模拟电子技术实验指导文档格式.docx
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模拟电子技术实验台、数字存储示波器、数字万用表、函数信号发生器、数字交流毫伏表。
四、实验内容及步骤
1、连线如图1.1所示的分压式偏置共射放大电路。
2、共射放大电路静态工作点的测量
接通电源VCC,调节电位器RP1,使发射极电位UE=2.6V,用直流电压表测量UB、UC以及电阻RC1上的电压URc的值,填入表1.1中。
表1.1静态直流工作点参数测量
测量值(V)
计算值
UE
UB
UC
URc
IE(mA)
IC(mA)
UCE(V)
3、共射放大电路交流参数测量
维持已调好的静态工作点不变,在输入端加入f=1kHz、us=100mVrms的正弦波信号,分别用交流毫伏表和双踪示波器测量us、ui、uo的值,并观察输入、输出波形及其相位,将结果填入表1.2中。
表1.2动态交流参数测量
条件
测量值(mV)
波形
RL
us
ui
uo
AV
AVS
Ri
Ro
输入(ui)
输出(uo)
∞
2kΩ
输入电阻和输出电阻的计算方法如下:
∵
∴
式中:
uoo为RL=∞时的输出开路电压,uo=2kΩ时的输出负载电压。
4、观察负载电阻对放大倍数的影响
在上步实验的基础上,把负载电阻RL换成5.1kΩ,重新测定放大倍数,将结果填入表1.3中。
表1.3负载变化对交流动态参数的影响
5.1kΩ
5、最大不失真输出电压UOPP的测量
逐渐增大信号源电压us,并同时调节RP1,用示波器观察uo。
当输出波形同时出现削底和缩顶时,说明静态工作点已调到交流负载线的中点。
此时,反复调节us,使输出波形为临界不失真状态。
此时,测量放大器的静态工作点,并用示波器和毫伏表测量电路各处数值,并填入表1.4中。
表1.4最大不失真输出测量
测量仪器
UCE
us(mV)
ui(mV)
uo(V)
输入波形
输出波形
数字直流
电压表(V)
——
数字交流
毫伏表
—
示波器(UOPP)
6、观察静态工作点的变化对波形失真的影响
在最大不失真输入信号us不变的情况下,改变P1,用示波器分别观察到上部或下部削顶现象,将示波器观察波形填入表1.5中,然后撤除输入信号us,用数字直流电压表测量UC填入表1.5中。
表1.5饱和失真与截止失真
失真类型
UC(V)
截止失真
饱和失真
7、电路故障状况观察
图1.1电路中Ce1开路时的故障现象观察、Re12短路时的故障现象观察,记录观察结果。
8、连线如图1.2所示的为共集放大电路。
(说明:
集电极电阻采用导线短路连接)
9、共集放大电路静态工作点的调试
调节RP1,使UB约为5V,用直流电压表测量的UC、UE的数据,将结果填入表1.6中。
表1.6静态直流工作点参数测量
UB(V)
UE(V)
测量值
10、共集放大电路交流参数测量
us输入幅值预置依次为100、200、300、400、500mVrms的1kHz正弦波,但应使电路输出在整个测量过程中不失真,在负载电阻RL=∞和RL=2kΩ的情况下,测量us、ui、uo数据,将测量数据填入表1.7中,并分别计算有关参数,输入电阻及输出电阻的计算方法参见共射放大电路。
表1.7动态交流参数测量
次数
计算参数
1
2
3
4
5
五、要求与思考
1、整理实验数据,并对实验数据进行比较和分析。
2、假设放大电路的参数为β=180、Rb1=60kΩ、Rb2=20kΩ、RC=RL=2.4kΩ、Re1=100Ω、
Re2=1kΩ、VCC=12V,估算图2.1放大器的静态工作点Q、AV、Ri、Ro。
3、当调节偏置电阻Rb1,使放大器输出波形出现饱和或截止失真时,晶体管的管压降UCE怎样变化?
4、改变静态工作点对放大器的输入电阻Ri有无影响?
改变外接负载电阻RL对输出电阻Ro有无影响?
5、实验中为什么一定要将示波器、交流毫伏表、函数信号发生器的接地端连接在一起?
如果不连接在一起,或者将其中一种仪器的信号端和接地端换位,将会出现什么问题?
