模擬電路應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)(計(jì)算機(jī)類專業(yè)2015版)

1、模擬電路應(yīng)用實(shí)驗(yàn)講義 (計(jì)算機(jī)類專業(yè)-2015版)2015年10月模擬電路實(shí)驗(yàn)板簡(jiǎn)介圖0.1 電源模塊實(shí)驗(yàn)板模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)每套包含電源模塊板、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K版、擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)?zāi)K板等三塊實(shí)驗(yàn)板。1、電源模塊板面板如圖0.1，設(shè)置有：4位半0-20V數(shù)字直流電壓測(cè)量表1塊、4位半0-20mA數(shù)字直流電流測(cè)量表1塊；±12V直流電壓源各1路、+5V直流電源1路、-5V+5V連續(xù)可調(diào)直流電壓源2路、0-20V連續(xù)可調(diào)直流電壓源1路；12V交流電源輸出1路；0-5V幅值可調(diào)的1KHz正弦信號(hào)輸出1路。2、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K板面板如圖0.2所示，設(shè)置了三極管放大電路、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路、差分放大電路、比例運(yùn)算電路

2、、RC正弦波產(chǎn)生電路、比較器和波形變換電路、有源濾波電路、直流電源圖0.2 模電基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)板布局圖電路等8個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K單元，另外設(shè)置了1個(gè)電源轉(zhuǎn)接模塊單元，方便供電連線。3、擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)?zāi)K板面板如圖0.3所示，設(shè)置了方波、三角波、正弦波產(chǎn)生及變換電路，功率放大電路，可控增益放大電路，恒流充電電路，窗口電壓檢測(cè)電路、穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源電路等六大功能模塊電路，同時(shí)設(shè)立了分立元件單元，包含常用電阻、電容、三極管、運(yùn)放和多圈電位器，方便設(shè)計(jì)電路選用。圖0.3 模電擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)板布局圖實(shí)驗(yàn)一 晶體管放大電路實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉分壓式偏置共射極單管放大電路和射極輸出器的組成。2、掌握放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試方法，

3、加深靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大電路性能的影響。3、進(jìn)一步熟悉常用電子儀器的使用方法。二、預(yù)習(xí)要求1、熟悉分壓式偏置共射極單管放大電路和射極輸出器的構(gòu)成。2、熟悉共射放大電路和和射極輸出器靜態(tài)工作點(diǎn)及調(diào)試方法。3、 什么是信號(hào)源電壓us？什么是放大器的輸入信號(hào)ui？什么是放大器的輸出信號(hào)uo？如何用示波器和交流毫伏表測(cè)量這些信號(hào)？4、 如何通過動(dòng)態(tài)指標(biāo)的測(cè)量求出放大器的電壓放大倍數(shù)AV、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro？5、 了解負(fù)載變化對(duì)放大器的放大倍數(shù)的影響。6、 觀察靜態(tài)工作點(diǎn)選擇得不合適或輸入信號(hào)ui過大所造成的失真現(xiàn)象，從而掌握放大器不失真的條件。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、數(shù)字存儲(chǔ)示波器、

4、數(shù)字萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字交流毫伏表。圖1.1 三極管共射放大電路四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、連線如圖1.1所示的分壓式偏置共射放大電路。2、 共射放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量接通電源VCC，調(diào)節(jié)電位器RP1，使發(fā)射極電位UE2.6V，用直流電壓表測(cè)量UB、UC以及電阻RC1上的電壓URc的值，填入表1.1中。表1.1 靜態(tài)直流工作點(diǎn)參數(shù)測(cè)量測(cè) 量 值 （V）計(jì) 算 值UEUBUCURcIE（mA）IC（mA）UCE（V）3、 共射放大電路交流參數(shù)測(cè)量維持已調(diào)好的靜態(tài)工作點(diǎn)不變，在輸入端加入f1kHz、us100mVrms的正弦波信號(hào)，分別用交流毫伏表和雙蹤示波器測(cè)量us、ui、uo的值，并觀察輸

5、入、輸出波形及其相位，將結(jié)果填入表1.2中。表1.2 動(dòng)態(tài)交流參數(shù)測(cè)量條件測(cè)量值（mV）計(jì) 算 值波 形RLusuiuoAVAVSRiRo輸入（ui）輸出（uo）2k輸入電阻和輸出電阻的計(jì)算方法如下： 式中：uoo為RL時(shí)的輸出開路電壓，uo2k時(shí)的輸出負(fù)載電壓。 4、觀察靜態(tài)工作點(diǎn)的變化對(duì)波形失真的影響在最大不失真輸入信號(hào)us不變的情況下，改變P1，用示波器分別觀察到上部或下部削頂現(xiàn)象，將示波器觀察波形填入表1.3中，然后撤除輸入信號(hào)us，用數(shù)字直流電壓表測(cè)量UC填入表1.3中。表1.3 飽和失真與截止失真失真類型波 形UC（V）uiuo截止失真飽和失真5、電路故障狀況觀察圖1.1電路中Ce

