模拟电子电路实验报告

实验一　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R_B1和R_B2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻R_E，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u_i后，在放大器的输出端便可得到一个与u_i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R_B1和R_B2 的电流远大于晶体管T 的

基极电流I_B时（一般5～10倍），则它的静态工作点可用下式估算

U_CE＝U_CC－I_C（R_C＋R_E）

　　电压放大倍数

输入电阻　

　R_i＝R_B1// R_B2// r_be

输出电阻

R_O≈R_C

　　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，必定是理论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u_i＝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I_C以及各电极对地的电位U_B、U_C和U_E。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压U_E或U_C，然后算出I_C的方法，例如，只要测出U_E，即可用

　　算出I_C（也可根据，由U_C确定I_C），

同时也能算出U_BE＝U_B－U_E，U_CE＝U_C－U_E。

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I_C（或U_CE）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u_O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u_O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u_i，检查输出电压u_O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u_O波形失真的影响

改变电路参数U_CC、R_C、R_B（R_B1、R_B2）都会引起静态工作点的变化，如图2－3所示。但通常多采用调节偏置电阻R_B2的方法来改变静态工作点，如减小R_B2，则可使静态工作点提高等。

图2－3 电路参数对静态工作点的影响

　　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A_V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u_i，在输出电压u_O不失真的情况下，用交流毫伏表测出u_i和u_o的有效值U_i和U_O，则

　　2)　输入电阻R_i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U_S和U_i，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 U_R时必须分别测出U_S和U_i，然后按U_R＝U_S－U_i求出U_R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R_i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 R_L的输出电压U_O和接入负载后的输出电压U_L，根据

即可求出

　　在测试中应注意，必须保持R_L接入前后输入信号的大小不变。

　　4)　最大不失真输出电压U_OPP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R_W（改变静态工作点），用示波器观察u_O，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U_O（有效值），则动态范围等于。或用示波器直接读出U_OPP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A_U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，A_um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0.707A_um所对应的频率分别称为下限频率f_L和上限频率f_H，则通频带　　f_BW＝f_H－f_L

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A_U。为此，可采用前述测A_U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。

　　6)　干扰和自激振荡的消除

　　参考实验附录

3DG 9011(NPN)

3CG 9012(PNP)

9013(NPN)

图 2－6 幅频特性曲线图2－7晶体三极管管脚排列

　　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。各电子仪器可按实验一中图1－1所示方式连接，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R_W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R_W，使I_C＝2.0mA（即U_E＝2.0V），用直流电压表测量U_B、U_E、U_C及用万用电表测量R_B2值。记入表2－1。

表2-1 I_C＝2mA

　　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u_S，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压U_i10mV，同时用示波器观察放大器输出电压u_O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U_O值，并用双踪示波器观察u_O和u_i的相位关系，记入表2－2。

表2－2 Ic＝2.0mA U_i＝ mV

3、观察静态工作点对电压放大倍数的影响

　　置R_C＝2.4KΩ，R_L＝∞，U_i适量，调节R_W，用示波器监视输出电压波形，在u_O不失真的条件下，测量数组I_C和U_O值，记入表2－3。

表2－3　　　　R_C＝2.4KΩ R_L＝∞ U_i＝　　mV

　　测量I_C时，要先将信号源输出旋钮旋至零（即使U_i＝0）。

　　4、观察静态工作点对输出波形失真的影响

置R_C＝2.4KΩ，R_L＝2.4KΩ， u_i＝0，调节R_W使I_C＝2.0mA，测出U_CE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R_W，使波形出现失真，绘出u₀的波形，并测出失真情况下的I_C和U_CE值，记入表2－4中。每次测I_C和U_CE 值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。

表2－4 R_C＝2.4KΩ R_L＝∞ U_i＝　　mV

5、测量最大不失真输出电压

置R_C＝2.4KΩ，R_L＝2.4KΩ，按照实验原理2.4)中所述方法，同时调节输入信号的幅度和电位器R_W，用示波器和交流毫伏表测量U_OPP及U_O值，记入表

2－5。

表2－5 R_C＝2.4K R_L＝2.4K

*6、测量输入电阻和输出电阻

　置R_C＝2.4KΩ，R_L＝2.4KΩ，I_C＝2.0mA。输入f＝1KHz的正弦信号，在输出电压u_o不失真的情况下，用交流毫伏表测出U_S，U_i和U_L记入表2-6。

　　保持U_S不变，断开R_L，测量输出电压U_o，记入表2-6。

表2-6　 I_c＝2mA R_c＝2.4KΩ R_L＝2.4KΩ

　　*7、测量幅频特性曲线

取I_C＝2.0mA，R_C＝2.4KΩ，R_L＝2.4KΩ。保持输入信号u_i的幅度不变，改变信号源频率f，逐点测出相应的输出电压U_O，记入表2－7。

表2－7 U_i＝ mV

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。

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R_C，R_L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，R_B1＝20KΩ，R_B2＝60KΩ，R_C＝2.4KΩ，R_L＝2.4KΩ。

