模拟电路实验指导书.docx
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模拟电路实验指导书
电子技术实验指导书
(模拟电路部分)
2004年修订版
石家庄瑞特电器
ShijiazhuangRuiteElectricalEquipmentCo.,Ltd.
前言
本书是根据当前本科、大专、高职、高专等各类学校的电子技术教学和实验的需要,结合我公司生产的RTDZ系列电子技术实验装置的性能、指标编写而成,与我公司的产品配套使用,不做公开发行。
编写本书的目的是为实验指导教师提供一个参考,使他们在开设实验项目时有所借鉴。
因此,指导教师应结合各学校的教学及实验要求选用合适的项目和内容或在此基础上设计自己的实验。
参加本书编写的有我公司的技术人员和多年从事实验教学的一线教师,他们对电子技术的教学实验具有丰富的经验和独到的见解。
限于编者的水平,本书一定还存在着许多问题和错误。
恳请广大用户和专家、学者来电指正,以便再版时得以修正和完善,在此向您致谢!
石家庄瑞特电气
2004年3月
绪论……………………………………………………………………………………(4)
实验一、常用电子仪器的使用…………………………………………………………(7)
实验二、晶体管共射极单管放大器……………………………………………………(9)
实验三、场效应管放大器………………………………………………………………(17)
实验四、两级电压串联负反馈…………………………………………………………(21)
实验五、电流串联负反馈………………………………………………………………(24)
实验六、电压并联负反馈………………………………………………………………(26)
实验七、射极输出器……………………………………………………………………(28)
实验八、差动放大器……………………………………………………………………(31)
实验九、集成运算放大器指标测试……………………………………………………(35)
实验十、集成运算放大器基本应用(Ⅰ)模拟运算电路……………………………(41)
实验十一、集成运算放大器基本应用(Ⅱ)仪表放大电路…………………………(46)
实验十二、集成运算放大器基本应用(Ⅲ)电压比较器……………………………(48)
实验十三、集成运算放大器基本应用(Ⅳ)精密整流器……………………………(52)
实验十四、集成运算放大器基本应用(Ⅴ)波形发生器……………………………(54)
实验十五、集成运算放大器基本应用(Ⅵ)信号处理有源滤波器…………………(57)
实验十六、低频功率放大器(Ⅰ)OTL功率放大器、OCL功率放大器……………(62)
实验十七、低频功率放大器(Ⅱ)集成功率放大器-LC正弦波振荡器……………(67)
实验十八、RC正弦波振荡器…………………………………………………………(71)
实验十九、LC正弦波振荡器……………………………………………………………(74)
实验二十、函数信号发生器的组装与调试………………………………………………(77)
实验二十一、电压——频率转换电路……………………………………………………(81)
实验二十二、直流稳压电源(Ⅰ)串联型晶体管稳压电源……………………………(82)
实验二十三、直流稳压电源(Ⅱ)集成稳压电源………………………………………(88)
实验二十四、晶闸管可控整流电路………………………………………………………(93)
实验二十五、光电耦合线性放大器………………………………………………………(97)
二实验十六、应用实验——控温电路…………………………………………………(99)
实验二十七、综合实验——万用电表的设计与调试…………………………………(102)
绪论
电子技术实验是《数字电子技术》、《模拟电子技术》理论教学的重要的补充和继续。
通过实验,学生可以对所学的知识进行验证,加深对理论的认识;可以提高分析和解决问题的能力,提高实际动手能力。
具体地说,学生在完成指定的实验后
,应具备以下能力:
(1)熟悉并掌握基本实验设备、测试仪器的性能和使用方法;
(2)能进行简单的具体实验
线路设计,列出实验步骤;
(3)掌握电子电路的构成及调试方法,系统参数的测试和整定方法,能初步设计和应用这些电路;
(4)能够运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理,解决实验中遇到的问题;
(5)能够综合实验数据,解释实验现象,编写实验报告。
为了在实验时能取得预期的效果,建议实验者注意以下环节:
1-1实验准备
实验准备即为实验的预习阶段,是保证实验能否顺利进行的必要步骤。
