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1、会计学1模拟电路模拟电路(dinl)实验与综合设计实验与综合设计 PROTEUS电子线路设计制与仿真电子线路设计制与仿真第一页，共104页。n n在电子线路中，研究含有线性电阻、电容和电感元件的在电子线路中，研究含有线性电阻、电容和电感元件的电路电路(有直流和交流稳态及动态电路有直流和交流稳态及动态电路)，属于基础理论电，属于基础理论电路，相对比较容易理解；而研究以非线性元件二极管和路，相对比较容易理解；而研究以非线性元件二极管和三极管为核心的电路，因为交直流并存，元件的多种作三极管为核心的电路，因为交直流并存，元件的多种作用与工作电压的变化密切相关，不便于用与工作电压的变化密切相关，不便于(
2、biny)(biny)初学者初学者理解和掌握。模拟电路就是以三极管为核心，处理模拟理解和掌握。模拟电路就是以三极管为核心，处理模拟信号的电路。初学者往往对模拟电子技术的学习感到困信号的电路。初学者往往对模拟电子技术的学习感到困惑，概念多而抽象，学生在实验室里做实验的时间又有惑，概念多而抽象，学生在实验室里做实验的时间又有限，尤其是前几章的内容，稀里糊涂就过去了，给后面限，尤其是前几章的内容，稀里糊涂就过去了，给后面的学习带来不少困难。在这一章里，我们主要对模拟电的学习带来不少困难。在这一章里，我们主要对模拟电路中的几个典型实验进行仿真和分析，然后给出两个模路中的几个典型实验进行仿真和分析，然后
3、给出两个模拟电路设计的综合实例，目的在于使读者对这一部分的拟电路设计的综合实例，目的在于使读者对这一部分的仿真元件及仪器有个基本的掌握，帮助大家更好地理解仿真元件及仪器有个基本的掌握，帮助大家更好地理解和学习模拟电子技术，借助软件，反复学习和验证，最和学习模拟电子技术，借助软件，反复学习和验证，最终克服学习中的难关。终克服学习中的难关。第1页/共104页第二页，共104页。4.1 模拟电路模拟电路(dinl)实验实验n n这一节，我们把模拟电子技术中的经典实验详细介这一节，我们把模拟电子技术中的经典实验详细介绍给大家，使大家对绍给大家，使大家对ProteusProteus中的模拟电子技术部分中
4、的模拟电子技术部分仿真元器件和虚拟仪器有较为详细的了解，并能够仿真元器件和虚拟仪器有较为详细的了解，并能够熟练掌握和使用。同时，可以使广大电子技术初学熟练掌握和使用。同时，可以使广大电子技术初学者和爱好者能够在不进实验室的情况下顺利完成实者和爱好者能够在不进实验室的情况下顺利完成实验，测得实验数据验，测得实验数据(shj)(shj)和获得实验波形，设计和获得实验波形，设计出自己想要的理想电路，实现预定的电路功能，从出自己想要的理想电路，实现预定的电路功能，从而减少元件的浪费，缩短设计周期，提高设计成功而减少元件的浪费，缩短设计周期，提高设计成功率。率。n n首先，来看一看首先，来看一看Prot
5、eusProteus中有哪些模拟电路中常用的中有哪些模拟电路中常用的仿真器件和虚拟仪器能够供我们使用吧。仿真器件和虚拟仪器能够供我们使用吧。第2页/共104页第三页，共104页。模拟电路常用器件模拟电路常用器件模拟电路常用器件模拟电路常用器件(qjin)(qjin)与仪器与仪器与仪器与仪器n n1.1.模拟电路常用器件模拟电路常用器件n n模拟电路中常用的器件主要有三极管、二极管、电阻、电容、电感、模拟电路中常用的器件主要有三极管、二极管、电阻、电容、电感、变压器、直流电源、信号源、集成运放等。下面我们来看这些元件如变压器、直流电源、信号源、集成运放等。下面我们来看这些元件如何拾取。何拾取。n
6、 n(1)(1)三极管三极管n n 如何在如何在ProteusProteus的浩瀚元件库中找到自己想要的三极管元件呢？打开的浩瀚元件库中找到自己想要的三极管元件呢？打开(d(d ki)Proteus ki)Proteus的元件拾取对话框，在类别的元件拾取对话框，在类别“Category”“Category”中的中的“Transistors”“Transistors”子类就是三极管，单击子类就是三极管，单击 第3页/共104页第四页，共104页。“Transistors”“Transistors”，出现如图，出现如图4-14-1中所示的元件。这些元件和中所示的元件。这些元件和我们平时常用的国产我
