2025年电子电路实验考试题及答案

2025年电子电路实验考试题及答案一、基础操作与仪器使用（20分）1.（10分）现有一台数字示波器（型号DS1074Z）和一台函数信号发生器（型号AFG3021B），需完成以下操作：（1）使用10:1探头对示波器进行校准，写出校准步骤及判断校准是否成功的依据；（2）通过信号发生器输出一路频率为1.5kHz、峰峰值为3V、直流偏置为+1V的正弦波信号，连接至示波器通道1，要求在示波器屏幕上稳定显示3个完整周期的波形，写出信号发生器的参数设置步骤及示波器的时基、垂直刻度调整方法。答案：（1）校准步骤：①将10:1探头连接至示波器CH1通道，探头末端接校准信号输出端（通常为2Vp-p、1kHz方波）；②调节探头上的补偿调节旋钮（小螺丝刀），观察示波器显示的方波波形：若顶部上翘为过补偿，底部下凹为欠补偿，波形边沿垂直且顶部/底部水平则为正确补偿；③重复调节直至波形稳定，完成校准。判断依据：方波上升沿/下降沿无明显失真，顶部与底部平坦，无过冲或倾斜。（2）信号发生器设置：①开机后选择“正弦波”输出；②按“频率”键，输入“1.5kHz”并确认；③按“幅度”键，输入“3Vpp”（峰峰值）并确认；④按“偏移”键，输入“+1V”并确认；⑤打开输出开关。示波器调整：①时基（水平刻度）计算：周期T=1/1.5kHz≈0.667ms，3个周期总时长≈2ms，故时基应设为“500μs/div”（500μs×4div=2ms，覆盖3个周期）；②垂直刻度：信号峰峰值3V，直流偏置+1V，波形最低点为1V-1.5V=-0.5V，最高点为1V+1.5V=2.5V，垂直范围需覆盖-0.5V~2.5V（约3V），故垂直刻度设为“1V/div”（1V×4div=4V，满足显示需求）；③触发设置：选择CH1为触发源，触发类型为“边沿触发”，触发电平调至1V（信号中点附近），确保波形稳定。二、电路分析与设计（30分）2.（15分）图1所示为双电源供电的差分放大电路（VCC=VEE=12V，T1、T2为硅管，β=100，rbe=2kΩ，Rb=1kΩ，Re=10kΩ，Rc=5.1kΩ，RL=10kΩ）。要求：（1）计算静态工作点（ICQ1、UCEQ1）；（2）求差模电压增益Ad（双端输出）；（3）说明该电路抑制温度漂移的原理。答案：（1）静态分析：差分电路对称，T1、T2参数相同。基极电流IBQ≈0（因Re引入强负反馈），故UE≈-UBE≈-0.7V（硅管UBE=0.7V）。发射极电流IEQ=(VEE-|UE|)/Re=(12V-0.7V)/10kΩ≈1.13mA，ICQ1≈IEQ≈1.13mA。集电极电压UCQ=VCC-ICQ×Rc=12V-1.13mA×5.1kΩ≈12V-5.76V=6.24V，UCEQ1=UCQ-UE=6.24V-(-0.7V)=6.94V。（2）差模增益计算：双端输出时，Ad=-β×(Rc∥RL/2)/(Rb+rbe)。RL=10kΩ，Rc∥RL/2=5.1kΩ∥5kΩ≈2.53kΩ（因双端输出时RL被两管集电极平分，每管等效负载为RL/2）。代入数据得Ad=-100×2.53kΩ/(1kΩ+2kΩ)≈-84.3。（3）抑制温度漂移原理：当温度升高时，T1、T2的IC均增大，UE升高（因IE增大导致Re上压降增大），UBE=UB-UE减小（UB由Rb分压固定），从而抑制IC的增大。由于电路对称，T1、T2的温漂量相等，双端输出时两管集电极电压的漂移量相互抵消，故共模增益Ac≈0，有效抑制温度漂移。3.（15分）设计一个RC桥式正弦波振荡电路，要求振荡频率f0=10kHz，输出电压峰峰值约为6V（正弦波无明显失真），运放选用LM358（电源电压±12V）。要求：（1）画出电路原理图（标注关键元件符号）；（2）计算RC选频网络的参数（取C=0.01μF）；（3）说明稳幅环节的作用及实现方法。答案：（1）原理图：运放同相端接RC串并联选频网络（R1、C1串联后与R2、C2并联，R1=R2=R，C1=C2=C），反相端接负反馈网络（包括电阻Rf和二极管稳幅电路），运放电源±12V，输出端接负载。（2）RC参数计算：RC桥式振荡频率f0=1/(2πRC)，已知f0=10kHz，C=0.01μF=10⁻⁸F，解得R=1/(2πf0C)=1/(2×3.14×10⁴×10⁻⁸)≈1592Ω，取标称值R=1.6kΩ（允许±5%误差）。（3）稳幅环节作用：防止输出信号因运放开环增益过大而饱和失真，通过自动调节负反馈深度使电路起振后稳定在小信号线性区。实现方法：在负反馈支路中串联两个反向并联的二极管（如1N4148），当输出幅度较小时，二极管截止，负反馈电阻Rf较大（增益A=1+Rf/R3>3，满足起振条件）；当幅度增大到一定值时，二极管导通，动态电阻减小，负反馈增强，增益降至3，维持稳定振荡。R3为限流电阻（取值约1kΩ），Rf与R3的比值需满足起振时A>3（如Rf=2.2kΩ，R3=1kΩ，则A=1+2.2/1=3.2>3）。三、故障排查与调试（25分）4.