电子测量与电子电路8

本学期课程安排本学期为1学分，共有2次集体上课和8次实验时间，完成6个实验题目，最后有一次实验操作考试。一、总体安排与要求1、课程基本任务：基本实验任务5个(实验五、八、九、十、十一)。2、实验室管理：采用全面预约开放式管理，实验室开放分为课时内开放和课时外开放两种方式，同学实验的次数不限，但同一个实验做的次数超过3次后将影响学生的该实验的操作成绩。3、课时内开放安排实验指导教师，实验指导教师负责实验指导和评定当次课同学的操作成绩；课时外开放安排值班教师，值班教师不进行实验指导。4、允许大家在完成课程基本任务之外选择自己所感兴趣的题目进行研究和创新实验(称为自创实验)，但实验内容需提前1周得到你所在班级“电子测量与电子电路实验”课负责教师的许可，所需实验材料需提前4天申请，特殊材料需由实验者自备。5、实验预约：无论是课时内开放还是课时外开放，大家均可在实验开始前48小时在网上预约或取消预约，并在实验开始前48小时以内查看预约结果。6、实验室的开放：为了提高实验室的使用效率，当在同一个实验室预约的学生不足20人时，实验室将取消开放，大家需另选时间预约。当在同一个实验室预约的学生超过20人又小于实验室容量时，允许学生临时来做实验。7、对大家的要求：“时间过半，任务过半”，在第六周周日(含)之前至少应完成实验五和实验六，在第十三周日(含)之前应完成全部五个实验。拖延时间完成实验的，该实验至多给及格分。少一个实验或一个报告不允许参加期末考试。8、时间要求：实验室在实验开始之后的30分钟之内为提前预约的同学保留实验台，超过30分钟，按未预约的学生处理，并计一次违约。实验开始2小时以后，不再允许同学进实验室。9、违约处理：如果同学未按预约时间到实验室做实验，又没有提前取消预约，算该同学违约一次，累计违约2次(含)以上者，信用等级下降一级，在实验预约人数超过实验室容量时，该同学的预约权限排在后面。二、成绩计算总成绩为100分，平时实验成绩占40%，期末考试占60%，期末考试内容包括全部11个实验。平时每个实验的成绩为100分，操作为60分，报告为40分(含预习报告)，预习报告不单独给成绩，但没有预习的同学不允许做实验。每次实验操作成绩的评定：当同一实验做的次数在3次以内，该实验的操作成绩等于同学在课时内开放操作成绩的平均值，如果同一实验做的次数在3次以上，则该实验的操作成绩=同学在课时内开放操作成绩的平均值-5(同一实验做的次数-3)。如果同一实验均在课外开放时间做，该同学该实验的操作成绩计为0分。同学所做的自创实验作为本课程成绩评定的参考。第九章功率放大电路测试一、功率放大电路的主要特点在一些电子设备中，常常要求放大电路输出级能够带动某种负载，例如驱动电表，使指针偏转；驱动扩音机的扬声器，发出声音；驱动自动控制系统中的执行机构等等，因此，要求放大电路有足够大的输出功率。这种放大电路通称为功率放大器。例1：扩音系统功率放大器的作用：用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。功率放大电压放大信号提取1、具有最大的功率输出根据负载要求，提供所需要的输出功率。即在正弦输入信号激励下，输出波形不超过规定的非线性失真指标时，放大电路输出最大的电压和电流。最大功率输出（共射接法）用下式表示：cmcemcmcemomIUIUP2122注：Ucem、Icm为集电极正弦电压和电流的最大幅值2、具有较高的效率放大电路输出给负载的功率是由直流电源提供的，在输出功率比较大的情况下,效率问题尤为突出。若功率放大电路的效率不高，不仅将造成能量的浪费，而且消耗在电路内部的电能将转换成为热量，使元器件温度升高，因而要求选用较大容量的放大管和其他设备，很不经济。放大电路的效率以下式表示：doPP式中：Po为负载获得的功率Pd为直流电源供出的功率3、非线性失真小由于在功率放大电路中，三极管的工作点在大范围内变化，使管子特性曲线的非线性问题充分暴露出来，因此输出波形的非线性失真比之小信号放大电路要严重得多。在实际的功率放大电路中，应根据负载的要求来规定允许的失真度范围。因功率放大电路中的三极管通常工作在大信号状态，所以在进行分析时，常常采用图解方法来分析放大电路的静台和动台工作情况。二、功率放大电路的类型1、甲类功放RbuoUSCuiREuotuoibQicuceUSCESCRU首先做负载线确定工作点QTCSCEdtiUTP01LSCLSCLomORURURUP825.02222maxmax%25maxmaxEOPP放大电路的Q设在负载线中间，输出无失真，称为甲类放大。)sin(tIIiIicmCQcCQCLSCCQSCTCSCTCSCERUIUdtiTUdtiUTP21200⑴直流电源输出的功率⑵最大负载功率⑶最大效率(RL开路时,最理想的情况)[IcQ=(Usc/2)/RL]互补对称功放的类型无输出变压器形式（OTL电路）无输出电容形式（OCL电路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、PNP各一支；两管特性一致。类型：2、乙类功放无输出电容的互补对称功放电路（OCL电路）⑴工作原理（设ui为正弦波）电路的结构特点：ui-USCT1T2uo+USCRLiL①由NPN型、PNP型三极管构成两个互补的射极输出器对接而成。②双电源供电。③输入输出端不加隔直电容。直接耦合。ic1动态分析：ui0VT1截止，T2导通ui0VT1导通，T2截止iL=ic1;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为乙类放大。因此，不需要隔直电容。静态分析：ui=0VT1、T2均不工作uo=0Vic2⑵、乙类放大的输入输出波形关系:ui-USCT1T2uo+USCRLiL死区电压uiuouou´o´tttt交越失真：输入信号ui在过零前后，输出信号出现的失真便为交越失真。交越失真ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1)静态电流ICQ、IBQ等于零；(2)每管导通时间等于半个周期；(3)存在交越失真。