6、1開路時(shí)的故障現(xiàn)象觀察、Re12短路時(shí)的故障現(xiàn)象觀察，記錄觀察結(jié)果。圖1.2 三極管共集放大電路6、連線如圖1.2所示的為共集放大電路。（說明：集電極電阻采用導(dǎo)線短路連接）7、共集放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試調(diào)節(jié)RP1，使UB約為5V，用直流電壓表測(cè)量的UC、UE的數(shù)據(jù)，將結(jié)果填入表1.4中。表1.4 靜態(tài)直流工作點(diǎn)參數(shù)測(cè)量UB（V）UE（V）UC（V）測(cè)量值8、共集放大電路交流參數(shù)測(cè)量us輸入幅值預(yù)置為300mVrms的1kHz正弦波，但應(yīng)使電路輸出在整個(gè)測(cè)量過程中不失真，在負(fù)載電阻RL和RL2k的情況下，測(cè)量us、ui、uo數(shù)據(jù)，將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表1.5中，并分別計(jì)算有關(guān)參數(shù)，輸入電阻及輸出電阻

7、的計(jì)算方法參見共射放大電路。表1.5 動(dòng)態(tài)交流參數(shù)測(cè)量RL測(cè)量值（mV）計(jì)算參數(shù)usuiuoRiRo2k五、要求與思考1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析。2、假設(shè)放大電路的參數(shù)為180、Rb160 k、Rb220 k、RCRL2.4 k、Re1100、Re21k、VCC12V，估算圖2.1放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)Q、AV、Ri、Ro。3、當(dāng)調(diào)節(jié)偏置電阻Rb1，使放大器輸出波形出現(xiàn)飽和或截止失真時(shí)，晶體管的管壓降UCE怎樣變化？4、改變靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器的輸入電阻Ri有無(wú)影響？改變外接負(fù)載電阻RL對(duì)輸出電阻Ro有無(wú)影響？5、實(shí)驗(yàn)中為什么一定要將示波器、交流毫伏表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的接地端連接在

8、一起？如果不連接在一起，或者將其中一種儀器的信號(hào)端和接地端換位，將會(huì)出現(xiàn)什么問題？6、設(shè)Rb160k、180，理論計(jì)算圖2.2的靜態(tài)工作點(diǎn)并與實(shí)測(cè)值相比較。7、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和波形，分析射極輸出器的性能和特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)二 運(yùn)算放大器應(yīng)用綜合實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解運(yùn)算放大器的基本使用方法，學(xué)會(huì)使用通用型線性運(yùn)放A741。2、 應(yīng)用集成運(yùn)放構(gòu)成基本運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路，測(cè)定它們的運(yùn)算關(guān)系。3、 掌握加法、減法運(yùn)算電路的構(gòu)成、基本工作原理和測(cè)試方法。4、 了解RC橋式正弦波振蕩電路的組成及振蕩條件。5、 學(xué)會(huì)調(diào)試RC橋式正弦波振蕩電路和測(cè)量電路輸出波形的頻率、幅度。二、預(yù)習(xí)要求1、 集成電路運(yùn)算放大器

9、的主要參數(shù)。2、 同相比例、反相比例電路的構(gòu)成以及輸出、輸入之間的運(yùn)算關(guān)系。3、 加法、減法電路的構(gòu)成及運(yùn)算關(guān)系。4、 預(yù)習(xí)RC橋式正弦波振蕩電路的構(gòu)成，工作原理、了解各元器件的作用。5、 RC橋式正弦波振蕩電路的起振條件、頻率的計(jì)算。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、數(shù)字存儲(chǔ)示波器、數(shù)字萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字交流毫伏表。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、反相比例運(yùn)算反相比例運(yùn)算電路如圖2.1所示，按圖接線。根據(jù)表2.1給定的ui值，測(cè)量對(duì)應(yīng)的uo值并記入表2.1中。并用示波器觀察輸入Vi和輸出Vo波形及相位。理論值： 注意：當(dāng)Vi為直流信號(hào)時(shí)，ui直接從實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的-5+5V直流電源上獲取，用數(shù)

10、字直流電壓表分別測(cè)量ui、uo。當(dāng)ui為交流信號(hào)時(shí)，ui由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器提供頻率為1kHz正弦波信號(hào)，用交流毫伏表分別測(cè)量ui、uo。（下同）圖2.1 反相比例運(yùn)算電路表2.1測(cè)量結(jié)束后，將Rf改為電位器Rp，觀察輸入ui一定，調(diào)節(jié)Rp，輸出的變化規(guī)律。表2.1 反相比例參數(shù)測(cè)量直流信號(hào)（mV）1KHz正弦信號(hào)（mVrms）ui200-200500-500100200300500實(shí)測(cè)值uo理論值uo實(shí)測(cè)|AV|2、同相比例運(yùn)算同相比例運(yùn)算電路如圖2.2所示，根據(jù)表2.2給定的ui值，測(cè)量對(duì)應(yīng)的uo值并記入表2.2中。并用示波器觀察輸入ui和輸出uo波形及相位。理論值： uO（1RfR3）ui=

