模拟电子技术基础实验教程
教材内容依照教学规律按照由浅入深、循序暂进的学习和能力培养原则，分层次安排实验内容，后一层次的内容以前一层次为基础，逐步加深。
模拟电子技术基础实验教程 肇庆学院光机电一体化综合性实验教学示范中心实
验教材之五 模拟电子技术基础 实 验 教 程 肇庆学院电子信息与机电工程学
院 编 二00八年九月 前 言这本教材是为肇庆学院光机电一体化综合性实验
教学示范中心编写的。根据实验教学示范中心建设立项对教材建设的要求，结合
教学实践、教学条件以及学生实际情况，编写了这本实用的、符合当前教学改革
需要的《模拟电子技术基础实验指导书》。教材内容保持与本课程的教学大纲一
致，依照教学规律按照由浅入深、循序暂进的学习和能力培养原则，分层次安排
实验内容，后一层次的内容以前一层次为基础，逐步加深。 教材内容按照基础
实验、综合性实验、设计性实验三部分编写，既相互独立，又相互联系，可根据
不同专业教学需要、培养目标进行取舍、组合，构建出不同的实验教学模块。编
写过程力争既切合学生学习的实际情况，又能结合实验基础和实验条件，使实验
内容可以实现保障学生掌握模拟电子电路原理，掌握电子电路性能参数的调试、
测试方法、故障分析排除等基本能力。锻炼、培养学生具有初步的模拟电子电路
的综合分析和设计电路的能力。另外，还为根据不同的实验教学时数，在实验的
数量上、内容的难易程度上保留了充分的选择余地，可以照顾不同实验课时需要，
也可以照顾到不同学习水平的学生因人而异，因材施教地选择实验学习内容。 由
于编者的能力和水平所限，对于编写原则和书中具体内容的欠缺、疏漏和错误之
处，恳请各位同行、专家多加指正。 编者 麻幼学 2008.12.12
目 录 前言目录 第一章 绪论 一、电子技术实验的性质与任
务 ??????????????1 二、电子技术实验的基本程
序 ???????????????2 三、电子技术实验的操作规
程 ???????????????3 四、实验报告的编写与要
求 ????????????????5 第二章 基础实验 实验一 常用电子
元器件的测试 ???????????????7 实验二 晶体管共射极单管
放大器 ??????????????12 实验三 负反馈放大
器 ??????????????????21 实验四 集成运算放大器的基
本应用（ 模拟运算电路 ）????26 实验五 低频功率放大电
路 ?????????????????32 实验六 直流稳压电
源 ???????????????????34 第三章 综合性设计实验 实
验七 音频功率放大电路的设计 ??????????????38 实验八 低
频函数信号发生器的设计 ?????????????45 实验九 低频数字频
率计的设计 ???????????????63 实验十 数控直流稳压电源
的设计??????????????74 第四章 模拟电路设计实验 实验十
一 负反馈放大电路 ?????????????????84 实验十二 比例
求和运算电路????????????????86 实验十三 有源滤波电路
实验????????????????88 实验十四 波形产生电路实
验????????????????90 实验十五 集成放大电
路??????????????????92 实验十六 集成稳压
器 ??????????????????94 附录 A. TDS1002型示波
器 ???????????????????95 B. MF500型指针式万用表的使用方法 ????????????110 C. DZX-1型电子学综合实验装置使用说明 ??????????112 参考文
献 ??????????????????????????115 第一章 绪 论 一、电子技术实验的性质与任务 电子工作者通过实验的方法和手段，分析器件、电路的工作原理，完成器件、电路性能指标的检测，验证和扩展器件、电路的功能及其使用范围，设计并组装各种实用电路和整机。 通过实验手段，使学生获得电子技术方面的基本知识和基本技能，并运用所学理论来分析和解决实际问题，提高实际工作的能力。熟练地掌握电子实验技术，无论是对从事电子技术领域工作的工程技术人员，还是对正在进行本课程学习的学生来说，都是极其重要的。 电子技术实验可以分为以下三个层次：第一个层次是验证性实验，它主要是以电子元器件特性、参数和基本单元电路为主，根据实验目的、实验电路、仪器设备和较详细的实验步骤，来验证电子技术的有关，从而进一步巩固所学基本知识和基本理论。第二个层次是综合性和提高性实验，它主要是根据给定的实验电路，由学生自行选择测试仪器，拟定实验步骤，完成规定的电路性能指标测试任务。第三个层次是设计性实验，学生根据给定的实验题目、内容和要求，自行设计实验电路，选择合适的元器件并组装实验电路，拟定出调整、测试方案，最后使电路达到设计要求，这个层次的实验，可以培养学生综合运用所学知识和解决实际问题的能力。 实验的基本任务是使学生在“基本实践知识、基本实验理论和基本实验技能”三个方面受到较为系统的教学与训练，以逐步培养他们“爱实验、敢实验、会实验”，成为善于把理论与实践相结合的专门人材。 电子技术实验内容极其丰富，涉及的知识面也很广，并且正在不断充实、更新。在整个实验过程中，对于示波器、信号源等常用电子仪器的使用方法；频率、相位、时间、脉冲波形参数和电压、电流的平均值、有效值、峰值以及各种电子电路主要技术指标的测试技术；常用元、器件的规格与型号，手册的查阅和参数的测量；小系统的设计、组装与调试技术；以及实验数据的分析、处理能力。 为确保实验教学质量，应该采取下列基本教学方法和措施： 1．强调以实验操作为主，实验理论教学为辅。围绕和配合各阶段实验的教学内容和要点，进行必要的和基本的实验理论教学。 2．采用"多媒体教学"等多种手段，以提高实验教学效果。 3．按照基本要求，分阶段进行实验。 前阶段进行基本实验，每个基本实验着重解决两至三个基本问题。注意让某些重要的实验内容出现适当的重复，以加深印象和熟练操作。 后阶段着重安排一些中型或大型实验，主要用于培养综合运用实验理论和加强实践技能的训练，特别应注意在指导下提高分析问题和解决问题的能力，例如：对实验中出现的一些现象能做出正确的解释，并在此基础上有能力解决一些实际问题。 4．贯彻因材施教的原则，对不同程度的学生提出不同的要求。在完成规定的基本实验内容后，允许程度较好的学生选做加做某些实验内容。 5．以严格的实验制度，确保实验教学质量。 要求做到实验前有"预习"，实验后有"报告"，阶段有"总结"，期末有"考核"。考核内容包括实验、实验技能和基本实践知识三个方面，以口试、笔试和实际操作相结合的方式在期中或期末进行。 二、电子技术实验的基本程序 电子技术实验的内容广泛，每个实验的目的、步骤也有所不同，但基本过程却是类似的。为了达到每个实验的预期效果，要求参加实验者做到： 1.实验前的预习 为了避免盲目性，使实验过程有条不紊地进行，每个实验前都要做好以下几个方面实验准备： （1）阅读实验教材，
明确实验目的、任务，了解实验内容及测试方法。 （2）复习有关知识并掌握所用仪器的使用方法，认真完成所要求的电路设计、实验底板安装等任务。 （3）根据实验内容拟好实验步骤，选择测试方案。 （4）对实验中应记录的原始数据和待观察的波形，应先列表待用。 2.测试前的准备 上好实验课并严格遵守实验操作规则，是提高实验效果，保证实验质量的重要前提。在线路按要求安装完毕即将通电测试前，应做好以下准备工作： (1)首先检查220V交流电源和实验所需的元器件、仪器仪表等是否齐全并符合要求，检查各种仪器面板上的旋钮，使之处于所需的待用位置。例如直流稳压电源应置于所需的档级，并将其输出电压调整到所要求的数值。切勿在调整电压前随意与实验电路板接通。 (2)对照实验电路图，对实验电路板中的元件和接线进行仔细的寻迹检查，检查各引线有无接错，特别是电源与电解电容的极性有否接反，各元件及接点有无漏焊、假焊，并注意防止碰线短路等问题。经过认真仔细检查，确认安装无差错后，方可按前述的接线原则，将实验电路板与电源和测试仪器接通。 三、电子技术实验的操作规程 和其它许多实践环节一样，电子技术实验也有它的基本操作规程。电子技术工作者经常要对电子设备进行安装、调试和测量，因此，要求同学们一开始就注意培养正确、良好的操作习惯，并逐步积累经验，不断提高实验水平。 1.实验仪器的合理布局 实验时，各仪器仪表和实验对象（如实验板或实验装置等）之间，应按信号流向，并根据连线简捷、调节顺手、观察与读数方便的原则进行合理布局。 图绪-1为实验仪器的一种布局形式。输入信号源置实验板的左侧， 图绪-1 实验仪器的布局 测试用的示波器与电压表置实验板的右侧，实验用的直流电源放中间。 2.电子实验器上的接插、安装与布线 目前，在实验室中常用的各类电子技术实验台，通常有一块或数块多孔插座板。利用这些多孔插座板可以直接接插、安装和连接实验电路而无需焊接。然而，正确和整齐的布线在这里显得极为重要。这不仅是为了检查、测量的方便，更重要的是可以确保线路稳定可靠地工作，因而是顺利进行实验的基础。实践证明，草率的和杂乱无章的接线往往会使线路出现难以排除的故障，以致最后不得不重新接插和安装全部实验电路，浪费了很多时间。为此，在多孔插座板上接插安装时应注意做到以下几点：
(1)首先要弄清楚多孔插座板和实验台的结构（可参见附录），然后根据实验台的结构特点来安排元器件位置和电路的布线。一般应以集成电路或晶体管为中心，并根据输入、输出分离的原则，以适当的间距来安排其它元件。最好先画出实物布置图和布线图，以免发生差错。 (2)接插元器件和导线时要非常细心。接插前，必须先用钳子或镊子把待插元器件和导线的插脚弄平直。接插时，应小心地用力插入，以保证插脚与插座间接触良好。实验结束时，应一一轻轻拔下元器件和导线，切不可用力太猛。注意接插用的元器件插脚和连接导线均不能太粗或太细，一般以线径为0.5mm左右为宜，导线的剥线头长度约10mm。 (3)布线的顺序一般是先布电源线与地线，然后按布线图，从输入到输出依次连接好各元器件和接线。在可能条件下应尽量做到接线短、接点少，但同时又要考虑到测量的方便。 (4)在接通电源之前，要仔细检查所有的连接线。特别应注意检查各电源的连线和公共地线是否接得正确。查线时仍以集成电路或三极管的引脚为出发点，逐一检查与之相连接的元件和连线，在确认正确无误后方可接通电源。 3.正确的接线规则 (1)仪器和实验板间的接线要用颜色加以区别，以便于检查，如电源线（正极）常用红色，公共地线（负极）常用黑色。接线头要拧紧或夹牢，以防接触不良或因脱落而引起短路。 (2)电路的公共接地端和各种仪表的接地端应连接在一起，既作为电路的参考零点（即零电位点），同时又可避免引起干扰，
如图绪-2所示。在某些特殊场合， 图绪-2 仪器与实验电路板的连接 还需将一些仪器的外壳与大地接通，这样可避免外壳带电而确保人身和设备安全，同时又能起到良好的屏蔽作用。如在焊接和测试MOS元件时，电烙铁和测试仪器均要接大地，以防它们漏电而造成MOS元件的击穿。 (3)信号的传输应采用具有金属外套的屏蔽线，而不能用普通导线。并且屏蔽线外壳要选择一点接地，否则又可能引进干扰，而使测量结果和波形异常，如图绪-3所示。 (a)采用普通导线会引入电磁干扰 (b)采用屏蔽线避免了干扰图绪-3 外界电磁干扰与屏蔽 4.注意人身和仪器设备的安全 (1)注意安全操作规程，确保人身安全 为了确保人身安全，在调换仪器时须切断实验台的电源。另外为防止器件损坏，通常要求在切断实验电路板上的电源后才能改接线路。 仪器设备的外壳如能良好接大地，可防止机壳带电，以保证人身安全。在调试时，要逐步养成用右手进行单手操作的习惯，并注意人体与大地之间有良好的绝缘。 (2)爱护仪器设备，确保仪器和实验设备的使用安全 在使用仪器过程中，不必经常开关电源。因为多次开关电源往往会引起冲击，结果反而使仪器的使用寿命缩短。 切忌无目的地随意板弄仪器面板上的开关和旋钮。实验结束后，通常只要关断仪器电源和实验台的电源，而不必将仪器的电源线拔掉。 为了确保仪器设备的安全，在实验室配电柜、实验台及各仪器中通常都安装有电源保险丝。仪器使用的保险丝，常用的有0.5A，1A，2A，3A和5A等几种规格，应注意按规定的容量调换保险丝，切忽随意代用。 要注意仪表允许的安全电压（或电流），切勿超过！当被测量的大小无法估计时，应从仪表的最大量程开始测试，然后逐渐减小量程。 四、实验报告的编写与要求 实验报告是实验结果的总结和反映，也是实验课的继续和提高。通过撰写实验报告，使知识条理化，可以培养学生综合问题的能力。一个实验的价值在很大程度上取决于报告质量的高低，因此对编写好实验报告必须予以充分的重视。编写一份高质量的实验报告必须做好以下几个环节： 1．以实事求是的科学态度认真做好各次实验。 （1）在实验过程中，对读测的各种实验原始数据应按实际情况记录下来，不应擅自修改，更不能弄虚作假。 （2）对测量结果和所记录的实验现象，要会正确分析与判断，不要对测量结果的正确与否一无所知，以致出现因数据错误，而重做实验的情况。 如果发现数据有问题，要认真查找线路并分析原因。数据经初步整理后，再请指导教师审阅，然后才可拆线。 2．实验报告的主要内容包括以下几个方面 （1）实验目的。 （2）实验电路、测试方法和测试设备。 （3）实验的原始数据，波形和现象，以及对它们的处理结果。 （4）结果分析及问题讨论。 （5）收获和体会。 （6）记录所使用仪器的规格及编号（以备以后复核）。 在编写实验报告时，常常要对实验数据进行科学的处理，才能找出其中的规律，并得出有用的结论。常用的数据处理方法是列表和作图。实验所得的数据可分类记录在表格中，这样便于对数据进行分析和比较。实验结果也可绘成曲线，直观地表示出来。在作图时，应合理选择坐标刻度和起点位置（坐标起点不一定要从零开始），并要采用方格纸绘图。当标尺范围很宽时，应采用对数坐标纸。另外，在波形图上通常还应标明幅值、周期等参数。 第二章 基础实验 实验一 常用电子元器件的测试 一、实验目的 1．对电阻器、电位器、电容器、电感器、变压器、晶体二极管、晶体三极管等常用电子元件进行实物识别，并且了解它们的命名方法和主要技术指标。 2．学习用万用表对电阻、电位器、电容、电感器、变压器、二极管、三极管等常用电子元件的测试方法。二、实验原理 1．常用电子元件的参数测试 电阻器电阻器按阻值可不可调分为固定式电阻器、可变式电阻器。电阻器的特性指标主要有额定功率，阻值和容许误差。
额定功率的选用应比其在电路中实际消耗功率大1.5至2倍为宜，以提高设备可靠性，延长使用寿命。由于生产工艺的影响允许电阻实测值和标称值之间有一定的误差范围，选用者在成本允许的情况下应选用误差小的高精度电阻。电阻的标称值及容许误差常用色环表示,各颜色代表的数值如下: 黑 棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白 金 银 无色 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -1 -2 ±1% ±2%
±0.5%±0.25%±0.1% ±5% ±10% ±20% 常见的色环电阻为四色环和五色环电阻，其中最后一个色环代表容许误差，倒数第二个色环代表应乘10的方次数，其它色环代表有效数字，注意;一般色环电阻的最后两个色环间距较大，而且金银色环不会是第一个色环。举例: 标称值为: 17510-2=1.75Ω,容许误差为: 5% 。电阻好坏的判别方法: 看其实测值是否在标称值的容许误差范围内。如上例，当实测值在1.75x(1士5%)Ω范围内时，则该电阻是好的，或者说质量合格。电位器好坏的判别方法: 测其两定片间阻值应为标称值，测动片和定片间阻值，且将电位器从一个极端慢慢旋转到另一个极端，其阻值应在零和标称值之间连续变化，整个过程表针不应有跳动现象。电容器的测量 一般应借助于专门的测试仪器来进行，常用的有万用电桥等，利用它可以方便地测定电容器的容量大小和损耗等参数。此处简单介绍如何利用模拟万用表的电阻档来粗略地检查电解电容器是否失效和漏电。测试前，先将电解电容的两引出线短接一下，使其原先所充的电荷释放。然后将万用表置于1k?档，并将电解电容的正极和负极分别接模拟万用表的黑色测试笔和红色测试笔，如图1-1所示。正常情况下，可以看到表头指针先是产生向右较大的偏转，以后逐渐地向原位（即高阻值）返回，最后停止在原始位置上，这反映了电容器的充电过程。一般来说，表头指针偏转越大，返回速度越缓慢，则说明电容器的容量越大。若表头指针返回到接近零位（高阻值），说明电容器的漏电阻很大。若表头指针停留在某一位置上，此时表针所指示的电阻值，即为该电容器的漏电阻。合格的电解电容器，漏电阻通常在500kΩ以上。若电解电容失效（电解液干涸，容量大幅度下降），则测量时表头指针偏转就很小，甚至不偏转。已被击穿的电容器，漏电阻阻值接近于零。漏电阻太小的电解电容器不能在电路中使用，否则会影响电路的正常工作。对于容量较小的电容器，如云母电容、金属化纸介电容等，也可以用同样的方法进行检查，但由于它们容量较小，指针偏转也很小，返回速度又很快，实际上用万用表已很难对它们的性能指标进行测量，最好是使用专门的测试仪器。若用万用表进行测试，则仅能检查它们是否通（因击穿而短路）、断（因失效而开路），这时万用电表的电阻档，应选用10k?档进行测量。 图1-1 用万用表测量电容电路图 电感器与变压器 电感器主要参数是电感且，对于常见的电源变压器，主要参数是输入输出电压以及功率。 电感器与变压器好坏的判别方法: 好的电感器与变压器的线田电阻应该铰小，变压器两个线田绕组之间以及线田绕组与铁(磁)芯之间应该是绝缘的。晶体二极管 晶体二极管的最大特点是单向导电特性：正向偏置时（阳极接电源正端，阴极接负端），二极管正向导电，管子中流过较大的电流，此时，二极管的等效直流电阻很小；反向偏置时（阳极接电源负端，阴极接正端），二极管截止，二极管中仅仅流过反向漏电流，所以，其等效直流电阻很大。用模拟万用表判别二极管时，应将模拟万用表量程置于电阻档。若将黑色测试笔一端（它与内电池正极相连）接二极管的阳极，红色测试笔一端接二极管的阴极，如图1-2所示，则二极管处于正向偏置状态，二极管正向导电，因而有较大的电流流过表头，万用表指示低电阻值。反之，如果黑色测试笔接二极管阴极，红色测试笔接二极管阳极，则二极管处于反向偏置状态，流过电流很小，万用表指示高电阻值。