⑶、乙类放大的特点：⑷、最大输出功率及效率的计算假设ui为正弦波且幅度足够大，T1、T2导通时均能饱和，此时输出达到最大值。ULmax负载上得到的最大功率为：iL-USCRLuiT1T2UL+USC若忽略晶体管的饱和压降，则负载（RL)上的电压和电流的最大幅值分别为：LSCLSCLRUIUUmaxmaxLSCLSCSCoRURUUP21222max电源提供的直流平均功率计算：每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:两个电源提供的总功率为：USC1=USC2=USC01)(sin21LSCLSCavRUttdRUILSCavavRUII12LSCLSCSCEEERURUUPPP22122tic1LSCRU%5.7842222maxLSCLSCEoRURUPP效率为：LSCLSCSCEEERURUUPPP22122LSCLSCSCoRURUUP21222max结论：OCL电路效率较高；电流、电压波形存在失真。无输出变压器的互补对称功放电路（OTL电路）①特点1.单电源供电；2.输出加有大电容。②静态分析则T1、T2特性对称，,2SCAUU2SCCUU先调静态工作点令：UB=0.5Usc0.5USCRLuiT1T2+USCCAUL+-UCB③动态分析设输入端在0.5USC直流电平基础上加入正弦信号。若输出电容足够大，UC基本保持在0.5USC，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。ic1ic2交越失真RLuiT1T2+USCCAUL+-时，T1导通、T2截止；2SCiUu时，2SCiUuT1截止、T2导通。0.5USCuit电容C起电源作用④输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且ui幅度足够大。则：LSCLSCLRUIUU22maxmax、LSCLLLRUIUP8222maxmaxmaxLSCavSCERUIUP22)(sin2210ttdRUILSCav%5.784maxELPPuLULmaxui2SCUtt实用OTL互补输出功放电路调节R,使静态UAQ=0.5USCD1、D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真。Re1、Re2：电阻值1~2，射极负反馈电阻，也起限流保护作用。D1D2ui+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A3、甲、乙类功放⑴克服交越失真交越失真产生的原因：在于晶体管特性存在非线性，uiuT时晶体管截止。iBiBuBEtuitUT克服交越失真的措施：R1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2静态时T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态。电路中增加R1、D1、D2、R2支路。0V+0.6V-0.6VR1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为“甲乙类放大”。动态时设ui加入正弦信号。正半周，VB上升，T2截止，T1基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周，VB下降，T1截止，T2基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。从而克服死区电压的影响，去掉交越失真。BuB1tUTtiBIBQ甲乙类放大的波形关系：ICQiCuBEiBib特点：存在较小的静态电流ICQ、IBQ。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。iCQuceUSC/REUSCIBQ功率放大器的三种工作状态ICiciCIcm甲类IC≥IcmPo=UcmIcm/2信号越大，则η=Po/PE越高；最高可达50%；效率较低；但输出不易失真；PE=UCCIC；ICicIcmiC甲乙类ICIcm信号越大，输出的失真越严重；但由于PE=UCCIC降低，所以η有所提高；icIcmiC乙类IC≈0虽然输出功率降低，但PE=UCCIC(IC≈0)很小，而且管耗PT变得很小，使得η有大幅度提高；乙类功放得最高效率可达78.5%；对输入信号而言，输出已经完全失真；三、功率放大器的测试方法下面是几种常用的功率放大电路原理图OTL甲乙类互补对称功率放大电路OCL甲乙类互补对称功率放大电路集成运放与晶体管组成的组合功放电路1、静态测试静态测试应在输入信号为“0”（即输入端接地）的条件下进行。此时：UA=（1/2）UccUB略小于Ucc因VT1、VT2的静态电流很小，可将直流电流表串接入集电极电路中进行测量。下面以OTL、组合功放电路为例说明测试方法2、功率参数测试输入端接入1KHZ的正弦信号,在不失真的情况下进行功率参数的测试。⑴最大不失真输出功率的测量可采用间接的产量方法进行测量，先测出负载RL上的电压或电流，根据公式计算负载得到的功率。测量时，由小到大逐渐增大输入信号，使输出信号为最大而且不失真，用示波器或毫伏表测出输出信号的大小，根据下式计算出功率参数。LOLOmORURUP222UomRL端电压幅值UoRL端电压有效值⑵电源供给功率Pd的测量一般在具有功率输出的放大电路中,因前级消耗功率远小于功率放大电路,所以可近似认为电源供给整个电路的功率即为供给功放电路的功率Pd,因此,在动态情况下,只要串入供电电源一只直流电流表测得输出信号为最大不失真输出时电源提供的平均电流IQ,即可求得Pd:Pd=IQUcc⑶效率η的测试计算出最大不失真输出功率Po与电源供给功率Pd之比,即可得知功率放大电路的转换效率.doPP第十章电压比较器的设计与调测一、电压比较器电路电压比较器也是一种常用的模拟信号处理电路。它将一个模拟量输入电压与一个参考电压进行比较，并将比较的结果输出。比较器的输出只有两种可能的状态：高电平或低电平。在自动控制及自动测量系统中，常常