功率放大器实验

功率放大器实验（精选9篇）

篇1：功率放大器实验

实验七 丙类功率放大器实验

一、实验目的：

1.了解谐振功率放大器的基本工作原理，初步掌握高频功率放大电路的计算和设计过程；

2.了解电源电压与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。

二、预习要求：

1.复习谐振功率放大器的原理及特点；

2.分析图7-7所示的实验电路，说明各元件的作用。

三、实验电路说明：

本实验电路如图7-7所示。

图7-7 本电路由两级组成：Q1等构成前级推动放大，Q2为负偏压丙类功率放大器，R4、R5提供基极偏压（自给偏压电路），L1为输入耦合电路，主要作用是使谐振功放的晶体三极管的输入阻抗与前级电路的输出阻抗相匹配。L2为输出耦合回路，使晶体三极管集电极的最佳负载电阻与实际负载电阻相匹配。R14为负载电阻。

四、实验仪器： 1.双踪示波器 2.万用表

3.实验箱及丙类功率放大模块 4．高频信号发生器

五、实验内容及步骤；

1.将开关拨到接通R14的位置，万用表选直流毫安的适当档位，红表笔接P2，黑表笔接P3；

2.检查无误后打开电源开关,调整W使电流表的指示最小（时刻注意监控电流不要过大，否则损坏晶体三极管）；

3.将示波器接在TP1和地之间，在输入端P1接入8MHz幅度约为500mV的高频正弦信号，缓慢增大高频信号的幅度，直到示波器出现波形。这时调节L1、L2，同时通过示波器及万用表的指针来判断集电极回路是否谐振，即示波器的波形为最大值，电流表的指示I0为最小值时集电极回路处于谐振状态。用示波器监测此时波形应不失真。4.根据实际情况选两个合适的输入信号幅值，分别测量各工作电压和峰值电压及电流，并根据测得的数据分别计算：

1）电源给出的总功率； 2）放大电路的输出功率； 3）三极管的损耗功率； 4）放大器的效率。

六、实验报告要求：

1.根据实验测量的数值，写出下列各项的计算结果: 1）电源给出的总功率；

2）放大电路的输出功率； 3）三极管的损耗功率； 4）放大器的效率。

2.说明电源电压、输出电压、输出功率的关系。

篇2：功率放大器实验

一、实验目的：

l．了解丙类功率放大器的基本工作原理，掌握丙类放大器的调谐特性以及负 载变时的动态特性。

2．了解高频功率放大器丙类工作的物理过程以及当激励信号变化和电源电压 Vcc变化时对功率放大器工作状态的影响。

3．比较甲类功率放大器与丙类功率放大器的特点、功率、效率。

二、实验内容：

1．观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点

2．测试丙类功放的调谐特性

3．测试丙类功放的负载特性

4．观察电源电压变化对丙放工作状态的影响及激励信号变化、负载变化对工作状态的影响。

三、实验基本原理：

丙类功率放大器通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。本实验单元模块电路如图2—l所示。该实验电路由两级功率放大器组成。其中 VT1（3DG12）、XQ1与C15 组成甲类功率放大器，工作在线性放大状态，其中 R2、R12、R13、VR4组成静态偏置电阻，调节VR4可改变放大器的增益。XQ2与CT2、C6组成的负载回路与VT3（3DG12）组成丙类功率放大器。甲类功放的输出信号作为丙放的输入信号（由短路块J5连通）。VR6为射极反馈电阻，调节VR6可改变丙放增益。与拨码开关相连的电阻为负载回路外接电阻，改变S5拨码开关的位置可改变并联电阻值，即改变回路Q值。当短路块J5置于开路位置时则丙放无输入信号，此时丙放功率管VT3截止，只有当甲放输出信号大于丙放管 VT3 be间的负偏压值时，VT3才导通工作。

四、实验步骤：

1．了解丙类工作状态的特点

1）对照电路图2—l，了解实验板上各元件的位置与作用。2）将功放电源开关S1拨向右端（＋12V），负载电阻转换开关S5全部拨向 开路，示波器电缆接于J13与地之间，将振荡器中 S4开关“4”拨向“ON”，即工作在晶体振荡状态，将振幅调制部分短路块J11连通在下横线处，将前置放大 部分短路块J15连通在“ZD”下横线处，将短路块J4、J5、J10均连在下横线处，调 整VR5、VR11、VR10使J7处为0.8伏，调VR4、VR6，在示波器上可看到放大后 的高频信号。（或从J7处输入0.8V，10MHZ高频信号，调节甲放VR4使JF.OUT（J8）为6伏左右。）从示波器上可看到放大输出信号振幅随输入电压振幅变化，当输入电压 振幅减小到一定值时，可看到输出电压为0，记下此时输入电压幅值。也可将短路环J5断开，使激励信号Ub＝0，则Uo为0，此时负偏压也为0，由此可看出丙类工作状态的特点。

2．测试调谐特性

使电路正常工作，从前置放大模块中J24处输入0.2V左右的高频信号，使功

放管输入信号为 6伏左右，S5仍全部开路，改变输入信号频率从4MHZ—16MHZ，记下输出电压值。

3．测试负载特性

将功放电源开关拨向左端（＋5V），使Vcc＝5V，S5全断开，将J5短路环断开,用信号源在J9输入Vb＝6伏左右f0＝10MHZ的高频信号，调整回路电容CT2使回路调谐（以示波器显示J13处波形为对称的双峰为调谐的标准）。

