《模擬電子線路》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(仿真)

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1、 《模擬電子線路》 實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書 ——仿真實(shí)驗(yàn)部分 編 寫 適用專業(yè)：通信工程 閩江學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)系 2010年7月 前 言 在現(xiàn)代通信控制，電子測(cè)量等眾多領(lǐng)域，都廣泛的應(yīng)用電子技術(shù)。EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）技術(shù)的飛速發(fā)展，要求專業(yè)技術(shù)人員能較快地掌握該技術(shù)的應(yīng)用。為了幫助廣大同學(xué)更好地學(xué)習(xí)EDA技術(shù)，我們編寫了本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。 本著快速掌握，即學(xué)即用和實(shí)用易學(xué)的目的，本書采用了理論從略、應(yīng)用從祥的原則。 本書包括模擬驗(yàn)證性實(shí)

2、驗(yàn)，以完成一個(gè)實(shí)際應(yīng)用為例，引導(dǎo)學(xué)生完成并掌握整個(gè)設(shè)計(jì)過程，實(shí)驗(yàn)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由單一到綜合，鞏固和加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基本理論的掌握，訓(xùn)練提高學(xué)生的基本設(shè)計(jì)能力；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，提出實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蠛蛯?shí)驗(yàn)內(nèi)容及約束條件，設(shè)計(jì)方案、功能選擇由學(xué)生自行擬定，以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立組織實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。 本指導(dǎo)書適用通信工程專業(yè)，共包含五個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中實(shí)驗(yàn)一至實(shí)驗(yàn)五為必做。 目 錄 1、實(shí)驗(yàn)一：multisim10的應(yīng)用 ?????????????????????????????????????????????????????????

3、?????????????????????????????????1 2、實(shí)驗(yàn)二：?jiǎn)渭?jí)阻容耦合放大電路??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????13 3、實(shí)驗(yàn)三：差分放大電路?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19 4、實(shí)驗(yàn)四：集成運(yùn)算放大電路的應(yīng)用????????????????????????????????

4、???????????????????????????????????????????????24 5、實(shí)驗(yàn)五：RC正弦波振蕩電路????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????13 實(shí)驗(yàn)一：Multisim10的應(yīng)用 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證 實(shí)驗(yàn)要求：必修 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 學(xué)習(xí)multisim仿真軟件的使用方法。掌握電子元件的調(diào)用和連接，虛擬儀表的使用。

5、 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 熟悉Multisim10的界面，練習(xí)輸入編輯電路圖，仿真，熟悉各種元器件，練習(xí)虛擬儀器的應(yīng)用。 三、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求 根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)、要求和具體條件，采用集中授課形式。 四、實(shí)驗(yàn)條件 安裝Multisim10軟件的計(jì)算機(jī)。 五、實(shí)驗(yàn)步驟 Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。 一、 Multisim概貌

6、軟件以圖形界面為主，具有一般Windows應(yīng)用軟件的界面風(fēng)格，用戶可以根據(jù)自己的習(xí)慣和熟悉程度自如使用。 1、Multisim的主窗口界面。 啟動(dòng)后，將出現(xiàn)如圖1所示的界面。 圖1 界面由多個(gè)區(qū)域構(gòu)成：菜單欄，各種工具欄，電路輸入窗口，狀態(tài)條，列表框等。通過對(duì)各部分的操作可以實(shí)現(xiàn)電路圖的輸入、編輯，并根據(jù)需要對(duì)電路進(jìn)行相應(yīng)的觀測(cè)和分析。用戶可以通過菜單或工具欄改變主窗口的視圖內(nèi)容。 2、菜單欄 菜單中有一些與大多數(shù)Windows平臺(tái)上的應(yīng)用軟件一致的功能選項(xiàng)，如File，Edit，View，Options，Help。此外，還有一些EDA軟件專用的選項(xiàng)，如Place，Simula

7、tion，Transfer以及Tool等。 （1）．Place 通過Place命令輸入電路圖。 命令 功能 Place Component 放置元器件 Place Junction 放置連接點(diǎn) Place Bus 放置總線 Place Input/Output 放置輸入/出接口 Place Hierarchical Block 放置層次模塊 Place Text 放置文字 Place Text Description Box 打開電路圖描述窗口，編輯電路圖描述文字 Replace Component 重新選擇元器件替代當(dāng)前選中的元器件 Place as

8、 Subcircuit 放置子電路 Replace by Subcircuit 重新選擇子電路替代當(dāng)前選中的子電路 （2）．Simulate 通過Simulate菜單執(zhí)行仿真分析命令。 命令 功能 Run 執(zhí)行仿真 Pause 暫停仿真 Default Instrument Settings 設(shè)置儀表的預(yù)置值 Digital Simulation Settings 設(shè)定數(shù)字仿真參數(shù) Instruments 選用儀表（也可通過工具欄選擇） Analyses 選用各項(xiàng)分析功能 Postprocess 啟用后處理 VHDL Simulation 進(jìn)行VH