因此，根据两种不同方式下测得的电阻值大小就可以判别二极管的极性。用数字万用表判别二极管时，应该将万用表的量程档位放置在二极管符号档 SHAPE \* MERGEFORMAT 。此时红色测试笔（它与内电池正极相连）接二极管的阳极，黑色测试笔接二极管的阴极，则二极管处于正向偏置状态，万用表指示的是二极管导通电压。反之，如果红色测试笔接二极管阴极，黑色测试笔接二极管阳极，则二极管处于反向偏置状态，万用表指示开路。 图1-2 用万用表判别二极管极性 晶体三极管 晶体三极管从结构上可以看成是由两个背靠背的PN结组成。对NPN型管来说，基极是两个等效二极管的公共“阳极”；对PNP型管来说，基极则是它们的公共“阴极”，如图1-3所示。因此，判别出三极管的基极是公共“阳极”还是公共“阴极”，即能判别出三极管是NPN型还是PNP型。 (a) NPN型三极管 (b) 三极管PNP型 图1-3 晶体三极管的等效结构用模拟万用表电阻档可以判别三极管的发射极与集电极，以PNP型晶体管为例，其测试电路如图1-4所示。若用红色测试笔接c极，黑色测试笔接e极，这时万用表指示的电阻值就反映了穿透电流ICEO的大小（电阻值小，表示ICEO大）。如果c、b极之间再跨接一只Rb=100kΩ的电阻，此时由于有IB流过，因此万用表指示的电阻值就反映了集电极电流IC=βIB+ICEO的大小。通常β>>1，所以IC明显增加，万用表指示的电阻值将比跨接Rb前显著减小（指示的电阻值减小越多，表示β值越大）。反之，如果将红色测试笔接e极，黑色测试笔接c极（相当于将三极管c－e极之间的电源反接），则跨接Rb后三极管处于倒置（集电极c和发射极e互换使用）状态，此时，电流放大系数βR很小（一般βR<<1）。因此，万用表指示的电阻值变化不大。据此原理，即可判别c、e极。 (a)跨接Rb前 （b）跨接Rb后 图1-4 用万用表判别c、e电极 对常用电子元、器件的测量，可以做如下内容：（1）任意选取两个电阻，用万用表测出两个电阻的阻值，并与其色环所指标的电阻值进行比较。（2）查看电解电容器上的规格和极性标记，并用万用表测出任意两个电容器的漏电阻值。（3）用万用表电阻档的不同档位测量二极管的正、反向电阻阻值，分析二极管正、反向电阻阻值差异的原因。（4）用万用表判别NPN型和PNP型管类型和管脚c、e，画出底视图。 三、实验设备与器件 电阻两只，电位器一只·电容三只，电感一只，变压器一只·二极管两只，三极管两只，500型万用表一台。四、实验内容 1.测试并记录以下数据，判定好坏: 2.据以上数据判断各元件的好坏并陈述其理由,判定三极管的管脚。 五、实验报告 1．记录被测电路的实验数据，整理相关实验结果。 2．分析实验误差及原因。 3．问题讨论（1）为什么用模拟万用表的不同电阻档测量同一只二极管的正向电阻时，会有不同的测量结果？（2）为什么用模拟万用表的同一个电阻档测量不同材料制成的二极管时，会有不同的测量结果？（3）如何用万用表判别NPN型或PNP型三极管的基极、集电极和发射极？六、预习要求预习本实验内容。 实验二 晶体管共射极单管放大器一、实验目的 1.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RB1和RB2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE，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ui后，在放大器的输出端便可得到一个与ui相位相反，幅值被放大了的输出信号u0，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RB1和RB2 的电流远大于晶体管T
的基极电流IB时（一般5～10倍），则它的静态工作点可用下式估算 UCE＝UCC－IC（RC＋RE） 电压放大倍数 输入电阻 Ri＝RB1 // RB2 // rbe 输出电阻 RO≈RC 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ui＝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IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用算出IC（也可根据，由UC确定IC），同时也能算出UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。 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 放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流IC（或UCE）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uO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uO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ui，检查输出电压uO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uO波形失真的影响 改变电路参数UCC、RC、RB（RB1、RB2）都会引起静态工作点的变化，如图2-3所示。但 图2-3 电路参数对静态工作点的影响 通常多采用调节偏置电阻RB2的方法来改变静态工作点，如减小RB2，则可使静态工作点提高等。 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AV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ui，在输出电压uO不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和uo的有效值Ui和UO，则 2) 输入电阻Ri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US和Ui，则根据输入
电阻的定义可得 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 UR时必须分别测出US和Ui，然后按UR＝US－Ui求出UR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Ri为同一数量级为好，本实验可取R＝1～2KΩ。 3) 输出电阻R0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 RL的输出电压UO和接入负载后的输
出电压UL，根据 即可求出 在测试中应注意，必须保持RL接入前后
输入信号的大小不变。 4) 最大不失真输出电压UOPP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RW（改变静态工作点），用示波器观察uO，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UO（有效值），则动态范围等于。或用示波器直接读出UOPP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AU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，Aum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倍，即0.707Aum所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH，则通频带few＝fH－fL 3CG 9012(PNP) 图2-6 幅频特性曲线 图2-7 三极管管脚排列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AU。为此，可采用前述测AU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。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。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RW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RW，使IC＝2.0mA（即UE＝2.0V）， 用直流电压表测量UB、UE、UC及用万用电表测量RB2值。记入表2－1。表2－1 记录静态工作点（IC＝2mA） 测 量 值 计 算 值 UB（V） UE（V） UC（V） RB2（KΩ） UBE（V） UCE（V） IC（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uS，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压Ui10mV，同时用示波器观察放大器输出电压uO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UO值，并用双踪示波器观察uO和ui的相位关系，记入表2－2。 3.观察静态工作点对电压放大倍数的影响 置RC＝2.4KΩ，RL＝∞，Ui适量，调节RW，用示波器监视输出电压波形，在uO不失真的条件下，测量数组IC和UO值，记入表2－3。测量IC时，要先将信号源输出旋钮旋至零（即使Ui＝0）。表2－2 测量电压放大倍数 （Ic＝2.0mA Ui
＝ mV） RC（KΩ） RL(KΩ) Uo(V) AV 观察记录一组uO和u1波形 2.4 ∞ 1.2 ∞ 2.4 2.4 表2－3 静态工作点对电压放大倍数的影响 （RC＝2.4KΩ RL＝∞ Ui＝ mV） IC(mA) 2.0 UO(V) AV 4.观察静态工作点对输出波形失真的影响 置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ， ui＝0，调节RW使IC＝2.0mA，测出UCE值，再逐步加大输入信号，使输出电压u0 足够大但不失真。 然后保持输入信
号不变，分别增大和减小RW，使波形出现失真，绘出u0的波形，并测出失真情况下的IC和UCE值，记入表2－4中。每次测IC和UCE 值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。表2－4 静态工作点对输出波形失真的影响 （RC＝2.4KΩ RL
＝∞ Ui＝ mV） IC(mA) UCE(V) u0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RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，同时调节输入信号的幅度和电位器RW，用示波器和交流毫伏表测量UOPP及UO值，记入表2－5。表2－5 最大不失真输出电压 （RC＝2.4K RL＝2.4K） IC(mA) Uim(mV) Uom(V) UOPP(V) *6.测量输入电阻和输出电阻 置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，IC＝2.0mA。输入f＝1KHz的正弦信号，在输出电压uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出US，Ui和UL记入表2-6。 保持US不变，断开RL，测量输出电压Uo，记入表2-6。表2-6 测量输入电阻和输出电阻 （Ic＝2mA Rc＝2.4KΩ RL＝2.4KΩ） US(mv) Ui(mv) Ri（KΩ） UL（V） UO（V） R0（KΩ） 测量值 计算值 测量值 计算值 *7.测量幅频特性曲线 取IC＝2.0mA，RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ。 保持输入信号ui的幅度不变，改变信号源频率f，逐点测出相应的输出电压UO，记入表2－7。 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。表2－7 测量幅频特性曲线 （Ui＝ mV） fl fo fn f（KHz） UO（V） AV＝UO/Ui 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RC，RL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，RB1＝20KΩ，RB2＝60KΩ，RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ。估算放大器的静态工作点，电压放大倍数AV，输入电阻Ri和输出电阻RO 3.能否用直流电压表直接测量晶体管的UBE？ 为什么实验中要采用测UB、UE，再间接算出UBE的方法？ 4.怎样测量RB2阻值？ 5.当调节偏置电阻RB2，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UCE怎样变化？ 6.改变静态工作点对放大器的输入电阻Ri有否影响？改变外接电阻RL对输出电阻RO有否影响？ 7.在测试AV，Ri和RO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？ 实验三 负反馈放大器一、实验目的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3-1为带有负反馈的两级阻容耦合放大电路，在电路中通过Rf把输出电压uo引回到输入端，加在晶体管T1的发射极上，在发射极电阻RF1上形成反馈电压uf。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 其中 AV＝UO／Ui — 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＋AVFV — 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。 图3-1 带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器反馈系数 3) 输入电阻 Rif＝(1＋AVFV )Ri Ri — 基本放大器的输入电阻 4) 输出电阻 RO — 基本放大器的输出电阻 AVO — 基本
放大器RL＝∞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uO＝0，此时 Rf相当于并联在RF1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（T1 管的射极）开路，此时（Rf＋RF1）相当于并接在输出端。可近似认为Rf并接在输出端。 根据上述规律，就可得到所要求的如图3-2所示的
基本放大器。 图3-2 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3-1连接实验电路，取UCC＝＋12V，Ui＝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3-1。 表3－1 测量静态工作点 UB（V） UE（V） UC
（V） IC（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3-2改接，即把Rf断开后分别并在RF1和RL上，其它连线不动。 1) 测量中频电压放大倍数AV，输入电阻Ri和输出电阻RO。 ① 以f＝1KHZ，US
约5mV正弦信号输入放大器， 用示波器监视输出波形uO，在uO不失真的情况下，用交流毫伏表测量US、Ui、UL，记入表3－2。 ②保持US不变，断开负载电阻RL（注意，Rf不要断开），测量空载时的输出电压UO，记入表3－2。表
