线性放大器的原理与测试
一、实验目的：
1、熟悉线性放大器的工作原理；
2、掌握线性放大器各性能指标的测量方法。
二、实验原理：
本模块具有带极零相消、微积分成形、线性放大和基线恢复功能。其电路有极性转换，放大倍数为4的第一级放大电路、带极零补偿的微分电路、放大倍数4~24倍可调的第二级放大电路、有源二次积分和RC 一次积分电路、输出级和基线恢复部分组成,分别见下图：
图一、极性转换、第一级放大电路、极零相消的微分电路示意图
图二、第二级放大电路、有源二次积分、RC一次积分电路、基线恢复示意图
图三、输出电路示意图
三、实验仪器：
1、DS1204B 示波器2、DG4072脉冲发生器
四、实验步骤及数据处理：
1、测量第一级放大器正相输入端和反相输入端输出的放大倍数，第一级输出对应线性放大器模块的OUT1；
表一：第一级放大器正相输入端和反相输入端输出的放大倍数的测量数据
实验条件（输入信号特征、放大器参数等）：
项目
正相输入端
输入电压（Vpp ）输出电压（Vpp ）放大倍数
480mv 1.92v 4.00
反相输入端
输入电压（Vpp ）输出电压（Vpp ）放大倍数
400mv 1.52v 3.801
正弦波
2
f=1khz
3
560mv 2.32v 4.14
640mv 2.73v 4.27
560mv 1.76v 3.14
560mv 2.16v 3.86
2、适当调节放大器参数，测量线性放大器模块的放大倍数，OUT4为线性放大器输出端。
表二：线性放大器模块的放大倍数的测量数据
实验条件：反向输出端，模拟γ射线，f=10khz，Vpp=50mv
次数项目输入电压（Vpp ）输出电压（Vpp ）放大倍数DIFF INT1INT2INT3
82mv 3.16v 38.545555
82mv 4.04v 49.275333
82mv 4.16v 50.735111
82mv 220mv 2.681333
1234
*采用线性放大器模块的OUT4输出端
3、调节适当的参数，分别输入不同幅度的脉冲信号，测量输出信号幅度，计算出线性放大器的积分非线性。
表三：线性放大器的积分非线性的测量数据
实验条件：反向输出端，方波，f=10khz，微分、积分非线性都选取最大。
次
数项目输入信号（Vpp ）（单位：mv ）输出信号（Vpp ）积分非线性
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
340mv 740mv 1.12v 1.46v 1.78v 2.14v 2.48v 2.90v 3.08v 3.62v
10%
*采用线性放大器模块的OUT4输出端
图四：线性放大器的积分非线性示波器采集的数据（分别为第5、8次的截图
MATLAB 拟合的曲线如下图所示，拟合曲线为Y=
-0.0072X*X+36.1226X+
6.4336
图五：积分非线性图
4、测量线性放大器的上升时间。
表四：线性放大器的上升时间的测量数据
实验条件：反向输出端，Pulse，f=10khz，Vpp=30mv
次数
项目（
输出脉冲下降时间t s2
输入脉冲上升时间t s1
上升时间t s
1
2
3
μs 1010μ6.0μs 6.0μμs 8.08.0μ
μs 2020μ14.6μs 14.6μμs 13.6713.67μ
μs 3030μ24.6μs 24.6μμs 17.1717.17μ
图六：测量线性放大器的上升时间的示波器截图
用示波器测量输入脉冲的上升时间ts1和输出脉冲的下降时间ts2,按照公式
t s =s 22−t s 21算出该放大单元的上升时间。
五、实验结果讨论、体会：
1、一般线性放大器的主要技术指标有哪些？在能谱分析系统中所用的线性放大器特别重要的指标是什么？
答：（1）稳定性（瞬时稳定性和长期稳定性）；能量分辨率；探测效率=（探测器输出脉冲计数率）/（被测核辐射强度）；信噪比；输入阻抗；输出阻抗；放大倍数；线性（积分非线性和微分非线性）；上升时间；噪声；信噪比；过载特性（计数率过载和幅度过载）‘
（2）其中在能谱分析系统中所用的线性放大器特别重要的指标是：放大倍数、信噪比、能量分辨率。
2、请简述极零相消技术的原理；结合该线性放大器模块原理图进行分析。答：在几级串联的系统中，将前级传递函数的极（零）点和后级的零（极）点相消，从而改善输出波形的方法。
根据电路图可知：本实验模块采用了调节范围比较大的方式进行极零相
消的，通过SW3中各个电容与电阻RW1和电阻R8的串联、并联后和R9串联构成的电路实现极零相消；极-零相消电路代替微分电路与后面的积分电路构成了滤波成型电路，且零点可调。
3、给出第一级放大电路正相输入端和反相输入端放大倍数的计算公式。答：A=输出电阻/输入电阻；如图一所示：正相输出端时，放大倍数
A=R3/R2=3.92
反向输出端是，A=[R5/（R4+R5）]×[（R2+R3）/R2]=4.69
4、当输入信号脉冲为正弦波时，当频率从1KHz 增加到10MHz 时，第一级放大器的放大倍数会变小、变大还是不变？为什么？
答：如下表所示为频率从1KHz 增加到10MHz 时，第一级放大器的输入电压、输出电压、放大倍数的变化，可以得出放大倍数在逐渐变小。
输入电压（Vpp ）输出电压（Vpp ）频率（hz ）放大倍数
200MV 704MV 10k 3.52
200MV 376MV 1M 1.88
200MV 28MV 10M 0.14
原因主要是由于带宽，带宽越大，信号变化就越快，在第一级放大器中
通过极-零相消电路时成型时间不同影响了其放大倍数；频率越大，其延长时间越短因此其放大倍数越小。