9、DL仿真 Auto Fault Option 自動(dòng)設(shè)置故障選項(xiàng) Global Component Tolerances 設(shè)置所有器件的誤差 （3）．Transfer菜單 Transfer菜單提供的命令可以完成Multisim對(duì)其它EDA軟件需要的文件格式的輸出。 命令 功能 Transfer to Ultiboard 將所設(shè)計(jì)的電路圖轉(zhuǎn)換為Ultiboard（Multisim中的電路板設(shè)計(jì)軟件）的文件格式 Transfer to other PCB Layout 將所設(shè)計(jì)的電路圖以其他電路板設(shè)計(jì)軟件所支持的文件格式 Backannotate From Ultiboar

10、d 將在Ultiboard中所作的修改標(biāo)記到正在編輯的電路中 Export Simulation Results to MathCAD 將仿真結(jié)果輸出到MathCAD Export Simulation Results to Excel 將仿真結(jié)果輸出到Excel Export Netlist 輸出電路網(wǎng)表文件 （4）．Tools Tools菜單主要針對(duì)元器件的編輯與管理的命令。 命令 功能 Create Components 新建元器件 Edit Components 編輯元器件 Copy Components 復(fù)制元器件 Delete Component

11、 刪除元器件 Database Management 啟動(dòng)元器件數(shù)據(jù)庫管理器，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的編輯管理工作 Update Component 更新元器件 3、工具欄 Multisim 2001提供了多種工具欄，并以層次化的模式加以管理，用戶可以通過View菜單中的選項(xiàng)方便地將頂層的工具欄打開或關(guān)閉，再通過頂層工具欄中的按鈕來管理和控制下層的工具欄。通過工具欄，用戶可以方便直接地使用軟件的各項(xiàng)功能。 （1）元器件（Component）工具欄每一個(gè)按鈕都對(duì)應(yīng)一類元器件，其分類方式和Multisim元器件數(shù)據(jù)庫中的分類相對(duì)應(yīng)。 （2）Instruments工具欄集中了Multi

12、sim為用戶提供的所有虛擬儀器儀表，用戶可以通過按鈕選擇自己需要的儀器對(duì)電路進(jìn)行觀測(cè)。 （3）．用戶可以通過Zoom工具欄方便地調(diào)整所編輯電路的視圖大小。 （4）．Simulation工具欄可以控制電路仿真的開始、結(jié)束和暫停。 二、 Multisim對(duì)元器件的管理 Multisim為用戶提供了豐富的元器件，并以開放的形式管理元器件，使得用戶能夠自己添加所需要的元器件。 Multisim以庫的形式管理元器件，通過菜單Tools/ Database Management打開Database Manager（數(shù)據(jù)庫管理）窗口（如下圖所示），對(duì)元器件庫進(jìn)行管理。

13、 Master庫中存放的是軟件為用戶提供的元器件，User是為用戶自建元器件準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)庫。用戶對(duì)Master數(shù)據(jù)庫中的元器件和表示方式?jīng)]有編輯權(quán)。當(dāng)選中Master時(shí)，窗口中對(duì)庫的編輯按鈕變成灰色。 據(jù)此用戶可以通過選擇User數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而對(duì)自建元器件進(jìn)行編輯管理。 在Master庫中有實(shí)際元器件和虛擬元器件，它們之間根本差別在于：一種是與實(shí)際元器件的型號(hào)、參數(shù)值以及封裝都相對(duì)應(yīng)的元器件，在設(shè)計(jì)中選用此類器件，可以使設(shè)計(jì)仿真與實(shí)際情況有良好的對(duì)應(yīng)性，還可以直接將設(shè)計(jì)導(dǎo)出到Ultiboard中進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì)。另一種器件的參數(shù)值是該類器件的典型值，不與實(shí)際器件對(duì)應(yīng)，用戶可以根據(jù)需要

14、改變器件模型的參數(shù)值，只能用于仿真，這類器件稱為虛擬器件。代表虛擬器件的圖標(biāo)與該類實(shí)際器件的圖標(biāo)形狀相同，但虛擬器件的按鈕有底色，而實(shí)際器件沒有，如下圖所示。 并非所有的是元器件都設(shè)有虛擬類的器件。 在元器件類型列標(biāo)中，虛擬元器件類的后綴標(biāo)有Virtual，如下圖所示： 三、 輸入并編輯電路 輸入電路圖是分析和設(shè)計(jì)工作的第一步，用戶從元器件庫中選擇需要的元器件放置在電路圖中并連接起來,為分析和仿真做準(zhǔn)備。 1、設(shè)置Multisim的通用環(huán)境變量 為了適應(yīng)不同的需求和用戶習(xí)慣，用戶可以用菜單Option/Global Preferences打開Preferences對(duì)話

