模拟电路-模电实验报告改.doc

来茵 2014302364西北工业大学模拟电子技术仿真与实验报告册 姓名：来茵班级：09051401学号：2014302364 姓名：闫婧文班级：09091401学号：2014302474目录2.1晶体管共射极单管放大器2一、实验目的2二、实验原理2三、实验步骤4四、实验结果72.5 多级负反馈放大器的研究9一、实验目的9二、实验原理及电路10三、实验内容12四、实验结果132.7集成运算放大器的基本应用14一、实验目的14二、实验原理14三、实验内容162.8 RC文氏电桥振荡器17一、实验目的17二、实验原理17三、实验内容18四、实验结果202.10 矩形波发生器17一、实验目的17二、实验原理17三、实验内容18四、实验结果204.3 温度控制电路17一、实验目的17二、实验原理17三、实验内容18四、实验结果20五、实验思考与讨论2.1晶体管共射极单管放大器 一、实验目的1、掌握用multisim仿真软件分析单级放大器主要性能指标的方法。2、掌握晶体管放大器静态工作点的调试和调整方法，观察静态工作点对放大器输出波形的影响。3、测量放大器的放大倍数、输入电阻和输出电阻。二、实验原理实验电路如图2.11所示，采用基极固定分压式偏置电路。电路在接通直流电源Vcc而未加入信号（Vi=0）时，三极管三个极电压和电流称为静态工作点，即VBQ=R2VCC/(R2+R3+R7) （2.1-1）ICQ=IEQ=(VBQ-VBEQ)/R4 （2.1-2）IBQ=IEQ/ （2.1-3）VCEQVCCICQ（R5R4） （2.1-4）1、 放大器静态工作点的选择和测量放大器的基本任务是不失真的放大小信号。为了获得最大不失真输出电压，静态工作点应选在输出特性曲线上交流负载线的中点。若工作点选的太高，则容易引起饱和失真；而选的太低，又易引起截止失真。静态工作点的测量是指在接通电源电压后放大器输入端不加信号时，测量晶体管的集电极电流ICQ和管压降VCEQ。其中VCEQ可直接用万用表直流电压档测C-E极间的电压既得，而ICQ的测量则有直接法和间接法两种：（1） 直接法：将万用表电流档串入集电极电路直接测量。此法精度高，但要断开集电极回路，比较麻烦。（2） 间接法：用万用表直流电压档先测出R5上的压降，然后根据已知R5算出ICQ，此法简单，在实验中常用，但其测量精度差。为了减小测量误差，应选用内阻较高的电压表。当按照上述要求搭好电路，在输入端引入正弦信号，用示波器观察输出。静态工作点具体的调节步骤如下：现象出现截止失真出现饱和失真两种失真都出现无失真动作减小R增大R减小输入信号加大输入信号根据示波器上观察到的现象，做出不同的调整动作，反复进行。当加大输入信号，两种失真都出现，减小输入信号，两种失真同时消失，可以认为此时的静态工作点正好处于交流负载线的中点，就是最佳的静态工作点。去掉输入信号，测量此时的VCQ,就得到了静态工作点。2、电压放大倍数的测量电压放大倍数是指放大器的输入电压Ui输出电压Uo之比AV=UO/Ui （2.1-5）用示波器分别测出UO和Ui，便可按式（2.1-5）求得放大倍数，电压放大倍数与负载R6有关。3、输入电阻和输出电阻的测量（1）输入电阻Ri用电流电压法测得，电路如图2.1-3所示。在输入回路中串接电阻R=1k，用示波器分别测出电阻两端电压Vi和Vs，则可求得输入电阻Ri为Ri=Vi/Ri=ViR/（Vs-Vi） （2.1-6）图2.1-3电阻R不宜过大，否则引入干扰；也不宜过小，否则误差太大。通常取与Ri同一数量级。（2）输出电阻Ro可通过测量输出端开路时的输出电压Vo，带上负载R6后的输出电压Vo。Ro=（Vo/Vo-1）R6 （2.1-7）三、实验步骤（一） 计算机仿真部分1、静态工作点的调整和测量(1) 如图，示波器A通道接放大器输入信号,B通道接放大器输出信号。 (2) 在输入端加入1kHz,幅度为20mV(峰-峰值)，频率为1kHz的正弦波,幅度为10mV。调节电位器,使示波器所显示的输出波形达到最大不失真。(3) 撤掉信号发生器,使输入信号电压=0,用万用表测量三极管三个极分别对地的电压，根据 ,算出。理论估算值实际测量值将测量值记录于下表中,并与估算值进行比较。