3-2 基本放大器的各项性能指标 基本放大器 US(mv) Ui(mv) UL(V) UO(V) AV Ri(KΩ) RO(KΩ) 负反馈放大器 US(mv) Ui(mv) UL(V) UO(V) AVf Rif(KΩ)
ROf(KΩ) 2) 测量通频带 接上RL，保持1)中的US不变，然后增加和减小输入信号的频率，找出上、下限频率fh和fl，记入表3－3。 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3-1的负反馈放大电路。 适当加大
US（约10mV），在输出波形不失真的条件下，测量负反馈放大器的AVf、Rif和ROf， 记入表3－2；测量fhf和fLf，记入表3－3。表3－3 测量通频带 基本放大器 fL(KHz) fH(KHz) △f(KHz) 负反馈放大器 fLf(KHz) fHf(KHz) △ff(KHz) *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3.1估算放大器的静态工作点（取β1＝β2＝100）。 3.怎样把负反馈放大器改接成基本放大器？为什么要把Rf并接在输入和输出端？ 4.估算基本放大器的AV，Ri和RO；估算负反馈放大器的AVf、Rif和ROf，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AVf＝？ 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？ 实验四 集成运算放大器的基本应用 ─ 模拟运算电路 ─ 一、实验目的 1.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 Aud=∞ 输入阻抗 ri=∞ 输出阻抗 ro=0 带宽 few=∞ 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UO与输入电压之间满足关系式 UO＝Aud（U+－U－） 由于Aud=∞，而UO为有限值，因此，U+－U－≈0。即U+≈U－，称为“虚短”。 （2）由于ri=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即IIB＝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4-1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电阻R2＝R1 // RF。 2) 反相加法电路 电路如图4-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为 R3＝R1 // R2 // RF 图4-1 反相比例运算电路 图4-2 反相加法运算电路 3) 同相比例运算电路 图4-3(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 R2＝R1 // RF 当R1→∞时，UO＝Ui，即得到如图4-3(b)所示的电压跟随器。图中R2＝RF，用以减小漂移和起保护作用。一般RF取10KΩ， RF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4-3 同相比例运算电路
4) 差动放大电路（减法器） 对于图4-4所示的减法运算电路，当R1＝R2，R3＝RF时， 有如下关系式 5) 积分运算电路反相积分电路如图4-5所示。在理想化条件下，输出电压uO等于 式中 uC(o)是t＝0时刻电容C两端的电压值，即初始值。 如果ui(t)是幅值为E的阶跃电压，并设uc(o)＝0，则 即输出电压 uO(t)随时间增长而线性下降。显然RC的数值越大，达到给定的UO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。 图4-4 减法运算电路 图4-5 积分运算电路 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K1闭合，即通过电阻R2的负反馈作用帮助实现调零。但在完成调零后，应将K1打开，以免因R2的接入造成积分误差。K2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uC(o)＝0，另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号ui后， 只要K2一打开， 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4-1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，Ui＝0.5V的正弦交流信号，测量相应的UO，并用示波器观察uO和ui的相位关系，记入表4-1。表4-1 反相比例运算电路测量 （Ui＝0.5V，f＝100Hz） Ui（V） U0（V） ui波形 uO波形 AV 实测值 计算值 2.同相比例运算电路 1) 按图4-3(a)连接实验电路。实验步骤同内容1，将结果记入表4－2。 2) 将图4-3(a)中的R1断开，得图4-3(b)电路重复内容1)。表4－2 同相比例运算电路测量 （Ui＝0.5V f＝100Hz） Ui（V） UO(V) ui波形 uO波形 AV 实测值 计算值 3. 反相加法运算电路 按图4.2连接实验电路。调
零和消振。 2) 输入信号采用直流信号，图4-6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Ui1、Ui2及输出电压UO，记入表4－3。 图4-6 简易可调直流信号源 表4-3反相加法运算电路测量 Ui1(V) Ui2(V) UO(V)
4.减法运算电路 1) 按图4-4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4－4。 表4－4减法运算电路测量 Ui1(V) Ui2(V) UO(V) 5.积分运算电路 实验电路如图4-5所示。 1) 打开K2，闭合K1，对运放输出进行调零。 2) 调零完成后，再打开K1，闭合K2，使uC(o)＝0。 3) 预先调好直流输入电压Ui＝0.5V，接入实验电路，再打开K2，然后用直流电压表测量输出电压UO，每隔5秒读一次UO，记入表4-5，直到UO不继续明显增大为止。 表4－5积分运算电路测量 t(s) 0 5 10 15 20 25 30 ?? U0(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Ui1 和Ui2 均采用直流信号，并选定Ui2＝－1V，当考虑到运算放大器的最大输出幅度(±12V)时，｜Ui1｜的大小不应超过多少伏？ 3.在积分电路中，如R1＝100KΩ， C＝4.7μF，求时间常数。 假设Ui＝0.5V，问要使输出电压UO达到5V，需多长时间（设uC(o)＝0）？ 4.为了不损坏集成块，实验中应注意什么问题？ 实验五 低频功率放大电路一、实验目的 1.加深理解功率放大电路的工作原理。 2.掌握功率放大电路的调试及主要性能指标的测试方法。二、实验原理 1.OTL功率放大电路原理图5-1是一个OTL低频功率放大电路。其中T1管组成推动级（即前置放大级），T2（NPN）和T3（PNP）为对管，组成互补推挽OTL功率放大电路。T1管工作在甲类放大状态，集电极电流IC1可通过电位器Rw2来调整。IC1在Rw2和二极管D上的压降提供了T2和T3管的偏置电压，调节Rw2可以使T2和T3管得到合适的静态电流，从而T2和T3管工作在甲乙类状态，以避免输出出现交越失真。静态时要求输出端A点的电位UA=0.5VCC，可以通过调节电位器Rw1来实现。又由于Rw1的一端连接在A点，形成交、直流电压并联负反馈，从而稳定了放大电路的静态工作点，又改善了输出的非线性失真。 图5-1 OTL低频功率放大电路当正弦信号ui输入时，在信号ui的负半周经T1管放大后加到T2和T3管的基极，使T3管截止，T2管导通，有电流通过负载RL，同时向电容Co充电，形成输出电压uo的正半周波形；在信号ui的正半周经T1管放大后，使T2管截止，T3管导通，则已充电的电容Co起着电源的作用，通过T3管和RL放电，形成输出电压uo的负半周波形。因此，对于每个周期的输入信号，T2和T3管交替工作，负载RL上输出完整的正弦波。电路中，电阻R和电容C2构成自举电路，用于提高输出电压正半周的幅度，以得到较大的动态范围。当ui=0时，UA=VCC/2，U B=VCC-IRR，电容C2两端电压UC2=UB-UA= VCC/2-IRR。当RC2的乘积足够大时，可以认为C2两端电压基本上为常数，不随ui而改变。这样，当ui为负半周时，经T1反相，T2管导通，uA由VCC/2向更高的电压变化，由于B点电位uB= UC2+uA，随着A点电位升高，因此B点电位也自动升高。因此，即使输出电压uo幅度升得很高，也有足够的电流流过T2基极，使T2充分导电。这种工作方式称为“自举”。若R短路、C2断开，当ui为负半周时，T2导电，由于R3的压降和UBE2的存在，当A点电位向VCC接近时，T2管的基流将受限制，故当最大输出电位向VCC接近时，T2管
的基流将受限制，使最大输出电压幅度远小于VCC/2。 2.功放电路性能指标的测量方法（1）测量最大不失真输出功率Po(max) 输入端接1kHz的正弦信号ui，输出端用示波器观察输出电压uo的波形。逐渐增大ui，使输出电压uo达到最大不失真输出，用毫伏表测出负载RL上的电压有效值Uo，则。（2）测量效率η 当输出电压达到最大不失真输出时，读出直流毫安表的电流值IE，则IE为直流电源提供的平均电流，由此可得PE=VCCIE，从而可求得该功放电路在最大不失真输出时的效率。（3）测量输入灵敏度 输入灵敏度是指电路达到最大不失真输出时输入信号ui的值。只要测出输出功率Po=Po(max)时的输入电压值ui，即可得到输入灵敏度。在测量以上各指标时应注意：（1）在整个测试过程中，功放电路都不应有自激现象。（2）在调整电位器Rw2时，要注意旋转方向，不要调得过大，更不能开路。否则将损坏功放管。（3）功放管静态电流调好后，如无特殊情况，不要随意调整Rw2的位置。三、实验设备与器件 1.直流稳压电源 2.直流电压表 3.函数信号发生器 4.直流毫安表 5.双踪示波器 6.交流毫伏表 7.频率计 8.晶体三极管 9.晶体二极管 10.8?喇叭1只 11.电阻器、电容器若干四、实验内容 1.调试并测量OTL功率放大电路的静态工作点。调节Rw2使T2和T3管的静态电流IC2=IC3=5~10mA（由于IC1较小，直流毫安表的电流值IE近似认为等于IC2=IC3）。测量各级静态工作点记入表5－1。表5－1 测量功率放大电路静态工作点 （IC2=IC3= mA UA=） T1 T2 T3 UB(v) UC(v) UE(v) 2.测量OTL功率放大电路的最大不失真输出功率Po(max)、效率η及输入灵敏度。
3.测量OTL功率放大电路的上限频率fH和下限频率fL。以f0(1KHZ)为中心频率，安一定的频率间隔分别向高、低两个方向变化，测量Uo(V)填入表5－2，确定上限频率fH和下限频率fL。 4.观察S断开、S合上两种情况下电路输出电压波形的区别。 表5－2 测量OTL功率放大电路的上限频率fH和下限频率fL （Ui= mV） f0(1KHZ) Uo(V)= Au= 五、实验总结 1.列表整理实验数据，并与理论估算值相比较，分析产生差异的原因。 2.分析实验中遇到的现象，并简述实验体会。 3.问题讨论：（1）在图5-1电路中，当S断开时，T2、T3管工作在哪一类放大状态？（2）在图5-1电路中，当S闭合，且无输入信号时，T2、T3管的管耗是多少？ 六、预习要求 1.复习教材中有关功率放大电路结构和原理的内容。 2.估算实验电路在理想情况下的最大输出功率Po(max)、管耗PT、直流电源供给的功率PE和效率η。 3.拟定实验步骤和所需的数据表格。 实验六 直流稳压电源
一、实验目的 1.了解线性稳压电源的工作原理； 2.学习直流稳压电源主要技术指标的测试方法。二、实验原理 电路图如图6-1。其中220v交流电经变压器Tr降压后，得到12V左右的交流电压U2，U2再经整流电路后便可得到脉动的直流电压U3。当整流电路为桥式嬉流电路时，U3≈0.9U2，输出电压的脉动较大。整流电路后己为滤波电容。滤波电路的作用是将整流输出中的交流分及转换成直流分量，使输出变得比较平滑，脉动大大减少，直流电压U4有所增加。在桥 图6-1 直流稳压电源式整流电容滤波电路中，U4≈1.2U2。上述分析是在交流电网电压不变和负载不变的前提下进行的。实际上交流电网电压是不稳定的，因此变压整流滤波后输出的直流电压也会随之变化;同时，由于变压整流滤波电路具有内阻，当负载变化时，亦会引起输出直流电压的变动，这在对电源要求较高的电子装置中是不允许的。为了在交流电压波动和负载变化的情况下仍能维持一个稳压的直流电压U５输出，就需要在整流滤波电路后面加一级稳压电路。W7805为集成三端式稳压器，能将输入电压变换成十分稳定5V电压输出。我们也可用一个限流电阻和一个稳压二极臂构成稳压管稳压电路代替三端式稳压器，如稳压二
极管的稳压值为5V，同样可得到比较稳定的V输出。但其稳定性能要比集成三端式稳压器差。C4也是滤波电容，能便输出电压更加平滑，RL为负载电阻。三、实验设备与器件 1.500型万用表１台 2.DZX-1电子学综合实验装置１台
3.TDS1002型数字存储示波器１台 4.二极管2cw53(5V稳压管) 5.桥堆:(50V1A)
6.集成块7805 7.电阻 200Ω,300Ω 8.电容470u，0.1uX2，220? 9.短线路，，导线。四、实验内容 1.调交流低压电源到9V。用万用表测输出瑞U2。记录到下表上括号内，关电源开关。 2.按步骤2组装电路，连接交流低压电源，检查无误，开电源开关，用万用表50v直流电压档测U3有，记录到下表。(准备好示波器)用示波器测U3p-p，记录到下表。并将U3p-p波形记录到下表。关电源开关。拆电路。 3.按步骤3组装电路，其余操作同上。 步骤2 步骤3 4.按步骤4组装电路，连接交流低压电源，检查无误，开电源开关，用万用表50V直流电压档分别测U3有、U4有记录到下表。用示波器分别测U3p-p、U4p-p记录到下表。并将U3p-p、U4p-p波形记录到下表。关电源开关。拆电路。 步骤4 5.按步骤5组装电路，其余操作向上。 步骤5 表6－1 电压测量 （U2=9V 实测为: ) U3有 U3p-p U3p-p波形 U4有 U4p-p U4p-p波形 步骤2 步骤3 步骤4 步骤5 五、实验总结 1.记录、整理实验数据。 2.步骤4的实验结果中总结直流稳压电源各部分电路的性能。 3.用实验结果说明脉动系披S的变化情况。脉动系数定义: s=输出电压基波的最大值Uo1m/输出电压的平均值U0(AV) 六、预习要求复习教材中有关稳压电源的内容。 第三章设计性综合实验 实验七 音频功率放大电路的设计 一、 设计任务 设计一个音频功率放大电路。 二、 设计要求 1.负载电阻 RL = 8 Ω； 2.额定输出功率 Po = 10 W ； 3.带宽 few ≥ 50 Hz ~ 15kHz ；
4.失真度 r ≤ 1% ； 5.音调控制 低音（100 Hz）±12dB，高音（10 kHz）±12dB；
6.输入阻抗 Rib ≥ 500 kΩ； 7.整机效率 η≥ 50 % 三、方案讨论 音频功率放大电路，也即音响系统放大器，用于对音频信号的处理和放大。随着集成电路技术的快速发展，音响系统中的放大电路也已经有以集成电路取代分立元件电路的趋势。当今的功率集成电路，从输出功率几瓦到几百瓦已经形成了系列产品。各种音响专用集成电路，其性能价格比明显优于分立元件。由于集成电路工作可靠、外围电路简单、安装、调试工作量减少等优点，受到专业人员的青睐。因此，在本实验的总体方案设计中应尽量采用集成电路来实现。 作为音响系统中的放大设备，它接受的信号源有多种形式，通常有话筒输出、唱机输出、录音输出和调谐器输出。它们的输出信号差异很大，调谐器的输出电压可达数百毫伏，而有些话筒输出仅为1~2mV。对于唱片输出，由于录制工艺要求和减少录制噪声的影响，所以美国唱片工业协会（RIAA）规定了统一的录制频率特性，故在设计唱片放大器时，为使各频段信号回复到原来的面貌，要对放大器的频率特性作相应处理，即所谓“均衡”，这样的放大器称作均衡放大器。 为了满足听众对频响的要求和弥补扬声器系统的频率响应不足，设置了音调控制放大器，希望其调节特性能达到国际通用标准。为了充分地推动扬声器，通常音响系统中的功率放大器能输出数十瓦以上功率，而高级音响系统的功放最大输出功率可达几百瓦以上。对功率放大器的要求是输出足够大功率、效率高、非线性失真少、输出与负载相匹配等。集成功率放大器通常有OTL和OCL两种电路结构形式。OTL功放的优点是只需单电源供电，缺点是输出要通过大电容与负载耦合，因此低频响应较差；OCL功放的优点是输出与负载可直接耦合，频响特性较好，但需要用双电源供电。 根据教学内容及其设计要求，本实验将不包括话筒放大器和均衡放大器等内容，而只涉及音调控制放大与功率放大，如图7-1所示。 图7-1音频功率放大电路
