模拟电子八个实验.docx
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模拟电子八个实验
实验二 常用电子仪器的使用方法
一、实验目的
(1)、学习电子电路实验中常用的电子仪器——示波器、功率函数发生器、直流稳压电源、晶体管毫伏表等的主要技术指标、性能及正确使用方法。
(2)、初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和测量频率与电压的方法。
(3)、培养阅读仪器说明书的能力、仪器操作能力和观察能力。
二、实验原理
在电子技术实验中,常常使用示波器、功率函数发生器、直流稳压电源、晶体管毫伏表和万用表等设备,对电子电路的静态和动态工作提供能源和测试工具。
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2-1所示。
接线时应注意,为防止外界干扰,各仪器的接地线应连接在一起,称共地。
信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线,示波器接线使用专用电缆线,直流电源的接线用普通导线。
图2-1仪器之间的连接图
1.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。
现着重指出下列几点:
1)、寻找扫描光迹
将示波器Y轴显示方式置“Y1”或“Y2”,输入耦合方式置“GND”,开机预热后,若在显示屏上不出现光点和扫描基线,可按下列操作去找到扫描线:
①适当调节亮度旋钮。
②触发方式开关置“自动”。
③适当调节垂直
(
)、水平(
)“位移”旋钮,使扫描光迹位于屏幕中央。
2)、双踪示波器一般有五种显示方式,即“Y1”、“Y2”、“Y1+Y2”三种单踪显示方式和“交替”“断续”二种双踪显示方式。
“交替”显示一般适宜于输入信号频率较高时使用。
“断续”显示一般适宜于输入信号频率较低时使用。
3)、为了显示稳定的被测信号波形,“触发源选择”开关,一般选为“内”触发,使扫描触发信号取自示波器内部的Y通道。
4)、触发方式开关,通常先置于“自动”,调出波形后,若被显示的波形不稳定,可将它置于“常态”,通过调节“触发电平”旋钮找到合适的触发电压,使被测试的波形稳定地显示在示波器的屏幕上。
有时,由于选择了较慢的扫描速率,显示屏上将会出现闪烁的光迹,但被测信号的波形不在X轴方向左右移动,这样的现象仍属于稳定显示。
5)、适当调节“扫描速率”开关及“Y轴灵敏度”开关,使屏幕上显示一~二个周期的被测信号波形。
在测量幅值时,应将“Y轴灵敏度微调”旋钮置于“校准”位置,即顺时针旋转到底,且听到关的声音。
在测量周期时,应将“X轴扫速率微调”旋钮到“校准”位置,即顺时针旋转到底,且听到关的声音。
还要注意“扩展”旋钮的位置。
根据被测波形在屏幕坐标刻度上垂直方向所占的格数(div或cm)与“Y轴灵敏度”开关指示值(v/div)的乘积,即可算出信号幅值的实测值。
根据被测信号波形一个周期在屏幕坐标刻度水平方向所占的格数(div或cm)与“扫速”开关指示值(t/div)的乘积,即可算出信号频率的实测值。
2、功率函数发生器
功率函数发生器可按需要输出正弦波、方波和三角波三种信号波形。
输出电压最大可达22VP-P。
通过输出衰减按钮(0dB、20dB、40dB、60dB可选)和输出幅度调节旋钮(AMPL),可使输出电压在毫伏级到伏特级范围内连续调节。
功率函数发生器输出信号的频率可以通过频率分档按键进行调节。
晶体管毫伏表
晶体管毫伏表是一种常用的电子测量仪器,主要用来测量正弦交流电压的有效值。
正弦交流电压有效值U和峰值Um的关系是:
Um=
U,当测量非正弦交流电压时,晶体管毫伏表的读数没有直接的意义。
晶体管毫伏表不能用来测量直流电压。
三、实验设备
(1)、功率函数发生器1台.
(2)、双踪示波器1台.
(3)、晶体管毫伏表1台.(4)、数字万用表1块.