然后将负载电阻转换开关S5依次从l—4拨动，用示波器测量相应的Vc值和Ve波形，描绘相应的ie波形，分析负载对工作状态的影响。

4．观察激励电压变化对工作状态的影响

将示波器接入VT3管发射极J3处，开关S1拨向十5V，调整VR6和VR4，使J3处ie波形为凹顶脉冲。（此时S5全部开路）。然后改变Ub由大到小变化（即减小输入信号），用示波器观察ie波形的变化。5．观察电源电压VcC变化对工作状态的影响

将ie波形调到凹顶脉冲波形，用示波器在J3处可观察ie电流波形，此时可比较S1拨向十5V或十12V两种不同的情况下ie波形的变化。

6．实测功率、效率计算：

将 VCC调为12V，测量丙放各参量填入表 2—3，并进行功率、效率计算。

其中：Vi 输入电压峰-峰值

Vo：输出电压峰-峰值

Io ：发射极直流电压÷发射极电阻值

P=：电源给出直流功率（P==VCC*I。）

Pc：为管子损耗功率（Pc ＝Ic*Vce）

Po：输出功率（Po＝1/2*(Vo/2)2/RL）

五、实验报告要求

1．根据实验测量结果，计算各种情况下Io、Po、P=、η。

2．说明电源电压、输入激励电压、负载电阻对工作状态的影响，并用实验参 数和波形进行分析说明。

篇3：功率放大器实验

正确解答相关考题, 需从整体上把握该实验的完整环节。

一、整体把握实验环节

【实验名称】测量小灯泡的电功率

【实验目的】测量小灯泡的额定功率和实际功率

【实验原理】P=U·I

【实验步骤】

1.设计实验电路图并连接实际电路。注意选择电压表V和电流表A的合适量程, 滑动变阻器规格参数要合适;

2.使滑动变阻器一开始阻值最大, 闭合开关, 调节滑动变阻器滑片, 逐渐减小滑动变阻器的接入阻值, 观察到V表的示数U逐渐增大而小灯泡逐渐明亮起来, 在U

3.继续减小滑动变阻器接入阻值, 注意观察V表示数变化, 待其示数增至U=U额时, 灯泡处于正常发光状态, 读记此时V表和A表的示数;

4.继续减小滑动变阻器接入阻值, 使U>U额 (为防止小灯泡烧坏, U一般不得超过120%U额) , 此时灯泡过亮, 读记此时V表和A表的示数;

5.根据实验数据在平面直角坐标系中作出小灯泡I-U图像, 并分析总结小灯泡功率的变化规律, 由P=U·I求出不同电压下小灯泡的电功率。

【实验结论】

1P额=U额I 额=0.75W;

2U实U额时, P实>P额;

3小灯泡的亮度由其实际功率决定。

(以上数据来源:2011年江苏宿迁中考第36题)

在掌握完整实验环节的基础上, 我们来分析以下中考试题。

二、中考典型试题分析:

例1. (2013·扬州·第26题) 在测“3.8V”小灯泡电功率实验中:

(1) 请你用笔画线代替导线, 将甲图实物连接完整。 (答案如下图)

(2) 电路正确连接后, 闭合开关, 移动滑片, 发现灯泡不亮, 电流表无示数, 电压表示数接近电源电压, 则故障可能是小灯泡断路。

(3) 排除故障后, 当灯泡正常发光时, 电流表的示数如图乙为0.3A, 灯泡额定功率为1.14W。

分析: (1) 先将小灯泡与滑动变阻器串联, 形成完整回路, 再将电压表与小电灯并联, 即“先串联后并联”, 另外因U额=3.8V, 电压表应选0~15V;

(2) 小灯泡发生断路时, 电流为零, 灯泡电压等于电源电压;

(3) 从b图上直接读出I额=0.3A, 所以P额=U额·I额 =3.8V×0.3A=1.14W。

例2 (.2011年·淮安·第23题) 测定小灯泡电功率的实验中, 选用的电源电压为4.5V, 小灯泡的额定电压为2.5V, 电阻约为10Ω。

(1) 连接电路时开关应断开 , 电流表的量程应选0~0.6A。

(2) 用笔画线代替导线, 连接完整如图a所示的实物电路。 (答案如下图)

(3) 闭合开关前, 图中滑动变阻器的滑片P应位于A (选填“A”或“B”) 端。

(4) 闭合开关, 移动变阻器的滑片P, 发现小灯泡始终不亮, 电压表有示数、电流表无示数, 原因可能是小灯泡灯丝断了 (或小灯泡与灯座接触不良) (写出一种即可) 。

(5) 排除故障后, 闭合开关、移动滑片P至电压表的示数如图b所示, 其读数为2.2V;要获得小灯泡额定功率的数据, 滑片P应向B (选填“A”或“B”) 移动。

(6) 改变滑片P的位置, 获得多组对应的电压、电流值, 绘制得如图c所示的I-U图像。由图像可知, 小灯泡两端电压是1.5V时, 其电阻是10Ω, 额定功率是0.5W。

分析:与例1不同, 此题增加了以下考点:

1.滑动变阻器的状态。为防止开关闭合后电流过大烧毁用电器, 开关闭合之前应将滑动变阻器的滑片P置于阻值最大一端, 这是保护电路的需要;

2.电流表量程的选择。此题选择小量程“0~0.6A”, 原因有三:一是根据2.5V/10Ω估算出I≈0.25A, 二是I-U图线显示所测电流并未达到0.3A, 三是市场上小灯泡I额一般为0.3A;

3.读图确定额定电流。例1中P额由电流表直接读出, 而本题要求考生从I-U图线上查找出小灯泡正常发光时坐标点 (U额, I额) 即 (2.5V, 0.2A) , 从而确定I额, 算出P额=U额I额 =2.5V×0.2A=0.5W, 难度有所提高。