15、窗口，用菜單Option/Sheet Properties打開Sheet Properties對(duì)話窗口，如下圖所示。 用戶可以就電路符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、電路尺寸、縮放比例、是否顯示網(wǎng)格、自動(dòng)存儲(chǔ)時(shí)間等內(nèi)容作相應(yīng)的設(shè)置。 2、取用元器件 （1）元器件可以從工具欄取用或從菜單取用。下面將以74LS00D為例說明。 點(diǎn)擊Component工具欄中的按鈕或通過Place/ Component菜單命令打開Select a Component窗口，如下圖所示。其中包含的字段有Database（元器件數(shù)據(jù)庫），F(xiàn)amily（元器件類型列表），Component（元器件名細(xì)表）等內(nèi)容。 （2）

16、選中相應(yīng)的元器件 在Family中選擇74LS系列，在Component中選擇74LS00D。單擊OK按鈕就可以選中74LS00D，出現(xiàn)如下備選窗口。 7400D是四/二輸入與非門，在窗口中的A/B/C/D分別代表其中的一個(gè)與非門，用鼠標(biāo)選中其中的一個(gè)放置在電路圖編輯窗口中，器件在電路圖中顯示的圖形符號(hào)如下圖所示。 用戶可以在上面的Select a Component窗口中的Symbol框中預(yù)覽到。當(dāng)器件放置到電路編輯窗口中后，用戶就可以進(jìn)行移動(dòng)、復(fù)制、粘貼等編輯工作了。 3、將元器件連接成電路 在將電路需要的元器件放置在電路編輯窗口后，用鼠標(biāo)就可以方便地將器件連接起來。方法

17、是：用鼠標(biāo)單擊連線的起點(diǎn)并拖動(dòng)鼠標(biāo)至連線的終點(diǎn)。在Multisim中連線的起點(diǎn)和終點(diǎn)不能懸空。 四、 虛擬儀器及其使用 對(duì)電路進(jìn)行仿真運(yùn)行，通過對(duì)運(yùn)行結(jié)果的分析，判斷設(shè)計(jì)是否正確合理，是EDA軟件的一項(xiàng)主要功能。為此，Multisim為用戶提供了類型豐富的虛擬儀器，可以從Instruments工具欄，或用菜單命令（Simulation/ instrument）選用這些儀表，如下圖所示。在選用后，各種虛擬儀表都以面板的方式顯示在電路中。 下面介紹幾種模擬電路實(shí)驗(yàn)中常用的虛擬儀器。 1、 Multimeter數(shù)字萬用表 可測(cè)量交直流電壓、交直流電流、電阻及電路中兩點(diǎn)的分貝損耗

18、，可自動(dòng)調(diào)整量程。下圖為數(shù)字萬用表的圖標(biāo)和操作界面。 圖標(biāo)中+、-兩個(gè)端子用來與待測(cè)設(shè)備的端點(diǎn)相連，在測(cè)量電阻和電壓時(shí)應(yīng)與待測(cè)端點(diǎn)并聯(lián)，在測(cè)量電流時(shí)應(yīng)串聯(lián)在待測(cè)支路中。 儀器界面上，上面4個(gè)按鈕分別為選擇測(cè)量電流、電壓、電阻、分貝；中間兩個(gè)按鈕為選擇測(cè)量交流（測(cè)量值為有效值），測(cè)量直流；下面set按鈕用來對(duì)萬用表內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，參數(shù)設(shè)置對(duì)話框如下圖。 可設(shè)置與電流表并聯(lián)的內(nèi)阻，與電壓表串聯(lián)的內(nèi)阻，用歐姆表測(cè)量時(shí)流過該表的電流值，電流測(cè)量的顯示范圍，電壓測(cè)量的顯示范圍，電阻測(cè)量的顯示范圍。 2、 Function Generator函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 可提供正弦波、三角波、方波三

19、種不同波形的信號(hào)的電壓信號(hào)源。下圖為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的圖標(biāo)和操作界面。 +表示波形電壓信號(hào)的正極性輸出端；-表示波形電壓信號(hào)的負(fù)極性輸出端；common表示公共接地端。 上面3個(gè)按鈕選擇三種周期信號(hào)。Frequency設(shè)置輸出信號(hào)頻率；duty cycle設(shè)置輸出信號(hào)占空比；amplitude設(shè)置輸出信號(hào)幅度的峰值；offset設(shè)置輸出信號(hào)的偏置電壓值（就是把正弦波、三角波、方波疊加在設(shè)置的偏置電壓上輸出）。Set rise/fall time用來設(shè)置方波信號(hào)的上升沿與下降沿的時(shí)間。 3、 Wattermeter 瓦特表（功率計(jì)） 可測(cè)量電路的功率，交流和直流電路都可測(cè)量。下圖為瓦特