2、电压放大倍数的测量输入信号是1kHz，幅度是20mVpp正弦信号，利用实验原理中的公式AV=UO/Ui分别计算输出端开路和R6=2k时的电压放大倍数，并用示波器双踪观察Vo和Vi的相位关系。3、输入电阻和输出电阻的测量（1）用示波器分别测出电阻两端的Vs和Vi，用式（2.1-6）便可计算Ri的大小。如图2.1-11所示。图2.1-11（2）根据测得的负载开路时的电压Vo和接上2k电阻时的输出电压Vo，用式（2.1-7）可算出输出电阻Ro。将2,3的结果记录于下表理论估算实际测量参数ViVoAVRiRoViVoAVRiRo负载开路RL=2k（二）实验室操作部分1、静态工作点的调整和测量（1）按照实验电路在面包板上连接好，布线要整齐、均匀，便于检查；镜检查无误接通12V直流电源。（2）在放大电路输入端加入1KHz、幅度为20mV的正弦信号，输出端接示波器，调节电位器，使示波器所显示的输出波形不失真，然后关掉信号发生器的电源，使输入电压Vi=0，用万用表测量三极管三个极分别对地电压，VE，VB，VC，VCEQ，ICQ,根据I=V/R算出I=I。记录测量值，并与估算值进行比较。理论估算值实际测量值VBVCVEVCEICVBVCVEVCEIC 2、电压放大倍数的测量(1)打开信号发生器的电源，输入信号频率为1KHz、幅度为20mV的正弦信号，输出端开路时，用示波器分别测出Vi,Vo的大小，然后根据式（2.1-5）算出电压放大倍数。（2）放大器输入端接入2k的负载电阻R6，保持输入电压Vi不变，测出此时的输出电压Vo，并算出此时的电压放大倍数，分析负载对放大电路电压放大倍数的影响。（3）用示波器双踪观察Vo和Vi的波形，比较它们之间的相位关系。3、输入电阻和输出电阻的测量（1）用示波器分别测出电阻两端的电压V和V，利用式（2.1-6）便可算出放大电路的输入电阻Ri的大小。（2）根据测得的负载开路时输出电压Vo和接上负载时的输出电压Vo，利用式（2.1-7）便可算出放大电路的输出电阻Ro。记录实验数据。理论估算实际测量参数ViVoAVRiRoViVoAVRiRo负载开路RL=2k实际测量值2.75V7.811V2.104V5.707V2.09mA四、实验结果静态工作点放大电路动态指标测试、计算结果（仿真）实际测量值参数ViV0AVViRi负载开路14.14mV1840mV1307.754mV1217RL=2k14.14mV932.1mV667.794mV1180电压放大倍数测量（RL=）2.5 多级负反馈放大器的研究一、实验目的（1）掌握用仿真软件研究多级负反馈放大电路。（2）学习集成运算放大器的应用，掌握多级集成运放电路的工作特点。（3）研究负反馈对放大器性能的影响，掌握负反馈放大器性能指标的测试方法。测试开环和闭环的电压放大倍数、输入电阻、反馈网络的电压反馈系数和 通频带；比较电压放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带在开环和闭环时的差别；观察负反馈对非线性失真的改善。二、实验原理及电路（1）电路图：（2）放大器的基本参数：1）开环参数： 将反馈之路的A点与P点断开、与B点相连，便可得到开环时的放大电路。由此可测出开环时的放大电路的电压放大倍数AV、输入电阻Ri、输出电阻Ro、反馈网路的电压反馈系数Fv和通频带BW，即： 式中：VN为N点对地的交流电压；Vo为负载RL开路时的输出电压；Vf为B点对地的交流电压；fH和fL分别为放大器的上、下限频率，其定义为放大器的放大倍数下降为中频放大倍数的时的频率值，即2）闭环参数：通过开环时放大电路的电压放大倍数Av、输入电阻Ri、输出电阻Ro、反馈网络的电压反馈系数Fv和上、下限频率fH、fL，可以计算求得多级负反馈放大电路的闭环电压放大倍数AVf、输入电阻Rif、输出电阻Rof和通频带BWf的理论值，即测量放大电路的闭环特性时，应将反馈电路的A点与B点断开、与P点相连，以构成反馈网络。此时需要适当增大输入信号电压Vi，使输出电压Vo（接入负载RL时的测量值）达到开环时的测量值，然后分别测出Vi、VN、Vf、BWf和Vo（负载RL开路时的测量值）的大小，并由此得到负反馈放大电路闭环特性的实际测量值为上述所得结果应与开环测试时所计算的理论值近似相等，否则应找出原因后重新测量。