框图 四、单元电路分析 1.音调控制放大器 音调控制放大器的作用是实现对低音和高音的提升和衰减，以弥补扬声器等因素造成的频率响应不足。技术指标通常为：低音（100 Hz）±12dB，高音（10 kHz）±12dB。由此可画出音调控制放大器的控制特性如图7-2所示。目前的高级音响设备大多已采用“多频段频率均衡”电路来达到更好地校正频响效果。 图7-2音调控制放大器的控制特性常用的音调控制电路有衰减式音调控制电路和反馈式音调控制电路两类，由于后者失真较小，所以应用较广。本系统采用反馈式音调控制电路，如图7-3所示。 图7-3反馈式音调控制放大电路反馈式音调控制放大电路是由一个音调控制网络和运算放大器A所组成的负反馈放大器，其中RW1和RW2是分别调节低音和高音的两个电位器，调节这两个电位器可以调整该电路的负反馈系数，从而改变放大器的幅频特性，以达到音调控制的效果。 为了叙述方便，若选取R1 = R2 = R3 = R，RW1 = RW2 = 9R，RW2 >> R4 ，C1 = C2 ，C3 = C4 且C1 >>C3 。则可获得如图7-4所示的全频段高低音提升和衰减曲线。当低 图7-4全频段高低音提升和衰减曲线 音调节电位器RW1滑向A点时，实现低音提升，当RW1滑向B点时，实现低音衰减。其中 低音最大提升量： 低音最大衰减量： 当高音调节电位器RW2滑向C点时，实现高音提升。当RW2滑向D点时，实现高音衰减。其中 高音最大提升量： 高音最大衰减量： 在fL1~ fL2和fH1~ fH2之间，曲线是按±6dB/oct斜率变化，假设给出低频段处和高频段处的提升量，且，，则有： 有关上述公式的推导，请参阅相关参考资料。 2.功率放大电路 对于功率放大电路，除了输出功率应满足技术指标外，还要求电路的效率高、非线性失真小，以及输入端与音调控制放大器相匹配，输出端与音箱负载相匹配，否则将会影响放音效果。与负载匹配主要指三个方面，即阻抗匹配、功率匹配和阻尼系数匹配。功放电路的选用和设计也是很有讲究的，例如应尽量采用无瞬态互调失真的晶体管放大电路或集成电路；最好采用全对称型的互补电路并且有良好的开环技术指标；补偿电路不宜采用过大的滞后电容；大环路的反馈量不应太大；以及一些必要的保护电路。当前的集成功放电路已经几乎把这些要求都考虑在内了。 目前各大公司的音响系统集成功率放大电路芯片，都已形成了自己的系列产品，输出功率从零点几瓦到100瓦以上。频带宽度一般在40 Hz ~ 15 kHz ，谐波失真小于1% ~ 0.3%，内部具有完善的保护电路，开环增益为50 dB ~ 90 dB。这些产品的外围电路大多已定型，只有少量元件参数通过电路调试确定，这样可大大简化电路设计。 根据本实验的任务和要求，完全可采用集成芯片来实现功率的放大。例如常用的功率放大器集成芯片TDA2030，其主要技术参数如下： 电源电压 ±6 V ~ ±18 V 负载阻抗 4Ω，8Ω 输出功率 18 W，9 W 频带宽度 40 Hz ~ 15 kHz 谐波失真 12 W时0.2 %，8 W时0.1 % 开环增益 90 dB 因为本设计任务要求负载阻抗为8Ω，输出额定功率为10 W。通常为保证工作可靠，可选用集成芯片的额定输出功率比实际要求功率大一些，例如一倍左右。因此，上述的TDA2030是比较合适的。 常用功率放大的电路形式有OTL和OCL两种，为提高效率，一般工作于接近乙类。由于OTL电路可用单电源供电，因此为了供电方便，采用单电源供电的OTL电路，其电路如图7-5所示。由图可知，电路采用了同相输入方式。由于TDA2030芯片的开环增益一般为90dB，因此，在深度负反馈的工作条件下，其中频增益近似为。 图中D1、D2的作用是防止输出端的瞬时过电压损坏集成芯片，一般采用开关二极管。此外，由于扬声器的音圈是线圈，具有一定的电感量，因此采用C5，R7组成 图7-5单电源OTL功率放大电路一补偿网络，其作用是把扬声器的电感性负载补偿成接近纯电阻性。此网络在小功率放大电路中也可不用
或只用一个电容近似补偿，但在大功率电路中必须采用，以防止扬声器音圈的反电势击穿输出管，并有抑制高频自激作用。一般取R7 ≈ RL ，C5可取为0.01μF ~ 0.1μF。五、参考资料 图7-6 TDA2030结构与原理框图 TDA2030功率集成电路具有转换速率高、失真小、输出功率大、外围电路简单等特点，采用5脚塑料封装结构，如图7-6（a）所示。其中1脚为同相输入端；2脚为反相输入端；3脚为负电源；4脚为输出端；5脚为正电源。它的内部电路包含由恒流源差动放大电路构成的输入级、中间电压放大级，复合互补对称式OCL电路构成的输出级；启动和偏置电路以及短路、过热保护电路等。其结构框图如图7-6（b）所示。 TDA2030的电源电压为±6V ~ ±18V，静态电流为45mA（典型值）；1脚的输入阻抗为5 MΩ（典型值），当电压增益为30dB，RL=4Ω,Po=12W时，频带宽为10Hz～14kHz。当电源为±14V、负载电阻为4Ω时，输出功率达18W。 六、制作与调试 1.制作电路底板； 2.根据上述电路图及设计计算的参数选购元、器件，焊接、安装电路； 3.测量、调试各个单元电路； 4.整体电路统调； 5.撰写实验报告。 参考文献：何小艇主编，电子系统设计（第三版），浙江大学出版社，2004.8 实验八 低频函数信号发生器的设计一、设计任务设计一个低频函数信号发生器。
二、 设计要求 1.同时输出三种波形：方波、三角波、正弦波 2.频率范围：10 Hz ~10 kHz； 3.频率稳定度：； 4.频率控制方式：（a）通过改变RC时间常数控制频率（手控方式）； （b）通过改变控制电压U1实现压控频率（即VCF），常用于自控方式。即（U1=1~10V），为确保良好的控制特性，可分三段控制： ① 10 Hz ~100 Hz ② 100 Hz ~1 kHz ③ 1 kHz ~10 kHz 5.波形精度： ①方波 上升时间和下降时间均应小于2【如图8-1 (a)】； ②三角波 线性度：【如图8-1 (b)】； ③正弦波 谐波失真度：/U1<2%（U1为基波有效值，Ui为各次谐波有效值）。 6.输出方式： （a）作电压源输出时，要求： ① 输出电压幅度连续可调，最大输出电压（峰峰值）不小于20V； ② 当RL=100Ω~1KΩ时，输出电压相对变化率 (即要求)。 （b）作电流源输出时，要求： ① 输出电流连续可调，最大输出电流（峰峰值）不小于200 am； ② 当RL=0~90Ω时，输出电流相对变化率(即要求)。 （c）作功率输出时，要求最大输出功率（RL=50Ω时）。 7.具有输出过载保护功能 当因RL过小而使IO > 400 mA (峰-峰值)时，输出三极管自动限流，以免损坏电路元器件。 8.采用数字频率显示方式。 图8-1 方波、三角波的技术指标 三、方案讨论 根据实验任务的要求，对信号产生部分，一般可采用多种实现方案：如模拟电路实现方案、数字电路实现方案、模数结合的实现方案等。 数字电路的实现方案，一般可事先在存储器里存储好函数信号波形，再用D/A转换器进行逐点恢复。这种方案的波形精度主要取决于函数信号波形的存储点数、D/A转换器的转换速度、以及整个电路的时序处理等。其信号频率的高低，是通过改变D/A转换器输入数字量的速率来实现的。这种方案在信号频率较低时，具有较好的波形质量。随着信号频率的提高，需要提高数字量输入的速率，或减少波形点数。波形点数的减少，将直接影响函数信号波形的质量，而数字量输入速率的提高也是有限的。因此，该方案比较适合低频信号，而较难产生高频（如>1MHz）信号。 模数结合的实现方案，一般是用模拟电路产生函数信号波形，而用数字方式改变信号的频率和幅度。如采用D/A转换器与压控电路改变信号的频率，用数控放大器或数控衰减器改变信号的幅度等，是一种常见的电路方式。 模拟电路的实现方案，是指全部采用模拟电路的方式，以实现信号产生电路的所有功能。由于教学安排及课程进度的限制，本实验的信号产生电路，推荐采用全模拟电路的实现方案。 对于信号产生电路的模拟电路实现方案，也有
几种电路方式可供选择。如用正弦波发生器产生正弦波信号，然后用过零比较器产生方波，再经过积分电路产生三角波，电路框图如图8-2所示。这种电路结构简单，并具有良好的正弦波和方波信号。但要通过积分器电路产生同步的三角波信号，存在较大的难度。原因是积分电路的积分时间常数通常是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度将同时改变。若要保持三角波输出幅度不变，则必须同时改变积分时间常数的大小，要实现这种同时改变电路参数的要求，实际上是非常困难的。 另一种电路方式是，由三角波、方波发生器产生三角波和方波信号，然后通过函数转换电路，将三角波信号转换成正弦波信号，电路框图如图8-3所示。这种电路在一定的频率范围内，具有良好的三角波和方波信号。而正弦波信号的波形质量，与函数转换电路的形式有关，这将在后面的单元电路分析中详细介绍。该电路方式是本实验信号产生部分的推荐方案。 根据实验任务中对输出电压、输出电流及输出功率的要求，原则上在输出级只需采用不同的负反馈方式便可。即要求电压输出时，采用电压负反馈；要求电流输出时，采用电流负反馈。这也将在单元电路分析中进行详细介绍。 由所选方案及组成电路的形式，可以初步分析该实验在实现上述技术指标时的关键和困难之处。由于三角波的线性度、正弦波信号的谐波失真度都需要专用测试设备进行检测，在学生实验室一般不具备这样的条件。因此，在实验的设计、制作及测试过程中，应该重视对它们的分析和理解，以便了解影响这些技术指标参数的电路形式、组成电路的元器件、改善和提高这些技术指标的方法和措施。对于方波信号的上升时间和下降时间，则可用实验室中的示波器进行检测，该项技术指标也是本实验的一项重要和关键的参数。因此，在设计三角波、方波发生器和输出放大电路时，要特别注意与该指标有关参数的选取。 图8-2模拟电路实现方案1 图8-3模拟电路实现方案2 四、单元电路分析 1.三角波、方波发生器（1）比较器＋RC电路 由运算放大器A、R0、R1、R2、DZ1和DZ1组成的滞回比较器与RC电路组成的三角波、方波发生器电路如图8-4所示。其输出电压Uo和电容器C上的电压Uc如图8-5所示。 图8-4比较器＋RC电路 图8-5比较器＋RC电路波形 由波形图可以看出，在比较器没有翻转之前，Uo为一常数（如）。Uo通过R对C充电，Uc由逐渐上升，随着Uc的增大，R两端的电压将逐渐下降，故充电电流ic也将不断减小，使Uc上升速度减慢，从而使Uc形成了典型的RC电路的充放电波形（按指数规律变化）。这样的Uc由于线性度非常差，显然不能当作三角波使用。改进Uc线性度的有效方法，是在充放电过程中保持ic的恒定，即对电容C恒流充放电。使恒定的办法有多种，其实质都是利用BJT或FET的恒流特性，再引入电流负反馈而形成的恒流源电路。 图8-6 (a)、(b)、(c)是三种恒流源电路，只要把其中的某个电路取代图8-4中的R，便可获得较为理想的三角波波形。各个恒流源电路的恒流原理请读者自行分析，这里不再讨论。 图8-6三种恒流源电路 （2）比较器＋积分器 由积分器A1与滞回比较器A2等组成的三角波、方波发生器电路如图8-7所示。在一般使用情况下，U(1和U?2都接地。只有在方波的占空比不为50%，或三角波的正负幅度不对称时，可通过改变U(1和U?2的大小和方向加以调整。 图8-7三角波、方波发生器 图8-7所示的三角波、方波发生器电路，在U(1和U?2都接地时的波形如图8-8所示。 对称调节点U(1和零位调节点U?2电压调整原理如下： ① 对称调节点U(1 图8-8三角波、方波发生器波形 稳态时，Uoi波形可表示成：当时，；而当时，，故有 当时，；而当时，，故有 所以，当时，，波形的占空比为50%。 当V(1 >0时，T1 >T2 ；V(1<0时，T1 <T2 ，波形的占空比不为50%，波形出现不对称。
所以，由于失调等原因引起波形不对称时，可通过改变U(1的大小进行调整。 ② 零位调节点V?2 运算放大器A2同相输入端的电压，是由Uo1和Uo2叠加而成，即有： 当=U?2时，A2翻转。故A2翻转时Uo1的电压为： 当U?2 = 0时，三角波上下幅度对称，上幅度为，下幅度为，三角波的峰峰值为。 当U?2 ≠ 0时，若U?2 > 0，则三角波上移；若U?2 < 0，则三角波下移。其上幅度为，下幅度为，而三角波的峰—峰值仍然为不变。 由上可知当的比值调好后，三角波的峰峰值已经确定，调节U?2的大小可使三角波上下平移。因此，当由于失调等原因引起三角波零位偏移（上下不对称）时，可通过改变V?2的大小进行调整。 2.正弦函数转换电路 函数转换是指把某种函数关系转换成另一种函数关系，能完成这种转换功能的电子电路就称函数转换电路。如常用的函数转换电路，半波、全波整流电路，就是把正弦波形转换成半波和全波波形的函数转换电路。本实验需要讨论的是，把三角电压波形转换成正弦电压波形的正弦函数转换电路。 从转换原理分析，有多种方法能完成这一转换功能，常用的有滤波法、运算法和折线法等。滤波法的转换原理是，把峰值为Um的三角波用傅里叶级数展开： 由上式可以看出，若三角波的频率变化范围不大，则可用低通滤波器滤去高次谐波，保留基波成份，正弦波与三角波之间具有固定的幅度关系。但若三角波的频率变化范围较大（如本实验的频率变化范围是1000倍）， 要设计一个对截止频率具有跟踪功能的低通滤波器就相当困难、不易实现。因此，滤波法只适用于频率变化范围很小，最好是固定频率的应用场合。 运算法的转换原理是，把展开成幂级数形式： 由上述关系容易看出，取幂级数的前几项（根据转换精度的要求），可以通过对线性（三角波）变化量的运算来近似表示成，但要求三角波的幅度。运算转换法由于运算复杂，用电子电路较难实现。 折线法是一种使用最为普遍、实现也较简单的正弦函数转换方法。折线法的转换原理是，根据输入三角波的电压幅度，不断改变函数转换电路的传输比率，也就是用多段折线组成的电压传输特性，实现三角函数到正弦函数的逼近，或者是把三角电压波形通过正弦函数转换电路的逐段校正，输出近似的正弦电压波形。由于电子器件（如半导体二极管等）特性的非理想性，使各段折线的交界处产生了钝化效果。因此，用折线法实现的正弦函数转换电路，实际效果往往要优于理论分析结果。 用折线法实现正弦函数的转换，可采用无源和有源转换电路形式。无源正弦函数转换电路，是指仅使用二极管和电阻等组成的转换电路。根据输入三角波电压的幅度，不断增加（或减少）二极管通路以改变转换网络的衰减比，输出近似的正弦电压波形。 有源正弦函数转换电路，转换电路除二极管、电阻网络外，还包括放大环节。也是根据输入三角波电压的幅度，不断增加（或减少）网络通路以改变转换电路的放大倍数，输出近似的正弦电压波形。因此，无论是无源还是有源转换电路，其转换原理都是类同的。在此，仅以两种形式的有源正弦函数转换电路为例，进行较为详细的介绍和分析。 有源正弦函数转换电路的转换原理如图8-9所示。图8-9中，在T/2时间内均匀地设置了六个断点，以作为七段逼近或校正，每段按时间均匀分布为T/14。 若设正弦波在过零点处的斜率与三角波斜率相同，即 则有 图8-9正弦函数转换原理 由此，可推断出各断点上应校正到的电平值：UO1 、UO2 和UO3 （设Uim =5V，所以，，，），如图中所示。 （1）正弦函数转换电路方案1 电路如图8-10所示，它的基本结构是比例放大器。只是按照图8-9的要求，使运放A在不同的时间区段（或输出电平区段）内，具有不同的比例系数。对不同区段内比例系数的切换，是通过二极管网络来实现的。如输出信号的正半周内由D1 ~ D3 控制切换；负半周内由D4 ~ D6 控制切换。电阻Rb1 ~ Rb3 与
Ra1 ~ Ra3 分别组成分压器，控制着各二极管的动作电平。 例如： ①在0 ~ T/14区段内，要求D1 ~ D6 均不导通，此时，UO 与Ui 的比例关系应为： ，由UO1 = 1.38 V，Uim = 5 V 可得： 图8-10正弦函数转换电路方案1 若取R i =10 kΩ，则R F = 9.7 kΩ（可选10 kΩ）。 ②在T/14 ~ T/ 7 区段，要求D1 导通，D2 ~ D6 均截止。此时，UO 与Vi 的比例关系应为： ，由VO2 – VO1 = 2.49 –