7、们平时常用的国产(guch(guch n)n)三极管的型号不太一三极管的型号不太一致，比如常用的国产致，比如常用的国产(guch(guch n)n)高频小功率管高频小功率管3DG63DG6对对应于应于2N55512N5551，替换的原则是双方的管型一致，另外参，替换的原则是双方的管型一致，另外参数也要一样数也要一样(当然根据设计需求允许有误差当然根据设计需求允许有误差)，元件替，元件替换对应也可以在网上查找。如果只是一般的原理仿真，换对应也可以在网上查找。如果只是一般的原理仿真，可以直接输入可以直接输入“NPN”“NPN”或或“PNP”“PNP”来拾取通用元件即可。来拾取通用元件即可。如果用到
8、场效应管，则可以在对应的子类中查找。如如果用到场效应管，则可以在对应的子类中查找。如图图4-14-1中右侧所示。中右侧所示。第4页/共104页第五页，共104页。图4-1 三极管元件(yunjin)拾取对话框第5页/共104页第六页，共104页。(2)(2)二极管二极管 二极管的种类很多，包括整流桥、整流二极管、肖二极管的种类很多，包括整流桥、整流二极管、肖特基二极管、开关二极管、隧道特基二极管、开关二极管、隧道(sudo)(sudo)二极管、变二极管、变容二极管和稳压二极管。打开容二极管和稳压二极管。打开ProteusProteus的元件拾取对的元件拾取对话框，选中话框，选中“Categor
9、y”“Category”中的中的“Diodes”“Diodes”，出现如图，出现如图4-24-2所示的对话框，一般来说，选取子类所示的对话框，一般来说，选取子类“Sub-category”“Sub-category”中的中的“Generic”“Generic”通用器件即可，图通用器件即可，图4-24-2右边给出通用右边给出通用器件的查寻结果，可以单击来看看需要使用哪种元器件的查寻结果，可以单击来看看需要使用哪种元件。件。第6页/共104页第七页，共104页。图4-2 二极管元件(yunjin)拾取对话框第7页/共104页第八页，共104页。n n(3)(3)电阻电阻n n电阻的分类为电阻的分类
10、为“Resistors”“Resistors”，子类有，子类有0.6W0.6W和和2W2W金属膜电阻、金属膜电阻、3W3W、7W7W和和10W10W绕线电阻、通用电阻、热电阻绕线电阻、通用电阻、热电阻(NTC)(NTC)、排阻、排阻(Resistor(Resistor Packs)Packs)、可变电阻、可变电阻(Variables)(Variables)及家用高压系列加热电阻丝。及家用高压系列加热电阻丝。n n常用电阻可直接输入通用电阻常用电阻可直接输入通用电阻“RES”“RES”拾取即可，然后再修改拾取即可，然后再修改参数。这里我们参数。这里我们(w(w men)men)主要说一下比较常用
11、的可变电阻。主要说一下比较常用的可变电阻。直接输入直接输入“POT”“POT”或或“POT-”“POT-”可找到四个或三个相关元件。可找到四个或三个相关元件。n n“POT”“POT”为一般滑动变阻器，触头不能拉动，需选中后打开元为一般滑动变阻器，触头不能拉动，需选中后打开元件属性对话框，修改件属性对话框，修改“STATE”“STATE”来改变触头的位置，来改变触头的位置，“STATE”“STATE”的初始值为的初始值为5 5，触头位于中间，改为，触头位于中间，改为1010后，触头位于最上，后，触头位于最上，如图如图4-34-3所示。由于调整不方便，一般不使用此元件，而使用所示。由于调整不方便
12、，一般不使用此元件，而使用下面的几个滑动变阻器。下面的几个滑动变阻器。第8页/共104页第九页，共104页。图4-3 滑动变阻器元件(yunjin)属性对话框第9页/共104页第十页，共104页。n n“POT-HG”“POT-HG”滑动变阻器的好处是可以直接用鼠标来改变触滑动变阻器的好处是可以直接用鼠标来改变触头位置，精确度和调整的最小单位为阻值的头位置，精确度和调整的最小单位为阻值的1%1%，比如一个，比如一个1k1k的电阻的电阻(dinz(dinz)，精确到，精确到1010，而一个，而一个100k100k的电阻的电阻(dinz(dinz)只能精确到只能精确到1k1k，所以，当电阻，所以，