在进行上述测试时，应保证各点信号波形与输入信号为同频率且不失真的正弦波，否则应找出原因，排除故障后再进行测量。三、实验内容1.负反馈放大器开环和闭环参数的测试1）开环基本参数测量 1.按电路图连线，检查无误后接通电源。 2.将A,P点断开，与B点相连，使放大器处于开环状态，将信号发生器输出调为1kHZ，8mVPP正弦波，然后接入放大器输入端，用示波器观察输入和 输出的波形。 3.接入负载Rl,用示波器测出Vi,Vn,Vf,Vo,记入表格中。4.将负载Rl开路保持输出电压vi的大小不变，用示波器测出输出vo记入表格中。 5.保持输入信号幅度不变化，逐渐增加输入信号频率，直到输出波形减小到原来的0.707倍，此时信号频率为上限频率fH,逐渐缩小输入信号频率，测得下线频率Fl。计入表格 6.由却测试结果，根据式（2.5.1）存储算出放大电路开环时的Av Ri Ro BW和Fv的值，并由式（2.5-3）计算放大器闭环时的Avf,Rif,Rof和BW的的理论值，记入表中。2）闭环基本参数的测量 1.将图2.5.3中的A与B断开，与P点相连，使放大电路处于闭环状态 2.接入负载Rl，保持输入电压Vo达到开环时的测量值，用示波器分别测出Vi Vn Vof的值，记入表中。 3.将负载Rl开路，保持输入电压Vi的大小不变，用示波器分别测出Vo的值，记入表中。 4.闭环时放大器的频率测试同开环时的测试，即重复开环测试5步 5.由上述结果根据式（2.5-4）计算出闭环时的Avf Rif Rof和Fv的实际值记入表中。2.负反馈对线性失真的改善作用（1）将图2.5.3的电路开环，逐步加大VI的幅度，使输出信号失真。记录失真波形。（2）将电路闭环，观察输出情况。并适当增加Vi的幅度，使输出幅度接近开环时的失真波形的幅度。四、实验结果1、实验数据 表2.51 负反馈放大电路实验操作数据Vi/mVVN/mVVf/mV/VV0/V开环测试44.15/0.780.73/闭环测试44.878.120.7680.728/开环测试267k349.32/闭环测试45.98k280.22/2.7集成运算放大器的基本应用一、实验目的（1）了解并掌握由运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。（2）掌握集成运算放大器的基本应用，为综合应用奠定基础。二、实验原理集成运放是一种具有高电压放大倍数的直接耦合器件。当外部接入有不同的线性或非线性元器件组成的输入负反馈电路时，可以灵活的实现各种函数关系，在线性应用方面，可组成加法、减法、比例。积分、微分、对数等模拟运算电路。在大多数情况下，将运放视为理想的，即在一般讨论中，以下三条基本结论是普遍使用的：1）开环电压增益Av=2）运放的两个输入端电压近似相等，即，称为“虚短”。3）运放的同相和反相两个输入端的电流可视为零，即，称为“虚断”。应用理想运放的三条基本原则，可简化运放电路计算，得出本次实验结论。（1）反相加法电路。电路如下图所示，输出电压和输入电压的关系是当时。（2）差动放大电路（减法器）。减法器实际上是反相加法器和同相加法器的组合。如图所示的电路中，有当，时，有如下关系：三、实验内容1 反相比例运算电路 若V0=-10VI 则需RF=100K，R1=10K，R2=9K 2 差分放大电路 若VO=5(VI2-VI1) 则需RF=100K,R1=R2=20K,R3=100K3 反相加法电路若VO=-(10VI1+5VI2) 则需RF=100K,R1=10K,R2=20K,R3=5.8K四、实验结果RFR1R2R3VI1VI2AUVO反相100K10K5.8K/500mV 1000HZ/V0=-10VI5V差动100K20K20K100K500mV 1000HZ1000mV1000HZVO=5(VI2-VI1)7.5V反相加法100K10K20K5.8K500mV1000HZ300mV1000HZVO=-(10VI1+5VI2) -6.5V2.8 RC文氏电桥振荡器一、实验目的 (1)学习RC正弦波振荡器的组成及其振荡条件。 (2)学会测量、调试振荡器。二、实验原理文氏电桥振荡器是一种较好的正弦波产生电路，适用于产生频率小于1MHz，频率范围宽，波形较好的低频振荡信号。