四、实验内容
1、用机内校正信号对示波器进行自检。
1)扫描基准线的调节
将示波器的显示方式按钮置于“单踪”显示(CH1或CH2),输入耦合方式按钮置于“GND”位置,触发方式开关置于“自动”。
开启电源开关后,调节“辉度”、“聚焦”等旋钮,使荧光屏上显示一条细而且亮度适中的扫描基准线。
然后调节“水平位移”(
)和“垂直位移”(
)旋钮,使扫描线位于屏幕中央,并且能上下左右移动自如。
2)测试“校正信号”波形的幅度和频率
将示波器的“校正信号”通过专用电缆线引入选定的通道(CH1或CH2),将Y轴输入耦合方式开关置于“AC”或“DC”,调节X轴“扫描速率”旋钮(t/div)和Y轴“输入灵敏度”旋钮(V/div),使示波器显示屏上显示出一个或数个周期稳定的方波波形。
a.校准“校正信号”幅度
将“y轴灵敏度微调”旋钮置于“校准”位置,“y轴灵敏度”开关置于适当位置,读取校正信号幅度,记入表2-1。
表2-1
标准值
实测值
幅度
Up-p(V)
0.6V
频率
f(KHz)
1000HZ
b.校准“校正信号”频率
将X轴“扫描速率”旋钮(t/div)置于适当位置,读取校正信号周期,记入表2-1。
2、从发生器输出信号,用示波器和晶体管毫伏表分别测量该信号的有关参数
根据所需波形将“波形选择”相应开关按下(现为正弦波).
根据所需频率,选择频率范围,再调“频率微调”旋钮,使输出频率分别为100Hz、1KHz、10KHz和100KHz的正弦波信号。
根据实验要求,选择输出电压,先调“输出衰减”按钮(分为0dB、20dB、40dB、60dB四档,本实验要求有效值均为1V,故“输出衰减”可置0dB)的位置。
从信号发生器输出端输出信号至示波器,改变示波器“扫速”开关及“Y轴灵敏度”开关位置,使示波器屏幕上显示二个周期的正弦波形,测量其频率及峰峰值,记入表2-2中。
表2-2
信号电压频率
示波器测量值
信号电压
毫伏表读数
(V)
示波器测量值
周期(ms)
频率(Hz)
峰峰值(V)
有效值(V)
100Hz
1KHz
10KHz
100KHz
五、实验总结
1、整理实验数据,并进行分析。
2、如何操纵示波器有关旋钮,以便从示波器显示屏上观察到稳定、清晰的波形?
3、函数信号发生器有哪几种输出波形?
它的输出端能否短接,如用屏蔽线作为输出引线,则屏蔽层一端应该接在哪个接线柱上?
4、晶体管毫伏表是用来测量正弦波电压还是非正弦波电压?
它的表头指示值是被测信号的什么数值?
它是否可以用来测量直流电压的大小?
5、总结晶体管的测量方法。
六、预习要求
1、预习示波器、功率函数发生器和其它有关测量仪表的原理和使用说明。
2、预习二极管和三极管的结构、原理与测量方法。
实验四 场效应管放大电路的测试
一、实验目的
1、学习测量结型场效应管的参数及转移特性
2、了解共源极放大电路的组成及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)又由于场效应管是一种多数载流子控制器件,因此热稳定性好,抗辐射能力强,噪声系数小。
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。
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4-1所示为N沟道结
图4-13DJ6F的输出特性和转移特性曲线
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
表4-1列出了3DJ6F的典型参数值及测试条件。
表4-1
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
<|-9|
>100
2、场效应管放大器性能分析
图4-2为结型场效应管组成的共源极放大电路。
其静态工作点
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
计算。
但要注意,计算时UGS要用静态工作点处的数值。
图4-2结型场效应管共源极放大器
3、输入电阻的测量方法
场效应管放大器的静态工作点、电压放大倍数和输出电阻的测量方法,与实验二中晶体三极管放大器的测量方法相同。
其输入电阻的测量,从原理上讲,也可采用实验二中所述方法,但由于场效应管的Ri比较大,如直接测量输入电压US和Ui,则由于测量仪器的输入电阻有限,必然会带来较大的误差。
