模拟电子技术实验指导书

1、目录实验一常用仪器仪表的使用 (1实验二信号运算电路 (3实验三单级共射放大电路 (7实验四电压比较器 (11实验五RC正弦波振荡器 (15实验要求1、实验前必须充分预习,完成指定的预习任务。预习要求如下:(1认真阅读实验指导书,分析、掌握实验电路的工作原理,并进行必要的估算。(2完成各实验“预习要求”中指定的内容。(3熟悉实验任务。(4复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。2、使用仪器前必须了解其性能、操作方法及注意事项,在使用时应严格遵守。3、每人一台实验箱,独立完成实验。4、实验时接线要认真,相互仔细检查,确定无误才能接通电源,初学或没有把握应经指导教师审查同意后再接通电源。5、实验

2、时应注意观察,若发现有破坏性异常现象(例如有元件冒烟、发烫或有异味应立即关断电源,保持现场,报告指导教师。找出原因、排除故障,经指导教师同意再继续实验。6、实验过程中需要改接线时,应关断电源后才能拆、接线。7、实验过程中应仔细观察实验现象,认真记录实验结果(数据、波形、现象 。所记录的实验结果经指导教师审阅后再拆除实验线路。8、实验结束后,必须关断电源,并将仪器、设备、工具、导线等按规定进行整理。9、实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告。撰写三份实验报告:第一份包括实验一、二,第二份为实验三,第三份包括实验四、五。实验一常用仪器仪表的使用一、实验目的1、学习电子电路实验中常用的电子仪器数字

3、示波器、函数信号发生器、数字万用表的使用方法。2、掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。二、预习要求阅读实验原理部分,掌握示波器、函数信号发生器、数字万用表的使用方法,及模拟电子电路实验中常用仪器、仪表的连接方法。二、实验原理在模拟电子电路实验中,经常使用的仪器仪表有示波器、函数信号发生器、直流稳压电源等。它们和万用电表一起,可以完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试。实验中要对各种电子仪器进行综合使用,可按照信号流向,以连线简捷,调节顺手,观察与读数方便等原则进行合理布局,各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图1-1所示。 图1-1 模拟电子电路中常用电子仪器布局图1

4、、数字示波器示波器是一种用途很广的电子测量仪器,它既能直接显示电信号的波形,又能对电信号进行各种参数的测量。数字示波器使用操作要点如下:(1将示波器探头与待测信号相连。(2按下AUTO按钮,示波器将自动设置垂直、水平和触发控制。如需要,可手动调整这些控制使波形显示达到最佳。(3按下MEASURE自动测量功能键,系统显示自动测量操作菜单。本示波器具有多种自动测量功能,包括峰峰值、幅值、平均值、周期、频率等。(4记录波形参数。2、函数信号发生器函数信号发生器能产生某些特定的周期性时间函数波形(正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等信号,频率范围可从几个微赫到几十兆赫,在电子电路实验和设备检测中具有

5、十分广泛的用途。函数信号输出操作方法选择输出通道;选定输出信号的波形,分别获得正弦波、三角波、脉冲波;频率设定,可用数字键或调节旋钮输入频率值;幅度设定,可用数字键或调节旋钮输入幅度值。3、数字万用表数字万用表可测量直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、电阻、电容、晶体管直流电流放大倍数等。为了防止过载而损坏,测量前一般先把量程开关置于量程较大位置上,然后在测量中逐档减小量程。四、实验内容1、掌握仪器、仪表的操作方法按照实验原理中给出的操作方法,熟悉、掌握示波器、函数信号发生器和万用表的使用方法。2、用示波器测量信号把函数信号发生器和示波器相连,调节函数信号发生器,使输出10KHz、10V

6、P-P正弦信号到示波器输入端。调节示波器,使显示稳定的波形,测出V P-P和信号频率,画出信号波形。五、实验思考题1、示波器显示屏上的波形很密,是否就说明所测信号的频率很高?2、示波器显示的波形不稳定,应调节哪个旋钮?实验二 信号运算电路一、实验目的1、掌握由集成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工作原理、特点和功能。2、学会上述电路的测试和分析方法。二、预习要求估算各表中的理论值。三、实验原理集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面,可组成比例、

7、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。1、反相比例运算电路电路如图2-1所示。对于理想运放, 该电路的输出电压与输入电压之间的关系为图2-1 反相比例运算电路 图2-2 求和电路2、求和电路电路如图2-2所示,输出电压与输入电压之间的关系为U R R U R R (U i22F i11F O +-= R 3=R 1 / R 2 / R F 3、同相比例运算电路图2-3(a是同相比例运算电路,它的输出电压与输入电压之间的关系为i 1F O U R R (1U += 当R 1时,U O =U i ,即得到如图2-3(b所示的电压跟随器。图中R 2=R F ,用以减小漂移和起保护作用。一般R