1.38 = 1.11 V和Vim = 5 V 可得：，由此可计算出R a1 =35.5 kΩ（可选35 kΩ）。 同时，为控制D 1 的动作电平，要求1点上的电平满足下列关系： 或 设计时，为避免Rb1 对放大器比例关系的影响，要求Rb1 >>Ra1 ，所以，上式又可简化为：，取则有（选670 kΩ）。 对于其它区段内各电阻参数的计算，可以按照类同的方法进行计算和选取，这里不再赘述。 （2）正弦函数转换电路方案2 图8-11正弦函数转换电路方案2 正弦函数转换电路方案2 的原理电路如图8-11所示。D1 ~ D6 组成二极管网络，实现逐段校正，运放A组成跟随器，作为函数转换器与输出负载之间的隔离（或称为缓冲级）。 按图8-9的要求，在输入信号的正半周内，应由D1 ~ D3 实现逐段校正。考虑到硅二极管的开启电压为0.5V，所以U1 ~U3应按下列直流电压值设置各二极管的动作电平： 于是 ①在0 ~ T/14段内，D1 ~ D6 均不导通，所以 ②在T/14 ~ T/7段内，仅D1 导通，故有 代入图8-9中的具体数据后，得：若选，则。 ③在T/7 ~ 3T/14 段内，D1 、D2 均导通，所以有代入数具体数据后，得： 上式代入已知数据后得到，取。 ④在3T/14 ~ 4T/14 段内，D1 ~ D3 均导通，输出电压被二极管D3嵌位，所以VO = V3 + 0.5 V = 3.1V（对这一段的校正与图8-9不同）。 图8-11中的V1 ~ V3 ，是通过由跟随器组成的电压源，再经分压后得到的。因此，为使电压源内阻不影响各个转折电压，分压器的阻值应选得远小于R5 和R6 。显然，-V1 ~ -V3也是通过另一个负电压源提供的。 分析和实验结果表明，当输入三角波在T/2内设置六个断点，以进行七段校正后，可得到正弦波的非线性失真度大致在1.8 % 以内，若将断点数增加到12个时，正弦波的非线性失真度可在0.8 % 以内（实测值为0.42 %）。 利用正弦函数转换电路，可以将三角函数转换成正弦函数。这里介绍了两种有源正弦函数转换网络。这两种转换网络的基本设计思想都是将三角波进行逐段校正，使之输出逼近正弦波。 3.输出级电路 根据不同负载的要求，输出级电路可能有三种不同的方式。（1）电压源输出方式 电压源输出方式下，负载电阻RL 通常较大，即负载对输出电流往往不提出什么要求，仅要求有一定的输出电压。同时，当负载变动时，还要求输出电压的变化要小，即要求输出级电路的输出电阻Ro足够小。 例如，当RL =100Ω ~ 1kΩ时，若要求，即意味着要求： 为此，必须引入电压负反馈。运算放大器的输出电阻通常为1kΩ以下，当引入电压负反馈后，如希望Ro =1Ω，则要求： 设运放的，则F应大于0.1，这是容易满足的。如图8-12（a）电路的闭环增益，故要求。 图8-12（a）电路的最大输出电压受到运放供电电压值的限制，如运放的VCC 和VEE 分别为±15V时，则Vopp =±(12 ~14)V。若要求有更大的输出电压幅度，必须采用电压扩展电路，如图8-12（b）所示。 图8-12电压源输出方式 图8-12（b）所示电路中，VB1 = 15V+VO ，VB2 = UO–15V，所以VB1–VB2 = 30V。可见对运放而言，其供电电压（VCC–VEE）仍接近30V，只是二者随VO而浮动。如考虑到R2、R3上的电压至少为4V，则VOPP 可达：±（45–15–4）= 26V。当VO = +26V时，VB1 = 15+26 = 41V，VB2 = 26–15 = 11V；而当VO =–26V时，VB1 = 11V，VB2 = –41V。（2）电流源输出方式 在电流源输出方式下，负载希望得到一定的信号电流，而往往并不提出对输出信号电压的要求。同时，当负载变动
时，还要求输出电流基本恒定，即要求有足够大的输出电阻Ro 。 例如，当RL = 0 ~ 90 Ω时，若要求，即意味着要求： 为此，需引入电流负反馈。若运放的输出电阻Ro = 1 kΩ，则要求： 设运放Aod =104，即当VoP =10 V时，要求VId = 1 mV。若Ro = 1 kΩ，则输出短路电流I o s =10V/1 kΩ=10 mA。由此可以估计出 EMBED Equation.3 ，所以要求 具体计算参见图8-13。 图8-13电流源输出方式 图8.13所示电路中，运放的最大输出电流通常在10 ~ 20 mA，如负载要求有更大的输出电流，则必须进行扩流，如图8-14（a）、（b）所示。 图8-14电流源输出的扩流电路 图8-14（a）为一次扩流电路，T1 和T2 组成互补对称输出。运放的输出电流IA中的大部分将作为T1 、T2 的基极电流，所以IO = βIA 。 值得注意的是，三极管β值应在额定电流下测得，它通常要小于小电流条件下的β值。并且，当运放输出电流IA增大时，运放的最大输出电压幅度也随着减小（不再能达到±（12 ~ 14）V）。 图8-14（b）为二次扩流电路，用于要求负载电流IO较大的场合。复合管T1、T2和T3、T4 组成准互补对称输出电路。 图8-14（a）、（b）中，输出三极管发射极上的电阻R用来稳定三极管的工作电流，但它们与输出负载RL相串联，应尽可能减小其上的压降。通常取R= (0.05 ~ 0.1) RL 。 图8-14（b）中，R1 和R3 的数值应远大于T3、T4级的输入电阻Ri3 和Ri4 ，以尽可能减少信号分流。大功率管T3、T4的rbe 较小，通常为几十欧。所以常取R1 = R3 =几百欧。 R2为平衡电阻，它用来提高复合管T2、T4 的输入电阻，以期和复合管T1、T3的输入电阻对称，所以取R2 = R1 // Ri3 (约几十欧)。在调试时，通常还可以进行调整，以使最大输出电流在正、负向对称。（3）功率输出方式 在功率输出方式下，负载要求得到一定的信号功率。由于三极管放大电路电源电压较低，为得到一定的信号功率，通常需配接阻值较小的负载。电路通常接成电压负反馈形式。如用运放作为前置放大级，还必须进行扩流。当RL较大时，为满足所要求的输出功率，有时还必须进行输出电压扩展。 图8-15为功率放大电路。静态时，运放输出为零，–20V电源通过下列回路：运放输出端→R1 →DZ →b1 →e1 →–20V向T1 提供一定的偏置电流，R6 、C3 和R7、C4 组成去耦滤波电路。 图8-15功率放大电路 图8-15电路中的各个电路参数，大家可按具体要求进行计算。这里着重说明功率三极管T4、T5 和互补对称级晶体管T2、T3 的选用问题。 （a）功率管T4、T5的选用 功率管的选用主要考虑三个极限参数：即VBR(CEO)、ICM和PCM 。 ① T4、T5在电路中可能承受的反向电压最大值：VCEmax = VCC+Vom≈2VCC= 40V（截止时）； ② 流过T4、T5的最大集电极电流为：ICmax ≈ VCC / (RL+R5)（接近饱和时）； ③ T4、T5可能承受的最大功耗，按教材中对乙类功率放大器的分析，应为： 实际上，静态时，T4、T5中通常还有几十mA的静态工作电流ICQ将产生管耗(ICQ· VCC)，选管时应予考虑。 可见，要求所选用的管子
VBR(CEO) >2VCC，ICM>VCC/(RL+R5) 和，且两只三极管的β值应尽量对称（特别是在最大电流ICmax 时）。 （b）互补对称三极管T2、T3 的选用 ① T2、T3的耐压仍应按VBR(CEO)>2VCC选择； ② 考虑到T2、T3管集电极电流在R2 、R3上的分流作用，它们的最大值可近似估计为：； ③ T2、T3的最大功耗通常也按下列公式估计：。 T1为小功率管，但其耐压也应按2VCC选用，R3 为其集电极负载，最好用一恒流源取代。C5 为消振电容，其电容值通常为100pF左右。调节电位器RW可改变输出晶体管T2~T5 的静态工作电流，以克服交越失真。T1管的静态工作电流通常设置在5mA左右，以适应 T2级拉电流负载（VC1升高时，T2、T4工作）和T3级灌电流负载（VC1降低时，T3、T5工作）的需要，由此便
可确定R5的大小：（取）。 （4）输出级的限流保护 由于功率放大器的输出电阻很小，因而容易因过载而烧坏功率管，这里介绍两种限流保护电路，如图8-16（a）和（b）所示。 图8-16功放电路输出级的限流保护电路 图8-16（a）是一种简单的二极管限流保护电路，当发生过流（I o过大）时，R3 、R4 上的压降增大到足以使D3 、R4 导通，从而使流向T1 、T2 基极的电流信号I1 、I2 分流，以限制I o 的增大，I o 的正向最大值和负向最大值可用下式表示： 显然，这要求VD3 、VD4 大于0.7V。例如，可以用若干只二极管串联。图8-16（a）中，采用了二只红色发光二极管，每只二极管的正向电压约1.6V，既满足了 、大于0.7V的要求，又可以作过载指示。 图8-16（b）是另一种限流保护电路，T3 、T4 是限流管`。当I o 过大，R5 、R6 上的压降超过0.6V时，T3 、T4 导通而防止了T1 、T2 基极信号电流的进一步增大。I o 的最大值为，R3 、R4 用来保护限流管T3 、T4 。 五、制作与调试 1.制作电路底板； 2.根据上述电路图及设计计算的参数选购元、器件，焊接、安装电路； 3.测量、调试各个单元电路； 4.整体电路统调； 5.撰写实验报告。 实验九 低频数字频率计的设计一、设计任务 设计一个简易的低频数字频率计。 二、 设计要求 1.测频范围：10.0 Hz ～ 9.99 KHz； 2.输入波形：函数信号发生器输出的方波，幅度为5V； 3.频率测量误差小于等于1%； 4.频率测量响应时间不大于15秒； 5.具有超量程指示功能。 为了保证信号频率的测量精度，要求把频率测量范围分成三个频段，其最大显示数分别为：99.9 Hz、999. Hz和9.99 kHz。测量结果用三位半导体数码管显示，要求显示数码稳定清晰。为此，需要控制频率显示的小数点位置，及频率显示单位Hz或kHz，具体要求如表9－1所示。当信号频率超过规定频段的上限频率时，希望具有超量程指示。表9－1 频率计的显示要求 频率范围 小数点位置 单 位 响应时间 10 Hz ≤ ? ＜100 Hz ××. × Hz ≤12秒 100 Hz ≤ ? ＜1 kHz ×××. Hz ≤2秒 1 kHz ≤ ? ＜10 kHz ×.×× kHz ≤2秒 三、方案讨论 1.频率测量原理与方法 对周期信号的频率测量方法，常用的下述几种方法。 （1）测频法（M法） 对频率为的周期信号，测频法的实现方法，用一标准闸门信号（闸门信号为TG）对被测信号的重复周期数进行计数，当计数结果为N1时，其信号频率为：，式中TG为标准闸门宽度（s），N1是由计数器计出的脉冲个数（重复周期数），如图9-1所示。 图9-1测频法测量原理设在TG期间，计数器的精确计数值应为N，根据计数器的计数特性可知，N1的绝对误差是或，N1的相对误差为 由N1的相对误差可知，N（或N1）的数值愈大，相对误差愈小，成反比关系。因此，在?已确定的条件下，为减小N1的相对误差，可通过增大TG的方法来降低测量误差。但是，增大TG会使频率测量的响应时间变长。 当TG为某确定值时，通常取TG = 1 s，则有，而，故有的相对误差： 从上式可知，的相对误差与成反比关系，即信号频率越高，误差越小；而信号频率越低，则测量误差越大。因此，M法适合于对高频信号的测量，频率越高，测量精度也越高。（2）测周法（T法） 首先把被测信号通过二分频，获得一个高电平时间或低电平时间都是一个信号周期T的方波信号；然后用一个已知周期TOSC的高频方波信号作为计数脉冲，在一个信号周期T的时间内对信号进行计数，如图9-2所示。 图9-2测周法测量原理 若在T时间内的计数值为N2，则有 N2的绝对误差为（或）。 N2的相对误差为 T2的相对误差为 从T2的相对误差可以看出，周期测量的误差与信号频率成正比，而与高频标准计数信号的频率成反比。当为常数时，被测信号频率越低，误差越小，测量精度也就越高。 （3）T/M法 T/M法测量是采用两个计数器，分别对被测信号和高频标准计数信号进行计
数，T/M法的测量原理如图9-3所示。 图9-3 T/M法测量原理 在确定的检测时间内，若对被测信号的计数值为N1，而对高频信号的计数值为N2。但对信号的计数，必须直到信号在第一个计数器停止计数后的一个完整的信号周期。 由此可得，N1个信号周期的时间为，故每个信号周期的时间为 ，则有 T3的相对误差为 由T3的相对误差可知，T/M法测量的误差与信号频率成正比，与高频标准信号的频率成反比，但随的增大，N1也增大（在一定的检测时间内）。由上式还可以看出，T3的相对误差实际上是由M法误差与T法误差两部分组成。 （4）F/V及V/D（或A/D）方法 这种频率测量方法是先通过F/V变换，把频率信号转换成电压信号；然后再通过V/D（A/D）把电压信号转换成数字信号。一般数字万用表由于本身存在芯片，故多采用这种方法进行测量。 2、频率测量方案选择 根据性能与技术指标的要求，首先需要确定能满足这些指标的频率测量方法。由上述频率测量原理与方法的讨论已知，测周法适合于对低频信号的测量，而测频法则适合于对较高频率信号的测量。但由于用测周法所获得的信号周期数据，还需要求倒数运算才能得到信号频率，而二进制数据的求倒数运算用中小规模数字集成电路又较难实现，因此，测周法不适合本实验要求。测频法的测量误差与信号频率成反比，信号频率越低，测量误差越大，信号频率越高，其误差越小。但用测频法所获得的测量数据，在闸门时间为1秒时，不需要进行任何换算，计数器所计数据就是信号频率。另外，在信号频率较低时，如10 Hz ~ 100 Hz我们可以通过增大闸门时间来提高测量精度。因此，本实验推荐的频率测量方法是测频法。 由测频法构成的数字频率计的原理框图如图9-4和图9-5所示。图9-4是静态 图9-4数字频率计的原理框图(静态显示) 显示方式，在译码电路与显示器（半导体数码管）之间需要较多的连线，功耗也较大，但显示效果较好；图9-5为动态显示方式，连接显示器的线数较少，尤其是在数码管较多时，更能显示其优越性。该方式由于任何时候都只有一只数码管点亮，故功耗较小，但需合理设计扫描电路，不然显示将产生闪烁感。当闸门信号为高电平时，被测信号经过与门作为计数器的时钟脉冲，计数器开始计数，当闸门信号为低电平时，与门被封锁，计数器停止计数。如果闸门宽度为1秒，则闸门时间内计数器的计数值即为被测信号的频率；如果闸门宽度为10秒，则闸门 图9-5数字频率计的原理框图(动态显示) 时间内计数器的计数值为被测信号频率的10倍，相当于频率计的量程向下端扩大了10倍（÷10档）；如果闸门宽度为0.1秒，则闸门时间内的计数值为被测信号频率的1/10，相当于频率计的量程向上端扩大了10倍（×10档）。因此，在计数器位数已确定的条件下，根据测量精度的要求，可通过调整闸门宽度来改变频率计的量程。 为了保证测频准确，在每次闸门信号开通前必须让计数器处在零状态，保证计数器每次都从零开始计数。因此，在闸门信号变为高电平前，必须给计数器提供一个清零脉冲信号。 如果计数器的输出直接连接译码显示电路，则在闸门信号高电平期间，频率计的显示随着计数值的增加不断变化，不断闪烁，人眼难以分辨。为了防止这种现象，在计数器和显示、译码之间增加一级锁存电路。当计数器停止计数后（闸门信号由高变低后），才将计数值锁存并送给译码显示电路。同时，为了防止显示闪烁，锁存信号的周期必须大于人的视觉滞留时间（约0.1秒左右）。 图9-6给出了一个典型的由频率为8Hz的时钟源产生的闸门信号、清零信号和 图9-6测频法的控制脉冲 锁存信号。其中闸门高电平时间为1秒，清零信号和锁存信号有效时间各为一个时钟周期，锁存脉冲周期为11/8秒。 测频法有一个缺点：在同样的闸门信号下，被测信号的频率和测量误差成反比。例如，闸门时间为1秒，则其测频的绝对误差为±1Hz，
当被测信号频率为2Hz时，其测频相对误差最大可达±1/2 = ±50%；当被测信号频率为200Hz时，其测频相对误差最大可达±1/200=±0.5%。为了改变测频法对低频信号测量误差大的缺点，可采取两种办法：一是增大闸门宽度。如把闸门宽度增为10秒时，则其测频绝对误差为±0.1Hz，对2Hz的被测信号，其测频相对误差为±0.1/2=±5%，与1秒闸门宽度相比其相对误差减少了10倍。若要求对2Hz的被测信号的频率测量误差控制在±0.1%以内，则闸门时间必须长达500秒。此时，频率计的响应时间会长得难以忍受。提高低频信号测频精度的有效方法是测周法。 针对测频法方案，需要设计的主要是控制电路，由其产生闸门、清零和锁存等信号。在后面的单元电路讨论中，我们重点讨论控制电路的设计问题。 四、单元电路分析 1.手动控制电路 图9-7是一个手动控制的测频控制电路。其测频过程为： 图9-7手动测频控制信号产生电路 （1）按下按钮产生停止脉冲。此时一方面产生清零脉冲，对计数器和控制触发器清零，另一方面封锁时钟信号CP； （2）按下启动按钮产生启动脉冲。此时，时钟信号经过与门G1，在时钟的第一个下降沿，闸门信号变高，FX经过与门G3进入计数器，计数器开始计数；在时钟的第2个下降沿，闸门信号又变低，与门G3被封锁，计数器停止计数，闸门开通时间为一个时钟周期TCP。同时由1变0，将门G1封锁，完成一次测频过程。控制电路的时序关系如图9-8所示。Q2可以作为锁存信号。这种控制电路的特点为电路比较简单，并且锁存信号周期可以人为控制，不必随着时钟周期而调整。缺点是不能连续自动测频。 图9-8 手动测频电路的控制信号
