模拟电子技术实验指导书(2013-11)

1、模 拟 电 子 技 术实验指导书上海大学理学院物理系二一三年十一月目 录实验一 晶体二极管和三极管的测试（1N4007、9013）1实验二 单管交流放大电路6实验三 集成运放的参数测试9实验四 反馈放大电路14实验五 比例、求和运算电路17实验一 晶体二极管和三极管的测试一实验目的1. 学习使用万用表对晶体二极管和三极管进行粗测，并判别晶体管的工作状态。2. 测试晶体三极管的输入和输出特性。二电路原理简述1. 判断二极管极性用500型万用表测量电阻时，它的等效电路如图1-1所示，图中R0为表内等效电阻，U0为表内电源电压，当万用表处于R*1、R*10、R*100、R*1k档时，U0=1.5V。

2、若将黑表棒接到二极管阳极，红表棒接到二极管阴极，则二极管正向偏置，呈现低阻，表头偏转大。反之，则二极管处于反偏，呈现高阻，表头偏转小，这样根据二次测得的阻值大小，就可以判别二极管的极性。必须注意，万用表电阻档不同，其等效内阻各不相同。同时测量时，一般先用R*1k档，这时较大，可以避免损坏二极管，不宜采用R*10k档，应为电源电压U0=9V，容易损坏管子。图1-12. 晶体三极管管脚的判别（1）管型和基极B的判断可以把晶体三极管的结构看做是两个背靠背的PN结，如图1-2所示，对NPN管来说，基极是两个PN结的公共阳极；对PNP来说，基极是两个PN结的公共阴极，因此，判别基极是公共阳极还是公共阴极

3、，即可知该管是PNP型还是NPN型。图1-2（2）发射极E和集电极C的判别 如图1-3把已判明三极管B极接到N0端，另外两个极任意接到N1和N2两端。若集射间加的是正常放大所需极性的电源电压，例如PNP性管C极为负，E极为正，则集电极电流为Ic=IB+ICE (1-1)反之，若集射间加的是同正常放大相反极性的电源电压,则Ic为 Icr=rIB+ICE (1-2)式中r为三极管集射间加与正常放大相反极性的电源电压是的直流放大倍数,一般>=r,显然Ic>>Icr。图1-3如图1-1所示,如果用万用表红表棒N1端,黑表棒N2端,则策的的电阻小(电流大,即Ic大)如果红,黑表棒互换,

4、则测得的电阻大(Ic小),可见,N1端是集电极C,N2端是发射极E。用两只手分别捏B,C两极(但不要使B,C两脚相碰上),人体亦可代替图1-3中Rb(100欧)的作用。同一型号的晶体管由于分散性其参数差异很大,因此,在使用晶体管前需要测试它的特性,晶体管的特性曲线有输入特性曲线和输出特性曲线,输入特性曲线是指参量变量Uce=常数时,Ib=f(Ube)的关系曲线;输出特性曲线是指参变量Ib=常数时,Ic=f(Uce)关系曲线.对应不同的参变量,可的一族曲线,图1-4就是某个晶体管的特性曲线,从特性曲线上可以求的管子的,Iceo的参数,上述特性曲线可以用逐点测试法测得。图1-4本实验以9013晶体

5、管为例。逐点测试法的测试电路如图1-5,图中Rw1用于调节基极电流Ib,Rw2用于调节集电极电压Uc2,测试输入特性时,Rw2用做调节参变量Uce,并在测试过程中保持Uce=正常数.测试输出特性时,Rw1用做调节参变量Ib,逐点测试,每给定一个参变量可测的一条特性曲线,为了获的一族特性曲线,需调节一系列参变量进行多次测量。 图1-5 图1-6在放大电路中,必须设置静态工作点,图1-6为固定偏置电路,调节偏置电阻Rb,可以调节静态工作点。晶体管的直流(静态)工作状态可以用万用表检测.当管子处于截止区时,Uce=Ucc；管子处于饱和区时,集电极正偏;在实际工作中,常用上述方法来判别放大电路是否正常

