模拟电子技术实验.docx
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模拟电子技术实验
实验一共射极单管放大电路的研究
1.实验目的
(1)学会放大器静态工作点的调试方法,分析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;
(3)熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。
2.实验设备与器材
实验所用设备与器材见表1.1。
表1.1实验4.1的设备与器材
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
实验台
1台
2
双踪示波器
0〜20M
1台
3
电子毫伏表
1只
4
万用表
1只
5
三极管
1只
6
电阻
1kQ/0.25W
1只
Fe
7
电阻
2.4kQ/0.25W
2只
RS、FC、IF-
8
电阻
20kQ/0.25W
1只
Fb1、Fb2
9
电阻
500kQ/0.25W
1只
Fb2
10
铝电解电容
10卩F/25V
2只
G、C2
11
铝电解电容
50卩F/25V
1只
ce
3.实验电路与说明
实验电路如图1.1所示,为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。
它的偏置
电路采用RB1和RB组成的分压电路,并在发射极中接有电阻淹以稳定放大器的静态工作
点。
当在放大器的输入端加入输入信号u后,在放大器的输出端便可得到一个与u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。
安装电路时,要注意电解电容
极性、直流电源正负极和信号源的极性。
图1.1共射极单管放大器实验电路
4.实验内容与步骤
(1)电路安装
1安装之前先检查各元器件的参数是否正确,区分三极管的三个电极,并测量其
卩值。
2按图1.1所示电路,在面包板或实验台上搭接电路。
安装完毕后,应认真检查连线是否正确、牢固。
(2)测试静态工作点
1电路安装完毕经检查无误后,首先将直流稳压电源调到12V,接通直流电源前,
先将RW调至最大,函数信号发生器输出旋钮旋至零,再接通直流电源,调节FP,使Ic=
2.0mA(即Ue=2.0V)。
2用万用表测量电路的静态电压UCc、UBq、UEq、UBeqUCeq并记录在表1.2中。
表1.2静态工作点的测量
测试内容
UCcN
UbQN
Uqn
UbeQ/V
UCeQ/V
Icq/mA
测量值
理论计算值
(3)测量电压放大倍数
①将信号发生器的输出信号调到频率为1kHz、幅度为10m咗右的正弦波,接到放大电路输入端,然后用示波器观察输出信号的波形。
在整个实验过程中,要保证输出信号不产生失真。
如输出信号产生失真,可适当减小输入信号的幅度。
电压放大倍数和对信号源US的电压放大倍数,记录在表1.3中。
表1.3电压放大倍数的测量
测试
内容
不接负载(R=s)
接上负载(R=2.4kQ)
U/mV
U/mV
UO/V
A
Aus
US/
mV
U/mV
UN
Au
As
测量值
理论
计算值
(4)观察静态工作点对输出波形失真的影响
置FC=2.4kQ,R=2.4kQ,Ui=0,调节R使Ic=2.0mA,测出He值,再逐步加大输入信号,使输出电压U0足够大但不失真。
然后保持输入信号不变,分别增大和减小FW使波形出现失真,绘出U0的波形,并测出失真情况下的lc和Ue值,记入表1.4中。
每次测IC和UCE值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。
表1.4FC=2.4kQR=8U=mV
Ic/mA
UCe/V
Uo波形
失真情况
管子工作状态
t
2.0
■
t
llOj
I
■
t
(5)测量最大不失真输出电压的幅度
置RC=2.4kQ,FL=2.4kQ,调节信号发生器输出,使US逐渐增大,用示波器观察输出信号的波形。
直到输出波形刚要出现失真而没有出现失真时,停止增大U,这时示波
器所显示的正弦波电压幅度,就是放大电路的最大不失真输出电压幅度,将该值记录下来。
然后继续增大US,观察输出信号波形的失真情况。
5.实验总结与分析
(1)用理论分析方法计算出电路的静态工作点,填入表1.2中,再与测量值进行比较,并分析误差的原因。
(2)通过电路的动态分析,计算出电路的电压放大倍数,包括不接负载时的Au、As以及接上负载时的A、As。
将计算结果填入表1.3中,再与测量值进行比较,并分析产生误差的原因。
(3)回答以下问题:
1放大电路所接负载电阻发生变化时,对电路的电压放大倍数有何影响?
