模拟电子技术实验修订版.docx
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模拟电子技术实验修订版
模拟电子技术实验
李百余修订
张胜群审校
2015年12月
目录
实验一单级放大电路
(一)3
实验二单级放大电路
(二)6
实验三射极跟随器9
实验四差动放大电路12
实验五设计带负反馈的二级放大电路15
实验六运算放大器的应用设计17
实验七RC正弦波振荡器19
实验八比较器22
实验九波形发生器26
附录:
模拟电路实验系统使用说明29
实验一单级放大电路
(一)
一、实验目的
1.熟悉模拟电路实验箱和电子元器件,学习基本共射放大电路的组成。
2.掌握放大电路静态工作点(Q点)的调试及测量。
3.理解共射放大电路的倒相放大特性。
4.学习共射放大电路电压放大倍数的测量及最大不失真输出电压的测量。
二、实验仪器
1.示波器2.信号发生器3.万用表4.模拟电路实验箱
三、预习要求
1.复习三极管的电流分配规律。
2.复习共射放大电路的静态分析及动态分析方法。
3.预习共射放大电路的静态工作点(Q点)的调试及测量。
4.预习共射放大电路电压放大倍数的测量及最大不失真输出电压的测量。
四、实验内容及步骤
(一)装接电路与简单测量
1.判断实验箱上三极管的好坏,测量+12V电源是否正常以及电解电容的好坏。
2.按图1-1所示连接电路(注意要关断电源之后再接线),Rp调到电阻最大位置。
3.接完后仔细检查,经认真检查后方可通电。
(二)静态调整与测量
1.调整静态工作点,调RP使Ve=1.9V(或使Uce=5~6V),测量并填表1.1.
表1.1
实测
计算
Ube(v)
Uce(v)
Rb(kΩ)
Ic(mA)
图1-1工作点稳定的放大电路
(三)动态研究
1.调整Q点(方法同前)。
2.将信号发生器的输出信号调到f=1KHz,UP-P为50mV,接至放大电路的输入端,双踪显示Ui和Uo的波形,并比较相位,画出波形并填表1.2。
表1.2
实测
实测计算
理论估算
Uipp(mv)
Uopp(v)
Au
Au
波形:
3.信号频率不变,逐渐加大信号幅度,观察Uo不失真时的最大值并填入表1.3
表1.3
实测
实测计算
理论估算
Uipp(mv)
Uopp(v)
Au
Au
五、实验报告
1.记录全部的实验测量结果及波形。
2.结合电路理论知识,计算共射放大电路的电压放大倍数,
3.理论计算与实际测量计算值进行比较,分析误差结果、产生误差的原因及改进办法或方案。
实验二单级放大电路
(二)
一、实验目的
1.学习放大电路输入电阻ri和输出电阻r0的测量方法。
2.理解RC和RL对放大倍数的影响。
3.观察放大电路的截止失真和饱和失真。
二、实验仪器
1.示波器2.信号发生器3.万用表4.模拟电路实验箱
三、预习要求
1.预习共射放大电路的输入电阻和输出电阻的测量方法。
2.复习放大倍数的计算,理解RC和RL对放大倍数的影响。
3.复习放大电路截止失真和饱和失真的相关知识。
四、实验内容及步骤
1.输入电阻测量
按图1-1接线。
在输入端串接一个5.1k电阻R1(Rs≈R1),得到图2-1所示的电路。
图2-1测量输入电阻时的电路图
将信号发生器的输出信号调到f=1KHz,USP-P为100mV,接至A端,测量Us与Ui即可计算ri。
将测量结果填入表2.1中。
图2-2测量输入电阻时的等效电路
(2-1)
表2.1
测输入电阻(Rs=5.1kΩ)
测输出电阻(RL=5.1kΩ)
实测
实测
计算
理论
估算
实测
实测
计算
理论
估算
Us(mv)
Ui(mv)
ri
ri
Uo
RL=∞
UL
RL=5.1kΩ
ro(kΩ)
ro(kΩ)
2.输出电阻测量
按图2-1接线。
保持USP-P=100mV不变,测量有负载(RL=5.1k)时的UL和空载(RL=∞)时的U0,即可计算出r0,将测量结果填入表2.1中。
图2-3测量输出电阻时的等效电路
(2-2)
3.按图2-1接线,保持USP-P=100mV不变,放大电路接入负载RL,按表2.2中给定不同参数的情况下测量Ui和Uo,并将计算结果填表中。