6、工作。实验原理图如图1-7所示。图1-7三实验设备 名称 数量 型号1 直流稳压电源 1台 GPS3303C2 万用表 1个 500型/DMM40203 直流微安表（指针式） 1个 0100A4 开关 2只单刀双投*1 双刀双投*15 电阻 4只 2k*1 25k*1330k*2 6. 电位器 3只 1k*1 2.2k*1220k*17. 二极管 1只1N4007*18. 三极管 2只9013*1 9012*19. 短接桥和连接导线 若干P8-1和5014810. 实验用9孔插件方板 297mm×300mm四. 实验内容与步骤1用万用表判别二极管和三极管（1）二极管的判别：用万用表判

7、别二极管的阳极和阴极，用一个二极管分别用R*100和R*1k挡测量其正、反向电阻，分别记录数据。（2）三极管管脚的判别：用万用表判别NPN型和PNP型三极管E、B、C 3个管脚，将所测数据填入表1-1中，其中ICEO用等值电阻来表示。B、ICEO一般情况下不测。表1-1 测量项目管型用R表示ICEO值判别基极判别发射极RCE（B、C极间接入电阻RB）RCE（B、C极间不接RB）RBERBC(正常放大接法电阻)RCE(与正常放大接法相反)RRCE9012黑表笔所接管脚9014红表笔所接管脚2. 测量晶体管输入特性按图1-7接线，K1置于“1”；K2置于“3”，使参变量UcE=0；调节 

8、Rw1改变UBE，使IB如表1-2所列之值。读出相应的UBE值，测取IB=f(UBE)|UCE=0特性。表1-2 IB(A)UBE(V)测试条件012351020406080UCE=0UCE=2VK2置于“1”，调节Rw2，使参变量UCE=2V,并保持UCE值不变；调节Rw1重复上述步骤，测取IB=f(UBE)|UCE=2V特性。3. 测量晶体管输出特性调节Rw1使参变量IB分别为10A、20A、30A，调节Rw2使UCE如表1-3所列之值，做Ic=f(UCE)|Ib=常数的特性曲线。表1-3 UCE(V)IC(mA)测试条件012351020406080IB=10AIB=20AIB=30A4

9、. 观察晶体管三种工作状态的特性按图1-7接线，K1置于“2”，K2置与“2”，调节Rb，观察Ib与Ic的关系，读出临界饱和时的集电极电流Ics(Ics<Ucc/Rc =4mA)和相应的基极电流Ibs。调节Rb，分别在Ib>=Ibs,Ib=Ibs/2,Ib=0(参考数据为Ib=80uA,30uA及将微安表断开)时，测量晶体管在放大、截止、饱和3中状态下的静态工作点。判断晶体管两个结的偏置状态及工作区域。五分析与讨论1. 说明实验内容1（1）所测得的数据为何不同？2. 根据表1-2、表1-3的数据在方格纸上画出特性曲线，求晶体管的值。3. 由实验步骤4和所得结果，总结晶体管3个工作区

10、域的特征，如何根据UCE值判断晶体管的工作状态？实验二 单管交流放大电路一实验目的1掌握单管放大器静态工作点的调整及电压放大倍数的测量方法。2研究静态工作点和负载电阻对电压放大倍数的影响，进一步理解静态工作点对放大器工作的意义。3 观察放大器输出波形的非线性失真。4 熟悉低频信号发生器、示波器及晶体管毫伏表的使用方法。二电路原理简述单管放大器是放大器中最基本的一类，本实验采用固定偏置式放大电路，如图2-1所示。其中RB1=100K，RC1=2K，RL1=100，RW1=1M，RW3=2.2k,C1=C2=10F/15V,T1为9013(=160-200)。 图2-1 为保证放大器正常工作，即不