6、设Rb1=60kΩ、β=180,理论计算图1.2的静态工作点并与实测值相比较。
7、根据实验数据和波形,分析射极输出器的性能和特点。
实验二多级放大电路实验
1、学习两级阻容耦合放大电路静态工作点的调试方法。
2、学习两级放大电路电压放大倍数的测量。
3、掌握两级放大电路输入、输出的相位关系。
4、了解放大电路中引入负反馈的方法及反馈组态,以及负反馈对放大电路性能的影响。
1、熟悉单管放大电路不失真的调整方法。
2、预习多级放大电路的耦合方式,掌握阻容耦合放大电路各级静态工作点的调试方法。
3、预习多级放大电路电压放大倍数的测量方法、步骤及计算。
4、分析多级放大电路各级输入、输出电压的相位关系。
5、预习负反馈电路的类型,学会分析反馈组态以及负反馈对放大电路各项技术性能的影响。
(一)两级放大电路
1、晶体管两级放大电路原理图如图2.1所示。
2、静态工作点的调试
①分别调试各级的静态工作点,将每级的静态工作点设在交流负载线的中间(即VCE≈6V)。
两级的调试方法相同。
以第一级为例,在输入端输入频率为1kHz正弦波信号ui,用示波器观察本级输出波形,在逐渐增大ui的同时调节RP1,直至使输出信号波形幅度为最大且不失真。
②第二级输入端与信号源之间必须加接耦合电容。
③将信号源拆除,用直流电压表测量两级的三极管各脚的直流工作电压,将数据填入表2.1中。
表2.1两级放大电路的静态工作点参数测量
第一级T1(V)
第二级T2(V)
UB1
UE1
UC1
UCE1
UB2
UE2
UC2
UCE2
3、测量两级放大电路的电压放大倍数
连接好级间连线,在第一级输入端输入1kHz正弦波信号us,调节信号发生器,使us逐渐减小,用示波器观察输出信号uo的波形不失真,此时用交流毫伏表和示波器测量各级的输入、输出交流电压值和波形,记录于表2.2和表2.3中。
表2.2两级放大电路的动态交流参数测量
条件
交流毫伏表测量数据(mV)
示波器测量数据UOPP(mV)
uo1
uo2
RL=5.1kΩ
表2.3两级放大电路的波形观察
各点波形
4、根据测量的数据,将电压放大倍数的计算结果填入表2.4中。
表2.4两级放大电路的放大倍数
(二)负反馈放大电路实验
1、电压串联负反馈放大电路原理图如图2.2所示。
①在实验板上按照实验电路原理图连线后,接通电源,分别调节电位器RP1、RP2,使UC1、UC2约为7.2V。
②在第一级的输入端加入频率为1kHz正弦波信号us,用示波器分别观察第一级和第二级放大器的输出uo1和uo2的波形,若出现上、下均失真,则减小us,若仅出现上半波或下半波失真,则可少许调节RP1或RP2,直到两级放大器的输出信号波形都不失真为止(在后面的实验过程中,不要再变动RP1、RP2)。
③断开输入信号us,分别测量晶体管T1、T2各电极的直流电位,将数据记入表2.5中。
表2.5电压串联负反馈放大电路静态直流参数测量
第一级T1(V)
3、观察负反馈深度对放大倍数的影响
①断开负反馈支路,在第一级的输入端加入频率为1kHz、幅度适中的正弦波信号us,用示波器观察输出波形uo2,保证uo2波形不失真。
②保持us不变,RL=5.1kΩ,接通负反馈支路,当Rf分别为10kΩ、5.1kΩ、∞时,用交流毫伏表测量ui、uo1、uo2的值,将数据记入表2.6(RL=5.1kΩ)
表2.6电压串联负反馈放大电路动态交流参数测量
Rf
uo1(mV)
uo2(mV)
AV=uo2/ui
10kΩ
5.1kΩ
4、观察负反馈对输出电压(电流)、放大倍数稳定性的影响
保持us不变,接通负反馈支路,且Rf=5.1kΩ不变,当RL分别为2kΩ、5.1kΩ、∞时,用交流毫伏表测量ui、uo1、uo2的值,将数据记入表2.7中。
5、观察负反馈对输出波形性能的影响
①断开负反馈支路,用示波器观察uo2的波形,逐渐加大us,使uo2波形出现微失真;
②在us不变的情况下,接通负反馈支路,且Rf=5.1kΩ不变,用示波器观察uo2的波形。
将上述两种波形画于表2.8中。
表2.7负反馈输出特性稳定性测量
2kΩ
表2.8负反馈对输出波形性能的影响
us(ui)波形
Uo波形
2、按实验电路2.1所示,设每级的Rb1为60kΩ,β1=β2=160,其余参数如图所示,估算每级放大器的静态工作点。
3、估算实验电路2.1所示的多级放大器的AV、Ri、Ro。
4、总结负反馈对放大器性能的影响。
5、按深度负反馈的估算方法,试估算图2.3闭环电压放大倍数AVF,并与测量值进行比较,其值是否一致?