2怎样用测量信号电压的方法来测量放大电路的输入电阻和输出电阻?
(4)心得体会与其他。
实验二负反馈放大电路的研究
1.实验目的
(1)加深理解放大电路中引入负反馈的方法;
(2)研究负反馈对放大器性能的影响;
(3)掌握负反馈放大器性能的测试方法。
2.实验设备与器材
实验所用设备与器材见表2.1o
表2.1实验二的设备与器材
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
实验台
SL-162
1台
2
双踪示波器
0〜20M
1台
3
电子毫伏表
1只
4
万用表
1只
5
三极管
9011
2只
6
电阻
100Q/0.25W
1只
FF1
7
电阻
1kQ/0.25W
2只
R1、Fe2
8
电阻
2.4kQ/0.25W
3只
艮1、艮2、R_
9
电阻
5.1kQ/0.25W
1只
FS
10
电阻
8.2kQ/0.25W
1只
Ff
11
电阻
10kQ/0.25W
1只
Rb2
12
电阻
20kQ/0.25W
1只
Rb3
13
电阻
680kQ/0.25W
1只
Rb1
14
铝电解电容
10卩F/25V
3只
C、C2、C3
15
铝电解电容
20卩F/25V
1只
G
16
铝电解电容
100卩F/25V
2只
C1、G2
3.实验电路与说明
由于晶体管的参数会随着环境温度改变而改变,不仅放大器的工作点、放大倍数不稳定,还存在失真、干扰等问题。
为改善放大器的这些性能,常常在放大器中加入负反馈环节。
负反馈在电子电路中的应用,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。
根据输出端取样方式和输入端连接方式的不同,可以把负反馈放大器分成四种基本组态:
电流串联负反馈、电压串联负反馈、电流并联负反馈、电压并联负反馈。
图2.1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「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
图2.1带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器
4.实验内容与步骤
(1)电路安装
1安装之前先检查各元器件的参数是否正确,区分三极管的三个电极,并测量其B
值。
2按图2.1所示电路,在面包板或实验台上搭接电路。
安装完毕后,应认真检查连线是否正确、牢固。
(2)测试静态工作点
1电路安装完毕经检查无误后,首先将直流稳压电源调到12V,再接通直流电源,
输入信号暂时不接。
2用直流电压表分别测量第一级、第二级的静态工作点,记入表2.1o
表2.1静态工作点测量数据
U/V
U/V
UC/V
Ic/mA
第一级
第二级
(3)测试基本放大器的各项性能指标
1把Rf断开后,其他连线不动,将信号发生器的输出信号调到频率为1kHz、幅度为
50m\左右的正弦波,接到放大电路输入端US,然后用示波器观察输出信号的波形。
在整个
实验过程中,要保证输出信号不产生失真。
如输出信号产生失真,可适当减小输入信号
的幅度。
2在uo不失真的情况下,用交流毫伏表测量US、U、UL,记入表3.2中,保持US不变,
断开负载电阻R-(注意,R不要断开),测量空载时的输出电压Ub,记入表2.2中。
(4)测试负反馈放大器的各项性能指标
将实验电路恢复为图2.1的负反馈放大电路。
适当加大US(约30mV,在输出波形不
失真的条件下,测量负反馈放大器的Auf、Ff和Rbf,记入表3.2o
基本放大
器
US/mV
Li/mV
UL/V
UO/V
Auo
A
RO/kQ
负反馈放
大器
US/mV
Li/mV
UL/V
UO/V
Aufo
Af
ROf/kQ
表22测量数据
5.实验总结与分析
R/kQ
Rif/kQ
(1)用理论分析方法计算出基本放大器和负反馈放大器动态参数,填入表3.2中,再
与测量值进行比较,并分析误差的原因。
(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。
(3)回答以下问题:
1怎样把负反馈放大器改接成基本放大器?
为什么要把R并接在输入和输出端?
2如输入信号存在失真,能否用负反馈来改善?
