《模拟电子技术》实验指导书.docx
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《模拟电子技术》实验指导书
仰恩大学电子工程系实验教材系列
模拟电子技术
实验指导书
电子通信教研室编
2006年12月
安全用电须知
安全用电是实验中始终需要注意的重要问题。
为了做好实验,确保人身和设备的安全,实验时,必须严格遵守下列安全用电规则:
(1)接线、改接、拆线都必须在切断电源的情况下进行,即“先接线后通电,先断电再拆线”。
(2)在电路通电情况下,人体严禁接触电路不绝缘的金属导线或连接点等带电部位。
万一遇到触电事故,应立即切断电源,进行必要的处理。
(3)实验中,特别是设备刚投入运行时,要随时注意仪器设备的运行情况,如发现有超量程、过热、异味、异声、冒烟、火花等,应立即断电,并请老师检查。
(4)实验时应精神集中,同组者必须密切配合,接通电源前须通知同组同学,以防止触电事故。
(5)电机转动时,防止导线、发辫、围巾等物品卷入。
(6)了解有关电器设备的规格、性能及使用方法,严格按额定值使用。
注意仪表的种类、量程和连接使用方法,例如,不得用电流表或万用表的电阻档,电流档去测量电压;电流表、功率表的电流线圈不能并联在电路中等等。
(7)请穿绝缘胶鞋进入实验室。
目录
实验一常用电子仪器的使用…………………………………………………………..…..3
实验二晶体管单管放大器……………………………………………………….…..…….7
实验三两极放大电路及放大电路中的负反馈……………………………………...…….12
实验四射极跟随器……………………………………………………………………..…..16
实验五差动放大器………………………………………………………………………....19
实验六整流、滤波及串联型稳压电源………………………………………………..…..22
实验七集成稳压器……………………………………………………………………..…..27
实验八RC正弦波振荡器…………………………………………………………….…….29
实验九LC选频放大与LC正弦振荡实验………………………………………………...30
实验十比例、求和和运算电路……………………………………………………………32
实验十一积分、微分电路…………………………………………………………………38
实验十二有源滤波电路……………………………………………………………………41
实验十三电压比较器…………………………………………………………………...….44
实验十四波形发生电路……………………………………………………………………46
实验十五运算放大器的参数测量…………………………………………………………50
实验十六集成功率放大器…………………………………………………………………53
实验十七电流/电压转换电路……………………………………………………………...55
实验十八电压/频率转换电路………………………………………………………………56
附录一直流稳压电源…………………………………………………………………….58
附录二函数信号发生器、毫伏表……………………………………………………….59
附录三CA8022双踪示波器的主要技术指标…………………………………………….61
实验一常用电子仪器的使用
预习:
详细的阅读本书后面的附录一、二、三,熟悉仪器的原理与操作
一、实验目的
1.学会正确使用双踪示波器、函数发生器、晶体管毫伏表等仪器。
2.掌握用双踪示波器观察波形和测量信号频率、相位差、电压的方法
二、实验仪器及设备
1.通用示波器
2.函数信号发生器
3.万用表
4.直流稳压电源
5.交流毫伏表
三、实验电路原理及操作说明
在实验中,常用的电子仪器有:
示波器、函数发生器、毫伏表及直流稳压电源等。
它们与实验电路的相互关系及主要用途可用图1-1示意。
1-1
1.电子示波器的工作原理及使用
电子示波器主要用以观察各种周期性的电压或电流波形,它是使用十分广泛的一种电子仪器。
通用示波器的结构包括垂直放大,水平放大,扫描、触发、示波管及电源等六个主要部分,方框如图1-2所示。
图1-2
示波管是电子示波器的重要元件之一,它的作用是把观察的电压变成发光图形。
示波器面板操作说明
(1)寻找扫描光迹点
在开机半分钟后,如仍找不到光点,可调节亮度旋钮,并按下“寻迹”板键,从中判断光点位置,然后适当调节垂直(↑↓)和水平(→←)位移旋钮,将光点移至荧光屏的中心位置。
为显示稳定的波形,要掌握好示波器面板上的下列几个控制开关(或旋钮)的位置。
a、“扫描速率”开关(t/div)-------它的位置应根据被观察信号的周期(频率)来确定。