为什么?
六、注意事项:
实验中如发现寄生振荡,可采用以下措施消除:
1、重新布线,尽可能走短线。
2、避免将输出信号的地引回到放大器的输入级。
3、分别使用测量仪器,避免互相干扰。
实验三运算放大器应用综合实验
1、了解运算放大器的基本使用方法,学会使用通用型线性运放μA741。
2、应用集成运放构成基本运算电路——比例运算电路,测定它们的运算关系。
3、掌握加法、减法运算电路的构成、基本工作原理和测试方法。
4、学会用运算放大器组成单门限电压比较器和滞回比较器。
5、掌握单门限电压比较器和滞回比较器的传输特性。
1、集成电路运算放大器的主要参数。
2、同相比例、反相比例电路的构成以及输出、输入之间的运算关系。
3、加法、减法电路的构成及运算关系。
4、用运算放大器组成单门限电压比较器和滞回比较器的电路结构。
5、门限电压的估算及输入、输出波形的测量。
(一)运放的线性应用——比例及加减法电路实验
1、反相比例运算
反相比例运算电路如图3.1所示,按图接线。
根据表3.1给定的ui值,测量对应的uo值并记入表3.1中。
并用示波器观察输入Vi和输出Vo波形及相位。
理论值:
注意:
①当Vi为直流信号时,ui直接从实验台上的-5~+5V直流电源上获取,用数字直流电压表分别测量ui、uo。
②当ui为交流信号时,ui由函数信号发生器提供频率为1kHz正弦波信号,用交流毫伏表分别测量ui、uo。
(下同)
图3.1反相比例运算电路
表3.1测量结束后,将Rf改为电位器Rp,观察输入ui一定,调节Rp,输出的变化规律。
表3.1反相比例参数测量
直流信号(mV)
1KHz正弦信号(mVrms)
200
-200
500
-500
100
300
实测值uo
理论值uo
实测|AV|
2、同相比例运算
同相比例运算电路如图3.2所示,根据表3.2给定的ui值,测量对应的uo值并记入表3.2中。
并用示波器观察输入ui和输出uo波形及相位。
uO=(1+Rf/R3)ui=11ui。
图3.2同相比例运算电路
表3.2测量结束后,将Rf改为电位器Rp,观察输入ui一定,调节Rp,输出的变化规律。
表3.2同相比例参数测量
3、加法运算
加法运算原理电路如图3.3。
根据表3.3给定的ui1、ui2值,测量对应的uo值,并记入表3.3中。
理论计算:
uo=-Rf/R3(ui1+ui2)=-10(ui1+ui2),对于反相输入满足的条件是R3=R4。
ui1、ui2输入直流时,分别从两路-5~+5V可调直流电源电压获取。
ui1、ui2输入交流正弦信号时,将电源板上的正弦输出信号分别加载到扩展板Rp3、Rp4电位器上下两端,两个电位器中间端分别输出ui1、ui2,用数字交流毫伏表测量输出符合要求即可。
图3.3加法运算电路(反相输入)
表3.3加法电路测量
信号源
直流信号源(V)
1KHz正弦信号(Vrms)
ui1
0.2
-0.6
-0.2
0.1
0.3
ui2
-0.3
0.05
实测值Vo
计算值Vo
测试完成表3.3后,可以改为同相输入方式的加法电路,自拟测试表格比较。
4、减法运算
减法运算原理电路如图3.4所示。
根据表3.4给定的ui1、ui2值,测量对应的uo值,并记入表3.4中。
uo=(1+Rf/R3)ui1-Rf/R3ui2=11ui1-10ui2。
图3.4减法运算电路
表3.4减法电路测量
1.0
0.8
0.6
0.5
1.2
-0.5
0.4
0.5
计算值uo
(二)运放的非线性应用——比较器实验
1、单门限电压比较器电路原理如图3.5所示。
图3.5单门限电压比较器
按图3.5电路接线。