线性放大器的原理与测试
一、实验目的：
1、熟悉线性放大器的工作原理；
2、掌握线性放大器各性能指标的测量方法。
二、实验原理：
本模块具有带极零相消、微积分成形、线性放大和基线恢复功能。其电路有极性转换，放大倍数为4的第一级放大电路、带极零补偿的微分电路、放大倍数4~24倍可调的第二级放大电路、有源二次积分和RC 一次积分电路、输出级和基线恢复部分组成,分别见下图：
图一、极性转换、第一级放大电路、极零相消的微分电路示意图
图二、第二级放大电路、有源二次积分、RC一次积分电路、基线恢复示意图
图三、输出电路示意图
三、实验仪器：
1、DS1204B 示波器2、DG4072脉冲发生器
四、实验步骤及数据处理：
1、测量第一级放大器正相输入端和反相输入端输出的放大倍数，第一级输出对应线性放大器模块的OUT1；
表一：第一级放大器正相输入端和反相输入端输出的放大倍数的测量数据
实验条件（输入信号特征、放大器参数等）：
项目
正相输入端
输入电压（Vpp ）输出电压（Vpp ）放大倍数
480mv 1.92v 4.00
反相输入端
输入电压（Vpp ）输出电压（Vpp ）放大倍数
400mv 1.52v 3.801
正弦波
2
f=1khz
3
560mv 2.32v 4.14
640mv 2.73v 4.27
560mv 1.76v 3.14
560mv 2.16v 3.86
2、适当调节放大器参数，测量线性放大器模块的放大倍数，OUT4为线性放大器输出端。
表二：线性放大器模块的放大倍数的测量数据
实验条件：反向输出端，模拟γ射线，f=10khz，Vpp=50mv
次数项目输入电压（Vpp ）输出电压（Vpp ）放大倍数DIFF INT1INT2INT3
82mv 3.16v 38.545555
82mv 4.04v 49.275333
82mv 4.16v 50.735111
82mv 220mv 2.681333
1234
*采用线性放大器模块的OUT4输出端
3、调节适当的参数，分别输入不同幅度的脉冲信号，测量输出信号幅度，计算出线性放大器的积分非线性。
表三：线性放大器的积分非线性的测量数据
实验条件：反向输出端，方波，f=10khz，微分、积分非线性都选取最大。
次
数项目输入信号（Vpp ）（单位：mv ）输出信号（Vpp ）积分非线性
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
340mv 740mv 1.12v 1.46v 1.78v 2.14v 2.48v 2.90v 3.08v 3.62v
10%
*采用线性放大器模块的OUT4输出端
图四：线性放大器的积分非线性示波器采集的数据（分别为第5、8次的截图
MATLAB 拟合的曲线如下图所示，拟合曲线为Y=
-0.0072X*X+36.1226X+
6.4336
图五：积分非线性图
4、测量线性放大器的上升时间。
表四：线性放大器的上升时间的测量数据
实验条件：反向输出端，Pulse，f=10khz，Vpp=30mv
次数
项目（
输出脉冲下降时间t s2
输入脉冲上升时间t s1
上升时间t s
1
2
3
μs 1010μ6.0μs 6.0μμs 8.08.0μ
μs 2020μ14.6μs 14.6μμs 13.6713.67μ
μs 3030μ24.6μs 24.6μμs 17.1717.17μ
图六：测量线性放大器的上升时间的示波器截图
用示波器测量输入脉冲的上升时间ts1和输出脉冲的下降时间ts2,按照公式
t s =s 22−t s 21算出该放大单元的上升时间。
五、实验结果讨论、体会：
1、一般线性放大器的主要技术指标有哪些？在能谱分析系统中所用的线性放大器特别重要的指标是什么？
答：（1）稳定性（瞬时稳定性和长期稳定性）；能量分辨率；探测效率=（探测器输出脉冲计数率）/（被测核辐射强度）；信噪比；输入阻抗；输出阻抗；放大倍数；线性（积分非线性和微分非线性）；上升时间；噪声；信噪比；过载特性（计数率过载和幅度过载）‘
（2）其中在能谱分析系统中所用的线性放大器特别重要的指标是：放大倍数、信噪比、能量分辨率。
2、请简述极零相消技术的原理；结合该线性放大器模块原理图进行分析。答：在几级串联的系统中，将前级传递函数的极（零）点和后级的零（极）点相消，从而改善输出波形的方法。
根据电路图可知：本实验模块采用了调节范围比较大的方式进行极零相
消的，通过SW3中各个电容与电阻RW1和电阻R8的串联、并联后和R9串联构成的电路实现极零相消；极-零相消电路代替微分电路与后面的积分电路构成了滤波成型电路，且零点可调。
3、给出第一级放大电路正相输入端和反相输入端放大倍数的计算公式。答：A=输出电阻/输入电阻；如图一所示：正相输出端时，放大倍数
A=R3/R2=3.92
反向输出端是，A=[R5/（R4+R5）]×[（R2+R3）/R2]=4.69
4、当输入信号脉冲为正弦波时，当频率从1KHz 增加到10MHz 时，第一级放大器的放大倍数会变小、变大还是不变？为什么？
答：如下表所示为频率从1KHz 增加到10MHz 时，第一级放大器的输入电压、输出电压、放大倍数的变化，可以得出放大倍数在逐渐变小。
输入电压（Vpp ）输出电压（Vpp ）频率（hz ）放大倍数
200MV 704MV 10k 3.52
200MV 376MV 1M 1.88
200MV 28MV 10M 0.14
原因主要是由于带宽，带宽越大，信号变化就越快，在第一级放大器中
通过极-零相消电路时成型时间不同影响了其放大倍数；频率越大，其延长时间越短因此其放大倍数越小。