模擬電子技術(shù)實驗指導書

目錄實驗一常用儀器儀表的使用...............................................................................1實驗二信號運算電路...........................................................................................3實驗三單級共射放大電路...................................................................................7實驗四電壓比較器.............................................................................................11實驗五RC正弦波振蕩器....................................................................................15

實驗要求1、實驗前必須充分預(yù)習，完成指定的預(yù)習任務(wù)。預(yù)習要求如下：（1）認真閱讀實驗指導書，分析、掌握實驗電路的工作原理，并進行必要的估算。（2）完成各實驗“預(yù)習要求”中指定的內(nèi)容。（3）熟悉實驗任務(wù)。（4）復(fù)習實驗2、使用儀器前必須3、每人一臺實驗4、實驗中所用各儀器的使用方法及注意事項。了解其性能、操作方法及注意事項，在使用時應(yīng)嚴格遵守。箱，獨立完成實驗。時接線要認真，相互仔細檢查，確定無誤才能接通電源，初學或沒有把握應(yīng)經(jīng)指導教師審查同意后再接通電源。5、實驗應(yīng)立即關(guān)斷電源，保持現(xiàn)場，報告指導續(xù)實驗。6、實驗過程中需要改接線時，7、實驗過程中應(yīng)仔細觀察實驗現(xiàn)象，認真記錄實驗結(jié)果(數(shù)據(jù)、波形、現(xiàn)象)。所記錄的實驗結(jié)果經(jīng)指導教師審閱后再拆除實驗8、實驗結(jié)束后，必須關(guān)斷電源，并將儀器、設(shè)備、工線等按規(guī)定進行整理。9、實驗后每個同學必須按要求獨立完成實驗報告。撰寫三份實驗報告：第一份包括二，第二份為實驗三，第三份包括實驗四、五。時應(yīng)注意觀察，若發(fā)現(xiàn)有破壞性異?，F(xiàn)象（例如有元件冒煙、發(fā)燙或有異味）教師。找出原因、排除故障，經(jīng)指導教師同意再繼應(yīng)關(guān)斷電源后才能拆、接線。線路。具、導實驗一、一、實驗?zāi)康?、學習電子電路實驗中常用的電子儀器——數(shù)字示波器、函數(shù)信號發(fā)生器、數(shù)字萬用表的使用方法。閱讀“實驗原理”部分，掌握示波器、函數(shù)信號發(fā)生器、數(shù)字萬用表的使用方法，及模擬電子電路實驗中常用儀器、儀表的連接方法。在模擬電子電路實驗中，經(jīng)常使用的儀器儀表有示波器、函數(shù)信號發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源等。它們和萬用電表一起，可以完成對模擬電子電路的靜態(tài)和動態(tài)工作情況的測試。實驗中要對各種電子儀器進行綜合使用，可按照信號流向，以連線簡捷，調(diào)節(jié)順手，觀察與讀數(shù)方便等原則進行合理布局，各儀器與被測實驗裝置之間的布局與連接如圖1－1所示。圖1－1模擬電子電路中常用電子儀器布局圖1、數(shù)字示波器示波器是一種用途很廣的電子測量儀器，它既能直接顯示電信號的波形，又能對電信號進行各種參數(shù)的測量。數(shù)字示波器使用操作要點如下：（1）將示波器探頭與待測信號相連。（2）按下AUTO按鈕，示波器將自動設(shè)置垂直、水平和觸發(fā)控制。如需要，可手動調(diào)整這些控制使波形顯示達到最佳。（3）按下MEASURE自動測量功能鍵，系統(tǒng)顯示自動測量操作菜單。本示波器具有多種自動測量功能，包括峰峰值、幅值、平均值、周期、頻率等。（4）記錄波形參數(shù)。