ui为f=500Hz,最大值为5V的正弦波(由函数信号发生器提供),uf分别为0V、2V、-2V(uf从实验台电源板-5~+5V可调直流电源上获取),用双踪示波器观察ui、uo的波形和读出门限电压uT、ui和uo峰-峰值电压,将其波形、数据记入表3.5中,并画出其传输特性。
表3.5单门限电压比较器参数测试
基准电压uf(V)
-2
电压值
门限电压uT(V)
ui峰-峰值(V)
uo峰-峰值(V)
波形
传输特性
uT为uo与ui在垂直方向上的交点。
3、滞回比较器电路原理如图3.6所示。
图3.6滞回比较器
①ui接入-5~+5V可调直流电源,先调节比较器输出电压Vo为负值,缓慢调节ui使uo由负变正,此时的ui值为上门限电压uT+,测出上门限电压uT+和输出电压uo;
继续调节ui,使|ui|增大,观察uT+和uo有无变化。
②ui接入-5~+5V可调直流电源,先调节比较器输出电压uo为正值,缓慢调节ui使uo由正变负,此时的ui值为下门限电压uT—,测出下门限电压uT-和输出电压uo;
将数据记入表3.6中。
表3.6滞回比较器的门限特性
输入电压ui(V)
输出电压uo(V)
正突变电压值
负突变电压值
uT+
uT-
uOH
uOL
③ui接f=500Hz,最大值为6V的正弦波(由函数信号发生器提供),用双踪示波器观察ui、uo的波形,读出上、下门限电压、ui和uo峰值电压,将其波形和数据记入表3.7中,并画出其传输特性。
表3.7滞回比较器的电压转输特性
输入、输出波形
最大值ui(V)
6
uT+(V)
uT-(V)
uOH(V)
uOL(V)
1、如果将ui继续加大(如ui≥1V),uo是否符合比例运算,按比例系数增大?
2、在加、减法电路中,如果ui1、ui2为交流信号,且频率不同,用交流毫伏表测出的数据是否符合加、减法运算关系,如果此时用示波器观察输出波形,将出现什么现象?
实验中ui1、ui2分别从信号源和电源板上获取不同频率的正弦信号,测试验证。
3、如何用现有的元器件组成同相加法电路,画出电路图并写出输出函数式uo=f(ui1、ui2)。
4、将图3.5中的ui、uf对调,其输入、输出波形、传输特性有什么变化?
5、电压比较器中的运放通常工作在什么状态(负反馈、正反馈或开环)?
一般它的输出电压是否只有高电平和低电平两个稳定状态?
6、迟滞比较器的传输特性为什么具有迟滞特性?
7、整理实验数据,并对实测数据和理论计算数据进行比较和分析,说明实测数据和理论计算数据之间出现的误差原因。
实验四信号产生及有源滤波实验
1、学习RC桥式正弦波振荡电路的组成及振荡条件。
2、学会设计、调试RC桥式正弦波振荡电路和测量电路输出波形的频率、幅度。
3、学习由集成运放组成的有源滤波电路。
4、学习测量有源滤波器的幅频特性。
5、学习设计电路。
1、预习RC桥式正弦波振荡电路的构成,工作原理、了解各元器件的作用。
2、RC桥式正弦波振荡电路的起振条件、频率的计算。
3、有源滤波的分类及二阶有源滤波电路特性。
(一)正弦波发生器实验
1、图4.1为RC桥式正弦波振荡电路。
电路由放大器和反馈网络组成。
图4.1RC桥式正弦波振荡电路
2、有稳幅环节的文氏电桥振荡器
①如图,此时R=R1=R3=10kΩ、C=C1=C3=0.01μF。
接通电源,用示波器观察有无正弦波电压uo输出。
若无输出,可适当调节RP,使uo为无明显失真、稳定的正弦波。
用示波器和毫伏表测量uo、uf的峰-峰值、有效值和输出频率fo,并填入表4.1和表4.2中。
表4.1基本RC正弦波振荡电路
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