每次实验前都应先进行预习,从而提高实验质量和效率,避免在实验时不知如何下手,浪费时间,完不成实验,甚至损坏实验装置。
因此,实验前应做到:
(1)复习教材中与实验有关的内容,熟悉与本次实验相关的理论知识;
(2)预习实验指导书,了解本次实验的目的和内容;掌握本次实验的工作原理和方法;
(3)写出预习报告,其中应包括实验的详细接线图、实验步骤、数据记录表格等;
(4)熟悉实验所用的实验装置、测试仪器等;
(5)实验分组,一般情况下,电子技术实验以每组1-2人为宜。
1-2实验实施
在完成理论学习、实验预习等环节后,就可进入实验实施阶段。
实验时要做到以下几点:
(1)实验开始前,指导教师要对学生的预习报告作检查,要求学生了解本次实验的目的、内容和方法,只有满足此要求后,方能允许实验开始。
(2)指导教师对实验装置作介绍,要求学生熟悉本次实验使用的实验设备、仪器,明确这些设备的功能、使用方法。
(3)按实验小组进行实验,小组成员应有明确的分工,各人的任务应在实验进行中实行轮换,使参加者都能全面掌握实验技术,提高动手能力。
(4)按预习报告上的详细的实验线路图进行接线,也可由二人同时进行接线。
(5)完成实验接线后,必须进行自查:
串联回路从电源的某一端出发,按回路逐项检查各仪表、设备、负载的位置、极性等是否正确,合理;并联支路则检查其两端的连接点是否在指定的位置。
距离较近的两连接端尽可能用短导线,避免干扰;距离较远的两连接端尽量选用长导线直接连接,尽可能不用多根导线做过渡连接。
自查完成后,须经指导教师复查后方可通电实验。
(6)实验时,应按实验指导书所提出的要求及步骤,逐项进行实验和操作。
改接线路时,必须断开电源。
实验中应观察实验现象是否正常,所得数据是否全理,实验结果是否与理论相一致。
完成本次实验全部内容后,应请指导教师检查实验数据、记录的波形。
经指导教师认可后方可拆除接线,整理好连接线、仪器、工具。
1-3实验总结
实验的最后阶段是实验总结,即对实验数据进行整理、绘制波形曲线和图表、分析实验现象、撰写实验报告。
每个实验参与者都要独立完成一份实验报告,实验报告的编写应持严肃认真、实事求是的科学态度。
如实验结果与理论有较大出入时,不得随意修改实验数据和结果,不得用凑数据的方法来向理论靠近,而是用理论知识来分析实验数据和结果,解释实验现象,找到引起较大误差的原因。
实验一常用电子仪器的使用
一、实验目的
掌握电子线路实验中常用电子仪器(函数信号发生器、交流毫伏表、示波器等仪器)的一般使用方法。
二、仪器的基本组成及使用方法
1.函数信号发生器
函数信号发生器主要由信号产生电路、信号放大电路等部分组成。
可输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。
输出信号电压幅度可由输出幅度调节旋钮进行调节,输出信号频率可通过频段选择及调频旋钮进行调节。
使用方法:
首先打开电源开关,通过“波形选择”开关选择所需信号波形,通过“频段选择”找到所需信号频率所在的频段,配合“调频”旋钮,找到所需信号频率。
通过“调幅”旋钮得到所需信号幅度。
2.交流毫伏表
交流毫伏表是一种用于测量正弦电压有效值的电子仪器。
主要由分压器、交流放大器、检波器等主要部分组成。
电压测量范围为1mV至300V,分十个量程。
使用方法:
将“测量范围”开关放到最大量程档(300V)接通电源;将输入端短路,使“测量范围”开关置于最小档(10mV),调节“零点校准”使电表指示为0;去掉短路线接入被测信号电压,根据被测电压的数值,选择适当的量程,若事先不知被测电压的范围,应先将量程放到最大档,再根据读数逐步减小量程,直到合适的量程为止;用完后,应将选择“测量范围”开关放到最大量程档,然后关掉电源。
注意事项:
①接短路线时,应先接地线后接另一根线,取下短路线时,应先取另一根线后取地线;②测量时,仪器的地线应与被测电路的地线接在一起。
3.示波器
示波器是一种用来观测各种周期性变化电压波形的电子仪器,可用来测量其幅度、频率、相位等等。
一个示波器主要由示波管、垂直放大器、水平放大器、锯齿波发生器、衰减器等部分组成。
使用方法:
打开电源开关,适当调节垂直(
)和水平(
)移位旋钮,将光点或亮线移至荧光屏的中心位置。
观测波形时,将被观测信号通过专用电缆线与Y1(或Y2)输入插口接通,将触发方式开关置于“自动”位置,触发源选择开关置于“内”,改变示波器扫速开关及Y轴灵敏度开关,在荧光屏上显示出一个或数个稳定的信号波形。
三、实验设备、部件与器件
1.函数信号发生器(实验台面板右侧)
2.交流毫伏表(实验台面板右下角)
3.双踪示波器(另配)
四、实验内容
1.从函数信号发生器输出频率分别为:
200Hz、1KHz、2KHz、10KHz、20KHz、100KHz(峰—峰值为1V)的正弦波、方波、三角波信号,用示波器观察并画出波形。
2.从函数信号发生器输出频率分别为200Hz、1KHz、2KHz、10KHz,幅值分别为100mV和200mV(有效值)的正弦波信号。
用示波器和交流毫伏表进行参数的测量并填入表1—1。
表1—1
信号频率
信号电压
毫伏表读数
示波器测量值
示波器测量值
峰峰值
有效值
周期(mS)
频率(Hz)
200Hz
100mV
200mV
1KHz
100mV
200mV
2KHz
100mV
200mV
10KHz
100mV
200mV
五、实验报告
整理实验数据,并进行分析。
实验二晶体管共射极单管放大器
一、实验目的
1.学会放大器静态工作点的调试方法,定性了解静态工作点对放大器性能的影响。
2.掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。
二、实验原理
图2-1为典型的工作点稳定的阻容耦合单管放大器实验原理图。
它的偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路,并在发射极中接有电阻RE,以稳定放大器的静态工作点。
当在放大器的输入端输入信号Ui后,在放大器的输出端便可得到一个与Ui相位相反,幅值被放大了的输出信号UO,从而实现了电压放大。
图2-1共射极单管放大器实验电路
在图2-1电路中,静态工作点可用下式估算
UB≈
IE=
≈IC
UCE=UCC-IC(RC+RE)
电压放大倍数
AV=
输入电阻Ri=RB1‖RB2‖rbe
输出电阻RO≈RC
放大器的测量和调试一般包括:
放大器静态工作点的测量与调试,消除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。
1.放大器静态工作点的测量与调试
1)静态工作点的测量
测量放大器的静态工作点,应在输入信号Ui=0的情况下进行,即将放大器输入端与地端短接,然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表,分别测量晶体管的集电极电流IC,及各电极对地的电位UB、UC和UE。
实验中为了避免断开集电极,通常采用测量电压,然后算出IC的方法。
例如,只要测出UE,即可用IC≈IE=
算出IC(也可根据IC=
,由UC确定IC),同时也能算出UBE=UB-UE,UCE=UC-UE。
为了减小误差,提高测量精度应选用内阻较高的直流电压表。
2)静态工作点的调试
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UO的负半周将被削底,如图2-2(a)所示;如工作点偏低则易产生截止失真,即UO的正半周被缩顶(一般截止失真不如饱和失真明显),如图2-2(b)所示。
这些情况都不符合不失真放大的要求。
所以在选定工作点以后还必须进行动态调试,即在放大器的输入端加入一定的Ui,检查输出电压UO的大小和波形是否满足要求。
如不满足,则应调节静态工作点的位置。
电源电压UCC和电路参数RC、RB(RB1、RB2)都会引起静态工作点的变化,如图2-3所示。
但通常多采用调节偏置电阻RB2的方法来改变静态工作点,如减小RB2,则可使静态工作点提高等。
图2-2静态工作点对UO波形失真的影响图2-3电路参数对静态工作点的影响
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,静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。
2.放大器动态指标测试
放大器动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压(动态范围)和通频带等。
1)电压放大倍数AV的测量
调整放大器到合适的静态工作点,然后加入输入电压Ui,在输出电压UO不失真的情况下,用交流毫伏表测出有效值Ui和UO,则
AV=
2)输入电阻Ri的测量
为了测量放大器的输入电阻,按图2-4电路,在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R。
在放大器正常工作情况下,用交流毫伏表测出US和Ui,则根据输入电阻的定义可得
Ri=
=
图2-4输入、输出电阻测量电路
测量时应注意
①由于电阻R两端没有电路公共接地点,所以测量R两端电压UR时必须分别测出US和Ui,然后按UR=US-Ui求出UR值。
②电阻R的值不宜取得过大或过小,以免产生较大的测量误差,通常取R与Ri为同一数量级为好,本实验可取R=1~2KΩ。
3)输出电阻RO的测量