12、函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器能產(chǎn)生某些特定的周期性時間函數(shù)波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號，頻率范圍可從幾個微赫到幾十兆赫，在電子電路實驗和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途。函數(shù)信號輸出操作方法①選擇輸出通道；②選定輸出信號的波形，分③頻率設(shè)定，可用數(shù)④幅度設(shè)定，可用數(shù)3、數(shù)數(shù)字萬用別獲得正弦波、三角波、脈沖波；字鍵或調(diào)節(jié)旋鈕輸入頻率值；字鍵或調(diào)節(jié)旋鈕輸入幅度值。字萬用表表可測量直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、電阻、電容、晶體管直流電流放大倍數(shù)等。為了防止過載而損壞，測量前一般先把量程開關(guān)置于量程較大位置上，然后在測量中逐檔減小量程。四、實驗內(nèi)容1、掌握儀器、儀表的操作方法按照實驗原理中給出的操作方法，熟悉、掌握示波器、函數(shù)信號發(fā)生器和萬用表的使用方法。2、用示波器測示波器相連，調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，示波器輸入端。調(diào)節(jié)示波器，使顯示穩(wěn)定的波形，測出V和信號頻率，量信號把函數(shù)信號發(fā)生器和使輸出10KHz、10VP-P正弦信號到畫出信號P-P波形。五、實驗思考題1、示波器顯示屏上的波形很密，是否就說明所測信號的頻率很高？2、示波器顯示的波形不穩(wěn)定，應(yīng)調(diào)節(jié)哪個旋鈕？2

一、實驗?zāi)康?、掌握由集成運算放大器組成的比例、加法、減法和積分等基本運算電路的工作原理、特點和功能。集成運算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級放大電路。當外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負反饋電路時，可以靈活地實現(xiàn)各種特定的函數(shù)關(guān)系。在線性應(yīng)用方面，可組成比例、加法、減法、積分、微分、對數(shù)等模擬運算電路。1、反相比例運算電路URFUROi1圖2－1反相比例運算電路圖2－2求和電路2、求和電路電路如圖2－2所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為U(RFURFU)R3＝R1//R2//RFRR2Oi1i213、同相比例運算電路圖2－3(a)是同相比例運算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為U(1RF)UROi1當R1→∞時，UO＝Ui，即得到如圖2－3(b)所示的電壓跟隨器。圖中R2＝RF，用以減小漂移和起保護作用。一般R取10KΩ，RF太小起不到保護作用，太大則影響跟隨性。F3(a)同相比例運算電路(b)電壓跟隨器圖2-3同相比例運算電路4、求差電路對于圖2-4所示的減法運算電路，當R＝R2，R3＝RF時，有如下關(guān)系式1URF(UU)ROi2i11RFR110kΩA100kΩVi1VoABVi2R210kΩR310kΩ圖2－4求差電路圖四、實驗內(nèi)容1、反相比例運算電路（1）按圖2－1連接實驗電路，接通±12V電源，并連接好GND。（2）按表2-1內(nèi)容進行實驗并測量記錄數(shù)據(jù)。表2-1直流輸入電壓U（mV）301003001000i理論估算(mV)輸出電壓U(mV)實測值(mV)0誤差（2）輸入f＝100Hz，Uim＝0.5V的正弦交流信號，用示波器測量相應(yīng)的U，并觀察omuO和ui的相位關(guān)系，記入表2-2。4表2-2Uim＝0.5V，f＝100HzUim（V）Uom（V）ui波形uO波形Au實測值計算值2、同相比例運算電路（1）按圖2－3(a)連接實驗電路。（2）按表2-3內(nèi)容進行實驗并測量記錄數(shù)據(jù)。