电子技术基础实验教学案例

电子技术基础实验教学案例一、实验名称共射极单管放大电路的调试与动态参数测量二、实验目的1.加深对半导体三极管放大作用及共射极放大电路工作原理的理解，巩固理论知识。2.掌握共射极单管放大电路的基本组成、元器件选择及电路搭建方法。3.学习放大电路静态工作点的设置、调整与测量技术，理解静态工作点对电路性能的影响。4.掌握放大电路动态性能指标（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻）的测量原理与方法。5.培养基本的电路故障排查能力和数据分析处理能力，初步形成工程实践中的严谨态度。三、实验原理本实验采用NPN型硅三极管构成共射极放大电路。三极管作为核心放大器件，工作在放大区时，其基极电流的微小变化会引起集电极电流较大的变化，从而实现对输入信号的放大。共射极放大电路具有电压放大倍数高、输入电阻适中、输出电阻较大等特点，是构成多级放大电路的基本单元。电路的静态工作点由基极偏置电路决定，它直接影响电路是否会产生非线性失真以及动态性能的优劣。静态工作点Q通常用基极电流IBQ、集电极电流ICQ和集射极电压UCEQ来描述。动态参数测量主要包括电压放大倍数Au（输出电压与输入电压的比值）、输入电阻Ri（从放大电路输入端看进去的等效电阻）和输出电阻Ro（从放大电路输出端看进去的等效电阻）。输入电阻的测量可采用“电压分压法”，即在信号源与放大电路输入端之间串联一个已知电阻，通过测量该电阻两端电压来间接计算；输出电阻的测量可采用“负载变化法”，即分别在空载和带载情况下测量输出电压，通过公式计算得出。四、实验设备与元器件1.双路直流稳压电源2.函数信号发生器3.示波器4.万用表5.面包板一块6.NPN型三极管（如9013或3DG6）一只7.电阻若干（1kΩ、10kΩ、20kΩ、100kΩ等，具体参数根据设计确定）8.电解电容器若干（10μF、47μF等）9.导线若干五、实验内容与步骤（一）实验电路设计与参数估算在正式实验前，引导学生根据给定三极管的β值（或典型值）和电源电压，进行静态工作点的理论估算，选择合适的偏置电阻RB、RC以及耦合电容、旁路电容的参数。此环节旨在培养学生理论联系实际的初步设计能力。（二）元器件的检测与筛选1.使用万用表检测三极管的引脚（基极b、集电极c、发射极e）及好坏，判断其PN结是否正常。2.测量各电阻器的实际阻值，与标称值进行比较，确保其精度符合要求。3.检查电解电容器是否漏电、击穿。（三）电路的组装与连接1.在面包板上合理布局，按照设计的电路图进行电路连接。注意元器件引脚的正确插入，避免短路。2.特别注意三极管的引脚不要接错，电解电容器的正负极性要连接正确。3.电源、信号源、负载等连线应尽量短，以减少干扰。在连接电源前，务必再次仔细检查电路，确保无误。（四）静态工作点的调整与测量1.静态工作点的设置：不接入输入信号（将信号输入端接地或断开），接通直流稳压电源，调节电源电压至设计值。2.静态工作点的测量：*用万用表直流电压档测量三极管基极对地电压UBQ、集电极对地电压UCQ、发射极对地电压UEQ。*根据测量结果计算：UCEQ=UCQ-UEQ，IEQ≈(UEQ)/RE（若电路有发射极电阻RE且无旁路电容）或IEQ≈(UBQ-UBEQ)/RE（若有发射极电阻且有旁路电容，此处UBEQ取硅管约0.7V）。*观察测量值与理论估算值是否一致。若偏差较大，分析原因，并通过调整偏置电阻RB的阻值来调整静态工作点，使其接近设计值。（五）动态性能指标的测量1.