11、11ui。圖2.2 同相比例運(yùn)算電路表2.2測(cè)量結(jié)束后，將Rf改為電位器Rp，觀察輸入ui一定，調(diào)節(jié)Rp，輸出的變化規(guī)律。表2.2 同相比例參數(shù)測(cè)量直流信號(hào)（mV）1KHz正弦信號(hào)（mVrms）ui200-200500-500100200300500實(shí)測(cè)值uo理論值uo實(shí)測(cè)|AV|3、加法運(yùn)算加法運(yùn)算原理電路如圖2.3。根據(jù)表2.3給定的ui1、ui2值，測(cè)量對(duì)應(yīng)的uo值，并記入表2.3中。理論計(jì)算：uo=-Rf/R3（ui1+ui2）=-10（ui1+ui2），對(duì)于反相輸入滿足的條件是R3=R4。ui1、ui2輸入直流時(shí)，分別從兩路-5+5V可調(diào)直流電源電壓獲取。ui1、ui2輸入交流正弦信

12、號(hào)時(shí)，將電源板上的正弦輸出信號(hào)分別加載到擴(kuò)展板Rp3、Rp4電位器上下兩端，兩個(gè)電位器中間端分別輸出ui1、ui2，用數(shù)字交流毫伏表測(cè)量輸出符合要求即可。 圖2.3 加法運(yùn)算電路（反相輸入）表2.3 加法電路測(cè)量信號(hào)源直流信號(hào)源（V）1KHz正弦信號(hào)（Vrms）ui100.20.2-0.6-0.200.10.10.20.3ui20.10.1-0.30.2-0.30.050.050.10.10.2實(shí)測(cè)值Vo計(jì)算值Vo 4、減法運(yùn)算減法運(yùn)算原理電路如圖2.4所示。根據(jù)表2.4給定的ui1、ui2值，測(cè)量對(duì)應(yīng)的uo值，并記入表2.4中。理論計(jì)算：uo=（1+Rf/R3）ui1- Rf/R3ui2=1

13、1 ui1-10 ui2。圖2.4 減法運(yùn)算電路ui1、ui2輸入直流時(shí)，分別從兩路-5+5V可調(diào)直流電源電壓獲取。ui1、ui2輸入交流正弦信號(hào)時(shí)，將電源板上的正弦輸出信號(hào)分別加載到擴(kuò)展板Rp3、Rp4電位器上下兩端，兩個(gè)電位器中間端分別輸出ui1、ui2，用數(shù)字交流毫伏表測(cè)量輸出符合要求即可。表2.4 減法電路測(cè)量信號(hào)源直流信號(hào)源（V）1KHz正弦信號(hào)（Vrms）ui11.00.80.6-0.2-0.200.50.50.2ui21.20.6-0.50.4-0.50. 500.20.5實(shí)測(cè)值uo計(jì)算值uo5、圖2.5為RC橋式正弦波振蕩電路。電路由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成。圖2.5 RC橋式正弦

14、波振蕩電路6、有穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的文氏電橋振蕩器 如圖，此時(shí)RR1R310k、CC1C30.01F。接通電源，用示波器觀察有無(wú)正弦波電壓uo輸出。若無(wú)輸出，可適當(dāng)調(diào)節(jié)RP，使uo為無(wú)明顯失真、穩(wěn)定的正弦波。用示波器和毫伏表測(cè)量uo、uf的峰峰值、有效值和輸出頻率fo，并填入表2.5和表2.6中。表2.5 基本RC正弦波振蕩電路uo（V）uf（V）fo（kHz）峰峰值（VPP）有效值（Vrms） 將C2與C1并聯(lián)，將C4與C3并聯(lián)，此時(shí)RR1R310k、CC1/C2C3/C40.02F時(shí)的uo波形，要求在波形不失真的情況下，用示波器和毫伏表測(cè)量uo、uf的峰峰值、有效值和輸出頻率fo，填入表2.6中。表2.6 基本RC正弦波振蕩電路參數(shù)測(cè)量測(cè)試條件R10k、C0.01FR10k、C0.02F 測(cè)試項(xiàng)目uo（V）fo（kHz）uo（V）fo（Hz）最小最大最高最低計(jì)算值最小最大最高最低計(jì)算值 峰峰值uo（Vpp）有效值uo（Vrms）五、要求與思考1、如果將ui繼續(xù)加大（如ui1V），uo是否符合比例運(yùn)算