11、失真地放大信号，首先必须适当取代静态工作点。工作点太高将使输出信号产生饱和失真；太低则产生截止失真，因而工作点的选取，直接影响在不失真前提下的输出电压的大小，也就影响电压放大倍数（Av=V0/Vi）的大小。当晶体管和电源电压Vcc=12V选定之后，电压放大倍数还与集电极总负载电阻RL(RL=Rc/RL)有关，改变Rc或RL，则电压放大倍数将改变。在晶体管、电源电压Vcc及电路其他参数（如Rc等）确定之后，静态工作点主要取决于IB的选择。因此，调整工作点主要是调节偏置电阻的数值（本实验通过调节Rw1电位器来实现），进而可以观察工作点对输出电压波形的影响。三实验设备 名称 数量 型号1. 直流稳压

12、电源1台GPS3303C2. 函数信号发生器 1台SFG10033. 示波器 1台TDS1001C4. 晶体管毫伏表1只学校自备5. 万用表 1只DMM40206. 电阻 3只100*1 2k*1 100 k*17. 电位器 2只 2.2 k*1 1M*18 电容 2只 10F/15V*29. 三极管 1只 9013*110 短接桥和连接导线 若干 P8-1和5014811 实验用9孔插件方板 297mm×300mm 四. 实验内容与步骤1调整静态工作点实验电路见9孔插件方板上的“单管交流放大电路”单元，如下图2-2所示。方板上的直流稳压电源的输入电压为+12V，用导线将电源输出分别

13、接入方板上的“单管交流放大电路”的+12V和地端，将图2-2中J1、J2用一短线相连，J3、J4相连（即Rc1=5k），J5、J6相连，并将RW3放在最大位置（即负载电阻RL=RL1+RW3=2.7k左右），检查无误后接通电源。图2-2 使用万用表测量晶体管电压VCE，同时调节电位器RW1，使VCE=5V左右，从而使静态工作点位于负载线的中点。 为了校验放大器的工作点是否合适，把信号发生器输出的f=1kHz的信号加到放大器的输入端，从零逐渐增加信号i的幅值，用示波器观察放大器的输出电压0的波形。若放大器工作点调整合适，则放大器的截止失真和饱和失真应该同时出现，若不是同时出现，只要稍微改变RW1

14、的阻值便可得到合适的工作点。 此时把信号Vi移出，即使Vi=0,使用万用表，分别测量晶体管各点对地电压Vc、VB和VE，填入表2-1中，然后按下式计算静态工作点。IC=IB, 值为给定的 *或者量出RB（RB=RW1+RB1），再由IB= 得出IB，式中VB0.7V，VCE=VC。注：测量RB阻值时，务必断开电源。同时应断开J4、J2间的连线。表2-1测量值计算值VCVBVEIBICVCE2测量放大器的电压放大倍数，观察RC1和RL对放大倍数的影响。在步骤1的基础上，将信号发生器调至f=1kHz、输出为5mV。随后接入单级放大电路的输入端，即Vi=5mV，观察输出端0的波形，并在不失真的情况下

15、分两种情况用晶体管毫伏表测量输出电压V0值和V0值： 带负载RL，即J5、J6相连，测V0值 不带负载RL，即J5、J6不连，测V0值。再将RC1放在2k位置，仍分以上两种情况测取输出电压V0和V0值，并将所有测量结果填入表2-2中。 采用下式求取其电压放大倍数：带负载RL时， AV=不带负载RL时， AV =表2-2RC1测量值计算值ViV0V0AVAV5kRL=RL=2.7k2kRL=RL=2.7k3观察静态基极电流对放大器输出电压波形的影响在实验步骤2的基础上，将RW1减小，同时增大信号发生器的输入电压Vi值，直到示波器上产生输出信号有明显饱和失真后，立即加大RW1值直到出现截止失真为止