　　估算放大器的静态工作点，电压放大倍数A_V，输入电阻R_i和输出电阻R_O

2、阅读实验附录中有关放大器干扰和自激振荡消除内容。

　　3、能否用直流电压表直接测量晶体管的U_BE？为什么实验中要采用测U_B、U_E，再间接算出U_BE的方法？

4、怎样测量R_B2阻值？

　　5、当调节偏置电阻R_B2，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U_CE怎样变化？

6、改变静态工作点对放大器的输入电阻R_i有否影响？改变外接电阻R_L对输出电阻R_O有否影响？

7、在测试A_V，R_i和R_O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？

注：附图2－1所示为共射极单管放大器与带有负反馈的两级放大器共用实验模块。如将K₁、K₂断开，则前级（Ⅰ）为典型电阻分压式单管放大器；如将K₁、K₂接通，则前级（Ⅰ）与后级（Ⅱ）接通，组成带有电压串联负反馈两级放大器。

第二篇：电力电子实验报告(三相桥式全控整流和有源逆变电路实验)docx

实验报告

课程名称：电力电子技术指导老师：成绩：

实验名称：三相桥式全控整流和有源逆变电路实验实验类型：探索验证同组学生姓名：

三相桥式全控整流和有源逆变电路实验

一、实验目的

(1)熟悉三相桥式全控整流及有源逆变电路的接线及工作原理。

(2)了解集成触发器的调整方法及各点波形。

二、实验线路及原理

实验线路如图4-7所示。主电路由三相全控变流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流桥组成。触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。三相桥式整流及有源逆变电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。

三、实验内容

(1)三相桥式全控整流电路。

(2)三相桥式有源逆变电路。

(3)观察整流状态下模拟电路故障现象时的波形。

图4－7 三相桥式全控整流及有源逆变电路图

四、实验设备

(1)MCL现代运动控制技术实验台主控屏。

(2)给定、零速封锁器、速度变换器、速度调节器、电流调节器组件挂箱。

(3)三相芯式变压器。

(4)滑线变阻器。

(5)双踪记忆示波器。

(6)数字式万用表。

五、思考题

(1)如何解决主电路和触发电路的同步问题?本实验中，主电路三相电源的相序能任意确定吗?

从同一个三相电源接出两路，一路接到整流变压器，由整流变压器得到主电路电压，这就是晶闸管两端电压；而另一路接到同步变压器，通过同步变压器再结合阻容滤波器得到触发电路的输入电压。通过整流变压器连接组与同步变压器连接组配合，再结合阻容滤波器产生的移相效应得到相匹配的主电路电压和触发脉冲。一般来说采用宽脉冲触发或双窄脉冲触发，而本实验采用的是双窄脉冲触发

不能任意确定三相电源相序，因为三相全控整流电路由六只晶闸管控制，按一定顺序导通。若三相电源相序发生变化，触发脉冲无法同步，则电路不能正常工作。

(2)本实验中，在整流向逆变切换时，对α角有什么要求?为什么?

α角要大于90°，因为只有这样，才有Ud=Ud0(α=0时的Ud值)*cosα＜0,从而使变流电路工作在逆变状态，实现逆变功能。此外α不能过于接近180°，防止逆变颠覆。

六、实验方法

1、接线与调试

(1)按图4-7接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。打开电源开关，给定电压Ug有电压显示。

(2)用示波器观察双脉冲观察孔，应有间隔均匀，相互间隔60°的幅度相同的双脉冲。

(3)检查相序，用示波器观察1，2单脉冲观察孔，1脉冲超前2”脉冲60°，则相序正确，否则，应调整输入电源。

(4)用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V～2V的脉冲。

注：将面板上的Ublf（当三相桥式全控变流电路使用I组桥晶闸管VT1～VT6时）接地，将I组桥式触发脉冲的六个按键设置到“接通”。

(5)将给定器输出Ug 接至Uct端，调节偏移电压Ub，在Uct=0时，使a=150o。此时的触发脉冲波形如图4-8所示。

图4-8 触发脉冲与锯齿波的相位关系

2、三相桥式全控整流电路

(1)按图4-7接线，将开关“S”拨向左边的短接线端，给定器上的“正给定”输出为零(逆时针旋到底)；合上主电路开关，调节给定电位器，使α角在30°～90°范围内调节（α角度可由晶闸管两端电压uT波形来确定），同时，根据需要不断调整负载电阻Rd，使得负载电流Id保持在0.5A左右(注意Id不得超过1A)。用示波器观察并记录α=30°，60°，90°时的整流电压ud和晶闸管两端电压uT的波形，并记录相应的Ud、Uct数值于下表中。