13、当电阻(dinz(dinz)较大时，较大时，考虑把它分成两部分串联，一部分为较大阻值的固定电阻考虑把它分成两部分串联，一部分为较大阻值的固定电阻(dinz(dinz)，另一部分为较小阻值的滑动电阻，另一部分为较小阻值的滑动电阻(dinz(dinz)，这，这样比较科学。样比较科学。n n“POT-LIN”“POT-LIN”和和“POT-LOG”“POT-LOG”滑动变阻器和滑动变阻器和“POT-HG”“POT-HG”一样可一样可以通过鼠标来改变触头位置，但精确度和调整的最小单位以通过鼠标来改变触头位置，但精确度和调整的最小单位均为阻值的均为阻值的10%10%。n n读者可以根据需要和调整精度来选
14、择所需要的滑动变阻器。读者可以根据需要和调整精度来选择所需要的滑动变阻器。第10页/共104页第十一页，共104页。n n(4)(4)电容电容n n模拟电路中常用的电容为极性电容，即电解电容。其实无模拟电路中常用的电容为极性电容，即电解电容。其实无极性电容和电解电容在使用时没什么区别，只不过当电容极性电容和电解电容在使用时没什么区别，只不过当电容值较大时，一般在值较大时，一般在1F1F以上时，要做成电解电容。放大电路以上时，要做成电解电容。放大电路中的耦合电容一般为中的耦合电容一般为10100F10100F，为电解电容，特别注意的，为电解电容，特别注意的是，电解电容的正极性端的直流电位一定要高
15、于负极性端是，电解电容的正极性端的直流电位一定要高于负极性端才能正常工作，否则会出现意外现象才能正常工作，否则会出现意外现象(xinxing)(xinxing)。n n常用的无极性电容的名称为常用的无极性电容的名称为“CAP”“CAP”，极性电容为，极性电容为“CAP-“CAP-ELEC”ELEC”，还有一个可动画演示充放电电荷的电容为，还有一个可动画演示充放电电荷的电容为“CAPACITOR”“CAPACITOR”。极性电容。极性电容“CAP-ELEC”“CAP-ELEC”的原理图符号正端的原理图符号正端不带填充，负端方框中填充有斜纹。使用时可直接输入名不带填充，负端方框中填充有斜纹。使用时
16、可直接输入名字拾取即可。字拾取即可。第11页/共104页第十二页，共104页。n n(5)(5)电感和变压器电感和变压器n n电感和变压器同属电感电感和变压器同属电感“Inductors”“Inductors”这一分类，只不过在子这一分类，只不过在子类中，又分为通用电感、表面安装技术类中，又分为通用电感、表面安装技术(SMT)(SMT)电感和变压器。电感和变压器。一般来说，使用电感时直接拾取一般来说，使用电感时直接拾取“INDUCTOR”“INDUCTOR”元件，使用元件，使用变压器时，要看原、副边的抽头数而定。变压器时，要看原、副边的抽头数而定。n n打开元件拾取对话框，选取打开元件拾取对话
17、框，选取“Inductors”“Inductors”大类下的子类大类下的子类“Transformers”“Transformers”，如图，如图4-44-4所示，在右侧显示出变压器可选元所示，在右侧显示出变压器可选元件。常用的是前四种，名称前缀为件。常用的是前四种，名称前缀为“TRAN-”“TRAN-”，也可以直接，也可以直接输入这个前缀来搜寻变压器。为了帮助输入这个前缀来搜寻变压器。为了帮助(bngzh)(bngzh)大家记忆大家记忆变压器的名称，以第一个变压器变压器的名称，以第一个变压器“TRAN-1P2S”“TRAN-1P2S”为例来说明为例来说明它的含义。它的含义。“TRAN”“TRA
18、N”是变压器的英文是变压器的英文“TRANSFORMER”“TRANSFORMER”的的缩写，缩写，“P”“P”是原边是原边“PRIMARY”“PRIMARY”的意思，的意思，“S”“S”是副边是副边“SECONDORY”“SECONDORY”的意思。而后面三个变压器都是饱和变压的意思。而后面三个变压器都是饱和变压器，器，第12页/共104页第十三页，共104页。n n如如“TRSAT2P2S2B”“TRSAT2P2S2B”即即Saturated Transformer with Saturated Transformer with secondary and bias windingssec
19、ondary and bias windings，意思是具有副边和偏置，意思是具有副边和偏置线圈线圈(xinqun)(xinqun)的饱和变压器。的饱和变压器。图4-4 变压器拾取(shq)对话框第13页/共104页第十四页，共104页。n n变压器在调用时，由于对称按钮可能处于选中状态，原、变压器在调用时，由于对称按钮可能处于选中状态，原、副边绕组的位置就颠倒了，使用时要注意，尤其是原边副边绕组的位置就颠倒了，使用时要注意，尤其是原边和副边绕组数目相同的变压器，这涉及到原、副边的匝和副边绕组数目相同的变压器，这涉及到原、副边的匝比是升压或降压变压器的问题。比是升压或降压变压器的问题。n n变