b、“触发源选择”开关(内、外)------通常选为内触发。
c、“内触发源选择”开关(拉YB)-------通常置于常态(推进位置)。
此时对单一从YA或YB输入的信号均能同步,仅在作双路同时显示时,为比较两个波形的相对位置,才将其置于拉出(拉YB)位置,此时触发信号仅取自YB,故仅对由YB输入的信号同步。
d、“触发方式”开关------通常可先置于“自动”位置,以便找到扫描线或波形,如波形稳定情况较差,再置于“高频”或“常态”位置。
但必须同时调节电平旋钮,使波形稳定。
(2)示波器有五种显示方式
属单踪显示有“YA”、“YB”、“YA+YB”;属双踪显示有“交替”与“断续”。
作双踪显示时,通常采用“交替”显示方式,仅当被观察信号频率很低时(如几十赫兹以下),为在一次扫描过程中同时显示两个波形,才采用“断续”显示方式。
(3)在测量波形的幅值时,应注意Y轴灵敏度“微调”旋钮置于“较准”位置(顺时钟旋到底)。
在测量波形周期时,应将扫描速率“微调”旋钮置于“校准”位置(顺时钟旋到底),扫描速率“扩展”旋钮置于“推进位置”。
2.函数信号发生器
函数信号发生器按需要通过波形转换开关的操作,可分别输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。
输出信号电压幅度输出幅度调节旋钮进行连续调节。
输出信号电压率通过频率分档开关进行调节,并由频率计读取频率值。
函数信号发生器的信号输出端不允许短路。
3.交流毫伏表
交流毫伏表只能在其工作频率范围内,用来测量正弦交流电压的有效值。
为了防止过载而损坏,测量前一般先把量程开关置于量程较大的位置处,然后在测量中逐挡减小到接近测量范围的量程。
接通电源后,先将输入端短接,进行调零。
然后断开短路线,就可进行测量。
四、实验内容及步骤
用示波器观察信号发生器的输出电压波形
1将示波器电源接通1至2分钟后,按照下表将有关控键设置好,使荧光屏上出现扫描线。
控制机件
作用位置
辉度
居中
垂直方式
Y1
VOLTS/DIV(Y轴灵敏度)
10mV
各位移
居中
微调
校正位置
触发方式
峰值自动
触发源
内
内触发源
Y1
极性
+
SEC/DIV(X轴灵敏度)
0.5mS
输出耦合
AC
聚焦
居中
2调节信号发生器,选择频率选择开关为2k,再旋转频率微调旋钮使其输出频率为1kHz,再调节幅度旋钮使输出信号电压为2V
3用示波器观察信号电压波形。
4调节“y轴灵敏度”旋钮,使波形大小适中。
5调节“x轴灵敏度”旋钮,使荧光屏上显示出一、三、五个完整的正弦波形。
*特别提示
实验中使用的连接电缆中有两条线:
一是“接地线”,另一条是“信号线”。
因为实验桌上各电子仪器的机壳经电源的“地”相连同,所以在使用连接电缆时,一定要注意它们的黑色鳄鱼夹一端总是与机壳连通(即与公共“地”连通),应与待测电路的“地”连接,另一端与待测电路的信号端连接。
如果错把黑色鳄鱼夹一端接到信号端,就会导致信号端被短路!
五、实验报告要求
实验二晶体管单管放大器
一、实验目的
1.熟悉电子元器件和TB型模拟电路实验仪
2.学会放大器静态工作点的调试方法。
3.分析电路参数的变化对放大器静态工作点、电压放大倍数及输出波形的影响。
4.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。
二、实验电路及设备
1.示波器、万用表。
2.TB型模拟电路实验仪及①号实验模板。
二、实验电路及原理
1.估算电流放大系数β
晶体三极管的β值可以由输出特性曲线上求出,如图2-1所示。
先通过Q点作横轴的垂直线,确定对应Q点的VCE值,再从图中求出一定VCE条件下的△IB和相应的△IC,则Q点附近的交流电流放大系数为:
图2-1晶体三极管输出特性曲线
应此,只要在图示仪上测试出输出特性曲线,即可估算出β值。
2.实验电路
实验电路如图2-2所示
图2-2
它的偏置电路采用Rb和Rb2组成的分压电路。
在放大器的输入端加上输入信号以后,在放大器的输出端便可得到幅值被放大了的相位相反的输出信号。
静态工作点:
动态参数:
电压放大倍数
其中
输入电阻
输出电阻
四、实验步骤
按图2-2用连线在①号实验模板上连接号电路,将Rp的阻值调到最大,检查连线无误后接通电源。
1.静态工作点测试
调整Rp为某一值(使VCE=6V),测量静态工作点,填入表2-1并计算出IB、ICO(ICQ、IBQ可通过计算求得)
表2-1
实测结果
实测计算
VBEQ
VCEQ
Rb(KΩ)
IBQ(μA)
ICQ(mA)
2.放大倍数测试
(1)将信号放大器调到f=1kHz幅值为5mv,接到放大器的输入端Vi,用示波器观察Vi和Vo端的波形,并比较与输入端的相位。