按图2-4电路,在放大器正常工作条件下,测出输出端不接负载RL的输出电压UO和接入负载后的输出电压UL,根据
UL=
即可求出RO
RO=(
-1)RL
在测试中应注意,必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。
4)最大不失真输出电压UOPP的测量(最大动态范围)
如上所述,为了得到最大动态范围,应将静态工作点调在交流负载线的中点。
为此在放大器正常工作情况下,逐步增大输入信号的幅度,并同时调节RW(改变静态工作点),用示波器观察UO,当输出波形同时出现削底和缩顶现象(如图2-5)时,说明静态工作点已调在交流负载线的中点。
然后调整输入信号,使波形输出幅度最大且无明显失真时,用交流毫伏表测出UO(有效值),则动态范围等于2
UO,或用示波器直接读出UOPP来。
图2-5静态工作点正常,输入信号太大引起的失真
5)放大器频率特性的测量
放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数AV与输入信号频率f之间的关系曲线。
单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图2-6所示,AVm为中频电压放大倍数,通常规定电压放大倍数随频率变化降到中频放大倍数的1/
倍,即0.707AVm所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH,则通频带
fBW=fH-fL
放大器的幅频特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数AV。
为此可采用前述测量AV的方法,每改变一个信号频率,测量其相应的电压放大倍数。
测量时应注意取点要恰当,在低频段与高频段应多测几点,在中频段可以少测几点。
此外,在改变频率时,要保持输入信号的幅度不变,且输出波形不得失真。
图2-6幅频特性曲线图2-7常用三级管的引脚排列
6)干扰和自激振荡的消除
参考教材相关章节。
三、实验设备、部件与器件
1.+12V直流电源2.函数信号发生器
3.双踪示波器(另配)4.交流毫伏表
5.直流电压表6.直流毫安表
7.频率计8.万用电表(另配)
9.晶体三极管3DG6等(另配)
图2-8
图2-9
四、实验内容
实验电路如图2-8所示,本实验利用其中的第一级放大器。
各电子仪器可按图2-9所示方式连接,为防止干扰,各仪器的公共端必须连在一起,同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线。
如使用屏蔽线,则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上,断开Cf2、Rf2支路和Cf、Rf,并短路Rf1。
1.测量静态工作点
接通电源前,将RW1调至最大,放大器工作点最低,函数信号发生器输出旋钮旋至零。
接通+12V电源、调节RW1,使IC=2.0mA(即UE=2.0V),用直流电压表测量UB、UE、UC的值。
记入表2-1。
表2-1IC=2.0mA
测量值
计算值
UB(V)
UE(V)
UC(V)
UBE(V)
UCE(V)
IC(mA)≈IE
2.测量电压放大倍数
在放大器输入端(B点)加入频率为1KHz的正弦信号,调节函数信号发生器的输出旋钮,使Ui=5mV。
同时用示波器观察放大器输出电压UO(RL1两端)的波形,在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述两种情况下的UO值,并用双踪示波器观察UO和Ui的相位关系,记入表2-2。
表2-2IC=2.0mAUi=5mV
RC(KΩ)
RL(KΩ)
UO(V)
AV
观察记录一组UO和U1波形
2.4
∞
2.4
2.4
3.观察静态工作点对电压放大倍数的影响
置RC1=2.4KΩ,RL1=∞,Ui适量,调节RW1,用示波器监视输出电压波形,在UO不失真的条件下,测量数组IC和UO值,记入表2-3。
表2-3RC=2.4KRL=∞Ui=5mV
IC(mA)
2.0
Uo(mV)
Av
4.观察静态工作点对输出波形失真的影响
置RC=2.4K,RL=2.4K,Ui=0,调节RW1使IC=1.5mA,测出UCE值。
再逐步加大输入信号,使输出电压UO足够大但不失真。
然后保持输入信号不变,分别增大和减小RW1,使波形出现失真,绘出UO的波形,并测出失真情况下的IC和UCE值,记入表2-4中。
每次测IC和UCE值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。
表2-4RC=2.4KΩRL=∞Ui=mV