2.自动控制电路 闸门信号、清零脉冲信号和锁存脉冲信号由一个11位二进制闸门计数器的输出再经译码后产生，如图9-9所示。如用频率为1000Hz的基准脉冲信号作为闸门计数器的时钟，则闸门计数器的最大周期为×1/1000=2.048秒。经译码电路可产生1秒、0.1秒、0.01秒和0.001秒的闸门信号，相应频率计的量程为×1、×10、×100和×1000四档。 闸门信号、清零脉冲信号和锁存脉冲信号与时钟信号的时序关系仍可采用图9-8的形式。闸门计数器的前8个脉冲产生锁存信号，1016至1023个脉冲产生清零信号，1024至2024之间产生闸门信号。如果要求闸门时间为1秒，则在1024至1024+1000=2024个时钟脉冲间使闸门信号处于高电平，在第2025个时钟脉冲时，闸门计数器清零，完成一次测频过程。然后，闸门计数器重新计数，并进入下一个测频过程，其时序关系如图9-10所示。此时，闸门计数器实际上是相当于一个2025进制计数器，锁存信号周期为2.025秒；若闸门时间为0.1秒、0.01秒和0.001秒，则只需在1124、1034和1025个时钟脉冲时给闸门计数器发出清零信号，此时闸门计数器相当于1124、1034、1025进制计数器，锁存信号周期分别为1.124秒、1.034秒和1.025秒。 图9-9 自动测频控制信号产生电路 图9-10 自动测频控制信号时序关系 实现图9-10所示的自动测频控制信号的时序关系，需要对图9.9中的反馈电路和译码电路进行仔细设计。若采用中小规模集成电路实现，这两部分电路将会比较繁琐和复杂。因此，最好采用CPLD产生这种自动测频控制信号。 3.分频测量 保持闸门时间不变，通过改变被测信号的频率来提高测频范围。例如，闸门信号、清零脉冲信号和锁存脉冲可以由一个8Hz的时钟源产生。若三个信号的时序关系如图9.8所示，闸门时间长度为1秒，当对不分频的被测信号计数时，则频率计的量程为×1档；当对10分频后的被测信号计数时，则频率计的量程为×10档；当对10×10分频后的被测信号计数时，则频率计的量程为×100档；当对
10×10×10分频后的被测信号计数时，则频率计的量程为×1000档；以此类推，可以方便地测量各种高频被测信号的频率。若要测量低频信号的频率，为保证测
量精度，可将闸门时间延长为10秒甚至100秒或更长，不过此时的响应时间较长，解决这一问题的最好办法是采用周期测量法。 在上述三个频率计的控制电路方案中，方案一电路简单，但不能自动连续测频；方案二能自动测频，但其控制电路相对复杂，要占用较多的寄存器单元；方案三能自动测频，电路也较简单，是一个较为合适的方案。 图9-11是一个控制电路采用方案三的频率计部分总体框图： 图9-11 自动测量数字频率计框图 其中U11为控制模块CONTROL，产生频率计所需的闸门信号ch、清零脉冲信号clr和锁存脉冲信号lock；U21至U24为计数模块，在规定的闸门时间内对被测信号进行计数；U31至U34为锁存模块；U41和U42构成超量程显示电路；U12为8分频器，A、B、S构成一个2选1选择器，U13为13进制计数器，U14为产生控制信号的编码电路。（注：框图中省略了自动量程转换模块） 4.超量程指示电路 如果计数器的最高位发生溢出，则必须给出超量程指示，否则会得到错误的测量结果。图9-12是一个超量程指示电路，其原理为：当出现超量程时，计数器的最高位产生一进位信号，此信号使触发器Q0置1，当锁存脉冲来到时，实现超量程指示。由于触发器FF0清零脉冲的作用，如果下次被测信号频率不超量程，超量程指示灯会自动复位。 图9-12 超量程指示电路 五、制作与调试 1.制作电路底板； 2.根据上述电路图及设计计算的参数选购元、器件，焊接、安装电路； 3.测量、调试各个单元电路； 4.整体电路统调； 5.撰写实验报告。 实验十 数控直流稳压电源的设计 一、设计任务 设计一个数控直流稳压电源。 二、 设计要求 1.输出电压：0～9.9V步进可调，调整步距0.1V； 2.输出电流：≤500mA； 3.精度：静态误差≤1%FSR，纹波≤10mV； 4.显示：输出电压值由LED数码管显示； 5.电压调整：由“+”、“-”两键分别控制输出电压的步进增减； 6.输出电压预置：输出电压可预置在0～9.9V之间的任意一个值； 7.其他：自制电路工作所需的直流稳压电源，输出电压为±15V，+5V。三、方案讨论 直流稳压电源是电子电路的最基本实验设备，也是电子电路的能量来源。因此，直流稳压电源在电子电路的设计中占有非常重要的位置。随着电子系统自动化、数控化、微机化和智能化的发展需要，对直流稳压电源也提出了更高的要求。除稳压精度、稳定性等稳压指标外，对其控制要求也希望能实现数控化和程控化。目前，数控化或程控化的直流稳压电源正在逐步替代手调（旋钮）式的直流稳压电
源。 数控化或程控化直流稳压电源，其结构原理与传统直流稳压电源没有原则上的差别。根据调整管与负载间的连接关系，可分别组成串联型或并联型直流稳压电源。调整管即可工作在线性状态，也可工作在非线性（开关）状态。前者称线性直流稳压电源，后者称开关直流稳压电源。开关稳压电源由于具有较高效率，在追求绿色能源和绿色系统（低功耗系统）的当今时代，而被广泛使用，它是一类非常有发展前景的直流稳压电源。开关稳压电源虽然具有效率高、体积小、抗干扰性能好等突出优点，但由于它的高频噪声和纹波，目前大多用于数字电路中。对于模拟电路，尤其是微弱信号放大电路，人们还是偏爱线性直流稳压电源。 根据实验任务和教学安排，我们推荐采用线性串联型直流稳压电源，其电路结构框图如图10-1所示。 在图10-1中，为非稳定直流输入电压， 是稳定直流输出电压。图中未画出实际电路所需要在调整管前后接的滤波电容。在传统线性串联型直流稳压电源中，控制电路包括比较放大、驱动和保护电路等。 图10-1 线性串联型直流稳压电源的结构框图 针对图10-1的直流稳压电源结构框图，为使其实现数控目的，我们重点讨论框图中“控制电路”的实现方案。 根据本实验任务的要求，该数控直流稳压电源应具有输出电压预置、上下调整、
数码显示等功能。为满足上述性能要求，对控制电路可提出以下实现方案： 1.采用拨码开关设置、调整和显示输出电压 采用拨码开关设置、调整和显示输出电压的实现方案，由于拨码开关的机械触点、可读性及其非易失性，故是一种非常可靠和简单的方案，该方案的框图如图10-2所示。 图10-2 方案一电路原理框图 从图10-2的电路原理框图可知，该电路自身构成电压负反馈电路，故具有稳定输出电压的功能。该方案需要精心设计和调整的主要是并联权电阻网络，及其与R F 的匹配问题，有关方面的内容将在单元电路分析时详细讨论。 2.采用计数器和串联权电阻网络 使用多位二进制计数器的输出，控制串联权电阻网络的等效电阻值，以实现输出电压的上下调整，是一种值得探讨的实现方案。其电路框图结构如图10-3所示。 图10-3 方案二电路原理框
图 该方案的重点是串联权电阻网络的设计、电阻阻值的选取及其匹配、电阻切换电路的实现方式，以及二进制计数器输出到译码显示之间的数码转换等问题。这些问题也将在单元电路分析时进行详细讨论。 3.采用计数器和DAC的实现方案 使用二进制可逆计数器实现计数值的增减和预置数功能，然后通过数模转换器（DAC）把计数值转换成所需要的模拟量输出。其电路结构框图如图10-4所示。该方案的关键是根据数控精度要求，合理选用数模转换器（DAC）集成芯片。方案二和方案三的原理类同，但方案三电路的调试要比方案二简单得多。 上述提出的三种数控直流稳压电源方案，每一方案都各有特点。如对于方案一，采用拨码开关实现输出电压的增减控制和预置电压，由于拨码开关一旦拨好，其数据就不会改变，既是关断电源，数据也不会丢失，这是这一方案的最大优点。 图10-4 方案三电路原理框图 对于方案二和方案三，若想具有断电后数据不丢失功能，还必须另想办法，如对计数器采用可充电电池供电等。拨码开关通过手控，既可改变数据又有数码显示，故可兼用作显示器。但由于拨码开关在拨动过程中，其机械触点会有短暂的分开现象，这就有可能会导致输出电压的大幅跳动。对于直流稳压电源，这是绝对不能允许的。一种解决方法是加大输出回路或运放反相输入端的滤波电容，从而也就降低了输出电压的响应速度。对于要求较高的应用场合，这一点必须十分注意! 在方案一与方案二中，串联和并联权电阻网络的阻值选择与阻值匹配，也是一个重要的问题。根据具体技术指标的要求（0～9.9V步进可调，调整步距0.1V），对于方案一，至少需要二位拨码开关（BCD）。二位拨码开关就需要8个权电阻，分成个位和十位两组，两组之间是十倍关系，每组按8421比例进行阻值匹配。而对于方案二，至少需要七位二进制数，其串联权电阻网络的阻值按二进制规律进行阻值匹配。 在方案二与方案三中，从二进制计数器输出的是二进制数，为了显示十进制数，在译码显示之前还须加入码制转换电路，即把二进制数转换成为十进制数。 对于上述提出的三种电路实现方案，其显示的数据都是设置或调整的数据，与实际输出直流电压可能会有差别。因此，最好显示实际输出电压值，这就需要对实际输出电压进行测量。值得庆幸的是，小范围直流电压的测量没有多大难度，可采用廉价的双积分型ADC实现。最方便的方法是购买一块数显表头，既可测量又具显示。 除上述三种可供选用的实现方案外，若有条件选用单片微机，则实现起来会更方便、更简单，成本也会更低。单片机使用软件编程可以完成各种灵活的电路功能，不仅能方便地实现键盘、显示、逻辑控制等操作，还具有计数、定时、运算、中断等中小规模集成电路较难实现的功能，部分单片机自身还带有ADC。因此，由单片机实现数控直流稳压电源的控制电路功能，必定具有较高的性能价格比。由于教学安排及其进度限制，本章将不讨论这方面的内容，有兴趣
的同学可以查看相关参考资料，并进行实践练习。 四、单元电路分析通过上述方案讨论，我们对直流稳压电源的数控实现方案已经有了初步的了解。针对以上提出的三种实现方案，在单元电路分析中，我们将分别对每一方案的具体电路进行较为详细的讨论、分析和计算。 1.方案一电路分析方案一电路采用拨码开关设置、调整和显示输出电压。从图10-2可以看出，运算放大器A的反相输入端是虚地点。因此，电阻RF 两端的电压就是输出电压VO 。由此可知，该电路的工作原理是：通过拨码开关改变流过电阻RF 的电流，经过RF 的电流∕电压转换，实现调整输出电压的目的。本电路采用的拨码开关是按8421编码的拨码开关，其结构原理如图10-5所示。拨码开关每线的开闭状态由所拨的数码决定，按8421编码的规律闭合。如数码为3，则2线和1线同时闭合，8线和4线断开；数码为9，则8线和1线同时闭合，4线和2线断开，??。由两位拨码开关和并联权电阻网络组成的电路如图10-6所示。每位拨码开关所接电阻按8421编码的权值选取，而十位和个位按十倍大小取值，如图10-6所示。由图10-6可知，若设十位的拨码开关为Ki ，而个位的拨码开关为K’i ，它们的取值决定于拨码数值，闭合为1断开为0，则可以求出电流IF 与电压VREF 之间的关系： 图10-5编码拨码开关的结构图 图10-6拨码开关和并联权电阻的连
接 由上述关系式，可获得输出电压： 从上式可以清楚看出，当电压VREF 、反馈电阻RF 和权电阻R确定后，输出电压VO 完全决定于十位和个位拨码开关的数值。若它们三者间的取值满足下列关系： 则十位拨码开关的数值就是整数位电压值，而个位拨码开关的数值便是小数位电压值。它们的可调范围都是0 ~ 9，因此，其输出电压的可调范围为0 ~ 9.9V。 由上面的分析和计算可知，采用拨码开关和权电阻网络完全可以实现直流稳压电源的数控目标。但本方案实现的难点在于权电阻的选取与匹配，八只权电阻必须按上述关系严格匹配，否则便会产生误差，这在实际当中有一定的难度，尤其是对批量生产的产品，应尽量避免采用类似的实现方案。 2.方案二电路分析 方案二使用二进制可逆计数器的输出，控制串联权电阻网络的等效电阻值，通过恒流源的作用，实现输出电压的上下调整和预置功能。对于本实验要求，采用七位二进制计数器就能满足技术指标的要求。为使所讨论的问题一般化及其通用计数器以四位为一个单元等特点，我们选用八位计数器进行分析和计算。 由方案二的电路原理框图（图10-3）可以看出，其串联权电阻网络、电阻切换电路及其二进制计数器的连接如图10-7所示。 图10-7串联权电阻网络及其与计数器的连接 在图10-7中，A点是输出电压，B点为虚地，I ST 是恒流源。因此，恒流源I ST 电流在串联权电阻网络两端的电压降就是输出电压值。由八位二进制可逆计数器的输出（D7 ~ D0）控制每一个串联权电阻，其控制关系是：计数器输出Di 为0时该开关闭合，对应的权电阻短路；Di 为1时该开关断开，对应的权电阻接入。 根据上述Di 与每一个串联权电阻的控制关系，便可得出计数器输出Di 、串联权电阻网络的等效电阻RE 、及其输出电压VO 之间的关系： 由上式可知，当恒流源电流I ST 、串联权电阻2 i R、及其计数器输出数字量Di 确定后，输出电压VO 也就确定了。 由本电路的结构可以清楚地看出，恒流源的实现是非常方便的。由于B点是虚地，故只需通过一只电阻RST 接负电源-VE 就能实现恒流目的，故有： 当负电源-VE 选定后，可通过改变电阻RST 来调整恒流源电流I ST 的大小。 由计数器输出数字量D i 所控制的开关，可采用微小型继电器、固态继电器，或者模拟开关。因为I ST 较小，因此其触点寿命几乎不必考虑。当采用模拟开关时，需
要注意开关两端的电压、开关的漏电流、数字信号地、及其数模之间的干扰等问题。在稳压精度要求较高时，尤其需要十分重视这些问题。 本方案的实现难点与方案一类似，还是八只串联权电阻的选取与匹配问题，需要按2 i R的规律选用。权电阻的选取与匹配，是方案一与方案二的共同难点。普通电阻按其标称值生产，欲使八只权电阻都能取到标称数值是有实际困难的。 在方案讨论中的第三种实现方案，将回避通过权电阻完成数字量到模拟量的转换，而是采用DAC来实现。 3.方案三电路分析 数控直流稳压电源的第三种实现方案，是直接采用数字∕模拟转换器（DAC）集成芯片。使用多位二进制可逆计数器实现数字量的增减和置数功能，然后通过DAC直接输出与输入数字量相对应的模拟电压，再经过同相输入反馈放大器的放大和驱动，便可获得所需要的输出电
压。 n位电压输出型DAC具有下列关系式： 式中KDAC 为具体DAC集成芯片的转换系数，一般是一个常数；D i 是输入的数字量，0或者1。由此可见，DAC的输出电压完全决定于输入数字量的大小，对应一个确定的n位输入数字量，其输出电压值也就确定。 该电路的输出电压VO与DAC输入数字量之间的关系，可通过改变同相输入反馈放大器的电路增益来调整（参考图10-4），只要调节RF1 和RF2 中的任何一个电阻都可以。 该实现方案由于不需要精心挑选和匹配所需要的电阻，故实现起来比较方便。虽然DAC集成芯片的价格要高于一般通用型中小规模集成芯片，但在电路结构上要简单的多。因此，采用这一方案具有电路体积小、可靠性高、电路调整方便、性能价格比较高等优点。对数控直流稳压电源的实验而言，该方案是最值得推荐的实现方案。 有关方案二和方案三中的多位二进制可逆计数器，由于二进制可逆计数器的集成芯片较多，既有TTL的，也有CMOS的，大家可任意选用，只要同时具有加减计数、置数、清零（可用于保护）等功能的集成计数器都能满足方案的要求，本文不再赘述。 4.二进制数码的BCD方式显示 在方案二和方案三中，显示的数据取自二进制计数器的输出。根据本实验具体技术指标的要求（0～9.9V步进可调，调整步距0.1V），实际只需二位BCD码显示即可。也即二进制计数器的计数范围只要从00到99（二位十进制数），或从0000000到1100011（七位二进制数）。由于电路采用二进制计数，而需要显示的是十进制数码，这就需要用一个转换电路，以实现从二进制数到十进制数的转换。 二进制数到十进制数的转换电路，可采用多种方式实现。包括自行设计的由门电路或组合型PLD组成的组合逻辑电路、具有二进制数→BCD码转换功能的集成电路、也可采用EPROM通过编程实现数码转换。由于输入输出的线数较多，采用门电路设计这种转换电路，不仅会使逻辑化简较为麻烦，也会使电路变得复杂化。因此，一般不采用由门电路组成的数码转换电路。使用组合型PLD实现数码转换功能，属于PLD的简单应用，除非已有现成的仿真、编程环境和芯片，以及为使电路保密，通常也不采用这种方法。通过对EPROM的编程实现数码转换，在转换关系较复杂时，是一种可选方案。但其芯片体积较大，编程又需要专用设备，由于本实验所要求的数码转换关系较为简单，一般不必考虑使用。使用具有二进制数→BCD码转换功能的集成电路，如TTL系列的74LS185，就具有这种数码转换功能，只需简单连接就能满足本实验中的二进制数→BCD码转换的功能。因此，使用现有集成电路完成数码转换功能是一种较好的实现方案。 五、制作与调试 1.制作电路底板； 2.根据上述电路图及设计计算的参数选购元、器件，焊接、安装电路； 3.测量、调试各个单元电路； 4.整体电路统调； 5.撰写实验报告。 第四章 模拟电路设计实验实验十一 负反馈放大电路 一、实验目的 1.掌握四种组态的基
本特点； 2.学会用集成运放构成电压并联负反馈，电压串联负反馈电路的设计方法和调试方法； 3.测试Auf 、Rif、Rof和fHf。二、设计要求 1.利用μA741设计一个电压并联负反馈电路，要求： Auf=－10, Rif=10kΩ。 2.利用uA741设计一个电压串联负反馈电路，要求： Auf=100, Rif=100kΩ 三、实验内容及步骤 1.利用所学知识，设计二1和二2电路(可参考下图)及选择参数， 2.安装电路并调试， 3.测量Auf 、Rif、Rof和上限频率fHf，并与估算值比较，若有误差，试分析产生误差的原因，找出解决办法； 四、写出设计总结报告： 内容包括： 1.电路图； 2.原理分析； 3.设计方法(选择电路、确定电阻参数)； 4.集成运放选择； 5.电路调试及测试数据分析、测试结果讨论。 附：1.电路参考图 附：2．参考资料： 1.谢自美 《电子线路设计、实验、测试》 华中理工大学出版社 2.毕满清 《电子技术实验与课程设计》 机械工业出版社