（15分）某同学搭建了图2所示的共射极放大电路（VCC=12V，T为9013，β=80，Rb=200kΩ，Rc=3kΩ，Re=1kΩ，Ce=100μF，Cb1=Cb2=10μF，输入正弦波信号Vi=10mVp-p，f=1kHz），调试时出现以下异常现象：（1）示波器测得输出电压Vo≈12V（直流），且无交流成分；（2）输入信号正常时，输出波形顶部被削平，底部正常；（3）增大输入信号幅度后，输出波形同时出现顶部和底部削平。分别分析三种现象的可能原因及排查方法。答案：（1）现象（1）原因：放大管可能截止或饱和，或交流通路断开。可能故障点：①Cb2开路（输出电容失效），导致输出端无交流耦合；②Ce开路（发射极旁路电容失效），Re引入强负反馈，放大倍数接近1，输出交流成分被衰减；③Rb开路（基极偏置电阻断开），IB=0，管子截止，UC=VCC=12V；④管子损坏（如集电极-发射极开路），UC=VCC。排查方法：测量基极电压UB：若UB≈0，检查Rb是否开路或电源连接；若UB≈0.7V（正常偏置），测量发射极电压UE=UB-UBE≈0V（Ce开路时UE=IE×Re，IE=IC≈(VCC-UC)/Rc，若UC=12V则IE≈0，UE≈0），此时断开Ce两端，若输出出现交流成分则Ce失效；若UB、UE正常，检查Cb2是否短路或开路（用万用表电容档测量）。（2）现象（2）原因：顶部削平为截止失真，说明静态工作点过低（IBQ过小），导致输入负半周时管子进入截止区。可能故障点：①Rb阻值偏大（如实际使用300kΩ而非200kΩ），IBQ=(VCC-UBE)/Rb≈(12V-0.7V)/300kΩ≈37.7μA（正常应为(12-0.7)/200k≈56.5μA），ICQ=β×IBQ=80×37.7μA≈3.02mA，UC=VCC-IC×Rc=12-3.02×3≈2.94V（正常UC≈12-56.5μA×80×3≈12-13.56=负值？需重新计算：正确静态工作点应为IBQ=(VCC-UBE)/Rb=(12-0.7)/200k≈56.5μA，ICQ=80×56.5μA=4.52mA，UC=12-4.52×3≈12-13.56=-1.56V（显然不合理，说明原电路可能采用分压偏置，此处假设为固定偏置）。实际中固定偏置易受温度影响，若Rb过大，IBQ过小，UC=VCC-IC×Rc接近VCC（如IC=0时UC=12V），输入负半周时UBE降低，管子截止，输出正半周（对应输入负半周）被削平（顶部削平）。排查方法：测量UB=IB×Rb+UBE，若UB>0.7V且UC接近VCC，说明IB过小，需减小Rb阻值（如更换为150kΩ）。（3）现象（3）原因：双向削平为饱和失真与截止失真同时发生，可能静态工作点正常但输入信号幅度过大，超出动态范围；或电源电压不足（如VCC实际为9V），导致动态范围减小；或Rc过大（如实际使用4.7kΩ），使UC静态值过低（如UC=12-4.52×4.7≈12-21.2=-9.2V，管子饱和）。排查方法：首先测量静态UC，正常应约为VCC/2（6V），若UC过低（如<3V），说明管子饱和（可能Rc过大或β过高）；若UC过高（如>9V），说明管子截止（Rb过大）；若UC正常（6V），则减小输入信号幅度或增大电源电压（如改用±15V）。四、综合应用实验（25分）5.（25分）设计一个“温度-电压”转换电路，要求将0~100℃的温度信号转换为0~5V的电压信号输出（线性度误差≤2%）。可用器件：AD590（电流型温度传感器，1μA/℃）、运放LM324（单电源供电，VCC=+12V）、电阻（1kΩ、10kΩ、100kΩ、电位器）、电容（10μF）。要求：（1）画出完整电路原理图（标注各元件参数）；（2）推导输出电压与温度的关系式；（3）说明电路中调零和满度校准的步骤。答案：（1）电路原理图：AD590正极接+12V，负极接运放A1反相端（电流-电压转换），A1同相端接地，反馈电阻Rf1=10kΩ（将电流转换为电压：Vo1=-I×Rf1）；A1输出接运放A2同相端，A2构成同相加法器，反相端通过R2=10kΩ接地，反馈电阻Rf2=100kΩ，同相端通过R1=10kΩ接Vo1，同时通过电位器Rp（10kΩ）接可调参考电压（由R3=100kΩ和R4=100kΩ分压+12V得到6V，经Rp调节）；A2输出为最终Vo，接10μF滤波电容。（2）关系式推导：AD590电流I=Tc（μA），Tc为摄氏温度（0~100℃）。A1输出Vo1=-I×Rf1=-Tc×10kΩ×1μA=-Tc×10mV（因1μA×10kΩ=10mV）。A2同相端电压V+=(Vo1×R3+Vref×R1)/(R1+R3)（假设Rp调节后Vref为某值），但更简单的方式是采用反相放大调整极性并放大。正确转换需将Vo1（-0~-1V，对应0~100℃）转换为0~5V。改进电路：A1输出Vo1=-Tc×10mV（0℃时0V，100℃时-1V）；A2构成反相放大器，Rf2=50kΩ，R1=10kΩ，则Vo=-Vo1×(Rf2/R1)=Tc×10mV×5=Tc×50mV，即0℃时0V，100℃时5V（符合要求）。此时需A2反相端接地，Vo=-Vo1×(Rf2/R1)=(Tc×10mV)×(50k/10k)=Tc×50mV，即Vo=0.05Tc（V），0≤Tc≤100时，Vo=0~