(2)输入信号频率不变,逐渐加大输入信号幅度,在RL=∞时,用示波器观察VO不失真时的最大值,并填表2-2
表2-2
观察结果
计算电压放大倍数
估算电压放大倍数
Vi(mV)
Vo(V)
Au
Au
3.观察Rb、Rc、RL对放大电路静态工作点、电压放大倍数及输出波形的影响。
按表2-3要求,输入信号Vi=5mV,f=1kHz、记录测量数据和Vo波形。
表2-3
给定条件
测量结果
由测量值计算
VCEQ
VBEQ
VO
输出波形
ICQ
IBQ
AV
Rb
合适值
RC=2kΩ
RL=∞
最小
最大
Rc
3.9kΩ
Rb为合适值RL=∞
RL
2.7kΩ
Rb为合适值 RC=2kΩ
4.观察波形失真,测量静态工作点电压VCEQ、VBEQ
输入信号Vi=10mVf=1kHz调节Rp,使Rb增大或减小,观察波形失真情况,测量并填入表2-4(若不失真观察不明显,可变化Vi重测)
表2-4
Rp值
VBEQ
VCEQ
波形输出
增大
适中
改小
5.测量放大器的输入输出电阻
(1)输入电阻的测量,在输入端串接一个R1=4.7k的电阻,如图2-3,放大器输入电阻测试方法如下:
R1接入时,测得Vs和Vi,即可计算
输入电阻
按照以上输入电阻的计算方法,即可计算出输入电阻ri.
图2-3
(2)输出电阻的测量,在输出端接入负载电阻RL=2.7K,在输出VO不失真的情况下,测负载与空载时的Vo值。
输出电阻
其中V’o为RL未接入时(RL=∞)的输出电压,Vo为接入负载电阻后的输出电压。
即可求输出电阻ro.
图2-4
五、报告要求
1.按表格2-1~2-4记录数据及波形
2.总结Rb、Rc和RL变化对静态工作点、放大倍数及输出波形的影响。
3.为了提高放大器的放大倍数Av应采取哪些措施?
4.分析输出波形失真的原因及性质,并提出消除失真的措施。
六、思考题
1.根据测定的晶体管β及给出的电路参数,估算静态工作点及电压放大倍数。
实验三两极放大电路及放大电路中的负反馈
一、实验目的
1.学习二级放大电路静态工作点的调试方法。
2.学习二级阻容耦合放大电路特性的测量方法。
3.加深对负反馈放大电路工作原理的理解。
4.熟悉负反馈放大电路性能的测量和调试方法。
二、实验仪器及设备
1.示波器
2.万用表
3.TB型模拟电子技术实验仪及①号实验模板
三、实验电路及原理
1.实验电路如图3-1
图3-1
2.工作原理
(1)断开反馈支路的A、B端,并将B端接地,电路成为基本放大电路(但考虑了反馈网络的负载效应)。
(2)若A接B,电路成为电压串联负反馈电路。
负反馈放大器放大倍数的一般表达式为
其中A为开环放大倍数,Af为闭环放大倍数,F为反馈系数,1+AF为反馈深度。
若Am代表中频开环放大倍数,且放大电路在高频率段和低频率段都只有一个RC环节起作用,则加负反馈后,放大电路的上限截止频率和下限截止频率分别为
其中fh和fL分别是不加负反馈时的上下限频率。
此外,加上负反馈后还可得到输入电阻rif和rof输出电阻为
其中ri和ro分别是不加负反馈时的输入、输出电阻。
四、实验内容及步骤
1.按图用连线在①号实验模板上连接好电路,检查连线无误后接通电源
2.测量静态工作点
将输入端短路,并将B端接地,调节Rp1使VE1=2V,调节Rp2,使VE2=2V,测量并记录表3-1中有关数值
表3-1
测量项目
VBE1
VE1
VC1
VBE2
VE2
VC2
测量数值(V)
2
2
3.测量两级交流放大电路的频率特性
用示波器观察第一、第二级的输出电压波形有无失真。
若有失真现象,则应调整静态工作点(调Rp1、Rp2应微调),或减小Vi幅度,使波形不失真为止。
若输出波形有寄生振荡,应先消除。
消除方法如下:
信号发生器的输出线要尽量短,要用屏蔽线;T1或T2的bc极之间加5P~100P的电容。
(1)将放大器负载断开,线将输入信号频率调到1KHZ,幅度调到使输出幅度最大而不失真。
(2)保持输入信号幅度不变,由低到高,改变频率,先大致观察在哪一个上限频率和下限频率时输出幅度下降,然后测量Vo值,填入表3-2中。
在特性平直部分,可测几个点,在特性弯曲部分应多测几个点。
(3)接上负载,重复上述实验。
表3-2
F(HZ)
Vo
RL=∞
RL=4.7K
4.测无级间反馈时两级放大电路的性能。
(1)测量电压放大倍数Avm
加信号电压Vi=5mv,f=1kKz,测量Vo,算出Avm
(2)测量输入电阻ri
接入Rs=4.7kΩ,加大信号源电压,使放大电路的输出电压与未接入Rs时相同,测量此时信号源电压Vs,则
式中r’i=Rb”ri,由此求得输入电阻ri。
断开电源后测量Rb(Rb=Rp1+Rb1).