3.μA741参数： Ad=86~106dB；rid=1000kΩ;ro=200Ω, Bw=fH=7HZ； fT=1.4MHz, KCMR=90;VIO=2mv；⊿VIO/⊿T=20mV/℃; IIO=20nA； ⊿IIO/⊿T=5pA/℃;
SR=0.4V/us 实验十二 比例求和运算电路 一、实验目的 1.掌握比例、求和电路的设计方法； 2.通过实验，了解影响比例、求和运算精度的因素，进一步熟悉电路的特点和性能。二、实验题目 1.设计一个数学运算电路，实现下例运算关系。 设计要求如下： UO=5Ui1 +2Ui2 - 4Ui3 其中Ui1=100～200mV；Ui2=100～200mV；Ui3=50～100mV 2.设计一个由两个集成运放组成的交流放大器。 设计要求如下： 输入阻抗 10KΩ； 电压增益 103倍； 频率响应 20Hz～100 kHz; 最大不失真输出电压 10V。三、实验内容和要求 1.数学运算电路 根据设计题目要求，选定电路，确定集成运放的型号，并进行参数设计。 根据设计方案组装电路。 用所给定范围的输入信号，测出输出电压U0，并与理论计算值作比较，计算误差。 2.交流放大电路 (1)同数学运算电路(1)要求。 (2)同数学运算电路(2)要求。 (3)测量放大器的输入阻抗、电压增益、上限频率、下限频率和最大不失真输出电压。如果测量值不满足设计要求，要进行相应的调整，直至达到设计要求为止。 四、写出设计总结报告要求同实验十一。 附:1.电路参考图 数学运算电路 交流放大电路 附:2.参考资料： 1.谢自美 《电子线路设计、实验、测试》 华中理工大学出版社 2.毕满清 《电子技术实验与课程设计》机械工业出版社P33~P40。 3.赣南师院物理系 《基础电路实验指导书》 P133~P135 实验十三 有源滤波电路实验 一、实验目的 1.通过实验，学习有源滤波器的设计方法，体会调试方法在电路设计中的重要性。 2.了解品质因数Q对滤波器的影响。二、实验题目 1.设计一个有源二阶低通滤波器，已知条件和设计要求如下： 截止频率 f0=40Hz； 通带增益Aup=1； 品质因素Q=0.707 2.设计一个有源二阶高通滤波器，已知条件和设计要求如下： 截止频率 f0=80Hz； 通带增益Aup=10； 品质因素Q=0.707 三、实验内容和要求 1.写出设计报告，包括设计原理、设计电路及选择电路元件参数。 2.组装和调试设计的电路，检验该电路是否满足设计指标，若不满足，改变电路参数值。 3.测量电路的幅频特性曲线，研究品质因素对滤波器频率特性的影响(提示：改变电路参数，使品质因素变化，重复测量电路的幅频特性曲线，进行比较得出结论)。 四、写出设计总结报告要求同实验十
一。 附：1.二阶压控电压源低通滤波器的设计提示 (1)电路分析：电路图如右图； (2)电路传递函数和特性分析 : 设R1=R2=20K，根据Q和f0公式 推出C1=2Q/ω0R, C2=1/2Qω0R,求出C1和C2。 注：公式详细推导过程见毕满清 《电子技术实验与课程设计》P49~P52。 (3)设计方法： 1)选择电路； 2)根据已知条件确定电路元件参数； 3)集成运放电路的选择； 4)电路调试。 附：2.二阶
压控电压源高通滤波器的设计提示 (1)电路分析：电路图如右图； (2)电路传递函数和特性分析 : 设C1=C2=C=0.1μF，根据Q和f0公式 推出： R1=1/2Qω0C , R2=2Q/ω0C, 求出R1和R2。 注：公式详细推导过程见毕满清 《电子技术实验与课程设计》P49~P52。 (3)设计方法： 1)选择电路； 2)根据已知条件确定电路元件参数； 3)集成运放电路的选择； 4)电路调试。附：3参考资料： 1.谢自美《电子线路设计、实验、测试》华中理工大学出版社 2.毕满清《电子技术实验与课程设计》机械工业出版社P49~P52。 3.赣南师院物理系《基础电路实验指导书》P140~P142 实验十四 波形产生电路实验 一、实验目的 1.设计RC正弦波振荡电路、方波-三角波发生电路。 2.通过设计性实验，掌握波形发生电路设计与实验调整相结合的设计方法。 二、实验题目 1.设计一个振荡频率f0=160Hz的RC正弦波振荡电路，自选运算放大器。 2.设计一个用运放构成的方波-三角波发生电路，已知条件和设计要求如下： 振荡频率范围 100Hz~1kHz， 三角波调节范围 2~4V 。 集成运放可选用F007或自选。 三、实验内容和要求
1.RC正弦波振荡电路 (1)写出设计报告，包括设计原理、设计电路及选择电路元件参数。 (2)组装和调试设计的电路，使电路产生振荡输出。 (3)当输出波形稳定且不失真时，测量输出电压的频率和幅值。 检验该电路是否满足设计指标，若不满足，改变电路参数值。 2.方波-三角波发生电路 同1.(1)。 (2)组装和调试设计的电路，使其正常工作。 (3)测量方波的幅值和频率，测量三角频率、幅值及调节范围。 检验电路是否满足设计指标。在调整三角波幅值时，注意波形有什么变化，并简单说明变化的原因。 (4)用双踪示波器观察并测绘方波和三角波波形。 四、 写出设计总结报告要求同实验十一。 附：1.波形产生电路的设计可以按照以下几个步骤进行 根据已知的电路设计指标，选择电路结构。 计算和确定电路中的元件参数。 选择运算放大器。 调试电路，以满足设计要求 附：
2.参考资料： 1.谢自美《电子线路设计、实验、测试》华中理工大学出版社 2.毕满清《电子技术实验与课程设计》机械工业出版社 P55~P57。 3.赣南师院物理系 《基础电路实验指导书》 P146~P147；P138~P139。 实验十五 集成放大电路 一、实验目的 1.通过设计性实验，掌握功率放大器外围电路元件参数的选择和集成功率放大的应用方法。 2.熟练电路的调整和指标测试，为今后应用集成功率放大器打下良好的基础。二、实验题目 设计一个低频功率放大器，设计要求如下： 负载电阻RL=8Ω， 最大不失真输出功率POm≥500mW, 低频截止频率fL≤80Hz。 三、实验内容和要求 (1)写出设计报告，包括设计原理、设计电路及选择电路元件参数。 (2)组装和调试设计的电路，验证设计指标。 (3)若测得POm和fL不满足设计要求需重新设计，直到满足设计要求为止。 四、写出设计总结报告要求同实验十一。 附：1.集成放大电路的设计可以按照以下几个步骤进行 （1）根据已知的电路设计指标，选择电路结构。 （2）计算和确定电路中的元件参数。 （3）选择运算放大器。（建议用LM386，也可自选） （4）调试电路，以满足设计要求 附：2.LM386内部电路 附：3.LM386引脚及功能 附：4.参考资料： 1.谢自美《电子线路设计、实验、测试》华中理工大学出版社 2.毕满清《电子技术实验与课程设计》机械工业出版社 P60~P62。 3.赣南师院物理系 《基础电路实验指导书》。 实验十六 集成稳压器 一、实验目的 1.通过该实验，使学生独立完成小功率稳压电源的设计运算，器件选择，安装调试及指标测试。 2.进一步加深对稳压电路工作原理、性能指标实际意义的理解，达到提高工程实践能力的目的。 二、实验题目 1.设计制作一个小型晶体管收音机用的稳压电源。主要技术指标如下： 输入直流电压 220V，f＝50HZ 输
出直流电压 UO＝4.5-6V 输出电流 IOmax≤20mA 输出纹波电压 ≤20mV 2.设计一个稳压电路，设计要求如下： 输出直流电压 UO＝12-15V 输出电流 IOmax≤300mA 输出保护电流 400-500mA 输入电压 220V，f＝50HZ 输出电阻 RO＜0.1Ω 稳压系数
Sr≤0.01 三、实验内容和要求 (1)写出设计报告，包括设计原理、设计电路及选择电路中元器件的型号，标称值和额定值。 (2)组装和调试设计的电路，拟定实验步骤、测试设计指标。。 (3)若测试结果不满足设计指标，重新调整电路参数，使之达到要求。 四、写出设计总结报告要求同实验十一。 附：参考资料：
1.谢自美《电子线路设计、实验、测试》华中理工大学出版社 2.毕满清《电子技术实验与课程设计》机械工业出版社 P63-P65 3.赣南师院物理系 《基础电路实验指导书》。 附 录附录A. TDS1002型示波器一、概述 TDS1002数字存储示波器主要功能： 二通道输入，60MHz带宽，带20MHz可选带宽限制、每个通道都具有1.0GS/s的取样速率和2500点记录长度、上下文相关帮助信息、黑白LED显示、自动设置菜单、探头检查向导、光标带有读数、触发频率读出、11种自动测量、波形平均和峰值检测、双时基、数字快速傅立叶变换(FFT)、脉冲宽度触发能力、带可选行触发的视频触发能力、外部触发、设置和波形存储、变量持续显示、可选的“TDS2CMA通讯扩充模块”，可用于RS232、GPIB和Centronics接口、十种用户可自选语言的用户界面。 二、主要技术指标 1.信号采集 采集模式：取样、峰值检测和平均。 采集速率：每个通道最多为每秒180个波形。 单次序列：(a) 取样，峰值检测采集模式时，所有通道同时进行单次采集。 (b) 平均采集模式时，所有通道同时进行N次(N可以是4、16、64和128中的任一个)采集。 2.信号输入 输入耦合：交流(DC)、交流(AC)或地(GND)。 输入阻抗(直流耦合)：20pF±3pF时为1MΩ±2％。 P2200探头衰减：l×、10× 。 支援探头衰减系数：1×、10×、100×、1000×。 3.垂直 数字化器：8位分辨率(设置为2mV/格时除外)，每个通道同时取样。 示波器垂直刻度范围：输入BNC处为2mV/格～5V/格。 位置范围：2mV/格～200mV/格为±2V；＞200mV/格～5V/格为±50V。 取样和平均模式中的模拟带宽，直流耦合：60MHz。(当垂直刻度设定为＜5mV时，20MHz) 峰值检测模式中的模拟带宽(50s/格～5μs/格)：50MHz (当垂直刻度设定为＜5mV时，20MHz)。 可选模拟带宽限制：20MHz*。 较低频率限制，交流耦合：在 BNC处为≤10Hz；使用一个10X无源探头时为≤1Hz。 在 BNC处的上升时间：＜5.8ns。 峰值检测响应：对于＞12ns宽度(50s/格到5μs/格)的脉冲，在中心8个垂直分度中采集其50％或更大幅度。 直流增益精度：(a) 在“取样”或“平均”采集模式下精度为±3％，5V/格到10mV/格。 (b) 在“取样”或“平均”采集模式下精度为±4％，5mV/格到2mV/格。 4.水平 取样速率范围： 5S/s至1GS/s。 记录长度： 每个通道2500个取样数。 水平刻度范围：5ns/格到50s/格，按序列1、2.5、5排列。 取样递率和延迟时间精度：在任何大于等于1ms时间间隔内为±50ppm。 增量时间测量精度：±(1取样间隔＋100ppm×读数＋(0.4～0.6)ns)。 5.触发 灵敏度(边沿触发类型)：直流耦合： (a)CH1、CH2；从直流到10MHz为1格，从10MHz到最大量程为1.5格。 (b)外部；从直流到100MHz为 200mV。从100MHz至200MHz为350mV。 (c)外部/5；从直流到100MHz为1V。从100MHz至200MHz为1.5V。 交流耦合：在50Hz及以上时与直流相同。 噪声抑制：从10mv/格以上到5V/格，直流耦合触发灵敏度减小二倍。 高频抑制：从直流到7 KHz时，与直流耦合限制相同，大于80KHz时
将衰减信号。 低频抑制：频率大于300KkHz时，与直流耦合限制相同，小于300KkHz时将衰减信号。 触发电平范围： 内部：从显示屏中心开始±8个分度。 外部：±1.6V。 外部/5：±8V。 触发电平精度(相对上升和下降时间大于等于20ns的信号而言)： 内部：从中心显示屏开始的±4个分度内为±0.2格×伏/格。 外部：±(设定值的6％+40mV)。 外部/5：±(设定值的6％+200mV)。 设置电平为50%：用≥50Hz的输入信号操作。 释抑范围：500ns到10s。 6.脉冲宽度触发 脉冲宽度触发模式：当＜(小于)、＞(大于)、＝(等于)、或0(不等于)时触发;“正”脉冲或“负”脉冲。 脉冲宽度触发点:等于：当脉冲的下降边越过触发电平时，示波器触发。 不等于：如果脉冲比指定宽度窄，则触发点为下降边。否则，当脉冲持续时间长于“脉冲宽度“指定的时间时，示波器触发。 小于：触发点为下降边。 大于(也称为超时触发)：当脉冲持续时间长于“脉冲宽度”指定的时间时，示波器触发。 脉冲宽度范围：可以从33ns到10s之间选择。 脉冲宽度： 16.5ns或千分之一(取其中较大的一个值)。 7.触发频率计数器 读数分辨率：6位。 精度：±51ppm(包括所有的频率参考误差和±1计算误差)。 频率范围：交流耦合，从最小10Hz到额定带宽。 信号源：(a)“脉冲宽度”或“边沿触发”模式：所有可用触发源。“频率计数器”一直在测定触发源，包括当示波器采集由于运行状态中的变化而暂停时，或当单次事件采集己经结束时。 (b)“脉冲宽度触发”模式：示波器计算在250ms测量窗口中具有有效幅度，并且符合可触发事件条件的脉冲，例如，如果PWM脉冲列被设定为＜模式，而且宽度被相应设定为较小的时间时，其中的窄脉冲。 (c)“边沿触发”模式：示波器计算所有具有足够幅度和正确极性的边沿。 (d)“视频触发”模式：“频率计算器”不工作。 8.测量 光标：光标间的电压差(ΔV)。 光标间的时间差(ΔT)。 ΔT的倒数，以赫兹为单位(1/ΔT) 自动测定：频率、周期、平均值、峰—峰值、周期均方根、最小值、最大值、上升时间、下降时间、正频宽、负频宽。 9.默认设置 菜单或系统 选项、按钮或旋钮 默认设定 采集 (三个模式选项) 取样 平均 16 运行/停止 运行 光标 类型 关闭 信源 CH1 水平(电压) +/－3.2格 垂直(时间) +/－4格 显示 类型 矢量 持续 关闭 格式 YT 水平 窗口 主时基 触发钮 电平 位置 0.00s 秒／格 窗口区 500μs 50μs 数学计算 操作 CH1－CH2 FFT 操作：信源 窗口 FFT缩放 CH1 Hanning X1 测量 信源 CH1 类型 无 触发(边沿) 类型 边沿 信源 CH1 斜率 上升 模式 自动 耦合 直流 电平 0.00V 类型 视频 信源 CH1 极性 正常 同步 扫描线 标准 NTSC 触发(脉冲) 类型 脉冲 信源 CH1 时机 = 设置脉冲宽度 1.00ms 极性 正 模式 自动 耦合 直流 耦合 直流 带宽限制 关闭 伏/格 粗调 探头 10X 反相 关闭 位置 0.00格
(0.00V) 伏/格 1.00V 注释：当按“默认设置”按钮时，示波器将显示CH1波形并删除其它所有波形。 预设的设定键不会重置下列设定： 语言选项、保存的设置文件、保存的基准波形文件、显示屏对比度、校准数据、打印机设置、RS232设置、GPIB设置。 三、面板说明 面板结构如图附1.1所示，按功能可分为显示区、信息区、垂直控制区、水平控制区、触发区、功能区五个部分，另有五个菜单按钮，三个输入连接端口。下面将分别介绍各部分的控制按钮以及屏幕上显示的信息。 附1.1 TDS1002数字存储示波器面板图 1.显示区域 显示区域除显示波形外，显示屏上还含有很多关于波形和示波器控制设置的详细信息，如附
1.2所示。 附1.2 TDS1002数字存储示波器显示屏 (1)显示图标表示采集模式。——取样模式；——峰值检测模式；——均值模式。 (2)触发状态显示如下： ——已配备。示波器正在采集预触发数据，在此状态下忽略所有触发。 ——准备就
绪。示波器已采集所有预触发数据并准备接受触发。 ——已触发。示波器已发现一个触发并正在采集触发后的数据。 ——停止。示波器已停止采集波形数据。 ——采集完成。示波器已完成一个“单次序列”采集。 ——自动。示波器处于自动模式并在无触发状态下采集波形。 ——扫描。在扫描模式下示波器连续采集并显示波形。 (3)使用标记显示水平触发位置。旋转“水平位置”旋钮调整标记位置。 (4)用读数显示中心刻度线的时间。触发时间为零。 (5)使用标记显示“边沿”脉冲宽度触发电平，或选定的视频线或场。 (6)使用屏幕标记表明显示波形的接地参考点，如没有标记，不会显示通道。 (7)箭头图标表示波形是反相的。 (8)以读数显示通道的垂直刻度系数。 (9)BW图标表示通道是带宽限制的。
(10)以读数显示主时基设置。 (11)如使用窗口时基，以读数显示窗口时基设置。
(12)以读数显示触发使用的触发源。 (13)显示区域中将暂时显示“帮助向导”信息。 (14)采用图标显示以下选定的触发类型： ——上升沿的“边沿”触发。 ——下降沿的“边沿”触发。 ——行同步的“视频”触发。 ——场同步的“视频”触发。 ——“脉冲宽度”触发，正极性。 ——“脉冲宽度”触发，负极性。