4“.伏安法”测电阻。从小灯泡I-U图线查出点 (1.5V, 0.15A) , 得R=U/I=1.5V/0.15A=10Ω。可见据I-U图线既可以求功率 (P=UI) , 也可以求电阻 (R=U/I) 。

三、《测量小灯泡的电功率》考点集中体现在以下几个方面

1.选择电表量程。

市面上销售的小灯泡有“1.5V, 0.3A”、“2.5V, 0.3A”、“3.8V, 0.3A”三种规格, 实验时应结合小灯泡的规格参数选择电流表和电压表的量程。

(1) 双量程电流表有“0~0.6A”、“0~3A”两个量程, 而小灯泡的额定电流一般为0.3A, 因此选择“0 ~0.6A”小量程。这样既能满足电流变化范围, 又可保证读数准确。

(2) 双量程电压表有“0~3V”、“0~15V”两个量程, 量程选择取决于小灯泡额定电压。在滑动变阻器的分压控制作用下, 加在小灯泡上的电压最大不得超过1.2U额。若小灯泡U额=2.5V, 则选择“0~3V”小量程;若小灯泡U额=3.8V, 则选择“0~15V”大量程。

2.正确连接电路。

(1) 电路连接技巧:一般采取“先串联后并联”的顺序连接和检查电路。“先串联”是指沿着电流方向依次串联“电源正极→开关→滑动变阻器→小灯泡→电流表→电源负极”等电路元件, 以构成完整电流回路;“后并联”是指最后再将电压表与小灯泡并联, 以备测量小灯泡两端电压。用笔画线表示导线作图时, 线条不要遮盖电路元件, 更不得交叉。

(2) 滑动变阻器:“一下一上”接入电路, 闭合开关前滑动变阻器滑片应置于接入阻值最大一端, 目的是防止闭合开关后电路中电流过大烧坏电路元件。

(3) 电表:电流表与被测电路串联, 电压表与被测电路并联;电流从正接线柱流入从负接线柱流出 (否则指针会反偏) 。

(4) 开关:连接电路时开关应“断开”, 待电路检查无误后再闭合, 以防止连接有误的电路被接通而损毁电路元件。

3.分析电路故障。

(1) 通过观察现象分析。

a.小灯泡不亮, 有电压无电流→小灯泡断路 (“小灯泡灯丝烧断”或“灯泡与灯座接触不良”) ;

b.小灯泡不亮, 有电流无电压→小灯泡短路;

c.小灯泡不亮, 无电压无电流→小灯泡以外的电路发生断路。

(2) 借用导线短路分析。

若用导线短接小电灯以后, 电压表无示数电流表有示数, 则故障为小灯泡断路。

4.正确计算功率。

计算额定功率用公式P额=U额·I额。U额一般都是直接给出的已知量, 关键是找出I额。

若题中给出表头图片, 则直接读出I额, 此时务必注意所选量程。

若题中给出的是I-U图像, 则需从图中查出I额。由于小灯泡是变值电阻, 电流增大不及电压增大, 其伏安曲线是一条向下弯曲的曲线, 线上各点的功率都不相同。在这种情况下, 通过计算几组不同电压下功率平均值作为“额定功率”的做法, 是没有实际意义的, 当然也是不合理的。 (同样也不可用求平均值的办法来求灯泡电阻)

5.滑动变阻器及其调节范围。

滑动变阻器的选择:最大允许电流应不小于小灯泡的I额, 以保证小电灯正常发光时滑动变阻器不会被烧坏。

滑动变阻器的作用:主要起控制作用, 通过调节滑动变阻器, 改变加在小灯泡上的电压。

滑动变阻器的调节范围:这要从测量需要和电路元件安全等多方面进行综合分析, 此处不做赘述。

显而易见, 《测量小灯泡的电功率》是一个要求较高难度较大的电学实验, 但是, 只要引导学生明确实验原理、遵守操作要领、科学处理数据, 就不难正确解答此类考题, 变失分点为得分点。

摘要：电学实验《测量小灯泡的电功率》系中考重要考点, 相关考题难度大、失分率高。本文结合有关中考试题, 从实验原理、电路连接、数据处理、功率计算及故障分析等方面对该实验做了详尽分析, 力求指导学生能从整体上把握该实验、深化对该实验的认识, 以正确答题。