表2-3直流輸入電壓Ui（mV）理論估算(mV)301003001000輸出電壓U0(mV)實測值(mV)誤差（3）輸入f＝100Hz，Uim＝0.5V的正弦交流信號，用示波器測量相應(yīng)的Uom，并觀察uO和ui的相位關(guān)系，記入表2-4。表2-4Uim＝0.5V，f＝100HzUim（V）Uom（V）ui波形uO波形Au實測值計算值（4）按圖2－3(b)連接實驗電路，重復(fù)內(nèi)容（3），結(jié)果記入表2-5。表2－5Ui＝0.5Vf＝100HzUim（V）Uom(V)ui波形uO波形Au實測值計算值3、求和電路（1）按圖2－2連接實驗電路。（2）按表2-6內(nèi)容進行實驗并測量記錄數(shù)據(jù)。表2-6Ui1(V)Ui2(V)0.3-0.30.20.2理論估算(mV)UO(V)4、求差電路實測值(mV)5（1）按圖2－4連接實驗電路。（2）按表2-7內(nèi)容進行實驗并測量記錄數(shù)據(jù)。表2-7Ui1(V)Ui2(V)120.20.51.8-0.2理論估算(mV)UO(V)實測值(mV)五、實驗報告要求1、整理實驗數(shù)據(jù)2、將理論3、分析討論實驗，畫出波形圖（注意波形間的相位關(guān)系）。計算結(jié)果和實測數(shù)據(jù)相比較，分析產(chǎn)生誤差的原因。中出現(xiàn)的現(xiàn)象和問題。6實驗三單級共射放大電路一、實驗?zāi)康?、學會放大器靜態(tài)工作點的測量和調(diào)整方法，分析靜態(tài)工作點對放大器性能的影響。2、掌握放大器動態(tài)性能指標的測試方法。3、熟悉常用電子儀器及模擬電路實驗設(shè)備的使用。二、預(yù)習要求1、閱讀教材中有關(guān)分壓式偏置共射放大電路的內(nèi)容并估算實驗電路的性能指標（設(shè)β＝50）。估算放大器的靜態(tài)工作點，電壓放大倍數(shù)Au，輸入電阻Ri和輸出電阻RO。2、當調(diào)節(jié)偏置電阻RP，使放大器輸出波形出現(xiàn)飽和或截止失真時，晶體管的管壓降UCE怎樣變化？3、改變靜態(tài)工作點對放大器的輸入電阻Ri有否影響？改變外接電阻RL對輸出電阻RO有否影響？4、在測試Au，Ri和RO時怎樣選擇輸入信號的幅值和頻率？為什么信號頻率一般選1KHz，而不選100KHz或更高？三、實驗原理+VCCRP100kΩRC5.1kΩRB1+CC10uF15kΩCRB+++3.3kΩ10uFRE1RL5.1kRB251Ωvvoi11kΩRE2+CE10uF1kΩ––圖3－1單級共射極放大電路實驗電路圖3－1為電阻分壓式工作點穩(wěn)定單管放大器實驗電路圖。1、靜態(tài)工作點的測量與調(diào)整7放大電路直流電壓+12V，不加交流輸入信號（輸入端與接地端短接）。選用萬用表的直流電壓檔，測量直流電壓VB、VC、VE。然后利用公式計算IIV/R或CQEEI(VV)/R。CQCCCC測量靜態(tài)工作點的目的是為了了解靜態(tài)工作點的設(shè)置是否合適。如果測出VCEQ<0.5V,說明三極管已經(jīng)進入了飽和區(qū)；如果VCE≈VCC，則說明三極管工作在截止狀態(tài)。對于一個放大電路來說，這兩種情況下靜態(tài)偏置都不能使電路正常工作。如遇到這兩種情況，或測量值與選定的靜態(tài)工作點不一致，就需要對靜態(tài)工作點進行調(diào)整。一般是通過調(diào)整偏置電阻RB1或RB2來實現(xiàn)。靜態(tài)工作點是否合適，對放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點偏高，放大器在加入交流信號以后易產(chǎn)生飽和失真，此時vO的負半周將被削底如工作點偏低則易產(chǎn)生截止失真，即vO的正半周被縮頂顯），如圖3－2(b)所示。這些情況都不符合不失真放大的要求，應(yīng)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點的位置。，如圖3－2(a)所示；（一般截止失真不如飽和失真明(a)(b)圖3－2靜態(tài)工作點對uO波形失真的影響改變電路參數(shù)靜態(tài)工作點的變化，如圖3－3所示U、RC、RB（RB1、RB2）都會引起靜態(tài)工作點，如減小R，則可使靜態(tài)工作點。CC但通常多采用調(diào)節(jié)偏置電阻Rp的方法提高等。