表2.2
给定参数
实测
实测计算
估算
RC
RL
Ui(mv)
Uo(v)
Au
Au
5K1
5K1
5K1
2K2
2K
5K1
2K
2K2
4.保持USP-P=100mV不变,转动电位器以增大或减小Rp,观察输出端Uo波形的截止失真和饱和失真(如果失真不明显可适当增加输入信号的幅度)。
当波形出现明显失真时,用万用表测量三极管Vb、Vc、Ve的值,并填入表2.3中。
表2.3
Rp5
Vb
Vc
Ve
输出波形现象
大
合适
小
五、实验报告
1.记录全部的实验测量结果及波形。
2.结合电路理论知识,计算单级放大电路的输入电阻、输出电阻,并与实际测量值进行比较,分析误差结果、产生误差的原因及改进办法或方案。
实验三射极跟随器
一、实验目的
1.掌握射极跟随器的特性和测量方法。
2.进一步学习放大电路中各项参数的测量方法。
二、实验仪器
1.示波器2.信号发生器3.万用表4.模拟电路实验箱
三、预习要求
1.复习教材中的相关内容,熟悉射极跟随器的三大特点。
2.复习教材中的相关内容,掌握射极跟随器的静态工作点的计算和动态性能指标(Au、ri、ro)的计算。
图3-1 射极跟随器
四、实验内容
1.按图3-1电路接线。
2.直流工作点的调整。
接上电源,将电源开关合上,在I点输入频率f=1KHz正弦波信号,电路的输出端用示波器观测。
反复调节电位器Rp4及信号源的输出幅度(可先直接调整Q点使UCE约等于5V),使电路的输出幅度在示波器屏幕上得到一个最大不失真波形。
然后断开输入信号,用万用表测量晶体管各极对地的电位,测量的结果即为该放大电路静态工作点,将所测数据填入表3-1中。
表3-1
Ve(V)
Ube(V)
Ic(mA)(计算值)
测量值
3.测量电压放大倍数Au
接入负载RL=1KΩ,在I点输入频率为f=1KHz正弦波信号,调节输入信号幅度(此时电位器Rp4不能再旋动),用示波器观察,在输出最大不失真情况下,测量Ui,UL的值,将所测数据填入表3-2中。
表3-2
Ui(V)
UL(V)
Au
测量值
4.测量输出电阻ro
在I点输入频率为f=1KHz的正弦波信号,幅度Ui=500mv左右,当断开和接上负载RL=150Ω时,用示波器观测输出波形,分别测出空载时输出电压Uo(RL=∞)和有负载输出电压UL(RL=150Ω)值,则
将所测数据填写入表3-3中。
表3-3
Uo(mV)
UL(mV)
ro
测量值
5.测量放大电路输入电阻ri(采用换算法)
先断开150Ω负载,再在电路输入端串入一个Rs=100K电阻(如图3-1),从S点加入频率为f=1KHz,500mV的正弦信号,用示波器观察输出波形,再分别用示波器测量S点、A点波形的幅值Us、Ui(如果Ui的波形出现振荡,则在Rs与I点之间串联一个510Ω的电阻用来消除自激振荡。
另外接地点尽量采用一点接地法)。
将测量数据填写入表3-4中。
则
表3-4
US(mV)
Ui(mV)
ri
测量值
6.测量射极跟随器的跟随特性
在电路的输出端接入负载RL=2.2KΩ,在I点加入频率为f=1KHz正弦信号,逐渐增大输入信号幅度Ui,用示波器观测电路的输出端,在保证输出波形不失真的情况下,测出对应的UL值,根据测量结果计算Au电压放大倍数。
将所测数据填写入表3-5中。
表3-5
1
2
3
4
5
Ui(mV)
50
3000
UL(mV)
Au
五、实验报告要求
1.整理实验数据,说明实验中出现的各种现象,得出有关的结论,画出必要的波形曲线。
2.将实验结果与理论计算比较,分析产生误差的原因。
实验四差动放大电路
一、实验目的
1.掌握差动放大电路的差模放大倍数与共模放大倍数的测量与计算方法。
2.理解差动放大电路对差模信号的放大与对共模信号的抑制作用。
二、实验仪器
1.示波器2.信号发生器3.万用表4.模拟电路实验箱
三、预习要求
1.复习教材中相关内容,理解差动放大电路对差模信号的放大与对共模信号的抑制作用。
2.思考如何实现双端输入(差模输入、共模输入)、单端输入、双端输出和单端输出?
如何实现直流输入?
如何实现交流输入?