20、压器的匝比是通过改变原、副边的电感值来实现的。变压器的匝比是通过改变原、副边的电感值来实现的。打开打开“TRAN-2P2S”“TRAN-2P2S”变压器的元件属性变压器的元件属性(sh(sh xng)xng)对话框，对话框，如图如图4-54-5所示，原边和副边的电感值都是所示，原边和副边的电感值都是1H1H，即变比，即变比n n为为1:11:1。如果我们想使它成为。如果我们想使它成为n=10:1n=10:1的降压变压器，可以改的降压变压器，可以改变原边电感，也可改变副边电感，还可以两者同时改变，变原边电感，也可改变副边电感，还可以两者同时改变，但要保证，即原、副边电压比值等于原边电感与副边电但
21、要保证，即原、副边电压比值等于原边电感与副边电感的平方比。感的平方比。第14页/共104页第十五页，共104页。n n改变原、副边的电感改变原、副边的电感(din(din n)n)值分别为值分别为100H100H和和1H(1H(也可以为也可以为1H1H和和0.01H)0.01H)，即原副边电压比为，即原副边电压比为10:110:1，此变压器为降压变压器，如图，此变压器为降压变压器，如图4-64-6所示。所示。图4-5 变压器属性(shxng)对话框第15页/共104页第十六页，共104页。图4-6 修改(xigi)变压器变比变压器变比设定后，在原边加一个交流源“ALTERNATOR”，使它为幅
22、值100V，频率为50Hz，同时在原边加一个交流电压表，在副边也加一交流电压表，运行(ynxng)仿真，显示原边电压有效值为70.7V，副边电压有效值为7.07V，变压为10:1。如图4-7所示。第16页/共104页第十七页，共104页。图4-7 变压器变比仿真(fn zhn)(6)交、直流电源直流电源通常(tngchng)有单电池“CELL”和 电池组“BATTERY”两种，可任意改变其值。单 相交流电源为“ALTERNATOR”，可改变其幅值(半波峰值)和频率。如图4-8所示。第17页/共104页第十八页，共104页。图4-8 交、直流电源(7)集成运放打开元件拾取对话框，选取“Opera
23、tional Amplifiers”分类，显示子类有“Dual”、“Deal”、“Octal”、“Quad”、“Single”、“Triple”，分别为双运放(即一个集成芯片内所包含(bohn)的两个相同运放)、理想运放、八运放、四运放、单运放和三运放。我们常用的集成运放是通用的理想运算放大器，可直接选子类“Deal”中的“OP1P”。如果知道集成运放的名称，也可直接查寻，比如对常用的四运放LM324直接输入“LM324”即可。第18页/共104页第十九页，共104页。n n2.2.模拟电路仿真中的常用仪器模拟电路仿真中的常用仪器n n模拟电路中常用的仿真仪器主要有交流模拟电路中常用的仿真仪器
24、主要有交流(jioli)(jioli)电压表、交流电压表、交流(jioli)(jioli)电流表、直流电压表、直流电流表、信号发生器、示电流表、直流电压表、直流电流表、信号发生器、示波器和扬声器。波器和扬声器。n n单击工具栏中的虚拟仪器图标，如图单击工具栏中的虚拟仪器图标，如图4-94-9所示，在对象选择所示，在对象选择区出现所有的虚拟仪器名称列表，其中区出现所有的虚拟仪器名称列表，其中“OSCILLOSCOPE”“OSCILLOSCOPE”、“SIGNAL GENERATOR”“SIGNAL GENERATOR”、“DC VOLTMETER”“DC VOLTMETER”、“DC“DC AM
25、METER”AMMETER”、“AC VOLTMETER”“AC VOLTMETER”、“AC AMMETER”“AC AMMETER”分别为分别为示波器、信号发生器、直流电压表、直流电流表、交流示波器、信号发生器、直流电压表、直流电流表、交流(jioli)(jioli)电压表和交流电压表和交流(jioli)(jioli)电流表。电流表。第19页/共104页第二十页，共104页。n n交、直流电压表和交、直流电流表的量程都可以设定，比如交、直流电压表和交、直流电流表的量程都可以设定，比如可以设定一个可以设定一个(y(y )交流电压表为毫伏表，如图交流电压表为毫伏表，如图4-94-9所示，只所示