最后還要說明的是，上面所來改變p說的工作點“偏高”或“偏低”不是絕對的，應(yīng)該是相對信號的幅度而言，如輸入信號幅度很小，即使工作點較高或較低以確切地說，產(chǎn)生波形失真是信號幅度與靜態(tài)工作點設(shè)置配合不當所致。如需滿足較大信號幅度的要求，靜態(tài)工作點最好盡量靠近交流負載線的中點。也不一定會出現(xiàn)失真。所靜態(tài)工作點的調(diào)整即ICQ的調(diào)整，可分為兩個步驟：①靜態(tài)調(diào)整。放大電路加直流電壓+12V，不加交流輸入信號。用萬用表測量直流電壓VB、VC、VE的值是否合適，若不合適，調(diào)節(jié)電位器。②動態(tài)調(diào)整。從信號發(fā)生器輸出f=1kHz，VP-P=100mV的正弦信號接到放大電路的輸入端，用示波器觀察輸出電壓波形。如果發(fā)現(xiàn)輸出波形的正半周或負半周出現(xiàn)削波失真，在表明靜態(tài)工作點的設(shè)置不合適，需要重新調(diào)整。調(diào)節(jié)電位器阻值，直到輸出波形不失真為止。2、放大器(1)測量電由函數(shù)發(fā)生器輸出1KHz、峰峰值動態(tài)指標測試壓放大倍數(shù)約100mV的正弦交流信號到放大電路的輸入端。用示波器觀察放大電路輸入、輸出電壓的波形，在輸出信號沒有明顯失真的情況下，讀出VO和Vi的大小，于是可得AV/V。uoi（2）測量幅頻特性及通頻帶帶寬通常采用“逐點法”來測量幅頻特性。將一個頻率可調(diào)的正弦信號加到放大電路的輸入端，保持輸入信號的大小不變，逐點改變信號的頻率，用示波器測出對應(yīng)的輸出電壓值，計算出各頻率點的對應(yīng)增益，將其整理到半對數(shù)坐標紙上，將所測各頻率點的電壓增益連成曲線，即可得該放大電路的幅頻特性曲線。幅頻特性曲線上電壓增益下降到中頻區(qū)電壓增益的0.707倍(即-3dB)時所對應(yīng)的頻率即為該放大電路的上限頻率fH和下限頻率fL，放大電路的帶寬BW=fH–fL。四、實驗內(nèi)容實驗電路如圖3－1所示。各電子儀器可按實驗一中圖1－1所示方式連接。1、調(diào)整、測試靜態(tài)工作點調(diào)整電位器阻值，改變放大電路靜態(tài)工作點，觀察輸出電壓波形。用萬用表測量放大電路的靜態(tài)值，填入表3-1。表3-1測量值計算值電位器阻值晶體管輸出電壓波工作狀態(tài)形VBQVCQVEQICQVCEQ最大最小適中92、測中頻電壓增益由函數(shù)發(fā)生器輸出1KHz、峰峰值約100mV的正弦交流信號到放大電路的輸入端。用示波器觀察放大電路輸入、輸出電壓的波形。在輸出波形無失真的情況下，讀出電壓幅值，并計算出電壓增益AV/V。uoi3、采用“逐點法”來測量幅頻特性。由函數(shù)發(fā)生器輸出峰峰值約100mV的正弦交流信號到放大電路的輸入端。保持輸入信號的幅值大小不變，逐點改變信號的頻率，用示波器測出對應(yīng)的輸出電壓值，填入下表，并計算出各頻率點的對應(yīng)增益。將其整理到半對數(shù)坐標紙上，將所測各頻率點的電壓增益連成曲線，即可得該放大電路的幅頻特性曲線。由幅頻特性曲線讀出放大電路的上限頻率fH和下限頻率fL，求放大電路的帶寬BW=fH–fL。頻率f輸出電壓Vo電壓增益Au五、實驗思考題1、加大輸入信號幅值時，輸出波形可能會出現(xiàn)哪些失真？分別是由什么原因引起的？2、電路中上偏置電阻RB1起何作用？可否不要RB1？3、影響放大電路的上限頻率和下限頻率的因素有哪些？可以采用什么措施來降低下限頻率？六、實驗報告要求1、列出各實驗項目的有關(guān)數(shù)據(jù)，相關(guān)的計算公式及計算結(jié)果。2、在半對數(shù)坐標紙上精細畫出放大電路的幅頻特性曲線。3、回答實驗思考題。101．復(fù)習單門限電壓比較器的電路組成及工作原理。2．掌握單限比較器、遲滯比較器門限電壓、回差電壓、輸出高電平、輸出低電平等參數(shù)的估算方法。3．電壓比較器中的運放通常工作在什么狀態(tài)（負反饋、正反饋或開環(huán)）？一般它的輸電壓比較器大小，據(jù)此決定其輸出是高電平還是低電平。以為例，參考電壓V加于運放的反相端，VREF可以是REFIVVOVVVV+VI-AVO0VIVV(a)電路圖(b)傳輸特性圖4-1單門限電壓比較器開環(huán)電壓增益很大，當輸入信號vI小于參考電壓VREF，即時，運放處于負飽和狀態(tài)；vo為低電平V；反之，當vI升高到略大于VREF，即以圖10-1所示的是集成運放的差動輸入電壓，即如圖10-1b所示。