16、。五分析与讨论1解释AV随RL变化的原因。2. 静态工作点对放大器输出波形的影响如何？实验三 集成运算放大器的参数测试一实验目的1. 通过对集成运算放大器主要参数的测试,了解其参数的意义及测试方法,加深对其参数定义的了解。2. 掌握用示波器的 X-Y显示观察传输特性的方法。二电路原理简述1测试运算放大器的传输特性及输出电压的动态范围运算放大器输出电压的动态范围是指在不失真条件下所能达到的最大幅值。为了测试方便，在一般情况下就用其输出电压的最大摆幅VOPP当作运算放大器的最大动态范围。其测试电路如图3-1。图3-1 运算放大器输出电压最大摆幅的测试电路图中Vi为正弦信号。当接入负载RL后，逐步加

17、大输入信号Vi的幅值，直至示波器上输出电压的波形顶部或底部出现削波为止。此时的输出电压幅度VOPP就是运算放大器的最大摆幅。若将Vi送示波器的X轴，V0送Y轴，则可利用示波器的X-Y显示，观察到运算放大器的传输特性，并可测出VOPP的大小。VOPP与负载电阻RL有关，不同的RL，VOPP亦不相同。根据已知的RL和VOPP,可以求出运算放大器的输出电流的最大摆幅：IOPP=VOPP/RL。运算放大器的VOPP除与RL有关外，还与电源电压±Vcc和输入信号的频率有关。随着电源电压的降低和信号频率的升高，Vopp将降低。如果示波器X-Y显示出运算放大器的传输特性，即表明该放大器是好的，可以

18、进一步测试运算放大器的其他几项参数。2测开环电压放大倍数AVO开环电压放大倍数是指：运算放大器没有反馈时的差模电压放大倍数，即运算放大器输出电压V0与差模输入电压Vi之比，测试电路如图3-2。Rf为反馈电阻，通过隔直电容和电阻R构成闭环工作状态，同时与R1、R2构成直流负反馈，减少了输出端的电压漂移图3-2 测开环电压放大倍数的电路由图可知注意：此时信号源的频率应在运算放大器的带宽之内，A741的带宽约为7Hz。3测输入失调电压VIO输入失调电压的定义是：放大器输出为零时，在输入端所必须引入的补偿电压。根据定义，测试电路如图7-3。图3-3 测VIO、IIO的实验电路闭合开关S，令此时测出的输

19、出电压为V01。因为闭环电压放大倍数所以，输入失调电压4测输入失调电流IIO输入失调电流是指输出端为零电平时，两输入端基极电流的差值，用IIO表示。显然，IIO的存在将使输出端零点偏离，且信号源阻抗越高，输入失调电流影响越严重。测试电路同图3-3，只要断开开关S即可，用万用表测出该电路的输出电压，令它为V02，则5测共模抑制比KCMR根据定义，运算放大器的KCMR等于放大器的差模电压放大倍数AVd和共模电压放大倍数AVC之比，即 测试电路见图3-4，运算放大器工作在闭环状态，对差模信号的电压放大倍数Avd=,对共模信号的电压放大倍数AVC=，所以只要测出VO和Vi，即可求出：图3-4 测量KC

20、MR的实验电路为保证测量精度，必须使R1=R1，Rf=Rf，否则会造成较大的测量误差。运算放大器的共模抑制比KCMR愈高，对电阻精度要求也就愈高。经计算，如果运算放大器的KCMR=80dB，允许误差为5%，则电阻相对误差。本实验选用LM358或A741集成运算放大器，其外引线排列如图3-5所示。图3-5 外引脚排列三实验设备名称 数量 型号1. 直流电源 1台 MC1095 2. 低频信号发生器 1台 SFG10033. 示波器 1台 TDS1001C4. 万用表 1台 DMM40205. 集成运算放大器 1块 LM741*16. 电阻 10只 100*2 1k*1 10k*4 100k*37