20、表的圖標(biāo)和操作界面。 功率計(jì)有4個(gè)端子與待測(cè)設(shè)備相連接。左邊V標(biāo)記的兩個(gè)端子測(cè)量電壓，與待測(cè)設(shè)備并聯(lián)；右邊I標(biāo)記的兩個(gè)端子測(cè)量電流，與待測(cè)設(shè)備串聯(lián)。Power factor為功率因子，取值范圍0 ~1。 4、 Oscilloscape 雙通道示波器 可測(cè)量信號(hào)的波形、幅度、頻率等。下圖為雙通道示波器的圖標(biāo)和操作界面。 示波器圖標(biāo)上有6個(gè)端子，A通道正負(fù)端、B通道正負(fù)端、外觸發(fā)正負(fù)端。A（或B）通道的正端與待測(cè)點(diǎn)相連，測(cè)量的是該點(diǎn)與地之間的波形；若要測(cè)量器件兩端的信號(hào)波形，將A或B通道的正負(fù)端與器件兩端相連。 示波器操作界面介紹： T1右側(cè)的左右箭頭可改變垂直光標(biāo)1的位置。

21、 T2右側(cè)的左右箭頭可改變垂直光標(biāo)2的位置。 Time項(xiàng)的數(shù)值從上到下分別為：垂直光標(biāo)1的位置，垂直光標(biāo)2的位置，兩光標(biāo)的位置差。 Channel_A項(xiàng)的數(shù)值從上到下分別為：垂直光標(biāo)1處A通道的輸出電壓，垂直光標(biāo)2處A通道的輸出電壓，兩光標(biāo)處電壓差。 Channel_B項(xiàng)的數(shù)值從上到下分別為：垂直光標(biāo)1處B通道的輸出電壓，垂直光標(biāo)2處B通道的輸出電壓，兩光標(biāo)處電壓差。 Reverse按鈕改變顯示區(qū)背景顏色。 Save按鈕以ASCII文件形式保存掃描數(shù)據(jù)。 Timebase區(qū)：設(shè)置x軸方向時(shí)間基線位置和時(shí)間刻度值。 Scale：設(shè)置x軸方向每一個(gè)刻度代表的時(shí)間。 X positi

22、on：設(shè)置x軸方向時(shí)間基線的起始位置。 Y/T按鈕：x軸顯示時(shí)間y軸顯示電壓的顯示方式，即信號(hào)波形隨時(shí)間變化的顯示方式。 Add按鈕：x軸顯示時(shí)間，y軸顯示A通道和B通道輸入電壓之和。 B/A按鈕：A通道信號(hào)作為x軸掃描信號(hào)，B通道信號(hào)值除以A通道信號(hào)值后所得信號(hào)作為y軸的信號(hào)輸出。 A/B按鈕：B通道信號(hào)作為x軸掃描信號(hào)，A通道信號(hào)值除以B通道信號(hào)值后所得信號(hào)作為y軸的信號(hào)輸出。 Channel A區(qū)：A通道設(shè)置。 Scale：y軸的刻度選擇。 Y position：調(diào)整y軸方向的原點(diǎn)，即波形在y軸的偏移位置。 AC按鈕：僅顯示信號(hào)的交流部分。 0按鈕：輸出端接地，沒有信號(hào)

23、顯示。 DC按鈕：顯示信號(hào)直流部分與交流部分的和。 Trigger區(qū)：設(shè)置示波器的觸發(fā)方式。 Edge：觸發(fā)邊沿的選擇。 Level：設(shè)置觸發(fā)電平的大小。 Type：設(shè)置觸發(fā)模式。Auto是不管是否滿足觸發(fā)條件都實(shí)時(shí)刷新波形；Normal是滿足觸發(fā)條件才觸發(fā)，否則波形靜止不動(dòng)，等待下一次滿足條件；Single是僅捕獲第一次滿足觸發(fā)條件的波形，捕獲后就停止。下圖為示波器應(yīng)用示例。 5、 Bode Plotter 波特圖示儀（頻率特性測(cè)試儀） 可測(cè)量電路的幅頻特性和相頻特性。下圖為波特圖示儀的圖標(biāo)和操作界面。 圖標(biāo)上有4個(gè)端子，分別接電路的輸入端和輸出端。 Mode區(qū)：設(shè)

24、置顯示內(nèi)容。 Magnitude：顯示幅頻特性曲線。 Phase：顯示相頻特性曲線。 Horizontal區(qū)：設(shè)置x軸顯示類型和頻率范圍。 Log：采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)。 Lin：采用線性坐標(biāo)。 Horizontal區(qū)：設(shè)置y軸顯示類型。 Controls區(qū)： Reverse：設(shè)置背景顏色。 Save：將測(cè)量以BOD格式存儲(chǔ)。 Set…：設(shè)置掃描分辨率。 下圖為波特圖示儀應(yīng)用示例。 （波特圖儀本身是沒有信號(hào)源的，在使用時(shí)應(yīng)在電路的輸入端口接入一個(gè)交流信號(hào)源或者信號(hào)發(fā)生器，且不必對(duì)其參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。） 6、 Meaturement probe 實(shí)時(shí)測(cè)量探針 下圖為實(shí)時(shí)測(cè)量探