26、，只需改变元件属性中的需改变元件属性中的“Display Range”“Display Range”为为“Millivolts”“Millivolts”即即可。可。图4-9 交流毫伏表的量程(lingchng)设定信号发生器的用法在节已经介绍，下面主要(zhyo)说明示波器和扬声器的用法。第20页/共104页第二十一页，共104页。n n(1)(1)示波器示波器n nProteusProteus的虚拟示波器能完成四个通道的虚拟示波器能完成四个通道(A(A、B B、C C、D)D)的波形显示与测量。待测的四个输入信号分别与示波的波形显示与测量。待测的四个输入信号分别与示波器的四个通道相接，信号的
27、另一端应接地器的四个通道相接，信号的另一端应接地(jid)(jid)。n n在前面的例子中我们已经熟悉了示波器的原理图符号，在前面的例子中我们已经熟悉了示波器的原理图符号，下面介绍仿真运行后示波器界面各部分旋钮的功能。下面介绍仿真运行后示波器界面各部分旋钮的功能。图图4-104-10是示波器仿真运行后的界面。是示波器仿真运行后的界面。第21页/共104页第二十二页，共104页。图4-10 示波器运行(ynxng)仿真后的界面第22页/共104页第二十三页，共104页。n n以通道以通道A A为例，为例，“Position”“Position”旋钮用来调整波形的垂直位移，旋钮用来调整波形的垂直位
28、移，下面的旋钮用来调整波形的幅度显示比例，外面的黄色箭头下面的旋钮用来调整波形的幅度显示比例，外面的黄色箭头是粗调，里面的黄色小箭头是细调，当读刻度时，应把里层是粗调，里面的黄色小箭头是细调，当读刻度时，应把里层的箭头顺时针调到最右端。四个通道的对应旋钮使用方法一的箭头顺时针调到最右端。四个通道的对应旋钮使用方法一样。在样。在“Horizontal”“Horizontal”下方的两个旋钮分别用来调整波形的下方的两个旋钮分别用来调整波形的水平位移和扫描频率。当用鼠标单击黑色的波形显示区域后，水平位移和扫描频率。当用鼠标单击黑色的波形显示区域后，也可以通过也可以通过(tnggu)(tnggu)滚动
29、鼠标滑轮来调整扫描频率。其他滚动鼠标滑轮来调整扫描频率。其他旋钮可保持原位不动。旋钮可保持原位不动。n n在运行过程中如果关闭掉示波器，需要从主菜单【在运行过程中如果关闭掉示波器，需要从主菜单【DebugDebug】中选取最下面【中选取最下面【VSM OscilloscopeVSM Oscilloscope】来重现。】来重现。第23页/共104页第二十四页，共104页。n n(2)(2)扬声器扬声器n n扬声器在模拟电路的仿真中也经常用到。可直接输入扬声器在模拟电路的仿真中也经常用到。可直接输入“Speaker”“Speaker”来调用，两个接线端不分正负，因为它接收来调用，两个接线端不分正负
30、，因为它接收的是交流模拟信号。要注意驱动信号的幅值和频率应的是交流模拟信号。要注意驱动信号的幅值和频率应在扬声器的工作电压和频率范围之内，否则不会在扬声器的工作电压和频率范围之内，否则不会(b(b hu)hu)响。当扬声器不会响。当扬声器不会(b hu)(b hu)鸣响时，可能是因为信鸣响时，可能是因为信号种类不匹配号种类不匹配(比如数字信号比如数字信号)或扬声器的电压设的太或扬声器的电压设的太大而需要修改。扬声器的属性参数对话框如图大而需要修改。扬声器的属性参数对话框如图4-114-11所所示。示。第24页/共104页第二十五页，共104页。图4-11 扬声器属性(shxng)参数对话框第2
31、5页/共104页第二十六页，共104页。在模拟电路中，单管共射放大器及负反馈是非常重要的内容，这两个实验通常合并在一块电路板中来做。接下来我们讨论(toln)单管共射放大器的静态工作点及动态参数的调试与测量，最后来观察两级放大电路中负反馈带来的影响。单管共射放大电路静态工作点的调试 单管共射放大器及负反馈实验的电路如图4-12所示。我们先考虑单管共射放大器部分，即前一级电路，如图4-13所示。单管共射放大器及负反馈单管共射放大器及负反馈单管共射放大器及负反馈单管共射放大器及负反馈第26页/共104页第二十七页，共104页。图4-12 单管共射放大器及负反馈实验(shyn)电路图第27页/共10