21、. 电容 4只 47F*1 10F*1 100F*28. 开关 2只 单刀双投*29. 短接桥和连接导线 若干 P8-1和5014810. 实验用9孔插件方板 297mm×300mm四实验内容与步骤1. 测试运算放大器的传输特性及输出电压的最大摆幅VOPP1) 按图3-1 所示电路组装，接通±12V电源。2) 从信号发生器输出f=100Hz的正弦波送至电路的输入端，并将其同时送至示波器的X轴输入端，输出接至Y轴。利用X-Y显示方式，观察运算放大器的传输特性。若示波器上未出现顶部或底部削波现象，可适当增加输入信号的幅值，直至出现削波为止。在示波器上直接读出此时输出电压的最大摆

22、幅VOPP 。3) 改变电阻RL的数值，记录下不同RL时的VOPP，并根据RL的值，求出运算放大器输出电流的最大摆幅IOPP，填入表3-1中。表3-1RLVOPPIOPP=VOPP/RLRL=RL=3kRL=1kRL=1002. 测运算放大器的开环电压放大倍数AVO实验电路如图3-2。在输入端加入组件说明书，允许频率的正弦波（A741开环带宽为7Hz），用示波器测出VO、Vf，则3. 测运算放大器的输入失调电压VIO测试电路如图3-3。闭合开关S，此时电阻R被短路。用万用表测运算放大器的输出电压，记为V01，则运算放大器的输入失调电压4. 测输入失调电流IIO电路如图3-3。断开开关S，此时电

23、阻R被接入。用万用表测输出电压，记为V02，则输入失调电流式中：V01为内容3中测出的输出电压。5. 测运算放大器的共模抑制比KCMR实验电路如图3-4。加入f=100Hz，Vi=0.1V的正弦信号，用万用表测出VO、V1，则五分析与讨论1. 在测试IIO时，输入端的两个10k电阻如有误差，对测量会有什么影响？2. 在测量AVO和KCMR时，输出端是否需要示波器监视？3. 在测量开环放大倍数AVO时，为什么选择的输入信号频率很低（一般在7Hz以下）？实验四 反馈放大/阻容耦合放大电路一实验目的1. 加深理解反馈放大电路的工作原理及负反馈对放大电路性能的影响。2. 学习反馈放大电路性能的测量与测

24、试方法。二电路原理简述实验电路为阻容耦合的两级放大电路,如图4-1所示。在电路中引入由电阻RF2和电位器RF1组成的电压负反馈电路。 引入负反馈的放大电路,其性能可以得到改善。图4-1 其中：RF1=1k，RW=150k，C2=C3=0.47F，C7=C8=0.01F，C1=10F/25V，CE1= CE2=47F/25V，RE1=RE2=10，RF2=51， RC1=RE1”=120，RC2=RS= RE2”=470 ，RB22=1k，RB21=1.5k，RB1=10k，T1=T2=9013（=160-200）, 外接电阻RL=2k三实验设备 名称 数量 型号1. 直流稳压电源 1台GPS3

25、303C2. 函数信号发生器 1台SFG10033. 示波器 1台TDS1001C4. 晶体管毫伏表 1只学校自备5. 万用表 1只DMM40206 电阻 1只2k*17 反馈放大电路模块1块ST20028 短接桥和连接导线若干P8-1和501489 实验用9孔插件方板1块297mm×300mm四. 实验内容与步骤1. 按照电路原理图选用“ST2002反馈放大电路”模块,熟悉元件安装位置后,开始接线：一根连接直流稳压电源的+12V和电路图中的+12V端；一根连接稳压电源负端和电路图中的0V端；线路经检查无误后,方可闭合电源开关。 2. 测定静态工作点将电路D端接地,AB不连线,RW调