25、針應(yīng)用示例。 六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 報(bào)告第一行必須寫上“班級(jí)、姓名、座號(hào)、時(shí)間”，其中“時(shí)間”要跟實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)間一致。 報(bào)告中寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（本次實(shí)驗(yàn)僅要求寫出所完成內(nèi)容的提綱，不要求寫出具體步驟）。 實(shí)驗(yàn)二：?jiǎn)渭?jí)阻容耦合放大電路 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證 實(shí)驗(yàn)要求：必修 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 學(xué)習(xí)用multisim仿真軟件分析單級(jí)阻容耦合放大電路主要性能指標(biāo)的方法。了解直流工作點(diǎn)分析方法。學(xué)會(huì)檢查、測(cè)量、調(diào)整電路的工作狀態(tài)。掌握測(cè)量放大器的電壓放大倍數(shù)，測(cè)量輸入輸出電阻。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)試，電壓放大倍數(shù)的測(cè)試，靜態(tài)工作點(diǎn)變化對(duì)輸出波形

26、的影響，輸入輸出電阻測(cè)量。 三、實(shí)驗(yàn)原理 典型的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的阻容耦合放大器如圖1所示（分壓偏置電路）。 B IR 圖1 一般只要滿足：～ (1) ～ (2) 則靜態(tài)工作點(diǎn)就有足夠的溫度穩(wěn)定性。 1、靜態(tài)工作點(diǎn)和動(dòng)態(tài)范圍 1）靜態(tài)工作點(diǎn)的影響因素 如果滿足（1）式、（2）式，該電路的靜態(tài)工作點(diǎn)可由下式近似估算得到： (3)

27、 (4) (5) 可見，靜態(tài)工作點(diǎn)與VCC、Rc、Re、Rb1和Rb2的取值均有關(guān)系，電路確定后，靜態(tài)工作點(diǎn)是通過調(diào)節(jié)Rb2（電位器）來調(diào)節(jié)的。 2)靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置對(duì)輸出波形的影響 靜態(tài)工作點(diǎn)的位置設(shè)置對(duì)輸出波形有很大影響，見圖2，Q點(diǎn)如果過低，將出現(xiàn)截止失真，過高則出現(xiàn)飽和失真，這些情況在實(shí)際電路中都應(yīng)避免。 圖2 3)靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量 靜態(tài)工作點(diǎn)Q電流、電壓UBE

28、Q、IBQ、 ICQ 和UCEQ可用萬用表直接測(cè)得 4)從圖2可以看出，如果將靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在負(fù)載線的中點(diǎn)附近，則基極輸入電流允許有一個(gè)最大的變化范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的輸出電壓也有一個(gè)最大的變化范圍，即在這個(gè)范圍內(nèi)均不會(huì)發(fā)生截止和飽和失真，我們將位于負(fù)載線中點(diǎn)的靜態(tài)工作點(diǎn)，叫做最佳靜態(tài)工作點(diǎn)，這個(gè)電壓變化范圍叫做放大器的動(dòng)態(tài)范圍，這個(gè)最大不失真輸出電壓UOM常用輸出電壓的峰-峰值UOP-P來表示。 對(duì)于一個(gè)放大器來說，靜態(tài)工作點(diǎn)不一定要設(shè)置在最佳位置，這要視放大器本身所承擔(dān)的任務(wù)而定。例如，作為放大器的前置級(jí)，所放大的信號(hào)很小，靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置得低一點(diǎn)，也不一定就會(huì)發(fā)生截止失真。這對(duì)放大器

29、降低損耗、減小噪聲是有好處的，但是在末級(jí)放大器，需要考慮有最大不失真電壓輸出時(shí)，才考慮設(shè)置最佳靜態(tài)工作點(diǎn)。 2、放大倍數(shù) 放大倍數(shù)是反映電路對(duì)信號(hào)的放大能力的一個(gè)參數(shù)，低頻放大器的電壓放大倍數(shù)是指輸入、輸出電壓有效值（或峰值）之比。 圖3 圖1的交流等效電路如圖3所示。 其中 ， 3、放大倍數(shù)的測(cè)量 放大倍數(shù)必須在輸入、輸出電壓波形不失真的情況下測(cè)量，通常有兩種方法： 1）直接用交流毫伏表測(cè)得輸入、輸出電壓的有效值，然后求它們之比，此法一般適用于正弦信號(hào)時(shí)的測(cè)量。 2）還可以用示波器測(cè)量輸入輸出電壓的峰峰值，然后將此峰峰值之比取為電壓放大倍數(shù)，此法不

30、但適用于正弦信號(hào)，也同樣適用于非正弦信號(hào)。 4、放大器輸入輸出阻抗的測(cè)量 1）輸入阻抗的測(cè)量： 測(cè)量輸入阻抗的原理框圖見圖4所示。 圖4 在輸入回路串接一個(gè)已知值的電阻R，調(diào)整低頻信號(hào)發(fā)生器的輸出，使示波器出現(xiàn)不失真的波形，用交流毫伏表側(cè)電壓Us和Ui ，則 2）輸出阻抗的測(cè)量： 測(cè)量輸出阻抗的原理框圖見圖5所示。 圖5 先不接負(fù)載電阻RL，用示波器測(cè)輸出端的開路電壓Uo，然后接上RL，再測(cè)出帶負(fù)載的UoL，由被測(cè)放大器的輸出回路有： 。 四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求 根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的