8、F 取10K, R F 太小起不到保护作用,太大则影响跟随性。 i 1F O U R R U -= (a 同相比例运算电路 (b 电压跟随器图2-3 同相比例运算电路4、求差电路对于图2-4所示的减法运算电路,当R 1=R 2,R 3=R F 时, 有如下关系式U (U R R U i1i21FO -=V F V图2-4 求差电路图四、实验内容1、反相比例运算电路(1按图2-1连接实验电路,接通±12V 电源,并连接好GND 。 (2按表2-1内容进行实验并测量记录数据。 (2输入f =100Hz ,U im =0.5V 的正弦交流信号,用示波器测量相应的U om ,并观察u O 和

9、ui 的相位关系,记入表2-2。 2、同相比例运算电路(1按图2-3(a连接实验电路。(2按表2-3内容进行实验并测量记录数据。 (3输入f =100Hz ,U im =0.5V 的正弦交流信号,用示波器测量相应的U om ,并观察u O 和ui 的相位关系,记入表2-4。 (4按图2-3(b连接实验电路,重复内容(3,结果记入表2-5。 3、求和电路(1按图2-2连接实验电路。(2按表2-6内容进行实验并测量记录数据。 4、求差电路(1按图2-4连接实验电路。(2按表2-7内容进行实验并测量记录数据。 五、实验报告要求1、整理实验数据,画出波形图(注意波形间的相位关系。2、将理论计算结果和实

10、测数据相比较,分析产生误差的原因。3、分析讨论实验中出现的现象和问题。实验三 单级共射放大电路一、实验目的1、学会放大器静态工作点的测量和调整方法,分析静态工作点对放大器性能的影响。2、掌握放大器动态性能指标的测试方法。3、熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。二、预习要求1、阅读教材中有关分压式偏置共射放大电路的内容并估算实验电路的性能指标(设=50。估算放大器的静态工作点,电压放大倍数A u ,输入电阻R i 和输出电阻R O 。2、当调节偏置电阻R P ,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U CE 怎样变化?3、改变静态工作点对放大器的输入电阻R i 有否影响?改变

11、外接电阻R L 对输出电阻R O 有否影响?4、在测试A u ,R i 和R O 时怎样选择输入信号的幅值和频率?为什么信号频率一般选1KHz ,而不选100KHz 或更高?三、实验原理 图3-1 单级共射极放大电路实验电路图3-1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。 1、静态工作点的测量与调整CCv o+(1 静态工作点的测量放大电路直流电压+12V ,不加交流输入信号(输入端与接地端短接。选用万用表的直流电压档,测量直流电压V B 、V C 、V E 。然后利用公式计算E E EQ CQ /R V I I =或C C CC CQ /(R V V I -=。测量静态工作点的目的是为了

12、了解静态工作点的设置是否合适。如果测出V CEQ <0.5V,说明三极管已经进入了饱和区;如果V CE V CC ,则说明三极管工作在截止状态。对于一个放大电路来说,这两种情况下静态偏置都不能使电路正常工作。如遇到这两种情况,或测量值与选定的静态工作点不一致,就需要对静态工作点进行调整。一般是通过调整偏置电阻R B1或R B2来实现。(2 静态工作点的调整静态工作点是否合适,对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高,放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真,此时v O 的负半周将被削底,如图3-2(a所示;如工作点偏低则易产生截止失真,即v O 的正半周被缩顶(一般截止失真不如饱

13、和失真明显,如图3-2(b所示。这些情况都不符合不失真放大的要求,应调节静态工作点的位置。 (a (b图3-2 静态工作点对u O 波形失真的影响改变电路参数U CC 、R C 、R B (R B1、R B2都会引起静态工作点的变化,如图3-3所示。但通常多采用调节偏置电阻R p 的方法来改变静态工作点,如减小R p ,则可使静态工作点提高等。最后还要说明的是,上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的,应该是相对信号的幅度而言,如输入信号幅度很小,即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说,产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如需满足较大信号幅度的要求,静态工作点

14、最好尽量靠近交流负载线的中点。静态工作点的调整即I CQ 的调整,可分为两个步骤: 静态调整。放大电路加直流电压+12V ,不加交流输入信号。用万用表测量直流电压V B 、V C 、V E 的值是否合适,若不合适,调节电位器。 动态调整。从信号发生器输出f = 1kHz , V P-P = 100mV 的正弦信号接到放大电路的输入端,用示波器观察输出电压波形。如果发现输出波形的正半周或负半周出现削波失真,在表明静态工作点的设置不合适,需要重新调整。调节电位器阻值,直到输出波形不失真为止。2、放大器动态指标测试 (1 测量电压放大倍数由函数发生器输出1KHz 、峰峰值约100mV 的正弦交流信号

