3.2.5差动放大电路

1.实验目的

（1）掌握差动放大器的电路结构和工作原理，熟悉产生零漂的原因及抑制零漂的方法。

（2）掌握差动放大器主要性能指标的测试方法。

（3）加深对差动放大器性能及特点的理解。

2.实验原理

图3－13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，构成典型的长尾差动放大器。调零电位器R_P用来调节T₁、T₂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3－13  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

长尾电路：

 （U_B一般很小，认为U_B1＝U_B2≈0），

     恒流源电路：

，

　　（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，

单端输出：，

　    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

　　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

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

　　　    　或

　　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＝1KH_Z的正弦信号作为输入信号。

3.实验设备与器件

　　（1）函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、万用表、直流稳压电源以及相关工具。

（2）晶体三极管3DG6×3（或9011×3），要求T₁、T₂管特性参数一致。

（3）电阻器、电容器、普通导线或专用线若干。

4.实验内容

（1）长尾差动放大器性能测试

按图3-13连接实验电路，开关K拨向左边构成长尾差动放大器。

　　①测量静态工作点

　　首先调节放大器零点：将放大器输入端A、B与地短接（信号源不接入），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，使双端输出电压U_O＝0。 调节要仔细，力求准确。

　　然后测量静态工作点：零点调好以后，用万用表测量T₁、T₂管各电极对地电位及射极电阻R_E两端电压U_RE，记入表3－20。

　                           表3-20测量静态工作点

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C₁或C₂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，用交流毫伏表测量 U_i，U_C1，U_C2，记入表3－21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3－21，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3-21测量共模和差模电压放大倍数    

　　（2）具有恒流源的差动放大电路性能测试

将图3－13电路中开关K拨向右边，构成具有恒流源的差动放大电路。重复长尾差动放大器性能测试内容①②③的要求，将结果记入表3-21。

5.实验总结与实验报告

　　（1）整理实验数据，列表比较长尾式差动放大电路和具有恒流源的差动放大电路的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长尾式差动放大电路单端输出时的CMRR实测值与理论值比较。

　　③长尾式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）根据实验结果，总结电阻R_E和恒流源的作用。 比较u_i，u_C1和u_C2之间的相位关系。

　（3） 简要说明差动放大器是如何解决放大与零漂之间的矛盾的。

6.预习要求与问题思考

（1）熟悉实验原理及实验内容。学习差动放大器的结构和工作原理，比较长尾式和恒流源式差动放大器的性能特点及克服零漂的能力。

（2）根据实验电路参数，分别估算两种差动放大器的静态工作点及差模电压放大倍数（取β₁＝β₂＝100）。

（3）测量静态工作点时，放大器输入端A、B与地应如何连接？

    （4）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。

（5）怎样用交流毫伏表测双端输出电压U_O ？

（6）电路中差分对管及元器件参数的对称性对放大器的有关性能起什么作用？

　　（7）电路中的负反馈电阻R_E起什么作用？改用恒流源又有何优点？

（8）实验中，每次输入信号之前，为什么进行调零？怎样进行静态调零点？

3.2.6负反馈放大电路

1.实验目的

　（1）加深理解负反馈放大电路的电路结构、工作原理以及负反馈对放大器各项性能指标的影响。

（2）掌握放大电路中引入负反馈的方法，掌握负反馈放大器各项性能指标的测试方法。

2.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）负反馈放大器性能指标

图3－14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T₁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

其中，A_V为基本放大器（无反馈）的电压放大倍数，即开环电压放大倍数。1＋A_VF_V为反馈深度，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。

③输入电阻R_if＝(1＋A_VF_V )R_i，R_i为基本放大器的输入电阻。　

④输出电阻　，R_O 为基本放大器的输出电阻。A_VO 为基本放大器R_L＝∞时的电压放大倍数。

　　    

图3－14  带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器

（2）基本放大器的动态参数

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。为此要注意几点:

  　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（T₁ 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3－15所示的基本放大器。

　

图3－15  基本放大器

3.实验设备与器件

（1）函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、万用表、直流稳压电源以及相关工具。

（2）晶体三极管3DG6×2(β＝50～100)或9011×2。

（3）电阻器、电容器、普通导线或专用线若干。

4.实验内容

　　（1）测量静态工作点

按图3－14连接实验电路，取U_CC＝＋12V，U_i＝0，用万用表分别测量第一级、第二级的静态工作点，记入表3-22。

　表3－22测量静态工作点

（2）测试基本放大器的各项性能指标

　　将实验电路按图3－15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。

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3－23。

　　　　　　　表3-23中频电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的测试

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3－23。

根据测得U_S、U_i、U_L、U_O值，计算基本放大电路中频电压放大倍数A_V，输入电阻R_i和输出电阻R_O。记入表3－23。

　　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3－24，计算得通频带，记入表3－24。

（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3－15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3－23；测量f_hf和f_Lf，记入表3－24。

根据测得U_S、U_i、U_L、U_O值以及f_hf和f_Lf值，计算负反馈放大电路的A_Vf、R_if和R_Of，记入表3－23，计算通频带记入表3－24。

表3－24测量通频带

  *（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。

5.实验总结与实验报告

　　（1）估算基本放大器和负反馈放大器的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻，并与实测值和列表进行比较。