Ic(mA)
UCE(V)
UO波形
失真情况
管子工作状态
1.5
5.测量最大不失真输出电压
置RC=2.4KΩ,RL=2.4KΩ,按照实验原理4)中所述方法,同时调节输入信号的幅度和电位器RW1,用示波器和交流毫伏表测量UOPP及UO值,记入表2-5。
表2-5RC=2.4KRL=2.4K
IC(mA)
Ui(mV)
Ucm(V)
Uopp(V)
6.测量输入电阻和输出电阻
置RC1=2.4K,RL1=2.4K,IC=2.0mA。
输入f=1KHz的正弦信号(在A点输入),在输出电压UO不失真的情况下,用交流毫伏表测出US、Ui和UL,记入表2-6。
保持US不变,断开RL,测量输出电压UO,记入表2-6。
表2-6IC=2.0mARC=2.4KΩRL1=2.4KΩ
Uo(mA)
Ui(mV)
Ri(KΩ)
UL(V)
Uo(V)
RO(KΩ)
测量值
计算值
测量值
计算值
7.测量幅频特性曲线
取IC=2.0mA,Rc1=2.4K,RL1=2.4K。
保持输入信号Ui(B点输入)的幅度不变,改变信号源频率f,逐点测出相应的输出电压UO,记入表2-7。
表2-7Ui=mV
fLfOfH
f(kHz)
Uo(V)
Av=Uo/Ui
为了频率f取值合适,可先粗测一下,找出中频范围,然后再仔细读数。
说明:
本实验内容较多,其中6、7可作为选作内容。
五、实验报告
1.列表整理测量结果,并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值比较(取一组数据进行比较),分析产生误差原因。
2.总结RC、RL及静态工作点对放大器放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。
3.讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。
4.分析讨论在调试过程中出现的问题。
六、预习要求
1.阅读教材中有关单管放大电路的内容并估算实验电路的性能指标。
假设:
3DG6的β=100,RB1=20K,RB2=60K,RC=2.4K,RL=2.4K。
估算放大器的静态工作点,电压放大倍数AV,输入电阻Ri和输出电阻RO。
2.能否用直流电压表直接测量晶体管的UBE?
为什么实验中要采用先测UB、UE再间接算出UBE的方法?
3.当调节偏置电阻RB1,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UCE怎样变化?
4.改变静态工作点对放大器的输入电阻Ri有否影响?
改变外接电阻RL对输出电阻RO有否影响?
实验三场效应管放大器
一、实验目的
1.了解结型场效应管的性能和特点
2.进一步熟悉放大器动态参数的测试方法
二、实验原理
场效应管是一种电压控制型器件。
按结构可分为结型和绝缘栅型两种类型。
由于场效应管栅源之间处于绝缘或反向偏置,所以输入电阻很高(一般可达上百兆欧)。
加之制造工艺较简单,便于大规模集成,因此得到越来越广泛的应用。
图3-13DJ6F的输出特性和转移特性曲线
1.结型场效应管的特性和参数
场效应管的特性主要有输出特性和转移特性。
图3-1所示为N沟道结型场效应管3DJ6F的输出特性和转移特性曲线。
其直流参数主要有饱和漏极电流IDSS,夹断电压UP等;交流参数主要有低频跨导
gm=
表3-1列出了3DJ6F的典型参数值及测试条件
表3-1
参数名称
饱和漏极电流
IDSS(mA)
夹断电压Up(V)
跨导gm(µA/V)
测试条件
UDS=10V
UGS=0V
UDS=10V
IDS=50µA
UDS=10V
IDS=3mA
F=1KHz
参数值
1~3.5
<
>100
2.场效应管放大器性能分析
图3-2为结型场效应管组成的共源极放大电路。
其静态工作点
UGS=UG-US=
ID=IDSS(1-
)2
中频电压放大倍数AV=-gmRL′=-gmRD‖RL
输入电阻Ri=RG+Rg1‖Rg2
输出电阻RO≈RD
式中跨导gm可由特性曲线用作图法求得,或用公式
gm=-
计算。
但要注意,计算时UGS要用静态工作点处之数值。
图3-2结型场效应管共源极放大器
图3-3输入电阻测量电路
3.输入电阻的测量方法
场效应管放大器的静态工作点、电压放大倍数和输入电阻的测量方法,与实验二中晶体管放大器的测量相同。
输入电阻的测量电路如图3-3所示。
在放大器的输入端串入电阻R,把开关K掷向位置1(即使R=0),测量放大器的输出电压UO1=AVUS;保持US不变,再把K掷向2(即接入R),测量放大器的输出电压
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