篇4：测量小灯泡电功率实验练习

究“测量小灯泡的电功率”的实验后，某兴趣小组欲进

一步探究学习，现将其改变为“探究小灯泡的电功率

P与电压U之间的关系”的实验，实验中提供了以下

实验器材：

A. 待测小灯泡L（额定电压3.0 V，额定功率1.8 W）；

B. 电压表V（量程0～3 V，量程0～15 V）；

C. 电流表A（量程0～0.6 A，0～3 A）；

D. 滑动变阻器R（0～10 Ω）；

E. 定值电阻R01=5 Ω，R02=10 Ω，R03=15 Ω；

F. 蓄电池，电压U=12 V；

G.开关一个S，导线若干。

（1）为了比较精确地测量小灯泡的功率，电流表的量

程应选 。

（2）为了保证电路安全，实验中定值电阻R0应选

（选填“R01”或“R02”或“R03”）。

（3）请用铅笔画线代替导线，将实验器材连接起来，

使之成为准备使用的实物电路。

（4）测量结束后，应先断开开关，拆除 两端

的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。

（5）该小组同学在处理实验数据时，将电功率P作为

纵坐标，U2作为横坐标，采用描点法，在坐标纸上

作出了P-U2图像，并画出该图像是一条直线（如图

2所示）。根据图像，请你指出：所作图像的错误之处 是 ；作图时，坐标取值不恰当之处是 。

（6）假设实验中所给的实验器材电流表已损坏，老师

又给了一只电压表，该组同学仍完成了实验。请

你帮他们在虚线框内画出实验的电路图。

2. （2015年 湖南省怀化市）张皓同学做“测定小灯泡电

功率”的实验，设计的电路图如图3所示，所选用的

电压表有0～3 V和0～15 V两个量程，小灯泡所标

示的额定电压为2.5 V。

（1）本实验中电压表他应选用 V量程；

（2）张皓同学按图3连好电路如图4所示，闭合开关

前，他应将滑片P移到滑动变阻器的最

（选填“左”或“右”）端；

（3）接着检查电路连接，他发现有一根导线连接错

了，请你在图4中在应改动的导线上打“×”，并

用笔画线代替导线画出正确的接法；

（4）改正连接后，他闭合开关，发现灯泡不发光，电流

表有示数，电压表示数为0，移动滑动变阻器的滑

片P可以改变电流表的示数，那么电路的故障原

因是： ；

（5）排除故障后进行实验，他根据实验测得的数据，

画出了小灯泡的电流随电压变化的图像如图5

所示，由图像可知小灯泡的额定功率是 W；

（6）由步骤（5）知小灯泡的电流随电压变化的图像不

是一条直线，他结合实验过程分析得知，形成的

原因是： 。

篇5：丙类功率放大器实验

一、实验目的：

1.了解谐振功率放大器的基本工作原理，初步掌握高频功率放大电路的计算和设计过程；

2.了解电源电压与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。

二、实验电路说明：

本实验电路如图3-1所示。

图3-1 本电路由两级组成：Q1等构成前级推动放大，Q2为负偏压丙类功率放大器，R4、R5提供基极偏压（自给偏压电路），L1为输入耦合电路，主要作用是使谐振功放的晶体三极管的输入阻抗与前级电路的输出阻抗相匹配。L2为输出耦合回路，使晶体三极管集电极的最佳负载电阻与实际负载电阻相匹配。R14为负载电阻。

四、实验仪器： 1.双踪示波器 2.万用表

3.实验箱及丙类功率放大模块 4．高频信号发生器

五、实验内容及步骤；

1.将开关拨到接通R14的位置，万用表选直流毫安的适当档位，红表笔接P2，黑表笔接P3；

2.检查无误后打开电源开关,调整W使电流表的指示最小（时刻注意监控电流不要过大，否则损坏晶体三极管）；

3.将示波器接在TP1和地之间，在输入端P1接入8MHz幅度约为500mV的高频正弦信号，缓慢增大高频信号的幅度，直到示波器出现波形。这时调节L1、L2，同时通过示波器及万用表的指针来判断集电极回路是否谐振，即示波器的波形为最大值，电流表的指示I0为最小值时集电极回路处于谐振状态。用示波器监测此时波形应不失真。4.根据实际情况选两个合适的输入信号幅值，分别测量各工作电压和峰值电压及电流，并根据测得的数据分别计算：

1）电源给出的总功率； 2）放大电路的输出功率； 3）三极管的损耗功率； 4）放大器的效率。

六、实验报告要求：

1.根据实验测量的数值，写出下列各项的计算结果: 1）电源给出的总功率；

2）放大电路的输出功率； 3）三极管的损耗功率；

4）放大器的效率。

篇6：功率放大器实验

高频小信号调谐放大器实验

一、实验目的1.掌握小信号调谐放大器的基本工作原理；

2.掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算；

3.了解高频小信号放大器动态范围的测试方法；

二、实验原理

（一）单调谐放大器

小信号谐振放大器是通信机接收端的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。其实验单元电路如图1-1（a）所示。该电路由晶体管Q1、选频回路T1二部分组成。它不仅对高频小信号进行放大，而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率fS＝12MHz。基极偏置电阻W3、R22、R4和射极电阻R5决定晶体管的静态工作点。可变电阻W3改变基极偏置电阻将改变晶体管的静态工作点，从而可以改变放大器的增益。

表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f0，谐振电压放大倍数Av0，放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1来表示）等。

放大器各项性能指标及测量方法如下：

1.谐振频率

放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f0称为放大器的谐振频率，对于图1-1（a）所示电路（也是以下各项指标所对应电路），f0的表达式为

式中，L为调谐回路电感线圈的电感量；

为调谐回路的总电容，的表达式为

式中，Coe为晶体管的输出电容；Cie为晶体管的输入电容；P1为初级线圈抽头系数；P2为次级线圈抽头系数。

谐振频率f0的测量方法是：

用扫频仪作为测量仪器，测出电路的幅频特性曲线，调变压器T的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点f0。

2.电压放大倍数

放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数AV0称为调谐放大器的电压放大倍数。AV0的表达式为

式中，为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是yfe本身也是一个复数，所以谐振时输出电压V0与输入电压Vi相位差不是180º

而是为180º+Φfe。

AV0的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量图1-1（a）中输出信号V0及输入信号Vi的大小，则电压放大倍数AV0由下式计算：

AV0

=

V0

/

Vi

或

AV0

=

lg

(V0

/Vi)

dB

3.通频带

由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数AV下降到谐振电压放大倍数AV0的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW，其表达式为

BW

=

2△f0.7

=

f0/QL

式中，QL为谐振回路的有载品质因数。

分析表明，放大器的谐振电压放大倍数AV0与通频带BW的关系为

0.7

BW

0.1

2△f0.1

图1-2

谐振曲线

上式说明，当晶体管选定即yfe确定，且回路总电容为定值时，谐振电压放大倍数AV0与通频带BW的乘积为一常数。这与低频放大器中的增益带宽积为一常数的概念是相同的。

通频带BW的测量方法：是通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法可以是扫频法，也可以是逐点法。逐点法的测量步骤是：先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率f0及电压放大倍数AV0然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压VS不变），并测出对应的电压放大倍数AV0。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图1-2所示。