當v由低變高經(jīng)過VREF時，vo由VOL變?yōu)閂OH；反之，當vI由高變低經(jīng)時，vo轉(zhuǎn)入正飽和狀態(tài)，vo為高電平V。OH同相電壓比較器電路為例分析可知，比較器輸出vo的臨界轉(zhuǎn)換條件。由此可求出圖1a電路的電壓傳輸特性，I過VREF時，vo由VOH變?yōu)閂OL。我們把比較器輸出電壓v從一個電平跳變到另一個電平時o相應(yīng)的輸入電壓v值稱為門限電壓或閾值電壓V，對于圖10-1a所示電路，。Ith由于vI從同相輸入且只有一個門限電壓，故稱為同相輸入單門限電壓比較器。反之當vI從反相端輸入，VREF改接到同相端，則稱為反相輸入單門限電壓比較器。其相應(yīng)傳輸特性如圖10-1b中的虛線所示。2．過零比較器對于圖4-1a所示電路，當，則輸出電壓每次過零時，輸出電壓就產(chǎn)生跳圖4-2過零比較器D，如圖4-2所示。這時，z輸出電壓的幅值受D的穩(wěn)壓值VZ限制，電路的正向輸出幅度與負向輸出幅度基本相等。z3．遲滯比較器單門限電壓比較器雖然有電路簡單、靈敏度高等特點，但其抗干擾能力差。例如，在v中含有噪聲或干擾電壓時，其輸入波形如圖4-3所示，在v=V=VREF附近出v將時而為OHV，時而為V，導致比較器輸出OL不穩(wěn)定。I如果用這個輸出電壓v去控制電機，將出現(xiàn)頻繁的起?，F(xiàn)象，這種情況是不允許的。提高O圖4-3VVOVVIVAOVVIV0VVTTV遲滯比較器是一個具有遲滯回環(huán)特性的比較器原理電路，它是在反相輸入單門限電壓比較器的基礎(chǔ)上引入了正反饋網(wǎng)絡(luò)，其傳輸特性如以反相輸入遲滯比較器原理電路為例，由于比較器中的運放處于開環(huán)狀態(tài)或正反饋狀態(tài)，因此一般情況下，輸出電壓v與輸入電壓v不成線性關(guān)系，只有在輸出電壓發(fā)生跳變（2）壓v的不同值（VOH或VOL），可求出上門限電壓V和下門限電壓V分別為T–O（5），則由式(3)(5)可求得設(shè)電路參數(shù)如圖10-4a所示，且，和，。設(shè)從和開始討論。當vI由零向正方向增加到接近前，vO一直保持不變。當vI增加到略。vI再增加，vO保持大于，則vO由VOH下跳到VOL，同時使vP下跳到若減小時，Iovo才由圖4-4跳到V。其傳輸特性如圖10-4b所示。OH由以上分析可以看出，遲滯比較器的門限電壓是隨輸出電壓v的變化而改變的。它的o靈敏度低一些，但抗干擾能力卻大大提高了。四、實驗內(nèi)容1．過零比較器實驗參考電路如圖4-5所示。R1R2VAV10kΩo5.1kΩi6V圖4-5過零比較器(1)將信號發(fā)生器接入Vi，使輸出頻率f＝500Hz，幅值為1.5v的正弦波信號，器觀察Vi—Vo波形并記錄。用示波(2)根據(jù)Vi—Vo波形，畫出電壓傳輸特性曲線，得出閾值電壓V，將V的實測值和TT理論值進行比較。2．反相滯(1)按圖4-6連接好實驗電路，F(xiàn)輸出頻率為500Hz，電壓幅值為1.5v的正弦信號，出正向閾值電壓(2)將電路中RF調(diào)為50kΩ，回比較器并將R調(diào)整為100kΩ。將信號發(fā)生器接入Vi，并使之用示波器觀察Vi—Vo波形并記錄。測和負向閾值電壓。重復(fù)上述實驗。R1R3VVAoi10kΩ5.1kΩ6VR2RF10kΩ680kΩ圖4-6反相滯回比較器五、實驗報告要求1．整理實驗數(shù)據(jù)及相關(guān)波形，與理論預(yù)算值相比較。2．總結(jié)幾種比較器的特點。1．復(fù)習RC橋式振蕩器的工作原理。2．圖5-2所示電路中，調(diào)節(jié)R1起什么作用，兩個二極管起什么作用？1．基本RC橋式振蕩VZ1、Z2和R1、Rf正好形成一個四臂電橋，因此這種振蕩電路常稱為RC橋式振蕩電路。RRCfARR1由圖可知，在時，經(jīng)RC反饋網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭\放同相端的電壓與同有和。這樣，放大電路和由Z、Z組成的正反饋系統(tǒng)，可實現(xiàn)穩(wěn)幅的方法是使電路的