因为没有输入信号，为了产生正弦波，必须在电路里加入正反馈。下图是用运算放大器组成的电路，图中R3,R4构成负反馈支路，R1，R2，C1，C2的串并联选频网络构成正反馈支路并兼作选频网络，二极管构成稳幅电路。调节电位器Rp可以改变负反馈的深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。二极管D1，D2要求温度稳定性好且特性匹配，这样才能保证输出波形正负半周对称，同时接入R4以消除二极管的非线性影响。若R1=R2，C1=C2，则振荡频率为f0=1/2RC，正反馈的电压与输出电压同相位，且正反馈系数为1/3。为满足电路的起振条件放大器的电压放大倍数AV 3，其中AV = 1+R5/ =Rp+R4。由此可得出当R5 2R3时，可满足电路的自激振荡的振幅起振条件。在实际应用中R5应略大于R3，这样既可以满足起振条件，又不会因其过大而引起波形严重失真。此外，为了输出单一的正弦波，还必须进行选频。由于振荡频率为f0=1/2RC，故在电路中可变换电容来进行振荡频率的粗调，可用电位器代替R1，R2来进行频率的细调。电路起振后，由于元件参数的不稳定性，如果电路增益增大，输出幅度将越来越大，最后由于二极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。反之，如果增益不足，则输出幅度减小，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。图中两个二极管主要是利用二极管的正向电阻随所加电压而改变的特性，来自动调节负反馈深度。三、实验内容（一）计算机仿真部分（1）按实验电路图连接好仿真电路。（2）启动仿真，用示波器观测有无正弦波输出。若无输出，可调节Rp使V0为伍明显失真的正弦波，并观察V0的值是否稳定。（3）保持其他参数不变，分别测量C1=C2=0.01F V0和Vf的有效值及频率，记录在表中。（二）实验室操作部分一，按图连接好电路，并仔细检查确保电路没有错误。（1）按实验电路图连接好仿真电路。（2）接通电源用示波器观测有没有正弦波输出。调节 Rp，使输出波形从无到有直至不失真。记录临界起振，正弦波输出及出现失真情况下得Rp值。将结果记录至表中。（3）调节电位器 Rp，使输出波形幅度数值最大且不失真，分别测量出输出电压V0并将结果记录至表中。（4）保持其他参数不变，分别测量C1=C2=0.01F V0和Vf的有效值及频率，记录在表中。四、实验结果 仿真数据VfV0fH /fLC1=C2=0.01F1.333V3.906V1.56kHz起振波形稳定波形 实验数据 起振正弦波输出临界失真f/kHz1.5791.5721.5Rp/k57.59.2V0/V1.2898.0011.4VfV0FoC1=C2=0.01F1.33V436V1.5kHzfo理论值为1.591kHZ实际测量值为 1.5kHZ2.10 矩形波发生器一、实验目的1 学习用集成运算放大器组成矩形波发生器的工作原理2 掌握集成运算放大器的基本应用，为综合应用奠定基础3 进一步熟悉仿真软件的应用二、实验原理及电路 在熟悉放大器的基本运算的基础上了解有运放组成的电压比较器和占空比可调的矩形波发生器。 1）电压比较器： 电压比较器是用来比较两个电压大小的电路，输入信号为模拟电压，输出信号一般只有高电平和地电平两个稳定状态的电压。利用电压比较器可将各种周期性信号转化为矩形波，通常用于越限报警，模数转换和波形变换等场合。 比较器电路的运放一般工作在开环或正反馈条件下，运放的输出电压只有正和负两种饱和值，即运放工作在非线性状态。在这种情况下，运放输入端虚短的结论不再适用，但虚断的结论仍然可用（由于运放的输入电阻很大）即满足如下关系： 当V-V+时，Vo=Vol（低电平） 当V-Va后，即V-V+。即由正变成负。此时A点的电压也变成负值，为-VA，只有当Vi下降到此值以下时，即V-V+，才能使VO再度回到高电平。于是可得图所示的迟滞特性。VA与-VA的差称为回差，改变R2即可改变回差的大小。 2）波形产生电路：图2.10-3是由集成运算放大器构成的输出脉冲宽度可调的矩形波发生器。