31、特點(diǎn)、要求和具體條件，采用集中授課形式。 五、實(shí)驗(yàn)條件 安裝Multisim10軟件的計(jì)算機(jī)。 六、實(shí)驗(yàn)步驟 1．靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)試。 圖6 按圖6所示電路調(diào)出所需元件，連接仿真電路。其中虛擬電位器”Increment”欄設(shè)為1%，”Resistance”欄設(shè)為220K。將電位器的的百分比調(diào)節(jié)到33%，用虛擬萬用表測(cè)集電極電阻R3兩端的直流電壓，計(jì)算此時(shí)的ICQ ,再將萬用表接入電路適當(dāng)位置，測(cè)出UCEQ和UBEQ，將測(cè)量結(jié)果填入表1。 表1

32、 URc (V) ICQ (mA) UCEQ (V) UBEQ (V) 2. 電壓放大倍數(shù)的測(cè)試。 刪除萬用表，調(diào)入信號(hào)發(fā)生器和雙蹤示波器，將信號(hào)發(fā)生器接到輸入端，將示波器的兩通道分別接到電路輸入和輸出端。信號(hào)發(fā)生器和示波器設(shè)置參考圖7 圖7 讀出輸入和輸出正弦波的幅值，并計(jì)算電壓放大倍數(shù)，填入表2。在電路輸出端再并聯(lián)一個(gè)負(fù)載電阻R7（10kΩ），重新讀出輸出正弦波幅值，算出電壓放大倍數(shù)，填入表2。

33、 表2 RL’(kΩ) Ui(mV) Uo(mV) Au 3//10 3//5 3．觀察靜態(tài)工作點(diǎn)變化對(duì)輸出波形的影響。 刪除R7，改變電位器的百分比為17%左右時(shí)，觀察波形，屬于何種失真？將電位器的百分比調(diào)節(jié)到100%，并將信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)幅度增加到30mV，觀察波形，屬于何種失真？ 4．測(cè)輸入輸出電阻。 刪除示波器，將信號(hào)發(fā)生器幅度恢復(fù)到10mV，電位器的百分比恢復(fù)到33%。在放大器輸入端串接一個(gè)5.1kΩ電阻，再調(diào)出兩只萬用表，按圖8所示電路接好。打開信號(hào)發(fā)生器以及兩只萬用表的顯示面板，將萬用表切換到交流電壓檔，增大信號(hào)發(fā)生器的幅度，大約在

34、30mV左右時(shí)，XMM2的面板顯示10mV左右（Ui），這時(shí)讀出XMM1的數(shù)據(jù)（Us），將它們填入表3，求出輸入電阻。 圖8 恢復(fù)仿真電路如圖6，刪除原負(fù)載電阻R5，電位器百分比調(diào)成33%，在示波器上讀出空載時(shí)的輸出電壓Uo，再將負(fù)載電阻R5接回到輸出端，讀出帶負(fù)載時(shí)的輸出電壓UoL，將它們填入表3，求出輸出電阻。 表3 Us(mV) Ui(mV) Ri(kΩ) Uo(V) UoL(V) Ro(kΩ)

35、 七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 報(bào)告第一行必須寫上“班級(jí)、姓名、座號(hào)、時(shí)間”，其中“時(shí)間”要跟實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)間一致。 報(bào)告中寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟。 在報(bào)告中將實(shí)驗(yàn)步驟所列的3個(gè)表填好，并回答步驟3所提的問題。 實(shí)驗(yàn)三：差分放大電路 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證 實(shí)驗(yàn)要求：必修 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 學(xué)習(xí)用multisim軟件對(duì)差分放大電路仿真。掌握差分放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置和測(cè)試方法。掌握差分放大器差模電壓放大倍數(shù)的測(cè)試方法。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)試，單端輸入單端輸出差模電壓放大倍數(shù)，雙端輸入單端輸出差模電壓放大倍數(shù)，單端輸入雙端輸出差模電

36、壓放大倍數(shù)，雙端輸入雙端輸出差模電壓放大倍數(shù)。 三、實(shí)驗(yàn)原理 差分放大電路是構(gòu)成多級(jí)直接耦合放大電路的基本單元電路。直接耦合放大電路有一個(gè)缺點(diǎn)，即零點(diǎn)漂移，嚴(yán)重時(shí)使放大器無法正常工作，為解決這一問題，可采用差分放大電路。差分放大電路的基本形式有3種：簡(jiǎn)單形式、長(zhǎng)尾式和恒流源式。恒流源式差分放大電路如圖1所示。 圖1 靜態(tài)時(shí)，忽略T3的基極電流，則電阻R7上的電壓為 電阻R5上的電壓為 恒流管T3的靜態(tài)電流為 設(shè)兩個(gè)放大管T1和T2的參數(shù)對(duì)稱，則它們的靜態(tài)電流和電壓為： 在恒流源式