(4)心得体会与其他。
实验三基本运算电路的设计
1.实验目的
(1)研究由集成运算放大器UA741组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能;
(2)学会上述电路的测试和分析方法。
2.实验设备与器材
实验所用设备与器材见表3.1示。
表3.1实验设备与器材
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
实验台
SL-162
1台
2
双踪示波器
0〜20M
1台
3
电子毫伏表
1只
4
万用表
1只
5
集成运算放大器
卩A741
1片
6
电阻
若干
7
电容
若干
8
连接导线
若干
3.实验电路与说明
OFFSETN1[
]NC
IN-[
27
]Vcc+
IN+[
36
]OUT
vcc-I
45
jOFFSETN2
UA741引脚图
集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系。
在线性应用方面,可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
基本运算电路
(1)反相比例运算电路
电路如图2.1所示。
对于理想运放,该电路的输出电压与输入电压之间的关系为
Rf
F2=R//
RUi
为了减小输入级偏置电流引起的运算误差,在同相输入端应接入平衡电阻
Rf。
⑵反相加法电路
电路如图2.2所示,输出电压与输入电压之间的关系为
R
UO(斜1
R3=R//R2//R
(3)同相比例运算电路k
图3.3(a)是同相比例运算电路,它的输出电压与输入电压之间的关系为
Uo(1兰)"
R1
R2=R//R
当Rts时,UO=U,即得到如图3.3(b)所示的电压跟随器。
图中R=R,用以减小
漂移和起保护作用。
一般R取10kQ,R太小起不到保护作用,太大则影响跟随性。
图3.3同相比例运算电路
(4)差动放大电路(减法器)减法运算电路如图3.4所示。
s:
!
lOkGS
■o-i
5
―0
RflOOkQ
—I~>
+12V
Rp
1001Q
-12V
C
+iiv
lOOkQ
100叫
-12V
r21MQSi
图3.4
减法运算电路图
图3.5积分运算电路
对于图2.4所示的减法运算电路,当
R1=艮,Rs=R时,有如下关系式
U0
Rf
R1(Ui2Ui1)
⑸积分运算电路
反相积分电路如图2.5所示。
在理想化条件下,输出电压UO(t)等于
式中,Uc(0+)是t=0+时刻电容C两端的电压值,即初始值。
如果u(t)是幅值为E的阶跃电压,并设比(0+)=0,贝U
Ud(t)
EtR1C
即输出电压Uo(t)随时间增长而线性下降。
显然RC勺数值越大,达到给定的U值所需
的时间就越长。
积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限值。
4.实验内容与步骤
实验前要看清运放组件各管脚的位置;切忌正、负电源极性接反和输出端短路,否则将会损坏集成块。
(1)反相比例运算电路
1按图3.1连接实验电路,接通土12V电源,输入端对地短路,进行调零和消振。
2
输入f=100Hz,U=0.5V的正弦交流信号,测量相应的U0,并用示波器观察Uo(t)和Ui(t)的相位关系,记入表3.2中
(2)反相加法运算电路
1按图3.2连接实验电路。
调零和消振。
2输入信号Ui1、Ui2采用直流信号,图2.6所示电路为简易直流信号源,由实验者自行完成。
实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。
用
直流电压表测量输入电压Ui、U2及输出电压UO,记入表3.4中。
图3.12简易可调直流信号源
表3.4反相加法器测量数据
Ui/v
0.5
0.4
U2/V
0.4
0.3
UO/V
(3)积分运算电路
实验电路如图3.5所示。
1打开S,闭合S,对运放输出进行调零。
2调零完成后,再打开Si,闭合玄使Uc(o)=0。
3预先调好交流输入电压U=0.5V,100HZ,接入实验电路,测量输出电压U。
表©6积分藩测量数抿
腐波形
%波形
n
II
t
C
5.实验总结与分析
(1)整理实验数据,画出波形图(注意波形间的相位关系)。
(2)将理论计算结果和实测数据相比较,分析产生误差的原因。
(3)分析讨论实验中出现的现象和问题。
(4)回答以下问题:
1在反相加法器中,如Ui和U2均采用直流信号,并选定U2=—1V,当考虑到运算放大器的最大输出幅度(土12V)时,丨U1丨的大小不应超过多少伏?