因此,为了减小误差,常利用被测放大器的隔离作用,通过测量输出电压UO来计算输入电阻。
测量电路如图4-3所示。
图4-3输入电阻测量电路
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U01=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U02。
由于两次测量中AV和US保持不变,故
由此可以求出
式中R和Ri不要相差太大,本实验可取R=100~200KΩ。
三、实验设备
1、THMN-I型模拟电子技术实验箱1台 2、功率函数发生器1台
3、双踪示波器 1台 4、晶体管毫伏表1台
5、数字万用表1块
四、实验内容
1、静态工作点的测量和调整
在实验箱上找出本实验所需的各种器件,并按图4-2连接电路,令ui=0,接通+12V电源,用数字万用表DCV20V档测量UG、US和UD。
检查静态工作点是否在管子输出特性曲线放大区的中部。
如在,则静态工作点合适,应把结果记入表4-2。
若不在,则不合适,应适当调整Rg2和RS,使静态工作点处于管子输出特性曲线放大区的中部,调好后,再测量UG、US和UD并记入表4-2。
表4-2
测量值
计算值
UG(V)
US(V)
UD(V)
UDS(V)
UGS(V)
ID(mA)
UDS(V)
UGS(V)
ID(mA)
2、电压放大倍数AV、输入电阻Ri和输出电阻RO的测量
1) AV和RO的测量
在放大器的输入端加入f=1KHz的正弦信号Ui(≈50~100mV),并用示波器监视输出电压u0的波形。
在输出电压u0没有失真的情况下,用交流毫伏表分别测量RL=∞和RL=10KΩ时的输出电压UO(注意:
保持Ui幅值不变),记入表4-3。
表4-3
测量值
计算值
ui和uO波形
Ui(V)
UO(V)
AV
RO(KΩ)
AV
RO(KΩ)
RL=∞
RL=10K
用示波器同时观察ui和uO的波形,并绘于表4-3中,分析它们的相位关系。
2) Ri的测量
按图3-3改接实验电路,选择大小合适的输入电压US(约50-100mV),将开关K掷向“1”,测量R=0时的输出电压U01,然后将开关掷向“2”,(接入R),保持US不变,再测量U02,根据公式
求出Ri,并记入表4-4。
表4-4
测量值
计算值
U01(V)
U02(V)
Ri(KΩ)
Ri(KΩ)
五、实验总结
1、整理实验数据,将测得的AV、Ri、Ro和理论计算值进行比较。
2、把场效应管放大器与晶体管放大器进行比较,总结场效应管放大器的特点。
3、分析测试中的问题,总结实验收获。
六、预习要求
1、复习教科书中有关场效应管部分的内容,并分别用图解法与计算法估算管子的静态工作点(根据实验电路参数),求出工作点处的跨导gm。
2、在测量场效应管静态工作电压UGS时,能否用直流电压表直接并在G、S两端测量?
为什么?
3、为什么测量场效应管输入电阻时要用测量输出电压的方法?
实验五 负反馈放大电路的测试
一、实验目的
加深理解放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大器各项性能指标的影响。
二、实验原理
负反馈在电子电路中有着非常广泛的应用,虽然它使放大器的放大倍数降低,但能在多方面改善放大器的动态指标,如稳定放大倍数,改变输入、输出电阻,减小非线性失真和展宽通频带等。
因此,几乎所有的实用放大器都带有负反馈。
负反馈放大器有四种组态,即电压串联,电压并联,电流串联,电流并联。
本实验以电压串联负反馈为例,分析负反馈对放大器各项性能指标的影响。
1、图5-1为带有负反馈的两级阻容耦合放大电路,在电路中通过Rf把输出电压uo引回到输入端,加在晶体管T1的发射极上,在发射极电阻RF1上形成反馈电压uf。
根据反馈的判断法可知,它属于电压串联负反馈。
主要性能指标如下
1)闭环电压放大倍数
其中 AV=UO/Ui—基本放大器(无反馈)的电压放大倍数,即开环电压放大倍数。
1+AVFV—反馈深度,它的大小决定了负反馈对放大器性能改善的程度。
图5-1带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大电路
2)反馈系数
3) 输入电阻
Rif=(1+AVFV)Ri
Ri —基本放大器的输入电阻
4)输出电阻
RO—基本放大器的输出电阻
AVO—基本放大器RL=∞时的电压放大倍数
2、本实验还需要测量基本放大器的动态参数,怎样实现无反馈而得到基本放大器呢?