15、到放大电路的输入端。用示波器观察放大电路输入、输出电压的波形,在输出信号没有明显失真的情况下,读出V O 和V i 的大小,于是可得i o V V A /u 。 (2测量幅频特性及通频带带宽通常采用逐点法来测量幅频特性。将一个频率可调的正弦信号加到放大电路的输入端,保持输入信号的大小不变,逐点改变信号的频率,用示波器测出对应的输出电压值,计算出各频率点的对应增益,将其整理到半对数坐标纸上,将所测各频率点的电压增益连成曲线,即可得该放大电路的幅频特性曲线。幅频特性曲线上电压增益下降到中频区电压增益的0.707倍(即-3dB时所对应的频率即为该放大电路的上限频率f H 和下限频率f L ,放大电路

16、的带宽BW = f H f L 。四、实验内容实验电路如图3-1所示。各电子仪器可按实验一中图1-1所示方式连接。 1、调整、测试静态工作点调整电位器阻值,改变放大电路静态工作点,观察输出电压波形。用万用表测量放大电路的静态值,填入表3-1。 2、测中频电压增益由函数发生器输出1KHz 、峰峰值约100mV 的正弦交流信号到放大电路的输入端。用示波器观察放大电路输入、输出电压的波形。在输出波形无失真的情况下,读出电压幅值,并计算出电压增益i o V V A /u 。 3、采用“逐点法”来测量幅频特性。由函数发生器输出峰峰值约100mV 的正弦交流信号到放大电路的输入端。保持输入信号的幅值大小不

17、变,逐点改变信号的频率,用示波器测出对应的输出电压值,填入下表,并计算出各频率点的对应增益。将其整理到半对数坐标纸上,将所测各频率点的电压增益连成曲线,即可得该放大电路的幅频特性曲线。由幅频特性曲线读出放大电路的上限频率 五、实验思考题1、加大输入信号幅值时,输出波形可能会出现哪些失真?分别是由什么原因引起的?2、电路中上偏置电阻R B1起何作用?可否不要R B1?3、影响放大电路的上限频率和下限频率的因素有哪些?可以采用什么措施来降低下限频率?六、实验报告要求1、列出各实验项目的有关数据,相关的计算公式及计算结果。2、在半对数坐标纸上精细画出放大电路的幅频特性曲线。3、回答实验思考题。实验四

18、 电压比较器一、实验目的1.掌握比较器的电路构成及特点。2.学会测试比较器的方法。 二、预习要求1.复习单门限电压比较器的电路组成及工作原理。2.掌握单限比较器、迟滞比较器门限电压、回差电压、输出高电平、输出低电平等参数的估算方法。3.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? 三、实验原理1.单门限电压比较器电压比较器是用来比较两个输 入电压的大小,据此决定其输出是高电平还是低电平。以图10-1所示的同相电压比较器电路为例,参考电压V REF 加于运放的反相端,V REF 可以是正值或负值。而输入信号v I 加于运放的同相

19、端。 REFV OV (a电路图(b传输特性图4-1 单门限电压比较器由于比较器的开环电压增益很大,当输入信号v I 小于参考电压V REF ,即时,运放处于负饱和状态;v o 为低电平V OL ;反之,当v I 升高到略大于 V REF ,即时,v o 转入正饱和状态,vo 为高电平V OH。 以图10-1所示的同相电压比较器电路为例分析可知,比较器输出v o 的临界转换条件是集成运放的差动输入电压,即。由此可求出图1a 电路的电压传输特性, 如图10-1b 所示。当v I 由低变高经过V REF 时,v o 由V OL 变为V OH ;反之,当v I 由高变低经过V REF 时,v o 由

20、V OH 变为V OL。我们把比较器输出电压v o 从一个电平跳变到另一个电平时相应的输入电压v I 值称为门限电压或阈值电压V th ,对于图10-1a 所示电路,。 由于v I 从同相输入且只有一个门限电压,故称为同相输入单门限电压比较器。反之当v I 从反相端输入,V REF改接到同相端,则称为反相输入单门限电压比较器。其相应传输特性如图10-1b中的虚线所示。2.过零比较器 对于图4-1a所示电路,当,则输出电压每次过零时,输出电压就产生跳变。这种比较器称为过零比较器。 图4-2 过零比较器如果希望减小比较器的输出电压幅值,可外加双向稳压管D z,如图4-2所示。这时,输出电压的幅值受