2在积分电路中,如R=100kQ,C=4.7卩F,求时间常数。
假设U=0.5V,问要
使输出电压□达到5V,需多长时间(设uc(o)=0)?
(5)心得体会与其他。
实验四功率放大器(虚拟实验)
一实验目的
1通过实验了解甲乙类功率放大器的工作原理、特性及使用方法,
2特性及使用方法,掌握功率放大器的性能参数及主要指标的测量方法。
二实验原理
如图4.1所示电路是一个OTL低频功率放大电路,其中Q3组成推动级(即前置放大级),Q1(NPN和Q2(PNP为对管,组成互补推挽OTL功率放大电路。
Q1和Q2都接成射极输出器的形式,因此具有输出电阻低,带负载能力强的优点,适合做功率输出级。
Q3管工作在甲类放大状态,集电极电流Ici为Q1和Q2提供合适的静态电流,从而使Q,
和Q2工作在甲乙类状态,以避免输出出现交越失真。
A点的电位约为电源电压一半,A点与18K电阻一端连接形成交、直流电压并联负反馈,从而稳定了放大电路的静态工作点,又改善了输出的非线性失真。
三实验内容
(1)
启动MultisimIO,输入并保存图所示电路。
图4.1OTL低频功率放大电路
(2)测试准备:
输入幅度400mV1KHz的正弦波,运行电路,用示波器观察山、Uo的波形,以确保电路正常工作。
逐渐增大输入信号,使得输出电压达到最大不失真。
解答:
最大不失真645mvp;
波形图
(3)观测输入信号:
用交流电压表和电流表分别测量输入信号电压、电流值,计算输入功率值,完成输入信号参数的测试,数据记录于表1。
表1输入信号参数的测试
Ui
ii
Pi
(4)观测甲类放大输出信号:
用交流电压表和电流表分别测量Q3输出信号电压、电
流值,计算输入功率值,完成中间级信号参数的测试,数据记录于表2。
表2中间级信号参数的测试
Uo1
ioi
Ri
(5)观测最大不失真输出功率:
用交流电压表和电流表分别测量输出信号电压、电流值,完成输出信号参数的测试,数据记录于表3。
表3输出信号参数的测试
Uo
io
Po
(6)观测直流电源提供的功率:
用万用表分别测量直流电源的电压,电流值,完成直流电源供电参数的测试,数据记录于表4。
表4直流电源供电参数
Vcc
Icc
Pd
(7)计算该电路的输出效率n
四实验结果分析及总结
五思考题
如果将图中电容去掉会有什么现象发生,为什么?
实验五RC有源低通与带阻滤波器(虚拟)
1.实验目的
(1)掌握滤波电路频率特性的测量方法和主要参数的调整方法;
(2)了解频率特性对信号传输的影响,了解滤波电路的应用;
(3)巩固有源滤波电路的理论知识,加深理解滤波电路的作用。
2.实验电路与说明
有源滤波器是一种重要的信号处理电路,它可以突出有用频段的信号,衰减无用频段的信号,抑制干扰和噪声信号,达到选频和提高信噪比的目的。
实际使用时,应根据具体情况选择低通、高通、带通或带阻滤波器,并确定滤波器的具体形式。
有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。
RC有源滤波器按照所实现的传输函数的阶数分,可分为一阶、二阶和高阶RC有源
滤波器。
从电路结构上看,除运算放大器和电阻元件外,一阶RC有源滤波器含有一个
电容;二阶RC有源滤波器含有两个电容。
一般的高阶RC有源滤波器可以由一阶和二
阶滤波器通过级联来实现。
3.实验内容与步骤
(1)一阶有源低通滤波电路
一阶有源低通滤波电路如图5.1所示。
操作步骤如下:
1启动EWB输入并保存图5.1所示电路。
2测试准备:
输入幅度1V、1kHz的正弦波,运行电路,用示波器观察us、uo的波形
以确保电路正常工作。
3观测并调整频率特性
测量幅频特性:
按表5.1要求用波特图仪测量幅频特性,观察电位器RP和电容C
大小对截止频率fH的影响,观察电位器RP大小对低频增益Auf的影响。