四、实验内容及步骤
差动放大电路如图4-1所示。
图4-1差动放大电路原理图
(一)测量静态工作点
①调零
将输入端短路并接地(即I1-I2短路并接地),接通直流电源,调节电位器Rp1使差动放大电路的双端输出电压Uo=0。
②测量静态工作点
测量三个三极管(T1、T2、T3)各极对地的电压,并填入表4-1中。
表4-1
Vc1
Vc2
Vc3
Vb1
Vb2
Vb3
Ve1
Ve2
Ve3
实测值
(二)测量差模电压放大倍数
在输入端加入直流电压信号Vid=0.1V(即VI1=0.05V,VI2=-0.05V)按表4-2要求,用万用表测量差动放大电路单端和双端输出电压并记录,由测量数据计算出单端和双端输出的电压放大倍数。
(注意:
差动放大电路输入的直流电压信号从实验箱OUT1和OUT2上接入,调节电位器可改变直流信号的大小和极性,使OUT1和OUT2分别调为+0.05V和-0.05V再接入到差动放大电路的VI1和VI2输入端。
)
表4-2(注意:
电压放大倍数=输出变化量/输入变化量)
测量计算项
差 模 输 入
测 量 值
计 算 值
Vc1
Vc2
Vo
Ad1
Ad2
Ad
VI1=0.05V,VI2=-0.05V
(三)测量共模电压放大倍数
调节好的OUT1和OUT2值不变,将输入端I1、I2短接,先后分别接到信号源OUT1和OUT2上,再分别用万用表测量出差放电路共模输入时的单端和双端输出的电压信号,并填入表4-3中,由测量数据计算出单端和双端输出的电压放大倍数,进一步再计算出共模抑制比CMRR=|Ad/Ac|。
表4-3
测量计算项
共 模 输 入
测 量 值
计 算 值
Vc1
Vc2
Vo
Ac1
Ac2
Ac
VI1=VI2=0.05V
VI1=VI2=-0.05V
(四)测量单端输入差放电路放大倍数
1.在图4-1中将I2接地,组成单端输入差动放大电路,从I1端输入直流信号Vi=±0.1V,用万用表测量差放电路的单端输出和双端输出电压信号,记录并填于表4-4中。
根据测量值计算单端输入时单端输出和双端输出的电压放大倍数,并与在双端输入时的单端输出和双端输出的差模电压放大倍数进行比较。
2.用信号发生器产生一个幅度Vi=50mV,频率f=2KHz的正弦波信号加入差动放大电路的I1端,I2接地。
这时用示波器分别测量记录单端输出和双端输出的电压波形和幅度、频率,填入表4-4中,根据测量值计算单端和双端输出的差模电压放大倍数。
表4-4
电压值
放大倍数AV
VC1
VC2
V0
Ad1
Ad2
Ad
直流0.1V
直流-0.1V
正弦信号50mv/2kHZ
(注意:
输入交流信号时,用示波器监视Vc1,Vc2波形,若有失真现象,可适当减小输入电压幅值,使Vc1,Vc2都不失真。
)
五、实验报告
1.根据实测数据计算图4-1差动放大电路的静态工作点,并与预习计算结果相比较。
2.整理实验数据,计算各个信号输入时的Ad,并与计算值相比较。
3.计算实验步骤3中Ac和CMRR值。
4.总结差放电路的性能和特点。
实验五设计带负反馈的二级放大电路
(设计性实验一)
一、设计要求
设计带负反馈的二级放大电路,要求达到下列性能指标。
1.闭环放大倍数Au=30~60
2.输入电阻与输出电阻Rif>6kΩ,Rof<200Ω
3.上下限截止频率fif<300Hz,fof>1000kHz
二、预习要求
1.设计并画出电路图。
2.计算各元件参数。
(尽量选择模电实验箱上有的元件)
利用计算机仿真软件仿真所设计的电路,并记录需要的数据。
三、实验步骤
1.组成第一级放大电路,调整静态工作点,使其正常工作。
2.测量第一级放大电路各电位器的阻值及静态工作点。
3.测量第一级放大电路的开路放大倍数Au1,输入电阻Ri1和输出电阻Ro1。
4.组成第二级放大电路,调整静态工作点,使其正常工作。
5.测量第二级放大电路各电位器的阻值及静态工作点。
6.测量第二级放大电路带负载时的放大倍数Au2,输入电阻Ri2和输出电阻Ro2。
7.连接两级放大电路,测量开环电压放大倍数Au(带第8步相同的负载),输入电阻Ri和输出电阻Ro,上下限截止频率fL、fH。
