱和失真波形,引入串
18、联电流负反馈(即断开10F的旁路电容), 如图8-4-13所示。双击示波器,观察输出波形,结果见图8-4-14和图8-4-15。图8-4-13 引入串联电流负反馈后的电路图8-4-14 负反馈对截止失真波形的改善情况图8-4-15 负反馈对饱和失真波形的改善情况可见,引入负反馈后,失真波形得到了明显的改善,但这时的电压放大倍数明显降低了,这一点可从示波器B通道的V/Div 档看出。练习题8-4-3 试判断图8-4-16所示放大器的反馈类型。拨动开关Q,可以改变反馈的存在与否。图8-4-16 练习题8-4-3的电路通过比较开环输出电压和闭环输出电压的大小来判断是正反馈还是负反馈;通过比较开环输入
19、电阻和闭环输入电阻的大小来判断是串联反馈还是并联反馈;通过比较开环输出电阻和闭环输出电阻的大小来判断是电压反馈还是电流反馈。测量电路及结果见图8-4-17、图8-4-18、图8-4-19、图8-4-20。 图8-4-17 没有反馈时输入电阻及负载电压、负载电流的测量图8-4-18 没有反馈时空载输出电压的测量图8-4-19 反馈存在时输入电阻及负载电压、负载电流的测量图8-4-20 反馈存在时空载输出电压的测量由图8-4-17及图8-4-19的测量结果可知,引入反馈后输出电压减小,说明引入的是负反馈。由图8-4-17的测量结果可知,开环输入电阻为 由图8-4-19的测量结果可知,闭环输入电阻为
20、 可见,引入负反馈后输入电阻增大,说明引入的是串联负反馈。由图8-4-17及图8-4-18的测量结果可知,开环输出电阻为 由图8-4-19及图8-4-20的测量结果可知,闭环输出电阻为 可见,引入负反馈后输出电阻减小,说明引入的是电压负反馈。总之,该电路引入的是电压串联负反馈。练习题8-4-4 试判断图8-4-21所示放大器的反馈类型。拨动开关Q,可以改变反馈的存在与否。图8-4-21 练习题8-4-4的电路测量电路及结果见图8-4-22、图8-4-23、图8-4-24、图8-4-25。图8-4-22 没有反馈时输入电阻及负载电压、负载电流的测量图8-4-23 没有反馈时空载输出电压的测量图8
21、-4-24 反馈存在时输入电阻及负载电压、负载电流的测量图8-4-25 反馈存在时空载输出电压的测量由图8-4-22及图8-4-24的测量结果可知,引入反馈后输出电压减小,说明引入的是负反馈。由图8-4-22的测量结果可知,开环输入电阻为 由图8-4-24的测量结果可知,闭环输入电阻为 可见,引入负反馈后输入电阻减小,说明引入的是并联负反馈。由图8-4-22及图8-4-23的测量结果可知,开环输出电阻为 由图8-4-24及图8-4-25的测量结果可知,闭环输出电阻为 可见,引入负反馈后输出电阻增大,说明引入的是电流负反馈。总之,该电路引入的是电流并联负反馈。85 差动放大电路要求1学会差动放大
22、电路静态工作点的测量方法;2掌握差动放大电路差动输入、单端输出的差模电压放大倍数的测试方法;3掌握差动放大电路差动输入、单端输出的共模放大倍数及共模抑制比的测试方法。练习题8-5-1 电路如图8-5-1所示,已知三极管型号为2N2712,= 50,测量其静态工作点,并求差模放大倍数、共模放大倍数及共模抑制比。图8-5-1 练习题8-5-1的电路该电路为长尾式差动放大电路。1测量静态工作点:测量静态工作点时需将输入信号短路,如图8-5-2所示。图8-5-2 静态工作点的测量电路测量结果为 2测量差模放大倍数:测量电路如图8-5-3所示,图8-5-3 差模放大倍数的测量电路图8-5-4 差模输入时
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