表5.1测量分析一阶有源低通滤波电路的幅频特性
测试条件(Um=1V)
Af/dB
fH/kHz
RP/kQ
C/F
RR/kQ
测量值
理论值
测量值
理论值
观察相频特性:
用波特图仪观察相频特性,参数设置参考值为:
特性测量选择
"Phase”,Vertical坐标类型选择"Lin”,其坐标范围选择起点I为"0°”、终点F为"—90°”,Horizontal坐标类型选择"Log”,其坐标范围选择起点I为"0.1Hz”、终点F为“10MHz'。
4观察低通滤波电路对信号传输的影响:
输入幅度为1V的方波,观察并比较信号
频率分别为1kHz和10kHz时输出电压Uo波形形状、大小的变化。
将参数恢复为图5.1
所示,进行观察比较,然后将输入波形改成方波,再进行观察比较,并定性记录波形。
5设计一个低频增益Auf为10dB截止频率fH为1kHz的低通滤波电路。
(2)100Hz二阶带阻滤波电路
100Hz二阶带阻滤波电路如图5.2所示。
操作步骤如下:
1输入并保存图5.2所示电路。
2用波特图仪测量幅频特性。
a.测量并记录通带增益和带阻滤波频率。
b.观察改变电阻R或电容C的大小对截止频率的影响。
c.观察电阻R的大小对通带增益的影响。
3观察干扰信号和带阻滤波电路的滤波效果。
a.图5.2中干扰信号Ud为0.2V、100Hz的正弦波,有用信号Us为1V、10Hz的正弦波,电路的输入信号Ui由这两者叠加而成,因此,对有用信号而言,干扰信号视为高
频干扰,用示波器观察这种高频干扰波形的特点,并定性记录波形。
然后运行电路,用示波器比较Ui和Uo波形,观察带阻滤波电路的滤波效果。
图5.2100Hz二阶带阻滤波电路
b.将有用信号us改为1kHz,这时Ud波形为低频干扰波形,用示波器观察其波形特点,并定性记录波形。
然后运行电路,观察带阻滤波效果。
4设计一个50Hz二阶带阻滤波电路。
4.实验总结与分析
(1)整理测量记录,分析测量结果。
(2)画出图5.1所示一阶有源低通滤波电路的幅频特性,总结其幅频特性参数的调节方法。
(3)画出图5.1所示电路输入10kHz方波时的输入、输出波形,并分析输出波形失真的原因。
(4)画出图5.2所示100Hz二阶带阻滤波电路的幅频特性,总结其幅频特性参数的调节方法。
(5)分别定性画出有高频干扰和低频干扰的波形。
实验六RCE弦振荡器的设计与调试
1.实验目的
(1)掌握RCE弦波振荡器的设计方法和调试方法。
(2)学会安装调试由分立元件组成的多级电子电路系统。
(3)学会振荡频率的测量方法。
2.实验器材
实验所用设备与器材见表6.1。
表6.1实验五的设备与器材
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
实验台
SL-162
1台
2
双踪示波器
0-20M
1台
3
交流毫伏表
待选
1台
4
直流电压表
待选
1块
5
晶体三极管
9011
(3=50〜100)
若干
6
电阻器
若干
7
电容器
若干
3.设计要求与提示
(1)设计要求
①本振荡器要求振荡频率为fO放大环节用分立元件,输出无明显失真,取UCo=+
12V。
2两级阻容耦合放大电路不要求设计,应设计选频网络的连接电路以及计算RC勺参
数。
3计算选择元器件参数,进行元器件测试。
4在实验箱上连接实验电路。
5自选设备和调试方案,对电路进行调试。
6测量振荡器的振荡频率,测量结果不满足,调整参数直到满足,记录波形及其参数。
(2)设计提示
RC正弦波振荡器电路形式较多,可供选择的参考电路如图6.1或6.3所示。
正弦波振荡器分为RC振荡器、LC振荡器及石英晶体振荡器。
RC振荡器又分为
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- 模拟 电子技术 实验