可得：

通频带越宽放大器的电压放大倍数越小。要想得到一定宽度的通频宽，同时又能提高放大器的电压增益，除了选用yfe较大的晶体管外，还应尽量减小调谐回路的总电容量CΣ。如果放大器只用来放大来自接收天线的某一固定频率的微弱信号，则可减小通频带，尽量提高放大器的增益。

4.选择性——矩形系数

调谐放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数Kv0.1时来表示，如图1-2所示的谐振曲线，矩形系数Kv0.1为电压放大倍数下降到0.1

AV0时对应的频率偏移与电压放大倍数下降到0.707

AV0时对应的频率偏移之比，即

Kv0.1

=

2△f0.1/

2△f0.7

=

2△f0.1/BW

上式表明，矩形系数Kv0.1越小，谐振曲线的形状越接近矩形，选择性越好，反之亦然。一般单级调谐放大器的选择性较差（矩形系数Kv0.1远大于1），为提高放大器的选择性，通常采用多级单调谐回路的谐振放大器。可以通过测量调谐放大器的谐振曲线来求矩形系数Kv0.1。

*（二）双调谐放大器

双调谐放大器具有频带较宽、选择性较好的优点。双调谐回路谐振放大器是将单调谐回路放大器的单调谐回路改用双调谐回路。其原理基本相同。

1.电压增益为

2.通频带

BW

=

2△f0.7

=

fo/QL

3.选择性——矩形系数

Kv0.1

=

2△f0.1/

2△f0.7

=

三、实验步骤

（一）单调谐小信号放大器单元电路实验

1.根据电路原理图熟悉实验板电路，并在电路板上找出与原理图相对应的的各测试点及可调器件（具体指出）。

2.按下面框图（图1-3）所示搭建好测试电路。

图1-3

高频小信号调谐放大器测试连接框图

注：图中符号表示高频连接线

3.打开小信号调谐放大器的电源开关，并观察工作指示灯是否点亮，红灯为+12V电源指示灯，绿灯为-12V电源指示灯。(以后实验步骤中不再强调打开实验模块电源开关步骤)

4.调整晶体管的静态工作点：

在不加输入信号时用万用表（直流电压测量档）测量电阻R4两端的电压（即VBQ）和R5两端的电压（即VEQ），调整可调电阻W3，使VeQ＝4.8V，记下此时的VBQ、VEQ，并计算出此时的IEQ＝VEQ

/R5。

5.按下信号源和频率计的电源开关，此时开关下方的工作指示灯点亮。

6.调节信号源“RF幅度”和“频率调节”旋钮，使输出端口“RF1”和“RF2”输出频率为12MHz的高频信号。将信号输入到2号板的J4口。在TH1处观察信号峰-峰值约为50mV。

7.调谐放大器的谐振回路使其谐振在输入信号的频率点上：

将示波器探头连接在调谐放大器的输出端即TH2上，调节示波器直到能观察到输出信号的波形，再调节中周磁芯使示波器上的信号幅度最大，此时放大器即被调谐到输入信号的频率点上。

8.测量电压增益Av0

在调谐放大器对输入信号已经谐振的情况下，用示波器探头在TH1和TH2分别观测输入和输出信号的幅度大小，则Av0即为输出信号与输入信号幅度之比。

9.测量放大器通频带

对放大器通频带的测量有两种方式，其一是用频率特性测试仪（即扫频仪）直接测量；

其二则是用点频法来测量：即用高频信号源作扫频源，然后用示波器来测量各个频率信号的输出幅度，最终描绘出通频带特性，具体方法如下：

通过调节放大器输入信号的频率，使信号频率在谐振频率附近变化（以20KHz或500KHz为步进间隔来变化），并用示波器观测各频率点的输出信号的幅度，然后就可以在如下的“幅度－频率”坐标轴上标示出放大器的通频带特性。

输出幅度

频率

10.测量放大器的选择性

描述放大器选择性的的最主要的一个指标就是矩形系数，这里用Kr0.1和Kr0.01来表示：

式中，为放大器的通频带；和分别为相对放大倍数下降至0.1和0.01处的带宽。用第9步中的方法，我们就可以测出、和的大小，从而得到和的值

注意：对高频电路而言，随着频率升高，电路分布参数的影响将越来越大，而我们在理论计算中是没有考虑到这些分布参数的，所以实际测试结果与理论分析可能存在一定的偏差。另外，为了使测试结果准确，应使仪器的接地尽可能良好。

*（二）双调谐小信号放大器单元电路实验

双调谐小信号放大器的测试方法和测试步骤与单调谐放大电路基本相同，只是在以下两个方面稍作改动：

其一是输入信号的频率应改为465KHz（峰－峰值200mV）；

其二是在谐振回路的调试时，对双调谐回路的两个中周要反复调试才能最终使谐振回路谐振在输入信号的频点上，具体方法是，按图1-3连接好测试电路并打开信号源及放大器电源之后，首先调试放大电路的第一级中周，让示波器上被测信号幅度尽可能大，然后调试第二级中周，也是让示波器上被测信号的幅度尽可能大，这之后再重复调第一级和第二级中周，直到输出信号的幅度达到最大，这样，放大器就已经谐振到输入信号的频点上了。