21、D z的稳压值V Z限制,电路的正向输出幅度与负向输出幅度基本相等。 或。电阻R起限流作用,保护稳压管。3.迟滞比较器单门限电压比较器虽然有电路简单、灵敏度高等特点,但其抗干扰能力差。例如,在单门限电压比较器输入v I中含有噪声或干扰电压时,其输入和输出电压波形如图4-3所示,由于在v I=V th=V REF附近出现干扰,v O将时而为V OH,时而为V OL,导致比较器输出不稳定。如果用这个输出电压v O去控制电机,将出现频繁的起停现象,这种情况是不允许的。提高抗干扰能力的一种方案是采用迟滞比较器。 图4-3 OV (a电路图 (b传输特性图4-4 迟滞比较器迟滞比较器是一个具有迟滞回环特

22、性的比较器。以图4-4a所示为反相输入迟滞比较器原理电路,它是在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络,其传输特性如图 2b所示。如将v I与V REF位置互换,就可组成同相输入迟滞比较器。以反相输入迟滞比较器原理电路为例,由于比较器中的运放处于开环状态或正反馈状 态,因此一般情况下,输出电压v O与输入电压v I不成线性关系,只有在输出电压发生跳变瞬间,集成运放两个输入端之间的电压才可近似认为等于零,即或(1设运放是理想的并利用叠加原理,则有( 2根据输出电压v O的不同值(V OH或V OL ,可求出上门限电压V T+和下门限电压V T分别为 (3( 4 门限宽度或回差电压为 (

23、5设电路参数如图 10-4a所示,且 ,则由式 (3(5可求得, 和。 设从,和 开始讨论。当v I由零向正方向增加到接近前,v O一直保持不变。当 v I增加到略大于,则v O 由V OH下跳到V OL,同时使v P下跳到。v I再增加,v O保持不变。 若减小 vI，只要 ，则 vo 将始终保持 不变，只有当 时， vo 才由 图 4-4 跳到 VOH。其传输特性如图 10-4b 所示。 由以上分析可以看出，迟滞比较器的门限电压是随输出电压 vo 的变化而改变的。它的 灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高了。 四、实验内容 1过零比较器 实验参考电路如图 4-5 所示。 R1 Vi 10k

24、 A R2 5.1k 6V Vo 图 4-5 过零比较器 (1 将信号发生器接入 Vi，使输出频率 f500Hz，幅值为 1.5v 的正弦波信号，用示波 器观察 ViVo 波形并记录。 (2 根据 ViVo 波形，画出电压传输特性曲线，得出阈值电压 VT，将 VT 的实测值和 理论值进行比较。 2反相滞回比较器 (1 按图 4-6 连接好实验电路，并将 RF 调整为 100k 。将信号发生器接入 Vi，并使之 输出频率为 500Hz，电压幅值为 1.5v 的正弦信号，用示波器观察 ViVo 波形并记录。测 出正向阈值电压和负向阈值电压。 (2 将电路中 RF 调为 50k ，重复上述实验。 R

25、1 Vi 10k A R3 5.1k Vo R2 10k RF 680k 图 4-6 反相滞回比较器 6V 五、实验报告要求 1整理实验数据及相关波形，与理论预算值相比较。 2总结几种比较器的特点。 14 实验五 RC 正弦波振荡器 一、实验目的 1掌握桥式 RC 正弦波振荡器的电路构成原理。 2熟悉正弦波振荡器的测试方法。 二、预习要求 1复习 RC 桥式振荡器的工作原理。 2图 5-2 所示电路中，调节 R1 起什么作用，两个二极管起什么作用？ 三、实验原理与参考电路 1基本 RC 桥式振荡 电路如图 5-1 所示，它由两部分组成，即放大电路 & 。由图中可知由于 和选频网络 F

26、V Z1、Z2 和 R1、Rf 正好形成一个四臂电桥，因此这种振荡电路常称为 RC 桥式振荡电路。 R Z1 C Rf & A V A Z2 R C & Vi = V f & V O R1 图 5-1 RC 桥式振荡电路 由图可知， 在 相，即有 和 时， 经 RC 反馈网络传输到运放同相端的电压 与 同 。这样，放大电路和由 Z1、Z2 组成的反馈网络刚好形成 正反馈系统，可以满足相位平衡条件，因而有可能振荡。 实现稳幅的方法是使电路的 Rf/R1 值随输出电压幅度增大而减小。 起振时要求放大器的 增益 >3,例如， Rf 用一个具有负温度系数的热敏电阻代替， 当输出电压 增 加使 Rf 的功耗增大时，热敏电阻 Rf