37、差分放大電路中，橫流三極管代替長(zhǎng)尾電阻，如三極管工作在線性放大區(qū)，則當(dāng)集電極電壓變化時(shí)集電極電流基本保持不變，在這個(gè)區(qū)域，三極管c、e之間的動(dòng)態(tài)電阻很大，所以，橫流三極管T3相當(dāng)于一個(gè)阻值很大的長(zhǎng)尾電阻，從而可以獲得很強(qiáng)的共模負(fù)反饋，同時(shí)又不要求很高的負(fù)電源電壓。 由于恒流管引入的是共模負(fù)反饋，當(dāng)加入差模輸入信號(hào)時(shí)，兩個(gè)放大管的集電極電流將一個(gè)增加，另一個(gè)減少，二者之和保持不變，因而，它們的發(fā)射極電位保持不變，相當(dāng)于交流接地。 如果在T1和T2的集電極之間接有負(fù)載電阻RL，則因?yàn)榧由喜钅］斎胄盘?hào)時(shí)，一個(gè)三極管的集電極電位降低，另一個(gè)三極管的集電極電位升高，RL中點(diǎn)的電位保持不變，即在RL/

38、2處相當(dāng)于交流接地，因此可認(rèn)為每個(gè)三極管的集電極與地之間接有RL/2的負(fù)載電阻。如差分電路靜態(tài)工作點(diǎn)為和，當(dāng)輸入直流差模信號(hào)時(shí)，輸出電壓為，輸入信號(hào)為，則 差模電壓放大倍數(shù)為 共模電壓放大倍數(shù)為 共模抑制比是衡量差分放大器對(duì)共模信號(hào)抑制能力的重要技術(shù)指標(biāo)，定義為差模電壓增益與共模電壓增益的比: 四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求 根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)、要求和具體條件，采用集中授課形式。 五、實(shí)驗(yàn)條件 安裝multisim10軟件的計(jì)算機(jī)。 六、實(shí)驗(yàn)步驟 1．建立如圖2所示仿真電路。其中電位器R8取自虛擬元件庫，并將它的”Increment”欄設(shè)為1%，”Resi

39、stance”欄設(shè)為”330”O(jiān)hm。 圖2 2．根據(jù)電路元件參數(shù)計(jì)算，，，，，（取），將它們填入表1中。 表1 電壓或電流 理論計(jì)算值 測(cè)量值 3. 打開仿真開關(guān)，記錄各虛擬儀表顯示的電流靜態(tài)工作點(diǎn)數(shù)據(jù)并填入表1中，并與理論計(jì)算值比較。 4. 刪除圖2中所有儀表，調(diào)出信號(hào)發(fā)生器和示波器，建立如圖3所示電路。兩臺(tái)虛擬儀器的面板各欄設(shè)置參考圖4所示。記錄單端輸入、單端輸出差模電壓、，從而得到差模放大倍數(shù)。 圖3 圖4 5. 將電路改為雙端輸入單端輸出，測(cè)試。 6．將電路改為單端輸入雙端輸出

40、，測(cè)試。 7. 將電路改為雙端輸入雙端輸出，測(cè)試。 七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 報(bào)告第一行必須寫上“班級(jí)、姓名、座號(hào)、時(shí)間”，其中“時(shí)間”要跟實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)間一致。 報(bào)告中寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟。 將實(shí)驗(yàn)步驟中所列的表填好，并給出各測(cè)試結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)四：集成運(yùn)算放大電路的應(yīng)用 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證 實(shí)驗(yàn)要求：必修 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解用集成運(yùn)放組成比例、求和電路的特點(diǎn)及性能。了解用集成運(yùn)放組成電壓比較器的特點(diǎn)及性能。掌握上述電路的測(cè)試和分析方法。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 反相比例放大器，反相求和放大電路，過零比較電路，同相滯回比較電路。 三、實(shí)驗(yàn)原理

41、 在分析集成運(yùn)放的各種應(yīng)用電路時(shí)，常常將集成運(yùn)放看作是理想的運(yùn)算放大器。 1. 理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)有兩個(gè)重要特性：虛短和虛斷。 2. 集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)有兩個(gè)重要特性： 1）輸出電壓值只有兩種： 2)不具有虛短特性，具有虛斷特性。 四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求 根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)、要求和具體條件，采用集中授課形式。 五、實(shí)驗(yàn)條件 安裝multisim10軟件的計(jì)算機(jī)。 六、實(shí)驗(yàn)步驟 1．反相比例放大器。 （1）調(diào)用“741”運(yùn)放，如圖1所示。 圖1 （2）編輯反相比例放大仿真電路如圖2所示。 圖2 （3）先令電位器R1的百分比為5%，