（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。

6.预习要求与问题思考

　　（1）复习教材中有关负反馈放大器的内容，熟悉负反馈放大电路放大倍数的估算法，掌握深负反馈电压放大倍数近似估算法。。

（2）熟悉负反馈放大器的电路结构和工作原理以及对电路性能的影响。

（3）按实验电路3－14估算放大器的静态工作点（取β₁＝β₂＝100）。

（4）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？

（5）如输入信号存在失真，能否用负反馈来改善？

（6）怎样判断放大器是否存在自激振荡？如何进行消振？

3.2. 12分立元器件构成的 RC正弦波振荡器

1.实验目的

  　（1）进一步学习RC正弦波振荡器的组成及其振荡条件。

  　（2）进一步测量、调试振荡器的方法。

2.实验原理

　　从结构上看，正弦波振荡器是没有输入信号的，带选频网络的正反馈放大器。若用R、C元件组成选频网络，就称为RC 振荡器， 一般用来产生1Hz～1MHz的低频信号。主要有以下三种电路形式。

（1）RC移相振荡器

    电路型式如图3－42所示，选择R＞＞R_i。振荡频率：，起振条件：放大器A的电压放大倍数｜｜＞29。电路特点：简便，但选频作用差，振幅不稳，频率调节不便，一般用于频率固定且稳定性要求不高的场合。频率范围：几赫～数十千赫。

（2）RC串并联网络（文氏桥）振荡器

    电路型式如图3－43所示。振荡频率： ；起振条件：||＞3；电路特点；可方便地连续改变振荡频率，便于加负反馈稳幅，容易得到良好的振荡波形。

图3－42  RC移相振荡器原理图       图3－43  RC串并联网络振荡器原理图

    （3）双T选频网络振荡器

电路型式如图3－44所示。

图3－44  双T选频网络振荡器原理图

振荡频率：；起振条件: 、  ||＞1；电路特点:选频特性好，调频困难，适于产生单一频率的振荡。

 3.实验设备与器件

（1）双踪示波器、交流毫伏表、万用表、直流稳压电源以及相关工具。

（2）3DG12×2 (β＝50～100)或9013。

（3）电阻器、电容器、电位器、普通导线或专用线若干。

4.实验内容

 （1）RC串并联选频网络振荡器

按图3－45组接线路，本实验采用两级共射极分立元件放大器组成RC正弦波振荡器。

图3－45  RC串并联选频网络振荡器

   ①断开RC串并联网络，测量放大器静态工作点及电压放大倍数。

   ②接通RC串并联网络，并使电路起振，用示波器观测输出电压u_O波形，调节R_f使获得满意的正弦信号，记录波形及其参数。

   ③测量振荡频率，并与计算值进行比较。

④改变R或C值，观察振荡频率变化情况。

*⑤ RC串并联网络幅频特性的观察

将RC串并联网络与放大器断开，用函数信号发生器的正弦信号注入RC串并联网络，保持输入信号的幅度不变（约3V），频率由低到高变化，RC串并联网络输出幅值将随之变化，当信号源达某一频率时，RC串并联网络的输出将达最大值（约1V左右）。且输入、输出同相位，此时信号源频率为。

*（2） 双T选频网络振荡器（选作）

    按图3－46组接线路。本实验采用共射极、共集电极分立元件放大器组成RC正弦波振荡器。

    ①断开双T网络，调试T₁管静态工作点，使U_C1为6～7V。

    ②接入双T网络，用示波器观察输出波形。若不起振，调节R_W1，使电路起振。

   ③测量电路振荡频率，并与计算值比较。

图3－46  双T网络RC正弦波振荡器                     图3－47  RC移相式振荡器

   *（3） RC移相式振荡器的组装与调试（选作）

参数自定，按图3－47组接线路，本实验采用共射极、共集电极分立元件放大器组成RC正弦波振荡器。

 ①断开RC移相电路，调整放大器的静态工作点，测量放大器电压放大倍数。

 ②接通RC移相电路，调节R_B2使电路起振，并使输出波形幅度最大，用示波器观测输出电压u_O波形，同时用频率计和示波器测量振荡频率，并与理论值比较。

5.实验总结与实验报告

 （1） 由给定电路参数计算振荡频率，并与实测值比较， 分析误差产生的原因。

    （2）总结三类RC振荡器的特点。

6.预习要求与问题思考

  　（1）复习教材有关三种类型RC振荡器的结构与工作原理。

  　（2）计算三种实验电路的振荡频率。

（3） 如何用示波器来测量振荡电路的振荡频率。

第二篇：电力电子仿真上机实验(三)

电力电子仿真上机实验三

——直流斩波电路模型及其仿真

一. 目的和要求

1. 熟悉直流斩波电路的工作原理。

2. 熟悉降压、升压斩波电路的组成及其特点。

3. 熟悉双极式PWM调制的工作原理。

4. 桥式直流PWM变流电路建模与仿真

二. 内容和步骤

1. 降压电路建模及仿真，建立以下电路模型：

(1)   　改变脉冲宽度，观测输出点压大

(2)   　改变电感Ｌ值，观测输出电流波形值　

2. 升压电路建模及仿真，建立以下电路模型：

(1) 改变脉冲宽度，观测输出电压大小变化

(2)   改变电感Ｌ值，观测输出电流波形值　

3. 桥式PWM变换电路仿真，建立以下电路模型：

            H桥DC-DC变换仿真模型

仿真参数设定

电源电压：12V

负载：R=0.5Ω  L=0.5mH 

Step:   0.01S    0.8~ - 0.8

PWM：3KHz

(1) 改变脉冲宽度，观测输出电压大小变化

(2)   改变电感Ｌ值，观测输出电流波形值

(3)   将负载改为阻感负载，开关频率为50Hz，占空比为50%，实现单相电压源型逆变电路。