输入信号的接入：*将函数信号发生器的输出端连接到放大电路的输入端。*设置函数信号发生器输出频率为1kHz的正弦波信号，缓慢调节输出幅度，用示波器观察放大电路输入端信号波形，使其峰峰值（Ui_p-p）约为10mV~50mV（根据电路增益调整，以输出波形不失真为前提）。2.电压放大倍数Au的测量：*保持输入信号Ui不变，用示波器同时观察输入端和输出端的信号波形。*在确保输出波形不失真的情况下，分别读取输入电压峰峰值Ui_p-p和输出电压峰峰值Uo_p-p。*计算电压放大倍数：Au=Uo_p-p/Ui_p-p。3.输入电阻Ri的测量（电压分压法）：*在信号源与放大电路输入端之间串联一个已知阻值的电阻Rs（例如Rs=1kΩ，其阻值应与估算的Ri在同一数量级）。*用示波器（或交流毫伏表）分别测量信号源开路电压Us_p-p和放大电路输入端实际得到的电压Ui_p-p。*计算输入电阻：Ri=(Ui_p-p/(Us_p-p-Ui_p-p))*Rs。4.输出电阻Ro的测量（负载变化法）：*保持输入信号Ui不变，先不接负载电阻RL（空载），测量输出电压Uo_p-p（空载）。*然后接入一个已知阻值的负载电阻RL（例如RL=1kΩ或10kΩ，根据电路设计选取），测量此时的输出电压UoL_p-p（带载）。*计算输出电阻：Ro=((Uo_p-p/UoL_p-p)-1)*RL。（六）观察非线性失真现象1.保持输入信号频率不变，逐渐增大输入信号幅度，用示波器观察输出波形的变化，直至出现明显的截止失真或饱和失真。2.记录失真波形的特征，并分析产生失真的原因（是静态工作点不合适还是输入信号过大）。3.通过调整静态工作点（改变RB）或减小输入信号幅度，观察失真是否消失。六、数据记录与处理1.设计清晰的数据表格，记录静态工作点测量数据（UBQ、UCQ、UEQ、UCEQ、IEQ）、动态参数测量数据（Ui_p-p、Uo_p-p、Us_p-p、UoL_p-p）。2.根据测量数据计算Au、Ri、Ro，并与理论估算值进行比较分析。3.绘制相关的波形图（如输入输出波形、失真波形）。七、实验注意事项1.实验前务必认真预习，理解实验原理，熟悉实验步骤。2.连接电路时，务必先断开电源。电路连接完毕后，需经教师检查同意方可通电。3.注意仪器设备的正确操作方法，特别是示波器和信号发生器的使用。测量电压时，万用表要选择合适的量程。4.电解电容极性切勿接反，否则可能会击穿甚至爆炸。5.调节静态工作点或更换元器件时，应先断开电源。6.实验过程中如发现异常现象（如元器件发烫、冒烟、异味等），应立即切断电源，并报告教师检查。八、思考题与讨论1.静态工作点的选择对共射极放大电路的性能有何影响？如果静态工作点过高或过低，分别会产生什么类型的失真？如何通过波形判断失真类型？2.耦合电容和旁路电容的作用是什么？如果其容量选择过小，对电路性能（如低频响应）会有什么影响？3.测量输入电阻和输出电阻时，为什么要选择合适的Rs和RL阻值？如果Rs远大于Ri，或RL远小于Ro，会对测量结果产生什么影响？4.若用示波器观察到输出波形同时出现截止失真和饱和失真，可能的原因是什么？应如何调整？5.实验中，若三极管的β值发生变化（例如更换不同β值的三极管），静态工作点和电压放大倍数会如何变化？九、实验总结通过本实验，学生不仅能直观理解共射极单管放大电路的工作原理和基本特性，更能在实践中掌握电子电路的组装、调试、参数测量和故障排查的基本技能。强调实验数据的真实性与分析的重要性，引导学生思考实验过程中遇到的问题及解决方案，培养其独立思考和解决实际工程问题的能力。本案