11.同单调谐实验，做双调谐实验，并将两种调谐电路进行比较。

四、实验报告要求

1．写明实验目的。

2．画出实验电路的直流和交流等效电路。

3．计算直流工作点，与实验实测结果比较。

4．整理实验数据，并画出幅频特性。

五、实验仪器

1.高频实验箱

1台

2.双踪示波器

1台

3.万用表

1块

4.扫频仪（可选）

篇7：实验12 低频小信号放大器

1． 实验目的

1)学习模拟小信号放大器设计的基本知识。

2)学习Protel，用其绘制电路原理图（Sch图）和印刷电路板图（Pcb图）。3)学习电路制作、调试和性能指标测试的基本技能。

2． 实验仪器

计算机、示波器、信号发生器、交流毫伏表、数字万用表、直流稳压电源。

3． 预习内容

1）复习关于集成运放的基础知识。

2）复习关于使用集成运放组成的低频小信号放大器方面的基础知识。

4． 实验内容

1）设计低频小信号放大器。对其的要求如下 信号源差模信号幅值约为1mV，内阻约为100 kΩ，信号基频约为1Hz，频带宽约为0.2Hz至100Hz。

信号源的干扰主要有以下两种：

内阻几乎为零的直流共模干扰，其幅值约为300mV。高内阻的50Hz工频共模干扰，其幅值约为伏量级。放大倍数为4000倍。

用手工绘制电路原理图。详细说明电路原理和选择器件与参数的依据。2）用EWB或Protel对电路做模拟分析。3）用Protel绘制电路原理图（Sch图）。4）用Protel绘制印刷电路板图（Pcb图）。5）制作所设计的电路。建议按以下步骤安装电路：

 做电源线、输入线和输出线。

 安装电源插座、输入插座和输出插座。

 安装电源去耦电路，给电路接直流电源，然后万用表测量集成电路的供电是否正常。 确认集成电路供电正常后，安装集成电路的插座。 安装四角处的螺杆，将电路支撑起来。 安装第一级放大器，即三运放放大器。

 调第一级放大器的CMRR。将两个输入端同接信号源的输入端，将信号源输出调至50Hz、幅值0.5V。用示波器监视其输出电压Vo的波形，调整电路，使输出电压幅值尽可能小。CMRR可按下式计算

 CMRR= AVd /AVC= AVd/(Vo /Vi) 该电路的CMRR可达90dB以上。 安装第二级电压放大器。

6）调整全电路的CMRR，使其尽可能大。测量全电路的共模放大倍数、单端输入差模放大倍数、输入端短路等效输入噪声。

篇8：功率放大器实验

医用电子仪器诊断和治疗的依据是人体生物信号。临床上, 通过传感器可将非电生物信号转换为电信号;通过合适的电极则可直接提取生物电信号。由于大多数生物电信号的电位幅值很小, 通常需要经过放大才能被观察及记录到。因此, 生物电放大器是心电图机、脑电图机、肌电图机等医用电子设备中必不可少的最常用、最基本的单元电路[1,2]。

生物电放大器作为医用电子仪器的核心部件, 通常与其他电路集成在一起, 不利于单独测量与调试。考虑到生物电放大器在医用电子仪器中的普遍性和重要性, 有必要设计一种易于实际操作的生物电放大器实验系统, 方便相关知识的学习。

本研究利用AD8132、AD620、TLP512-1等芯片, 构建生物电放大器实验系统, 并分析关键技术, 为更好地学习医用电子仪器奠定基础。

2 系统结构

根据生物电放大器的功能, 设计实验系统结构如图1所示[3]。其中, 虚线框内为浮置部分。差分电路构成前置放大器, 调制解调电路构成隔离放大器, 而电源则由隔离电源提供。

2.1 生物电前置放大器

在医学信息获取时, 通常借助各种医学传感器或电极以若干个测试点中任意2点间的电位及组合测试为主要方式, 表现为差模信号。而温度、电磁场等测试环境影响则以共模干扰形式在电路输入端同时出现。生物信号处理的本质是去除进入测试电路的各种干扰信号, 获取诊疗所需生理信号的过程。因此, 生物电前置放大器一般采用差分电路结构。

处于仪器电路最前端的前置放大电路是医用电子仪器放大电路设计的核心, 从某种程度上决定了整机的工作性能。前置放大器要求具有良好的抗干扰能力, 即具有高共模抑制比, 高输入阻抗和高信噪比[4,5]。

生物电放大器的CMRR值一般要求为60~80 dB。高性能心电放大器的CMRR值达100 dB。

本研究采用差动集成芯片AD8132和三运放结构的仪表放大器AD620构建生物电前置放大电路模块, 如图2所示。其中, AD8132提供差模信号 (模拟生物电信号) , AD620则完成对差模和共模信号的处理, 是生物电前置放大电路的核心组件[4]。

2.1.1 AD8132

AD8132是ADI公司推出的一种新型低成本的高速率差动放大器, 可以广泛应用于多种具有差模输出的单输入电路, 如图3所示, 管脚说明参见表1。

2.1.2 AD620

AD620是一款单芯片仪表放大器, 内部经典的三运放结构可有效减小共模输入的干扰, 放大差模信号, 如图4所示。用户只需通过调节电阻即可实现对增益的控制:

AD620具有低电流噪声特性, 因此可用于信号源电阻高达1 MΩ乃至更大的生物电放大器[4,6]。另外, 为了避免在强干扰信号下放大器输出产生失真, 前置放大器的电压放大倍数一般不宜设置过高 (通常为10倍) 。

2.1.3 基于AD620的生物电前置放大器

本研究设计的生物电前置放大电路试验系统如图5所示, 共模信号则由信号发生器直接提供, 差模信号则由AD8132提供。AD8132的8号引脚作为单输入端, 4、5引脚作为差模信号输出端, 产生大小相等、方向相反的差模输入信号, 模拟人体待测生物电信号, 经电阻Ra、Rb、Rc分压后送入仪表放大器AD620。结合电路图分析, 本系统的差模放大倍数实际为:

2.2 隔离放大器

2.2.1 电源的隔离

生物电测量仪器在工作时, 需通过电极或传感器与人体接触获取信息, 这些与人体接触部件及相关前置放大电路总体构成了医用电子仪器的应用部分。因此, 为了确保人体安全, 防止发生电击事故, 仪器的应用部分必须与其他电路部分保证电气绝缘 (物理上相互独立, 无任何电气连接) 。本研究设计的试验系统采用DC-DC集成芯片HDW5-12D12实现电源隔离, 如图6所示。HDW5-12D12的1、2号脚由实地电源供电, 与解调、滤波等后级电路采用同样的供电方式;3、4、5号脚则输出经DC-DC变换产生的电源 (称为浮置电源, 与变换前的电源电气绝缘) , 供给前置放大电路[7]。

2.2.2 信号的隔离

在电气绝缘的条件下, 生物电放大器电路中前后级信号的传递通常采用光电耦合, 如图7所示。为保证信号在传递过程中的不失真, 需充分考虑光电耦合器件的线性度、精度及带宽等参数。

2.2.2. 1 生物电信号脉宽调制

为保证信号在传递过程中的不失真生物电在光电耦合传输前, 首先进行了脉宽调制, 形成脉冲宽度调制信号 (PWM) 。

图7中, 采用脉冲调宽的方式, 由U4A比较器电路和U5A、U5B组成的三角波发生电路构成了脉冲宽度调制 (PWM) 电路。三角波作为调制载波, 加至U4A比较器反相端, 生物电信号输入U4A的同相端。三角波发生电路输出峰-峰电压为10 V、周期为70μs的三角波。该三角波作为调制载波, 加至比较器U4A反相输入端, 生物电信号加至比较器U4A的同相输入端。当不同幅度的生物电信号输入时, U4A将输出具有相对不同的脉宽调制信号, 如图8 (b) 所示。

2.2.2. 2 光电耦合

光电耦合开关采用TLP521-1高速光电耦合器, 输入和输出均为脉宽调制信号, 但输入采用浮置电源供电, 输出采用直接接地电源供电, 在电气上完全隔离, 有利于保障人体的安全性[8]。

2.2.2. 3 解调

脉冲调宽信号的解调是将脉宽信号送入一个低通滤波器, 滤波后的输出电压幅度与脉宽成正比 (即与调制电压成正比) 。由U6A、R13、R14、C11、C12组成二阶有源低通滤波器, 将生物电信号解调出来。本系统中, 低通滤波器放大倍数为1, 滤波器截止频率约为400 Hz。在低频情况下 (如100 Hz) , 经滤波后, 得到的解调信号即输入端送入的生物电信号。

2.3 50 Hz陷波电路

工频干扰是影响生物电信号, 尤其是心电信号检测质量的主要因素之一。为了消除50 Hz工频干扰, 在很多医学仪器中都使用了带阻滤波器[9]。如图9所示为Q值可调的RC双T带阻滤波电路。

在图9中, 电路增益为:, 中心频率为:

3 结果

根据上述电路, 搭建实验系统, 其中:RG取10 kΩ。输入100 Hz的正弦波, 改变幅值, 测试, 实验结果见表2。

改变输入信号频率, 测得50 Hz陷波电路频率特性曲线, 如图10所示。

4 结论

本研究设计的生物电放大器, 包含了放大、隔离、滤波等关键技术。本系统首先考虑生物电信号低频、微弱的特点, 利用AD8132模拟产生差分信号, 接着通过常用医用电子仪表放大器AD620实现差分放大, 然后采用TLP521-1光电耦合器作为隔离放大器的核心部件, 配合运放器件完成调制解调, 最后考虑了工频干扰滤波电路。系统具有高输入阻抗、高共模抑制比的特点, 便于测量, 有助于学生对生物电放大器的学习。

摘要：目的:设计一种小型的生物电隔离放大器实验系统。方法:应用AD8132、AD620、TLP512-1等构成放大电路的核心部分。结果:输入阻抗大于10 GΩ;共模抑制比>80 dB;50 Hz陷波电路的上限截止频率为55.3 Hz, 下限截止频率为44.5 Hz。结论:实验系统具有高输入阻抗、高共模抑制比等特点, 便于测量, 有助于学生对生物电放大器的学习。

关键词：生物电放大器,AD620,调制解调,50Hz陷波

参考文献

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[3]王越, 李刚, 王立丽.几种新型的高性能生物电放大器[J].电子设计应用, 2005 (6) :126-128.

[4]张帷, 张石, 鲍喜荣, 等.便携式心电监护仪前置放大电路和抗干扰的设计[J].医疗设备信息, 2005, 20 (10) :7-9.

[5]魏继航, 梁敏厚.心电放大器前置放大级及定标电路设计[J].医疗卫生装备, 1998, 19 (2) :6-7.

[6]王树振, 单威, 宋玲玲.AD620仪用放大器原理与应用[J].微处理器, 2008, 29 (4) :38-40.

[7]金浩宇, 翁灿烁, 赖胜圣.降低运放电路中电源噪声的方法探讨[J].医疗卫生装备, 2009, 30 (4) :101-102.

[8]付丽娟, 杨景芝.光耦合器组成的模拟信号放大电路分析与设计[J].电子测试, 2008 (3) :79-82.

篇9：功率因数补偿教学实验装置的研制

关键词 功率因数；无功补偿；电路原理图

中图分类号：G424.31 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2009）04-0076-02

Development of Power Factor Compensation Device for Teaching Experiment//Gu Ziming

Abstract This paper introduces the power factor compensation for teaching experimental device developed in the plant, reactive power compensation capacitor choice, the design of hardware circuit schematic diagram, this device on the theory and practice of teaching must have practical significance.