不能简单地断开反馈支路,而是要去掉反馈作用,但又要把反馈网络的影响(负载效应)考虑到基本放大器中去。
为此:
1)在画基本放大器的输入回路时,因为是电压负反馈,所以可将负反馈放大器的输出端交流短路,即令uO=0,此时Rf相当于并联在RF1上。
2) 在画基本放大器的输出回路时,由于输入端是串联负反馈,因此需将反馈放大器的输入端(T1管的射极)开路,此时(Rf+RF1)相当于并接在输出端。
可近似认为Rf并接在输出端。
根据上述规律,就可得到所要求的如图5-2所示的基本放大器。
图5-2基本放大器
三、实验设备
1、THMN-I型模拟电子技术实验箱1台 2、功率函数发生器1台
3、双踪示波器 1台 4、晶体管毫伏表1台
5、数字万用表1台
四、实验内容
1、测量静态工作点
在实验箱上找出本实验所需的各种器件,其中晶体三极管用3DG6×2(β=50~100),并按图5-1连接实验电路,取UCC=+12V,Ui=0,用数字万用表DCV20V档分别测量第一级、第二级的静态工作点,记入表5-1。
表5-1
UB(V)
UE(V)
UC(V)
IC(mA)
第一级
第二级
2、测试基本放大器的各项性能指标
将实验电路按图5-2改接,即把Rf断开后分别并在RF1和RL上,其它连线不动。
1) 测量中频电压放大倍数AV,输入电阻Ri和输出电阻RO。
①以f=1KHZ,US约5mV正弦信号输入放大器,用示波器监视输出波形uO,在uO不失真的情况下,用晶体管毫伏表测量US、Ui、UL,记入表5-2。
表5-2
基本放大器
US
(mv)
Ui
(mv)
UL
(V)
UO
(V)
AV
Ri
(KΩ)
RO
(KΩ)
负反馈放大器
US
(mv)
Ui
(mv)
UL
(V)
UO
(V)
AVf
Rif
(KΩ)
ROf
(KΩ)
②保持US不变,断开负载电阻RL(注意,Rf不要断开),测量空载时的输出电压UO,记入表5-2。
2) 测量通频带
接上RL,保持1)中的US不变,然后增加和减小输入信号的频率,找出上、下限频率fh和fl,记入表5-3。
3、测试负反馈放大器的各项性能指标
将实验电路恢复为图5-1所示的负反馈放大电路。
适当加大US(约10mV),在输出波形不失真的条件下,测量负反馈放大器的AVf、Rif和ROf,记入表5-2;测量fhf和fLf,记入表5-3。
表5-3
基本放大器
fL(KHz)
fH(KHz)
△f(KHz)
负反馈放大器
fLf(KHz)
fHf(KHz)
△ff(KHz)
*4、观察负反馈对非线性失真的改善
1)将实验电路改接成基本放大器形式,在输入端加入f=1KHz的正弦信号,输出端接示波器,逐渐增大输入信号的幅度,使输出波形开始出现失真,记下此时的波形和输出电压的幅值。
2)再将实验电路改接成负反馈放大器形式,增大输入信号幅度,使输出电压幅度的大小与1)相同,比较有负反馈时,输出波形的变化。
五、实验总结
1、将基本放大器和负反馈放大器动态参数的实测值和理论估算值列表进行比较。
2、根据实验结果,总结电压串联负反馈对放大器性能的影响。
六、预习要求
1、复习教材中有关负反馈放大器的内容。
2、按实验电路4-1估算放大器的静态工作点(取β1=β2=100)。
3、怎样把负反馈放大器改接成基本放大器?
为什么要把Rf并接在输入和输出端?
4、估算基本放大器的AV,Ri和RO;估算负反馈放大器的AVf、Rif和ROf,并验算它们之间的关系。
5、如输入信号存在失真,能否用负反馈来改善?