(3)测量输出电阻ro
使Vi=5mv,f=1kHz,接入负载电阻RL=4.7kΩ,测输出电压Vo,则
其中V’o是负载电阻RL开路时的输出电压,Vo是接入负载电阻后的输出电压。
(4)测量上限频率fh及下限频率fL
去掉Rs,RL,输入适当幅值的信号,在f=1kHz时使输出电压在示波器上显示出大小适度、基本不失真的正弦波。
保持输入信号不变,提高信号频率,直至示波器上显示的波形幅度缩小到原来幅值的70%,此时输入信号频率即为fho同样,降低信号频率,示波器上显示的输出电压波形幅度下降到原来幅值的70%,此时输入信号的频率即为fL.
将
(1)~(4)测出的电压放大倍数Av;输入电阻ri;输出电阻ro;上限频率fh和下限频率fL,各数据填入表3-3中的无反馈部分。
5.测反馈放大电路的性能。
将A端和B端相接,电路成为电压串联负反馈放大电路,重复步骤4的
(1)~(4)
将测得的各数据填入表3-3有反馈部分
表3-3
测量数据
由测量数据计算
无反馈
Vo’(mv)
Vo(mv)
Vs(mv)
fh(kHz)
fL(Hz)
Av
Ri(kΩ)
ro(kΩ)
有负反馈
Vo’(mv)
Vo(mv)
Vs(mv)
fhf(kHz)
fLF(Hz)
Avf
rif(kΩ)
rof(kΩ)
五、报告要求
1.说明两极放大电路静态工作点对放大倍数及输出波形的影响。
2.列表整理实验数据,画出两级放大电路的幅频特性曲线(用对数坐标纸)
3.根据实验所得数据,求出无级间反馈和有级间反馈时电压放大倍数,输入电阻和输出电阻。
4.根据实验结果说明电压串联负反馈对放大电路性能的影响。
5.利用深度负反馈的近似公式,估算电压放大倍数Avf。
六、思考题
1.复习多级放大器计算Av的方法,两级之间的互相影响,频率特性等。
2.如何选择静态工作点?