32、4页第二十八页，共104页。图4-13 单管共射放大器实验(shyn)电路图第28页/共104页第二十九页，共104页。n n照图照图4-124-12把整个电路图连接好，两级参数可取一样。接上把整个电路图连接好，两级参数可取一样。接上直流电源、信号发生器和示波器。下面调试第一级的静直流电源、信号发生器和示波器。下面调试第一级的静态工作点，即找到一个合适的静态工作点，然后再用直态工作点，即找到一个合适的静态工作点，然后再用直流表测量出来。流表测量出来。n n 把开关按图示位置设定好，按仿真运行按钮，把信号把开关按图示位置设定好，按仿真运行按钮，把信号发生器的频率调为发生器的频率调为1kHz1kH
33、z，幅值尽可能大，直到观察到示，幅值尽可能大，直到观察到示波器显示的输出波形出现双顶失真为止，如图波器显示的输出波形出现双顶失真为止，如图4-144-14中的波中的波形形(a)(a)所示所示 。看看这个失真的波形是否上下对称失真，如。看看这个失真的波形是否上下对称失真，如果不对称，调整图果不对称，调整图4-134-13中的滑动变阻器中的滑动变阻器RV1RV1来改变静态工来改变静态工作点使波形看似对称，如图作点使波形看似对称，如图4-144-14中的波形中的波形(b)(b)所示。因为所示。因为眼睛看到的对称失真并不一定是真的对称，所以还需减眼睛看到的对称失真并不一定是真的对称，所以还需减小信号发
34、生器的幅值，使波形一端的失真刚好小信号发生器的幅值，使波形一端的失真刚好(gngh(gngh o)o)消失，如图消失，如图4-144-14中的波中的波第29页/共104页第三十页，共104页。n n形形(c)(c)所示，这验证了静态工作点仍然不合适。进一步所示，这验证了静态工作点仍然不合适。进一步调整滑动变阻器，使波形两端出现对称失真，再减小调整滑动变阻器，使波形两端出现对称失真，再减小信号发生器的幅值，使波形一顶失真消失，反复几次，信号发生器的幅值，使波形一顶失真消失，反复几次，直到波形两顶的失真刚好同时直到波形两顶的失真刚好同时(tngsh)(tngsh)消失，如图消失，如图4-4-141
35、4中的波形中的波形(d)(d)所示，这时的静态工作点是最合适的，所示，这时的静态工作点是最合适的，保持滑动变阻器的位置不要再动了。保持滑动变阻器的位置不要再动了。图4-14 单管共射放大器调试静态工作(gngzu)点波形第30页/共104页第三十一页，共104页。n n调试的原理是来自于单管共射放大电路三极管的输出调试的原理是来自于单管共射放大电路三极管的输出(shch)(shch)特性，如图特性，如图4-154-15所示，为所示，为NPNNPN双极型三极管的输出双极型三极管的输出(shch)(shch)特性曲线，其中的斜线为交流负载线，静态工作点特性曲线，其中的斜线为交流负载线，静态工作点应
36、位于交流负载线的中点应位于交流负载线的中点QQ，交流信号在变化时才能得到最，交流信号在变化时才能得到最大不失真的输出大不失真的输出(shch)(shch)波形。如果静态工作点位于交流负波形。如果静态工作点位于交流负载线的载线的QQ点，则输出点，则输出(shch)(shch)波形如图中的失真波，即集波形如图中的失真波，即集电极电流稍有增加，三极管便进入饱和区，产生饱和失真，电极电流稍有增加，三极管便进入饱和区，产生饱和失真，使放大能力下降。一般来说，调整基极电阻，可方便地改变使放大能力下降。一般来说，调整基极电阻，可方便地改变静态工作点的值。静态工作点的值。第31页/共104页第三十二页，共10
37、4页。图4-15 三极管的输出特性与静态(jngti)工作点第32页/共104页第三十三页，共104页。n n上述的静态工作点调整方法，就是故意让输出波形失真来上述的静态工作点调整方法，就是故意让输出波形失真来看失真的对称度，从而判断静态工作点是否位于交流负载看失真的对称度，从而判断静态工作点是否位于交流负载线的中间，因为合适线的中间，因为合适(hsh)(hsh)的静态工作点并不意味着不的静态工作点并不意味着不会产生失真，只要输入信号足够大，就会产生失真，只不会产生失真，只要输入信号足够大，就会产生失真，只不过是产生对称的失真。通过反复调整输入信号的幅值和基过是产生对称的失真。通过反复调整输入