8.加入正确的反馈网络,测量闭环电压放大倍数Auf(带第8步相同的负载),输入电阻Rif和输出电阻Rof,上下限截止频率fLf、fHf。
9.将开环放大电路与闭环放大电路的测量值进行比较,理解负反馈对放大电路性能的影响。
四、实验提示和原理说明
1.多级放大电路的放大倍数存在级联关系,即:
Av=Av1×Av2×…×Avn。
2.负反馈电路能改变输入电阻和输出电阻,能扩展上下限截止频率,所以设计成闭环电路时可采用加入负反馈环节。
3.若保持电路输入信号的幅度不变,逐步增加输入信号的频率,直到示波器上波形的幅度减小为原来的70%,这时得到的信号频率即为放大电路的上限频率fH;
4.逐步减小输入信号的频率,直到示波器上波形的幅度减小为原来的70%,这时得到的信号频率即为放大电路的下限频率fL。
五、实验报告
1.结合Multisim仿真软件设计实验电路原理图,确定电路参数值,理论计算实验电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻、上限频率、下限频率,记录仿真电路图和仿真分析参数。
2.结合仿真结果,比较实验值与理论值,分析误差原因。
3.整理实验数据,作出开环、闭环电路的频率特性曲线,标明上限频率和下限频率。
4.根据实验数据,总结负反馈对放大电路的影响。
实验六运算放大器的应用设计
(设计性实验二)
一、实验任务
1.利用运算放大器设计电压跟随器、反相比例运算电路、同相比例运算电路、反相求和运算电路、减法运算电路。
2.分析和掌握用集成运算放大器组成各种运算电路时的特点。
二、预习要求
1.复习教材相关内容,设计出电压跟随器、反相比例运算电路、同相比例运算电路、反相求和运算电路、减法运算电路。
2.利用计算机仿真软件仿真所设计的电路,并记录需要的数据。
三、实验步骤
1.设计电压跟随器,并用万用表测量其在一定输入电压下,带负载和不带负载时的输出电压值,和理论值进行比较,并对其进行误差分析。
3.设计反相比例放大器,满足关系式:
U0=-10Ui,用万用表测量不同输入电压下的输出电压值,和理论值进行比较,并对其进行线性度和误差分析。
4.设计同相比例放大器,满足关系式:
U0=11Ui,用万用表测量不同输入电压下的输出电压值,和理论值进行比较,并对其进行线性度误差分析。
5.设计反相求和放大电路,满足关系式:
U0=-10(U1+U2),用万用表测量放大器的各输入、输出电压值,和理论值进行比较,并对其进行误差分析
6.设计双端输入求和放大电路,满足关系式:
U0=10(U2-U1),二输入端电压各取正、负值的组合,测量放大器各不同的输入、输出电压值,和理论值进行比较,并对其进行误差分析。
四、实验提示和原理说明
1.运放的理想化条件:
开环放大倍数A→∞,输入阻抗ri→∞,输出阻抗ro→0。
2.理解并掌握“虚短”、“虚断”。
五、实验报告
1.结合Multisim仿真软件设计出实验电路原理图,确定电路参数值,理论计算电路的放大倍数,并记录仿真电路和仿真分析参数。
2.总结本实验中五种运算电路的特点及性能。
3.设计测试数据表格,分析理论计算与实验结果误差的原因。
实验七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及工作原理。
2.观察正弦波振荡器的的起振、停振。
3.观察RC参数对振荡频率的影响。
二、实验仪器
1.示波器2.信号发生器3.万用表4.模拟电路实验箱
三、预习要求
1.复习RC桥式振荡器的工作原理。
2.完成下列填充题:
①如图7-1中,正反馈支路是由组成,这个网络具有特性,要改变振荡频率只要改变或的数值即可。
②如图7-1中,RP3和R4组成反馈,其中用来调节放大器的放大倍数,使电路的放大倍数AV≥3。
图7-1RC正弦振荡器
四、实验内容
1.按图7-1接线。
2.用示波器观察输出电压V0的波形。
3.思考:
①若电路元件完好,接线正确,电源电压也正常,但测量结果V0=0,原因何在?
应怎么解决?
②若在输出端有信号V0,但出现明显失真,原因何在?
应如何解决?