42、記下兩個(gè)電壓表（Ui）和（Uo）的值，填入表1中，再按表1中電位器R1的百分比要求完成仿真實(shí)驗(yàn)和記錄，并與理論估算值比較。 表1 輸入電壓 電位器百分比 5% 25% 40% 65% 80% 95% Ui(V) 輸出電壓 計(jì)算值Uo(V) 測(cè)量值Uo(V) 2. 反相求和放大電路。 編輯電路如圖3所示，調(diào)節(jié)兩個(gè)電位器的百分比按表2，將3個(gè)電壓表的數(shù)據(jù)填入表2中，并根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算電壓放大倍數(shù)。 圖3 表2 電位器R1百分比 90% 30% 電位器

43、R2百分比 55% 10% 輸入電壓Ui1(V) 輸入電壓Ui2(V) 輸出電壓Uo(V) Uo計(jì)算值 3. 過零比較電路。 調(diào)用1Z6.2穩(wěn)壓管，如圖4所示。 編輯過零比較仿真電路如圖5所示，信號(hào)發(fā)生器設(shè)置成幅值為1V，頻率為500Hz的正弦波，利用示波器觀察電路波形，將其截圖貼于實(shí)驗(yàn)報(bào)告中。 圖4 圖5 4. 同相滯回比較電路。 編輯電路如圖6。其中電位器Incremet欄設(shè)置成1%，初始時(shí)電位器百分比調(diào)整到40%，打開仿真開關(guān)，每按一次A鍵，電位器百分比按1%遞增，同時(shí)電壓表1的數(shù)值也增大，而電壓表2保持負(fù)值不變，當(dāng)電

44、位器的百分比和電壓表1的數(shù)值增大到某一值時(shí)，電壓表2的負(fù)值突然變成正值，此時(shí)電壓表1的值就是閾值UT1。然后，每按一次shift+A，電位器百分比按1%遞減，電壓表1數(shù)值減小，而電壓表2保持正值不變，當(dāng)電位器的百分比和電壓表1的數(shù)值減小到某一值時(shí)，電壓表2的正值突然變成負(fù)值，此時(shí)電壓表1的值就是閾值UT2。將兩個(gè)閾值記錄下來。 圖6 七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 報(bào)告第一行必須寫上“班級(jí)、姓名、座號(hào)、時(shí)間”，其中“時(shí)間”要跟實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)間一致。 報(bào)告中寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟。 將實(shí)驗(yàn)步驟中所列的表填好，并給出各測(cè)試結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)五：RC正弦波振蕩電路 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí) 實(shí)

45、驗(yàn)類型：驗(yàn)證 實(shí)驗(yàn)要求：必修 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解RC正弦波振蕩器的兩個(gè)組成部分。了解正弦波振蕩器的兩個(gè)振蕩條件。掌握橋式RC正弦波振蕩電路的調(diào)試和振蕩頻率的測(cè)量。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 編輯RC正弦波振蕩電路，驗(yàn)證振蕩條件，計(jì)算并測(cè)試輸出正弦波的周期。 三、實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)用RC正弦波振蕩電路多種多樣，其中文氏橋振蕩電路最典型最常用。電路如圖1所示，R1、C1、R2、C2組成正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)，通常取R1=R2=R，C1=C2=C。通過計(jì)算可求出選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率特性和中心頻率。當(dāng)振蕩頻率時(shí)，正反饋網(wǎng)絡(luò)的相移為0，反饋系數(shù)最大，等于1/3，為了保證振蕩器起振，應(yīng)有AF>1，故A應(yīng)略大于3，所以

46、要求R3略大于2倍R4。 中心頻率為： 幅頻特性為： 相頻特性為： 當(dāng)時(shí)， ，而且 圖1 四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求 根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)、要求和具體條件，采用集中授課形式。 五、實(shí)驗(yàn)條件 安裝multisim10軟件的計(jì)算機(jī)。 六、實(shí)驗(yàn)步驟 1．編輯仿真電路如圖2所示。其中電位器R5的Increment欄設(shè)置為1%，初始時(shí)百分比為50%。 圖2 2. 示波器放大面板中各欄設(shè)置如圖3所示。 3. 打開仿真開關(guān)，但在示波器屏幕上看不到振蕩正弦波形，為什么？ 4. 按A鍵，逐漸增大電位器的百分比，觀察何時(shí)可以看到電路起振波形，為什么？記錄此時(shí)電位器的值。 5. 繼續(xù)增大電位器的百分比，將看到振蕩器波形出現(xiàn)上、下削波失真。 6. 下調(diào)電位器的百分比，使輸出正弦波達(dá)到不失真，測(cè)出正弦波的幅值。根據(jù)此時(shí)電位器的值，判斷振蕩條件與理論是否相符？ 7．測(cè)出正弦波的周期，并與理論值比較，是否相符？ 圖3 七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 報(bào)告第一行必須寫上“班級(jí)、姓名、座號(hào)、時(shí)間”，其中“時(shí)間”要跟實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)間一致。 報(bào)告中寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟。 回答實(shí)驗(yàn)步驟中所提的問題。 - 35 -