38、信号的幅值和基极电阻的大小，来观察和改变静态工作点，从而找到一个极电阻的大小，来观察和改变静态工作点，从而找到一个最佳静态工作点，只有找到了最佳静态工作点，接下来的最佳静态工作点，只有找到了最佳静态工作点，接下来的动态参数测量才有意义。给定一块电路板，不能盲目地去动态参数测量才有意义。给定一块电路板，不能盲目地去进行数据测量。进行数据测量。第33页/共104页第三十四页，共104页。n n虽然电容虽然电容(dinrng)(dinrng)隔直，隔直，R6R6左边的交流信号源的短路线左边的交流信号源的短路线可以省去，开路即可，但在没有电容可以省去，开路即可，但在没有电容(dinrng)(dinrn
39、g)的直接耦的直接耦合电路中却不能开路，为了养成良好的习惯，建议使交流合电路中却不能开路，为了养成良好的习惯，建议使交流信号短接而不是开路。把三个直流电压表和一个直流电流信号短接而不是开路。把三个直流电压表和一个直流电流表表(毫安表毫安表)连接，可测得如表连接，可测得如表4-14-1所示的数据。其中，所示的数据。其中，ICIC的数据是约等。的数据是约等。第34页/共104页第三十五页，共104页。图4-16 静态工作(gngzu)点的测量第35页/共104页第三十六页，共104页。n n注意，三个电压表一定直接连接到三极管的三个极上，注意，三个电压表一定直接连接到三极管的三个极上，不能在电容不
40、能在电容C1C1前或电容前或电容C2C2后测量后测量(cling)(cling)。表。表4-14-1中后中后两列是计算值。两列是计算值。n n3.3.单管共射放大电路动态参数的测量单管共射放大电路动态参数的测量(cling)(cling)n n 前面提到，静态工作点的合适与否直接影响交流输出前面提到，静态工作点的合适与否直接影响交流输出信号的幅值。那么是不是信号的幅值。那么是不是 第36页/共104页第三十七页，共104页。n n有了合适的静态工作点后，输出电压与信号源的比有了合适的静态工作点后，输出电压与信号源的比就一定能够得到最大值呢？不是的，影响放大倍数就一定能够得到最大值呢？不是的，影
41、响放大倍数的还有放大电路的几个动态参数：输入电阻、输出的还有放大电路的几个动态参数：输入电阻、输出电阻和带宽。电阻和带宽。n n首先来讨论电压放大倍数的测量首先来讨论电压放大倍数的测量(cling)(cling)。n n(1)(1)电压放大倍数电压放大倍数n n电压放大倍数有两种含义，一种是输出电压对信号电压放大倍数有两种含义，一种是输出电压对信号源的比值，即，另一种是输出电压对输入电压的比源的比值，即，另一种是输出电压对输入电压的比值，即。值，即。n n由于由于ProteusProteus的虚拟信号源都是理想电压源，没有内的虚拟信号源都是理想电压源，没有内阻，所以图阻，所以图4-164-16
42、所示的电路中用电阻所示的电路中用电阻R6(10k)R6(10k)来模拟来模拟信号源内阻，当然与实际相比有些大了。真正分到信号源内阻，当然与实际相比有些大了。真正分到放大电路中的信号电压是放大电路中的信号电压是R6R6的右端的右端(即基极即基极)到地之到地之间间第37页/共104页第三十八页，共104页。的交流电压，另外一部分电压降落在的交流电压，另外一部分电压降落在R6R6上。上。在输入端接信号发生器，在信号发生器上并联一个交流毫伏在输入端接信号发生器，在信号发生器上并联一个交流毫伏表以测信号源电压的有效值。调节信号发生器的幅值使交流表以测信号源电压的有效值。调节信号发生器的幅值使交流毫伏表的
43、读数约为毫伏表的读数约为10mV10mV，把示波器接在输出，把示波器接在输出(shch)(shch)端，观端，观察输出察输出(shch)(shch)波形，以不失真为准。断开负载电阻使放大电波形，以不失真为准。断开负载电阻使放大电路空载，在输出路空载，在输出(shch)(shch)端接交流电压表。运行仿真，各表读端接交流电压表。运行仿真，各表读数如图数如图4-174-17所示。可计算所示。可计算合上开关合上开关SW3SW3加上负载后，输出加上负载后，输出(shch)(shch)电压的幅值会下降，请电压的幅值会下降，请大家自己测量和计算并分析原因。大家自己测量和计算并分析原因。第38页/共104页
44、第三十九页，共104页。图4-17 空载时电压放大倍数(bish)的测量第39页/共104页第四十页，共104页。n n由于是单管共射放大由于是单管共射放大(fngd)(fngd)电路，所以输出波形电路，所以输出波形和输入波形是倒相的，放大和输入波形是倒相的，放大(fngd)(fngd)倍数应该是负倍数应该是负值。示波器的输入输出波形如图值。示波器的输入输出波形如图4-184-18所示。所示。图4-18 输入(shr)与输出波形第40页/共104页第四十一页，共104页。n n(2)(2)输入电阻输入电阻n n放大电路的输入电阻是从放大电路输入端看进去的放大电路的输入电阻是从放大电路输入端看进