每一级的静态工作点在连成两级放大电路时是否会发生变化。
实验四射极跟随器
一、实验目的
1.掌握射极跟随器的特性及测量方法。
2.学习放大器各项参数测量方法。
二、实验仪器
1.示波器
2.信号发生器
3.交流毫伏表
4.数字万用表
5.TB型模拟电子技术实验仪及①号实验模板
三、实验电路原理
射极跟随器(图4-1)是一个电压串联、负反馈放大电路,它具有输入阻抗高、输出阻抗低,输出电压能够在较大范围内跟随输入电压作线性变化及输入输出信号同相的特点。
图4-1
四、实验内容与步骤
1.在①号实验板上按图4-1电路图连线,检查连线无误后接通12V电源。
2.调整直流工作点。
在B点加f=1kHz正弦波信号,输出端用示波器监视,反复调整Rp及信号输出幅度,使输出幅度在示波器屏幕上得到一个最大不失真波形,然后断开输入信号,用万用表测量晶体管各极对地的电位,即为该放大器静态工作点,将所测数据填入表4-1
表4-1
Ve(V)
Vb(V)
Vc(V)
3.测量电压放大倍数Av
接入负载RL=1KΩ,B点f=1kHz信号,调输入信号幅度(此时偏置电位器Rp不能再旋动),用示波器观察,在输出最大不失真情况下测Vi,VL值,将所测数据填入表4-2中
表4-2
Vi(V)
VL(V)
4.测量输出电压Ro
在B点加f=1kHz正弦波信号,Vi=100mV左右,接上负载RL=2K2Ω时,用示波器输出波形,测空载输出电压Vo(RL=∞),有负载输出电压VL(RL=2K2Ω)的值。
则
将所测数据填入表4-3中
表4-3
Vo(mL)
VL(mL)
5.测量放大器输出电阻Ri(采用换算法)
在输入串入4.7K电阻,A点加入f=1kHz的正弦信号,用示波器观察输出波形,用毫伏表分别测A,B点对地电位Vs,Vi.。
则
将测量数据填入表4-4
表4-4
Vs(V)
Vi(V)
6.测射极跟随器的跟随特性并测量输出电压峰峰值Vopp
接入负载RL=2K2Ω,在B点加入f=1kHz的正弦信号,逐点增大输入信号幅度Vi,用示波器监视输出端,在波形不失真时,测所对应的VL值,计算出Av,并用示波器测量输出电压的峰峰值Vopp,与电压表读测的对应输出电压有较值比较。
将所测数据填入表4-5
表4-5
1
2
3
4
Vi
VL
Vopp
Av
7.测试频率响应特性。
输入信号电压Vi=0.1v,改变信号频率,用示波器观察输出电压的波形,并用交流毫伏表记录不同频率的电压值,填入表4-6
表4-6
f
Vo
五、报告要求
1.整理记录数据,分析跟随器的特性和特点,得出有关结论;
2.将实验结果与理论计算比较,分析产生误差的原因;
3.绘频率响应特性曲线。
实验五差动放大器
一、实验目的
1.熟悉差动放大器工作原理,了解零点漂移产生的原理与抑制方法。
2.学习差动放大器的基本测试方法。
二、实验仪器
1.双踪示波器
2.数字万用表
3.②号实验模板
4.TB型模拟电路实验仪及②号实验模板
三、实验电路原理
在图5-1电路中,Rp1为调零电位器,信号从Vi1、Vi2两端输入。
图5-1
(1)差动输入,双端输出
图5-1中,若F接D,输入信号Vi加于A、B两端,则Vi1(A对地)=1/2Vi;Vi2(B对地)=1/2Vi,在T1、T2两管集电极输出电压Vo,设电位器Rp1的滑动端调在中间位置,则其差模放大倍数为
Ad为单管时的放大倍数。
(2)差动输入、单端输出
图5-1中,若输入信号接法不变,在T1管集电极(对地)输出电压Vo1其差模电压放大倍数为
当从T2管的集电极(对地)输出时,差模放大倍数的大小与从T1管集电极输出时相同,但表达式前面没有负号。
(3)共模抑制比
图4-1中将A、B两点相连,F接D,输入信号加到A与地之间,电路为共模输入。
若为双端输出,则在理想情况下,其共模放大倍数为Ac=0
若为单端输出,则共模放大倍数
。
共模抑制比
,欲使CMRR大,就要求Ad大,Ac小;欲使Ac小,就要求Rc阻值大。
当图4-1中F接C时,由于T3的恒流作用,等效的Rc极大,因此CMRR很大。
四、实验内容和步骤
1.按照电路原理图5-1在②号实验模板上按图接通12V电源
2.测静态工作点
F接D,输入端A、B相连并接地,调节电位器Rp1,使双端输出电压Vo=0,分别测量两管各电极对地电位,并记录数据于表5-1表5-1
对地电压
VC1
(V)
VC2
(V)
VE
(V)
VB1
(V)
VB2
(V)
计算值
(Rp在中点)
测量值
3.测量差模电压放大倍数
(1)在输入端A、B间拆去短路连接线,分别加入直流差模信号Vla±0.1V(从实验仪的直流电压源处先调节在±0.1V后取出)
测量单端输出电压Vod1、Vod2及双端输出差模电压Vod0。
由测量数据算出单端输出差模放大倍数Vvd1、Vvd2及双端差模放大倍数Avd。
(2)输入低频小信号Vi=40mV,f=100Hz。
分别、测量单端及双端输出电压,计算单端及双端的差模电压放大倍数。
将测量数据填入表5-2
表5-2
输入信号
测量值(V)
计算值
Vc1
Vc2
Vod1
Vod2
Vod
Avd1
Avd2
Avd
直流
Vid1=+0.1V
直流
Vid2=-0.1V
交流
Vi=40mV
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