26、到中间合适位置。输入端接入信号源，令Vi=20mV，f=1kH，调RW使输出电压V0为最大不失真（Vi尽量最大，也可增大输入信号）正弦波后,撤出信号源，输入端（I）接地，用万用表测量下表4-1中各直流电位(对地)：表4-1测量项目 Ve1 Vc1 Vb2 Ve2 Vc2测量数据3. 测量基本放大电路的性能将D端接地，AB不连接(即无负反馈的情况)，RF1调到中间位置。1）测量基本放大电路的放大倍数AV 。令Vi=20mv, f=1kHz 不接RL, 用毫伏表/示波器测量VO 记入表4-2, 并用公式AV=VO/Vi求取电压放大倍数AV 。2）测量基本放大电路的输出电阻ro仍令Vi=20mV,f

27、=1kHz,接入负载电阻RL=2k,测输出电压VO并记入表4-2,则ro=式中VO是未接负载电阻RL时的输出电压；VO是接负载电阻RL后的输出电压。设接负载RL后的电压放大倍数为AV，则AV= VO/Vi3）观察负反馈对波形失真的改善拆下负载电阻RL,当AB不连线时，令Vi值增大，从示波器上看输出电压的波形失真；而当AB连线时，在同样大的Vi值下，波形则不失真。4）测量基本放大电路的输入电阻ri 在电路的输入端接入RS=470,把信号发生器的两端接在VS两端，加大信号源电压，使放大电路的输入信号仍为20mv（即用毫伏表测I端和接地端的电压仍为20mv）, 测量此时信号源电压VS，并记录表4-2

28、，则 ri=4. 测定反馈放大电路的性能将AB连线，即有反馈放大电路。1）测量反馈放大电路的放大倍数Avf与上同，令Vi=20mv, f=1kHz, 不接RL，测量Vof,并记入表4-2中，并用公式Avf=Vof/Vi 可求取电压放大倍数Avf。2）测量反馈放大电路输出电阻rof仍令Vi=20mv, f=1kHz 接入RL=2k,用毫伏表测量输出电压Vof 记入表4-2中,并用公式rof=(Vof/Vof-1)RL,来计算rof,用Avf=Vof/Vi求取Avf。 表4-2测量电路 测量项目 计算项目基本放大电路(无反馈)ViVo(不接RL)Vo(接RL)Vs(接Rs)Av(不接RL)Av(接

29、RL)rir020mVf=1kHz反馈放大电路(AB连接) ViVofVofVsfAvfAvfrifro20mVf=1kHz(3) 测量反馈放大电路输入电阻rif与上同,在电路输入端接入RS=470, 把信号发生器的两端接在VS两端,加大信号源电压,使放大电路的输入信号仍为20mv,测量此时信号源电压VSf,并记入表4-2.则rif=五分析与讨论1. 总结电压串联负反馈对放大电路性能的影响,包括输入电阻,输出电阻,放大倍数及波形失真的改善等。实验五 比例、求和运算电路一实验目的1. 用运算放大器等元件构成反相比例放大器,同相比例放大器,电压跟随器,反相求和电路及同相求和电路,通过实验测试和分析

30、,进一步掌握它们的主要特点和性能及输出电压与输入电压的函数关系.二实验设备 名称 数量 型号1. 直流稳压电源 1台 GPS3303C2. 低频信号发生器 1台SFG10033. 示波器 1台TDS1001C4. 万用表 1只DMM40205. DC信号源 1 块 -5V+5V 6. 电阻 11只 100*1 2.4k*1 10k*4 20k*2100k*2 1M*17. 集成块芯片 1只 LM741*18. 短接桥和连接导线 若干 P8-1和501489. 实验用9孔插件方板 297mm×300mm三实验内容与步骤每个比例,求和运算电路实验,都应先进行以下两项:1）按电路图接好线后,仔细检查,确保正确无误。 将各输入端接地，接通电源，用示波器观察是否出现自激振荡。若有自激振荡，则需更换集成运放电路。2）调零：各输入端仍接地，调节调零电位器，使输出电压为零（用数字电压表200mV档