实验六 共集电极电路的测试
一、实验目的
1、掌握射极跟随器的特性及测试方法
2、进一步学习放大器各项参数测试方法
二、实验原理
共集电极电路又名射极跟随器,其原理电路如图6-1所示。
它是一个电压串联负反馈放大电路,它具有输入电阻高,输出电阻低,电压放大倍数接近于1,输出电压能够在较大范围内跟随输入电压作线性变化以及输入电压与输出电压同相等特点。
图6-1共集电极电路
射极跟随器的输出取自发射极,故称其为射极输出器。
1、输入电阻Ri
图6-1电路
Ri=rbe+(1+β)RE
如考虑偏置电阻RB和负载RL的影响,则
Ri=RB∥[rbe+(1+β)(RE∥RL)]
由上式可知射极跟随器的输入电阻Ri比共射极单管放大器的输入电阻Ri=RB∥rbe要高得多,但由于偏置电阻RB的分流作用,输入电阻难以进一步提高。
输入电阻的测试方法同单管放大器一样,实验线路如图6-2所示。
图6-2共集电极电路的实验电路
即只要测得A、B两点的对地电位即可计算出Ri。
2、输量输出电阻RO
图5-1电路的输出电阻
如考虑信号源内阻RS,则
由上式可知射极跟随器的输出电阻R0比共射极单管放大器的输出电阻RO≈RC低得多。
三极管的β愈高,输出电阻愈小。
输出电阻RO的测试方法也与单管放大器一样,即先测量空载输出电压UO,再测量接入负载RL后的输出电压UL,根据
即可求出RO
3、电压放大倍数
图6-1电路的电压放大倍数
≤1
上式说明射极跟随器的电压放大倍数小于1但接近于1,且为正值。
这是深度电压负反馈的结果。
它的射极电流仍比基极电流大(1+β)倍,所以它具有一定的电流和功率放大作用。
4、电压跟随范围
电压跟随范围是指射极跟随器输出电压uO跟随输入电压ui作线性变化的区域。
当ui超过一定范围时,uO便不能跟随ui作线性变化,因为此时uO波形产生了失真。
为了使输出电压uO正、负半周对称,并充分利用电压跟随范围,静态工作点应选在交流负载线的中部,测量时可直接用示波器读取uO的峰峰值,即电压跟随范围;或用交流毫伏表读取uO的有效值,则电压跟随范围
U0P-P=2
UO
三、实验设备
1、THMN-I型模拟电子技术实验箱1台 2、功率函数发生器1台
3、双踪示波器1台 4、晶体管毫伏表1台
5、数字万用表1块
四、实验内容
在实验箱上找出本实验所需的各种器件,其中晶体三极管用3DG12×1(β=50~100),并按图6-2连接电路。
1、静态工作点的调整
接通+12V直流电源,在B点加入f=1KHz正弦信号ui,在输出端用示波器监视输出波形,反复调整RW及信号源的输出幅度,使在示波器的屏幕上得到一个最大不失真输出波形,然后置ui=0,用数字万用表DCV20V档测量晶体管各电极对地电位,将测得数据记入表6-1。
表6-1
UE(V)
UB(V)
UC(V)
IE(mA)
在下面整个测试过程中应保持RW值不变(即保持静态工作点IE不变)。
2、测量电压放大倍数Av
接入负载RL=1KΩ,在B点加f=1KHz正弦信号ui,调节输入信号幅度,用示波器观察输出波形uo,在输出最大不失真情况下,用晶体管毫伏表测量Ui和UL值。
记入表6-2。
表6-2
Ui(V)
UL(V)
AV
3、测量输出电阻R0
接上负载RL=1K,在B点加f=1KHz正弦信号ui,ui的数值同表5-2,用示波器监视输出波形,在输出最大不失真情况下,测量空载时的输出电压UO和有负载时的输出电压UL,记入表6-3。
表6-3
U0(V)
UL(V)
RO(KΩ)
4、测量输入电阻Ri
在A点加入f=1KHz的正弦信号uS,用示波器监视输出波形,用晶体管毫伏表分别测出A、B点对地的电位US、Ui,记入表6-4。
表6-4
US(V)
Ui(V)
Ri(KΩ)
5、测试跟随特性
接入负载RL=1KΩ,在B点加入f=1KHz的正弦信号ui,逐渐增大信号ui幅度,用示波器监视输出波形,在输出最大不失真情况下,测量对应的UL值,记入表6-5。
表6-5
Ui(V)
UL(V)
6、测试频率特性
保持输入信号ui幅度不变,改变信号源频率,用示波器监视输出波形,在输出最大不失真情况下,用晶体管毫伏表测量不同频率下的输出电压UL值,记入表6-6。
表6-6
f(KHz)
UL(V)
五、实验总结
1、整理实验数据,并画出曲线UL=f(Ui)及UL=f(f)曲线。
2、分析射极跟随器的性能和特点。
根据图6-2给出的元件参数值估算静态工作点,并画出交、直流负载线。
六、预习要求
1、复习射极跟随器的工作原理。
2、根据图6-2给出的的元件参数值估算静态工作点,并画出交、直流负载线。
附:
采用自举电路的射极跟随器
在一些电子测量仪器中,为了减小仪器对信号源所取用的电流,以提高测量精度,通常采用附图6-1所示带有自举电路的射极跟随器,以提高偏置电路的等效电阻,从而使射极跟随器有足够大的输入电阻。
实验八 集成运算放大电路的线性应用
一、实验目的
1、了解
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- 模拟 电子 八个 实验