Key words power factor；reactive power compensation；circuit schematic diagram

Author’s address Nantong Textile Vocational Technology College, Nantong, Jiangsu226007

1 引言

在电路理论中，交流电路功率因数问题是涉及知识较多、较为抽象的内容，同时改善功率因数又是实际电路和供电系统中较为实用的方法，要将该问题讲清楚，让学生搞明白，只有将课堂教学与实验教学结合起来，应有实验课交叉进行，才能取得较为理想的教学效果，并让学生真正掌握这一知识和运用这一技术。在课堂教学进行了视在功率、有功功率、无功功率和复功率等概念的教学后，用功率因数问题将以上诸多功率概念有机地结合起来，选用电路和供电系统中最实际的改善功率因数的问题，采用多种思路进行分析计算，使学生全面地理解功率因数问题，开发一套模拟工厂企业实际运行的改善功率因数的装置是理论和实验教学的必然需要。

2 功率因数补偿实验装置研制

2.1 被控制对象（负载）的选择计算

1）负载选择要求。负载重量要轻，体积要小，工作要可靠，维护要方便；负载的额定电压不超过实验室常用的额定电压值，最好相等；全部负载的额定电流之和不能超过5 A，这样可以减少电流互感器的使用。负载要能模拟工厂运行的负载性质，即要为感性负载，电感量要大，电阻量要小；负载要能化整为零，这样负载才可以逐步加上去，看补偿电容如何逐个加上去；或者把负载逐个减下来，看补偿电容如何逐个减下来。

2）被控对象的选择及自然功率因数的计算。RL串联电路中将L等效为R′与理想电感L串联，电路实际上为R、R′、L串联电路（如图1所示）。

根据RL串联电路的特点有电压关系，取电流I为参考相量，则得电压相量图（如图2所示）。图2中是R′和L上的电压相量，R′与L串联电路呈感性，则电压超前电流一个角度θ，且0<θ<π/2。是R上的电压相量，与同相位，这样，即、、配成一个电压三角形，此时与的夹角φ即为总电压与总电流的夹角。只要用万用表交流电压档测得（有效值）、、就可以根据数学的余弦定理求得功率因数：。

日光灯（含镇流器）电路就是一个典型的RL串联电路，根据上述图2的原理，即可用余弦定理求出日光灯的功率因数。根据220 V、8 W日光灯实验中测得的数据U=220 V，U1=65 V，U2=207 V，则该日光灯的功率因数为：。

3）选择结果。日光灯镇流器为感性负载且满足上述要求，但8 W的日光灯的镇流器加灯管测得的额定电流为0.12 A左右，偏小了些。现在即使不使用灯管，通过的电流也不会增加很多，所以决定选用20 W的镇流器为被控制对象（感性负载）。

2.2 无功补偿电容的选择计算

1）20 W日光灯镇流器电感量和电阻值的计算。电路如图1所示，因其镇流器（等效为R′与理想电感L串联）与20 W日光灯管（等效为电阻R）配合，U=220 V，I =0.37 A，cosφ=0.35，sinφ=0.94。

估算：

R上的消耗功率约为20 W ：

计算结果：L=559/314=1.78 H，R′=208-146=62 Ω；

若在实验装置中将并联镇流器4只全投入作为负载，令RP2=0 Ω，接线如图3所示。

理论计算结果应为：UN=220 V。叠加在XLΣ=XL/4、RLΣ=RL/4两端，XLΣ=XL/4=140 Ω，RLΣ=RL/4=16 Ω。

则

实际装置屏读数为：I=1.7 A，cosφ=0.11。与计算结果完全相同。

若RP2=50 Ω全投入，4只镇流器作为负载也全投入，等效电路如图3所示。

计算结果：

实际读数I=1.4 A ，cosφ=0.45，在允许的误差范围内，说明对负载的选择及设计、计算结果是正确的。

2）补偿电容的设计计算。

若全部负载是4只整流器，Pmin=UIcosφ。

其中：

，

Pmin=220×1.7×0.11=40 W

现要将cosφ1=0.11提高到cosφ2=0.98

代入公式：；

若负载为全部镇流器，RP2=50 Ω，I=1.4 A，cosφ=0.43；Pmax=220×1.4×0.43=132 W。

现要将cosφ1=0.43提高到cosφ2=0.98，代入公式：

综合补偿电容量为17 μF～23 μF之间。

若取Co=2 μF，则可投补偿电容路数为8路～12路之间，故取中间值10路作为补偿器装置输入控制。

2.3 成套功率因数补偿实验装置功率因数补偿实验装置电路原理图如图4所示。其中，功率因数自动补偿器是提高电路系统中功率因数的全自动化电子装置[2]，通过它的调节作用，使电路中的无功消耗降到最小，达到充分利用电能、节约用电的目的。本装置所用控制器已经改造成单相控制器，通过检测系统中负荷的功率因数自动投、切补偿电容器，使系统功率因数在规定的范围内运行。检测功率因数投、切法的思想是，当一个系统功率因数下降至低于下限整定值时投入补偿电容器，当功率因数超过上限整定值时切除补偿电容器。

3 结束语

本实验装置研制成功并在理论与实践教学中得到具体应用，学生普遍对视在功率、有功功率、无功功率和复功率等概念有了深入理解，并能全面形象地理解功率因数的计算及补偿问题。学生掌握了功率因数补偿的工作原理、工作方式、操作应用等，就可以在工厂实际操作中得心应手，为就业增加一种技能，尤其满足了电专业学生就业的需要。

参考文献

[1]刘介才.工厂供电[M].北京:机械工业出版社,2004