4.测量输出信号V0的频率f0,并与计算值比较。
5.改变振荡频率
在模拟电路实验箱上设法使实验电路中的文氏桥电阻R1=R2=20k(或者使C1=C2=0.2u)。
注意:
改变参数前,必须先关断模拟电路实验箱电源开关,检查无误后再接通电源。
测f0之前,应适当调节RP3,使输出信号V0无明显失真后,再测频率,并读出V0的幅值。
6.测定运算放大器放大电路的闭环电压放大倍数AVf
在实验步骤5的基础上,关断实验箱电源,保持RP3值不变,使信号发生器输出的频率与步骤5相同。
断开图7-1中的“A”点接线,把低频信号发生器的输出电压接至运放的同相输入端(电路接成如图7-2),观察输出信号是否失真,若不失真,则同时测量输入信号Vi和输出信号V0的幅值,计算出电压放大倍数Avf=V0/Vi=————倍。
图7-2
7.自拟详细步骤,测定RC串并联网络的幅频特性曲线。
五、实验报告
1.图7-1电路中,哪些参数与振荡频率有关?
将振荡频率的实测值与理论估算值比较,分析产生误差的原因。
2.总结改变负反馈深度对振荡起振的幅值条件及输出波形的影响。
3.完成预习要求第2项内容。
4.作出RC振荡器串-并联网络的幅频特性曲线。
实验八比较器
一、实验目的
1.掌握单限比较器、反相滞回、同相滞回比较器的电路构成。
2.掌握单限比较器、反相滞回、同相滞回比较器的电压传输特性。
二、实验仪器
1.示波器2.信号发生器3.万用表4.模拟电路实验箱
三、预习要求
(一)分析图8-1电路,回答以下问题
1.比较器是否要调零?
原因何在?
2.比较器的两个输入电阻是否要求对称?
为什么?
3.运算放大器的两个输入端电位差如何估计?
(二)分析图8-2电路,估算:
1.使比较器输出端输出信号Vo由+Vom变为-Vom的临界输入值Vi。
2.使比较器输出端输出信号Vo由-Vom变为+Vom的临界输入值Vi。
3.若在比较器的输入端输入有效值为1V的正弦波信号,试画出Vi-Vo的对应波形图。
(三)分析图8-3电路,估算:
1.使比较器输出端输出信号Vo由+Vom变为-Vom的临界输入值Vi。
2.使比较器输出端输出信号Vo由-Vom变为+Vom的临界输入值Vi。
3.若在比较器的输入端输入有效值为1V的正弦波信号,试画出Vi-Vo的对应波形图。
四、实验内容
(一)过零比较器
电路如图8-1所示。
图8-1过零比较器
1.按图8-1连线,当输入端Vi悬空时,用万用表测量比较器输出端Vo的电压值。
2.从信号发生器中输出频率为500Hz,有效值为1V正弦波信号,接到比较器的输入端,用示波器观察Vi与Vo的波形,并做好记录。
3.改变Vi的幅值,用示波器观察Vo变化。
(二)反相滞回比较器
实验电路如图8-2所示。
图8-2反相滞回比较器
1.按图8-2接线,Vi接直流(DC)电压源,测出Vo由+Vom→-Vom时的临界值。
2.同样的,Vi接直流(DC)电压源,测出Vo由-Vom→+Vom的临界值。
3.从信号发生器中输出频率为500Hz,有效值为1V正弦波信号,接到比较器的输入端,用示波器观察Vi与Vo的波形,并做好记录。
(三)同相滞回比较器
实验电路如图8-3所示。
图8-3同相滞回比较器
1.按图8-3接线,并参照
(二)的实验步骤和方法。
2.将实验结果与反相滞回比较器的结果相比较。
五、实验报告
1.整理实验数据和波形。
2.分析实验数据结果和误差。
3.画出各比较器的电压传输特性,说明各比较器特点。
实验九波形发生器
一、实验目的
1.掌握波形发生电路的特点和分析方法。
2.熟悉波形发生器设计方法。
二、实验仪器
1.示波器2.万用表3.模拟电路实验箱
三、预习要求
1.分析图9-1电路的工作原理,定性地画出Vo和Vc的波形。
2.若图9-1电路中R1支路的电阻为10K(即Rp4=0),计算输出信号Vo的频率。
3.分析图9-2电路,如何才能使电路输出信号的占空比变大?
利用实验箱上元器件画出电路原理图。
4.在图9-3电路中,如何才能改变输出信号的频率?
设计两种电路实现方案,并画出电路原理图。
5.对于图9-4电路中,如何才能实现连续地改变电路的振荡频率?
利用实验箱上的元器件,画出电路原理图。
四、实验内容
(一)方波发生器
实验电路如图9-1所示,双向稳压管ZDW一般能稳压在4~6V之间。
图9-1方波发生器
1.按电路图9-1接线,用示波器观察电路的Vc、Vo波形幅度和频率,并与预习计算值比较。
2.分别测出Rp4=0和100K时输出信号的频率和幅值,并与预习计算值相比较。
3.要获得更低的频率,应如何选择电路参数
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