设接通电源后输出电压Vo=Vz二极管D1导通，D2截止，Vo经R3向C充电，充电时间常数为R3C。当电容两端Vc略大于同向输入端电压Vp时，输出电压Vo跳变为-Vz，二极管D1截止，D2导通，电容经R4向输出端放电，放电常数为R4C。当Vc略小于Vp时，输出电压Vo跳变为Vz。如此周而复始，随着电容的充放电，输出电压Vo不断翻转，形成矩形波，如图所示2.10-3(b)所示。可见，调节电位器Rp，改变R3的大小，即可调节输出脉冲的宽度。但由于受运算放大器上升速率的限制，不能得到太窄的矩形波。三、实验内容1.计算机仿真部分占空比可调的方波 1. 调出图中所示元器件，单击菜单栏的place,选Component，再从弹出的对话框的group栏中选Diodes，Family栏中选DIODE，在Component栏中选1BH62,调出二极管。 2.将A,P点断开，与B点相连，使放大器处于开环状态，将信号发生器输出调为1kHZ，8mVPP正弦波，然后接入放大器输入端，用示波器观察输入和 输出的波形。 3.接入负载Rl,用示波器测出Vi,Vn,Vf,Vo,记入表格中。4.将负载Rl开路保持输出电压vi的大小不变，用示波器测出输出vo记入表格中。 5.保持输入信号幅度不变化，逐渐增加输入信号频率，直到输出波形减小2.实验室操作部分占空比可调的方波1.按图2.10-3（a）所示连线，检查无误后接通直流电源。2.用示波器观察Vo,Vc的波形画下波形，比较他们的相位关系。3.用示波器测出Vo,Vc的幅值和频率。4.调节电位器Rp，用示波器观察输出电压Vo的变化，当T1=T2时，测量电阻R3的大小，分析实际值和理论值的误差。四、实验结果 矩形波发生器实验操作数据幅值/Vpp频率/HZVo6.94841Vc13.80341 Vo和Vc相位相同。 当占空比为50%时，R3=100K 实际实验时，当R3=100K时2，占空比为50% 矩形波发生器仿真数据幅值/Vpp频率/HZVo7.01240.8Vc13.74540.8 Vo和Vc相位相同。 当占空比为50%时，R3=100K 实际实验时，当R3=100K时2，占空比为50%4.3温度控制电路的设计一、实验目的（1）了解传感器的基本知识，掌握温度传感器的基本用法（2）了解有关控制的基本知识（3）掌握根据温度传感器来设计控制电路得基本思路二、设计指标与要求（1）电源：+12V或士12V单双电源供电均可（2）要求温度设定范围为-20+130，温度非线性误差不得超过士5。（3）控制部分：监控温度高于设定的上限温度或者低于设定的下限温度，分别点亮不同颜色的二极管。三 、实验原理（1）温度传感器 集成芯片LM35。LM35是美国国家半导体公司生产的集成电路温度传感器设备系列产品之一，它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与摄氏温度呈线性关系。因而，从使用角度来看，LM35与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处，LM35无需外部校准或微调，可以提供常用的室温温度。特点与基本参数：直接与摄氏温度校准；线性比例因数：+10.0mv/摄氏度；额定全工作范围：4-30V；漏电电流：小于60uA;低自发热量，在静止空气中：0.08摄氏度；非线性特性：+_1/4摄氏度；应用，若R=-Vs/50uVout=+1500mv (+150摄氏度） =+250mv（+25摄氏度) =-550mv（-55摄氏度） 如图所示，利用计算出的电阻和滑动变阻器，使得输出电压范围确定位于在 -550mv到+1500mv之间温度越大，电阻越小，电压为正 温度越小，电阻越大，电压为负（2）信号处理 由LM35的技术资料可知LM35把温度信号转变成了电压信号，输出范围为-500+1500mV内，并且输出电压和温度呈良好的线性关系。要点亮发光二极管，仅仅靠LM35提供的输出电压是远远不够的，需要对其输出新号进行放大。所以选择电压放大器作为输出信号的处理部分。下面给出运放实现的基本电压放大器的实例。（3）报警控制虽然对传感器的输出信号进行了放大，但如果直接点亮二极管就无法起到对设定的上限温度和设定的下限温度进行判断的作用,从