(15)用读数表示“边沿”脉冲宽度触发电平。 (16)显示区显示有用信息；有些信息仅显示三秒钟。如果调出某个储存的波形，读数就显示基准波形的信息，如RefA 1.00V 500μs。 (17)以读数显示触发频率。 2.信息区域与系统菜单 (1)示波器在显示屏的底部显示“信息区域”，以提供以下类型的信息。 (2)菜单系统 TDS1002示波器的用户界面设计用于通过菜单结构方便地访问特殊功能。 按下前面板按钮，示波器将在显示屏的右侧显示相应的菜单。该菜单显示直接按下显示屏右侧未标记的选项按钮时可用的选项。 示波器使用下列四种方法显示菜单选项： 页(子菜单)选择：对于某些菜单，可使用顶端的选项按钮来选择两或三个子菜单。每次按下顶端按钮时，选项都会随之改变。例如，按下“保存／调出”菜单内的顶端按钮，示波器将在“设置”和“波形”子菜单间进行切换。 循环列表：每次按下选项按钮时，示波器都会将参数设定为不同的值。例如，可按下“CH1菜单”按钮，然后按下顶端的选项按钮在“垂直(通道)耦合”各选项间切换。 动作：示波器显示按下“动作选项”按钮时立即发生的动作类型。例如，按下“显示菜单”按钮，然后按下“对比度增加”选项按钮时，示波器会立即改变对比度。 单选钮：示波器为每一选项使用不同的按钮。当前选择的选项被加亮显示。例如，当按下“采集菜单”按钮时，示波器会显示不同的采集模式选项。要选择某个选项，可按下相应的按钮。 3.触发控制 “电平”和“用户选择”。使用“边沿”触发时，“电平”旋钮的基本功能是设置电平幅度，信号必需高于它才能进行采集。还可使用此旋钮执行“用户选择”的其它功能。旋钮下的LED发亮以指示相应功能。 用户选择包括：释抑：设置可以接受另一触发事件之前的时间量；视频线数：当“触发类型”选项设置为“视频”，“同步”选项设置为“线数”时，将示波器设置为某一指定线数；脉冲宽度：当“触发类型”选项设置为“脉冲”，并选择了“设置脉冲宽度”选项时，设置脉冲宽度。 触发菜单：显示“触发菜单”。 设置为50％：触发电平设置为触发信号峰值的垂直中点。 强制触发：不管触发信号是否适当，都完成采集。如采集已停止，则该按钮不产生影响。 触发视图：当按下“触发视图”按钮时，显示触发波形而不显示通道波形。可用此按钮查看诸如触发耦合之类的触发设置对触发信号的影响。
4.水平控制 位置：调整所有通道和数学波形的水平位置。这一控制的分辨率随时基设置的不同而改变。 注释：要对水平位置进行大幅调整，可将秒／格旋钮旋转到较大数值，更改水平位置，然后再将此旋钮转到原来的数值。 水平菜单：
显示“水平菜单”。 设置为零，将水平位置设置为零，秒/格：为主时基或窗口时基选择水平的时间/格(刻度系数)。如“窗口区”被激活，通过更改窗口时基可以改变窗口宽度。 5.垂直控制 CHl、CH2、光标1及光标2位置：可垂直定位波形。显示和使用光标时，LED变亮以指示移动光标时，按钮的可选功能。 CHl、CH2菜单：显示垂直菜单选择项并打开或关闭对通道波形显示。 伏/格(CHl、CH2)：选择标定的刻度系数。 数学计算菜单：显示波形的数学运算并可用于打开和关闭数学波形。 6.菜单和控制按钮 保存/调出：显示设置和波形的“保存／调出菜单”。 测量：显示自动测量菜单。 采集：显示“采集菜单”。 显示：显示“显示菜单”。 光标：显示“光标菜单”。当显示“光标菜单”并且光标被激活时，“垂直位置”控制方式可以调整光标的位置。离开“光标菜单”后、光标保持显示(除非“类型”选项设置为“关闭”)，但不可调整。 辅助功能：显示“辅助功能菜单”。 帮助：显示“帮助菜单”。 默认设置：调出厂家设量。 自动设置：自动设置示波器控制状态，以产生适用于输出信号的显示图形。 单次序列：采集单个波形，然后停止。 运行/停止：连续采集波形或停止采集。 打印：开始打印操作。要求有适用于Centronics、RS—232或GPIB端口的扩充模块。 四、应用实例 1.简单测量 您需要查看电路中的某个信号，但又不了解该信号的幅值或频率。您希望快速显示该信号，并测量其频率、周期和峰峰值。 使用自动设置 要快速显示某个信号，可按如下步骤进行： 按下CH l菜单按钮，将探头选项衰减设置成10×。 将P2200探头上的开关设定为10×。 将通道1的探头与信号连接。 按下自动设置按钮。 示波器自动设置垂直、水平和触发控制。如果要优化波形的显示，可手动调整上述控制。 自动测量 示波器可自动测量大多数显示出来的信号。要测量信号的频率、周期、峰峰值、上升时间以及正频宽，可按如下步骤进行： 按下测量按钮，查看“测量菜单”。 按下顶部的选项按钮；显示“测量1菜单”。 按下类型选项按钮，选择频率。 按下返回选项按钮。 按下顶部第二个选项按钮；显示“测量2菜单 按下类型选项按钮，选择周期。 按下返回选项按钮。 按下中间的选项按钮；显示“测量3菜单”。 按下类型选项按钮，选择峰——峰值。 按下返回选项按钮。 按下底部倒数第二个选项按钮；显示“测量4菜单 按下类型选项按钮，选择上升时间。 按下返回选项按钮。 按下底部的选项按钮；显示“测量5菜单”。 按下类型选项按钮，选择正频宽。 按下返回选项按钮。 测量两个信号 假设您正在测试一台设备，并需要测量音频放大器的增益。如果您有音频发生器，可将测试信号连接到放大器输入端。将示波器的两个通道分别与放大器的输入和输出端相连。 要激活并显示连接到通道l和通道2的信号，可按如下步骤进行： 如果未显示通道，可按下CHl菜单和CH2菜单按钮。 按下自动设置按钮。 要选择两个通道进行测量，可执行以下步骤： 按下测量按钮，查看“测量菜单”。 按下顶部的选项按钮；显示“测量l菜单”。 按下信源选项按钮，选择CHl。 按下类型选项按钮，选择峰—峰值。 按下返回选项按钮。 按下顶部第二个选项按钮；显示“测量2菜单”。 按下信源选项按钮，选择CH2。 按下类型选项按钮，选择峰—峰值。 按下返回选项按钮。 读取两个通道的峰峰幅值。 2.光标测量 使用光标可快速对波形进行时间和电压测量。 测量振荡频率 要测量某个信号上升沿的振荡频率，请执行以下步骤： 按下光标按钮，查看“光标菜单”。 按下类型选项按钮，选择时间。 按下信源选项按钮，选择CHl。 旋转光标1旋钮，将光标置于振荡的第一个波峰上。 旋转光标2旋钮，将光标置于振荡的第二个波峰上。 在“光标菜单”中将显示时间增量和频率增量(测量所得的振荡频率)。 测量振荡振幅
在上述示例中已经测量了振荡频率。现在要测量振荡的振幅。要进行此操作，可按如下步骤进行： 按下光标按钮。查看“光标菜单”。 按下类型选项按钮，选择电压。 按下信源选项按钮，选择CHl。 旋转光标1旋钮，将光标置于振荡的最高波峰上。 旋转光标2旋钮，将光标置于振荡的最低点上。 此时可在“光标菜单”中看到以下测量结果。 测量脉冲宽度 如果正在分析某个脉冲波形，并又要知道脉冲的宽度。要使用时间光标测量脉冲宽度，可执行以下步骤： 按下光标旋钮，查看“光标菜单”。 “垂直位置”旋钮下的LED灯表明可选的光标l和光标2 功能。 按下信源选项按钮，选择CH l。 按下类型选项按钮，选择时间。 旋转光标1旋钮，将光标置于脉冲的上升沿。 旋转光标2旋钮，将另一光标置于脉冲的下降沿。 此时可在“光标菜单”中看到以下测量结果。 测量上升时间 测量脉冲宽度后，您可能还需要检查脉冲的上升时间。通常情况下，应当测量波形电平的10％和90％之间的上升时间。要测量上升时间，可执行以下步骤： 旋转秒/刻度旋钮以显示波形的上升沿。 旋转伏/格和垂直位置旋钮将波形振幅大约五等分。 如果“CH l菜单”未显示，可按下CH l菜单按钮。 按下伏／格选项按钮，选择细调。 旋转伏／格旋钮将波形振幅精确地五等分。 旋转垂直位置旋钮使波形居中；将波形基线定位到中心刻度 线以下2.5等分处。 按下光标按钮，查看“光标菜单”。 按下类型选项按钮，选择时间。 旋转光标1旋钮，将光标置于波形与屏幕中心下方第二条刻 度线的相交点处。这是波形电平的10％。 旋转光标2旋钮，将第二个光标置于波形与屏幕中心上方第 二条刻度线的相交点处。这是波形电平的90％。 “光标菜单”中的增量读数即为波形的上升时间。 在“自动设置”菜单户选择“上升沿”选项时，也将显示“上升时间”测量。 3.分析信号的详细信息 当示波器上显示一个噪声信号时，需要了解其详细信息。您怀疑此信号包含了许多无法从显示屏上观察到的信息。 观察噪声信号 信号显示为一个噪声时，您怀疑此噪声导致电路出现了问题。要更好地分析噪声，可执行以下步骤： 按下采集按钮，查看“采集菜单”。 按下峰值检测选项按钮。 如有必要，可按下显示按钮查看“显示菜单”。使用对比度增加或对比度减小选项按钮调整对比度，以便更清晰地查看噪声。 峰值测定侧重于信号中的噪声尖峰和干扰信号，特别是使用较慢的时基设置时。 将信号从噪声中分离 现在，您可能要分析信号形状，并忽略噪声。要减少示波器显示屏中的随机噪声，可执行以下步骤： 按下采集按钮，查看“采集菜单”。 按下平均选项按钮。 按下平均选项按钮可查看改变运行平均操作的次数对显示波形的影响。 平均操作可减少随机噪声，并又更容易查看信号的详细信息。在以下的示例中，显示了去除噪声后信号上升沿和下降沿上的振荡。 4.采集单触发信号 某台设备中簧片继电器的可靠性非常差，您需要解决此问题。您怀疑继电器打开时簧片触点会出拉弧现象。打开和关闭继电器的最快速度是每分钟一次、所以您需要将通过继电器的电压作为一次单触发信号来采集。 要设置示波器以采集单触发信号，可执行以下步骤： 将垂直的伏／格和水平的秒／刻度旋钮旋转到适当范围便于查看信号。 按下采集按钮，查看“采集菜单”。 按下峰值检测选项按钮。 按下触发菜单按钮，查看“触发菜单”。 按下斜率选项按钮，选择上升。 旋转电平旋钮将触发电平调整为继电器打开和关闭电压之间的中间电压。 按下单次序列按钮，开始采集。 继电器打开时，示波器触发并采集。 5.优化采集初始采集的信号显示继电器触点在触发点处开始打开。随后有一个大的尖峰，表示触点弹回又在电路中出现感应。这种感应现象会使触点拉弧，从而导致继电器过早失效。 在采集下一个单触发事件之前可使用垂直、水平和触发控制来优化设
定。使用新设定采集下一个信号后(再次按下单次序列按钮)，可直接观察出继电器触点打开的更多信息。此时可看到当它打开时，触点为回弹多次。 附录B. MF500型指针式万用表的使用方法 MF500型指针式万用表的面板如下图。使用方法： 一、使用前，检查指针是否在刻度盘左端的零位上，若不是则应调整机械调零电位器使指针指在零位。二、直流电压的测量:将万用表红表笔插入“+”插口，黑表笔插入“*”插口，转换两旋钮至合适的直流电压档，然后将两表笔并联接到被测电路两端，根据刻度盘上的“~”刻度就可读出电压值。选直流电压档时注意，当不能预计被测直流电压大约数值时，须先选最大量程，然后根据指示值之大约数值，再选择适当的量程，使指针的偏转角度最大 (但不能满偏);当指针反偏时，说明所测电压为负值，这时将表笔互换就可测出数值。读数时注意，所选量程数为指针刚好满偏时的读数，未满偏时的读数可根据占刻度的几分之几来读数。三、交流电压测量:因为交流电压无正负之分，所以红黑两表笔插“+” 插口还是“*”插口无所谓。测量方法及注意事项和测直流电压类似。有一点需要注意的是当选交流10V档时，读数应看“10V”专用刻度。四、直流电流测量:将两旋钮调到合适的直流电流档，然后将万用表两表笔按“+”“-”极性串联接到被测电路上，根据刻度的“~”刻度就可读出电流值。注意事项同测直流电压。五、电阻测量:将两旋钮调到合适的电阻档后，要先进行欧姆调零才可以测电阻值。欧姆调零的方法是:将两表笔短接，看一看指针是否指在刻度盘右端的电阻刻度零位，否则调节欧姆调零电位器使指针指在电阻刻度零位。注意:每换一次电阻档后都要先进行欧姆调零;选电阻档原则是尽可能使指针指在刻度的20~80%弧度范围内;测量电路中的电阻阻值时，要求被测电路不带电:测量时不要将人体电阻并联到被测电阻上:当欧姆调零时指针不能调到零位，表示万用表内电池电压不足，应更换电池。六、万用表使用后，应将两旋钮置于“·”位置上，以防操作失误损坏仪表。 附录C DZX-1型电子学综合实验装置使用说明
一、实验控制屏面板布局示意图 1.数电实验线路板2.模电实验线路板3.石英数字钟4.五功能逻辑笔5.交流电源控制6.单相自耦调压器7.基准脉冲信号发生器
8.直流稳压电源9.16位开头电平输出10.函效信号发生器11.数字集成电路测试仪12.6位七段全译码显示器13.16位逻辑电平显示器14.数字直流电压表15.数字直流毫安表16.等精度频率计17.晶体管测试仪18.指针式毫安表100mA 19.指针式毫安表1mA 20.交流毫伏表 二、操作、使用说明 (一)装置的启动、交流电源控制及功能测试 1.装置左后侧的三芯电源插头插入220V单相交流电源插座 2.将自耦调压器逆时针旋至零位 3.开启"交流电源控制"(单元5)中的电源总开关，电源指示灯亮。将电压表指示切换开关置于左侧(输入电源)。 4.按下“启动”按钮，可听到屏内交流接触器瞬时吸合声，此时，指针式交流电压表读数应为220v左右;自耦调压器原边也接通电源；220v交流电也同时引至相关单元交流电源开关处;接通石英数字钟电源，数字钟应闪动显示12：00，等待调整。
5.将电压指示切换开关置于右侧(调压输出)，顺时针方向调节自耦调压器的转柄，电压表指示值应从0偏转至250v;控制屏左侧面的两处单相三孔插座处应有0~250v连续可调的交流电压输出;在右侧面的两处单相三孔电源插座处应有固定的交流220v输出。 6.开启工频25v电源开关，调节自耦调压器，测量输出电压，其调节范围应为0－25V连续可调。 7.屏内装有电压型漏电保护装置·当交流电源线碰壳，或有漏电现象发生时，即发出告警信号，告警指示灯亮，并使接触器释放，切断各单元的电源，以确保实验的安全；在故障排除之后，需要按一下"复位"键后，就可重新启动。至此，装备启动完毕，可进行其他各单元的检查、
调整、或着手实验。实验完毕，应先关闭各单元电源开关，然后按一下“停止”按钮，最后关断电源总开关，电源指示灯熄灭。 (二)各单元的功能、结构特点与使用说明 1.模电实验线路板 (单元2) 采用457X335mm2、2mm厚聚脂单面敷铜印刷线路板，正面装有元器件，并印有元器件的符号及相应的连接线条，反面是相应的印刷线路。板上装有近 500只锁紧式防转叠插座，以及数百只可靠的镀银紫铜管，用以接插电阻器、电容器、二极管、晶体管等元器件;装有8P、14P等可靠的圆脚集成电路插座3只；100Ω、470Ω、1KΩ、10KΩ、47KΩ、100KΩ、1MΩ电位器及10K双联电位器，共10只;还装有继电器、磁罐振荡线圈、音频输出变压器、钮子开关·二极管、三极管、整流桥堆、稳压管、电容、三端稳压块、单双相可控硅、单结晶体管、12V信号灯、电阻、音乐片及蜂鸣器等元器件，以备实验时选用。上述所有的插座及元器件的引脚，均已与锁紧插座相连接，实验时只要用锁紧插头线，依原理线路图进行连接即可，为方便接线，在实验板上还设置了2个互相连接的地线插孔。 2.直流稳压电源 (单元8) 开启本单元的电源开关。电源指示灯和士5v输出指示灯亮，表示士5v的插孔处有电压输出;而0~18V两组电源，若输出正常，其相应指示灯的亮度则随输出电压的升高而由暗渐趋明亮。这四路输出均具有短路软截止保护功能。两路0~18V直流稳压电源为连续可调的电源，若将两路0~18V电源串联，并令公共点接地，可获得0~士18v的可调电源:若串联后令一端接地，可获得0~36V可调的电源。这四路输出的额定电流分别为1A、IA、0.75A和0.75A。用户可用控制屏上的数字直流电压表来测试稳压电源的输出及其调节性能。 3.函数信号发生器 (单元10) 本信号发生器由单片集成函数信号发生器MAX038及外围电路，数字电压指示及功率放大电路等组合而成。其输出频率范围为2HZ~2MHZ，输出幅度峰峰值为0~16Vp-p。有开关控制。使用时只要开启"函数信号发生器"处开关，此信号源即进入工作状态。两个电位器旋钮用于输出信号的“幅度调节”(右)和“频率调节”(左)。 本信号源可输出正弦波、方被、三角波共三种波形，由琴键开关切换选择。 输出频率分七个频段选择，其中f1为2HZ,f2为20HZ,f3为200HZ,f4为2KHZ，f5为20KZ,f6为200KHZ，f7为2MHz，在全频段范围内无断点。 本信号源还设有三位LED数码管显示其输出幅度(峰-峰值)。 输出衰减分0dB、20dB、40dB、60dB四档，由两个“衰减”按键选择，具体选择方法如下: 20dB按键 40dB按键 衰减值 (dB) 弹起 弹起 0 按下 弹起 20 弹起 按下 40 按下 按下 60 4.六位数显频率计 本频率计的测量范围为1HZ至2MHz，有六位共阴极LED数码管予以显示，闸门时基1s，灵敏度35mV(1-500 KHZ)//100mV(500KHZ-2MHz):测频精度为万分之二(2MHz)。 只要开启电源开关，频率计即进入待测状态。 将频率计处开关(内测/外测)立于“内测”，即可测量"函数信号发生器"本身的信号输出频率。将开关置于"外测"，则频率计显示由“输入”插口输入的被测信号的频率。 参考文献： [1] 华成英 童诗白.《模拟电子技术基础》[M].北京:高等教育出版社, 20xx年5月. [2] 杨素行.《模拟电子技术基础简明教程》[M].北京:高等教育出版社,19xx年10月. [3] 郑家龙.《集成电子技术基础教程》[M].北京:高等教育出版社,20xx年7月. [4] 唐竟新.《模拟电子技术基础解题指南》[M].北京:清华大学出版社,19xx年3月. [5] 谢嘉奎.《电子线路》（线性部分）[M].北京:高等教育出版社,19xx年6月. [6] 童诗白 华成英.《模拟电子技术基础》
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