45、去的无源网络的等效电阻，计算此电阻要先画出放大电无源网络的等效电阻，计算此电阻要先画出放大电路的微变等效电路，也可以直接路的微变等效电路，也可以直接(zhji)(zhji)通过实验方法通过实验方法来测量，这样更方便和快捷。其原理如下：来测量，这样更方便和快捷。其原理如下：n n如图如图4-194-19所示，可以把放大电路的交流通路看成是二所示，可以把放大电路的交流通路看成是二端口网络，输入端为含有内阻的信号源，输出端接端口网络，输入端为含有内阻的信号源，输出端接负载。其中，负载。其中，RiRi为输入电阻，为输入电阻，RoRo为输出电阻。当电为输出电阻。当电路设计好后，二端口的参数就确定不变了。
46、空载时，路设计好后，二端口的参数就确定不变了。空载时，输出电压输出电压UoUo与输入电压与输入电压UiUi的比值是定值，但由于二的比值是定值，但由于二端口外的元件端口外的元件U SU S、R SR S及及RLRL是随不同的用户使用而是随不同的用户使用而定的，所以根据两端串联分压原理，定的，所以根据两端串联分压原理，RiRi与与RoRo会分别会分别影响影响UiUi与与UoUo的值，从而引起输出电压的变化而影响的值，从而引起输出电压的变化而影响电压放大倍数。电压放大倍数。第41页/共104页第四十二页，共104页。n n在图4-19中的输入端，有，如果知道US、RS及Ui，就可以算出Ri，测量输入
47、电阻的原理就如此。n n回头看实验图4-17，US=10.3mV，Ui=4.07mV，RS=10k，则可算出Ri=10.7k。可见，输入电阻越大，放大电路分得的电压就越大，输出(shch)电压就越大，当然这里模拟用的内阻RS有点过大。图4-19 输入(shr)、输出电阻测量原理图第42页/共104页第四十三页，共104页。n n(3)(3)输出电阻输出电阻n n根据图根据图4-194-19不难理解，如果把放大电路再看成一个电压不难理解，如果把放大电路再看成一个电压源，对负载供电，则输出电阻源，对负载供电，则输出电阻RoRo就是这个电压源的内阻就是这个电压源的内阻(ni z(ni z)，RoRo
48、越小，负载上分得的电压就越大，放大电路越小，负载上分得的电压就越大，放大电路的性能就越好。因此有，其中为空载电压。的性能就越好。因此有，其中为空载电压。n n测量输出电阻的实验是，分别测出空载和带负载情况下测量输出电阻的实验是，分别测出空载和带负载情况下的输出电压、的输出电压、UoUo及负载电阻及负载电阻RLRL，就可以算出，就可以算出RoRo的值。的值。n n(4)(4)带宽带宽n n 前面分别提到静态工作点、交流输入及输出电阻会影前面分别提到静态工作点、交流输入及输出电阻会影响放大电路的电压放大倍数，但当这些参数都设计合理响放大电路的电压放大倍数，但当这些参数都设计合理后，是不是放大电路的
49、性能就完美无缺了呢后，是不是放大电路的性能就完美无缺了呢?第43页/共104页第四十四页，共104页。其实，前面提到的放大都是对某一固定频率信号的幅值其实，前面提到的放大都是对某一固定频率信号的幅值进行的放大，我们在做实验的时候，通常把信号频率进行的放大，我们在做实验的时候，通常把信号频率调节到调节到1kHz1kHz。如果保持信号的幅值不变而改变其频率，。如果保持信号的幅值不变而改变其频率，会发现放大倍数在某些频段会保持不变，而在另一些会发现放大倍数在某些频段会保持不变，而在另一些频段则会突然下降，甚至为零。这就是我们所说的频频段则会突然下降，甚至为零。这就是我们所说的频率响应，即频率对放大倍
50、数的影响。不同的放大电路率响应，即频率对放大倍数的影响。不同的放大电路的频率响应是不一样的，这主要的频率响应是不一样的，这主要(zh(zh yo)yo)是因为电路是因为电路中的电容中的电容(耦合电容、旁路电容、极间电容等耦合电容、旁路电容、极间电容等)的阻抗的阻抗会随频率而改变，从而导致电路的输入、输出阻抗变会随频率而改变，从而导致电路的输入、输出阻抗变化，影响输出电压的大小。在单管共射放大电路中，化，影响输出电压的大小。在单管共射放大电路中，频率过高和过低都会造成放大倍数的衰减，只有在中频率过高和过低都会造成放大倍数的衰减，只有在中频段，放大倍数才稳定不变，这一段的频率范围称为频段，放大倍数