《模拟电路》实验教学大纲本科.docx
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《模拟电路》实验教学大纲本科
河南城建学院
《模拟电路》课程实验教学大纲
班级
专业计算机科学和技术
课程名称模拟电路
实验名称
指导教师
计算机科学和工程系
2012年12月
《模拟电路》实验教学大纲
编写:
杜小杰审核:
课程编码
0801103
课程名称
模拟电路
适用专业
计算机科学和技术(本科)
学分
3.5
考核形式
测试
开课学期
2
先修课程
电路分析、高等数学
实验学时
10
一、课程简介
《模拟电子电路》是理工科电类各专业必修的技术基础课程。
它具有自身的理论体系,是一门实践性很强的课程.本课程解决电子技术入门的问题,使学生掌握电子电路的基本工作原理、分析方法和基本技能,为深入学习后续课程和从事有关电于技术方面的实际工作打好基础。
为此,必须充分重视本课程的实践教学环节,注意提高学生的动手能力和分析解决实际电路问题的能力。
二、课程实验目的
使学生基本掌握常用电子仪器仪表及设备的原理及使用,掌握基本电路的组装、调试和参数测量方法,会对异常数据进行分析、处理,对实验结果进行分析、判断。
三、实验基本要求和实验方式
1.按实验指导书的格式要求填写实验报告。
2.按规定的实验内容及实验步骤进行实验并填写实验结果。
实验结果记录尽可能真实。
3.实验报告中要求有对结果的分析,去伪存真。
4.实验得出正确的结论。
四、实验项目学时分配表(每个项目标明实验性质,如演示、验证、设计、综合)
序号
课题名称
学时
项目性质
演示
验证
设计
综合
1
基本放大电路
2
√
2
集成运算放大器的基本使用——基本运算电路的组装和测试
2
√
3
负反馈放大器的性能
2
√
4
集成运算放大器的基本使用——电压比较器
2
√
5
功率放大电路
√
总计
10
五、实验报告及批改
1、观察、分析实验过程
2、批改实验报告
六、成绩评定方法及标准
根据本人的实验表现和实验报告及大作业地完成情况给出实验成绩,实验成绩应在平时成绩中占重要分量。
成绩可分为A(优)、B(良)、C(中)、D(及格)和E(不及格)五个档次。
七、教材和参考书
康华光主编,电子技术基础(模拟部分)第四版.北京:
高等教育出版社2002年
童诗白主编,模拟电子技术基础(第三版)
《模拟电子技术基础》,清华大学电子学教研组编,高等教育出版社
华师大物理系电子线路基础,北京高等教育出版社1993年
丁明芳电子技术基础(模拟部分)自学和解题指南出版地.合肥工业大学出版社,2004年
八、实验项目设置、内容及说明
实验课程教学大纲除包括上述内容外,还应含有课程的教学目的和任务、本课程的基本要求、实验课程和其它课程的关系等。
●实验一基本放大电路
一、实验目的:
(1)掌握基本放大电路电流控制作用的原理。
(2)掌握静态工作点的设置对三极管工作状态的影响。
(3)学会测量三极管的特性曲线。
二、实验内容:
(1)调节基极电流的大小,观察集电极电流的变化,找出规律。
(2)输入交流信号,通过改变基极电位的大小,用示波器观察输出电压波形的变化。
(3)分别使输出和输入固定电流,改变输入和输出电流,记录和其对应的电压值,并画出其特性曲线。
三、实验原理
1.静态工作点的估算
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:
1-1电阻分压式工作点稳定单管放大器
2.测试三极管输入、输出特性曲线电
四、实验设备
直流稳压电源一台,双踪示波器一台,万用表两块,电子电工试验台,电阻,电容,电位器,导线若干。
五、实验步骤
1.静态工作点的测量
按图1-1正确接线,并将测量结果填入表格
=2mA(调节Rb)
=
=
2.输入交流信号,通过改变基极电位的大小,用示波器观察输出电压波形的变化。
观察记录一组
,
的波形。
3.观察静态工作点对输出波形失真的影响
u0波形
失真情况
管子工作状态
4.分别使输出和输入固定电流,改变输入和输出电流,记录和其对应的电压值,并画出其特性曲线。
(1)按图1-2接线,固定输出电流,改变输入电流,测量输入电压,填表1-1
表1-1测试三极管输入特性曲线表格
UBE(V)
IB(μA)
(2)按图1-3接线,固定输入电流,改变输出电流,测量输出电压,填表1-2
表1-2测试三极管输出特性曲线表格
IB=20
uA
UCE(V)
IC(mA)
IB=40
uA
UCE(V)
IC(mA)
IB=60
uA
UCE(V)
IC(mA)
IB=80
uA
UCE(V)
IC(mA)
IB=100
uA
UCE(V)
IC(mA)
六、实验报告
写出实验报告,并对实验中出现的问题进行分析,去伪存真
七、思考题
三极管输出特性曲线为什么不是水平的?
●实验二集成运算放大器的基本使用——基本运算电路的组装和测试
一、实验目的
(1)初步接触集成运算放大器,了解其外形特征、管脚设置及其基本外围电路的连接。
(2)通过反相比例运算电路、加法运算电路及减法运算电路输出、输入之间关系的测试,初步了解集成运放基本运算电路的功能。
(3)进一步熟练示波器的使用,练习使用双踪示波器测量直流及正弦交流电压,以及对两路信号进行对比。
二、实验内容
(1)反相比例运算电路测试。
(2)反相加法运算电路测试。
(3)减法运算电路测试。
(4)加法运算电路测试。
三、实验原理
1.理想运算放大器特性
在大多数情况下,将运放视为理想运放,就是将运放的各项技术指标理想化,满足下列条件的运算放大器称为理想运放。
开环电压增益 Aud=∞
输入阻抗 ri=∞
输出阻抗 ro=0
带宽fBW=∞
失调和漂移均为零等。
理想运放在线性使用时的两个重要特性:
(1)U+≈U-,——“虚短”。
(2)I+=I-=0,——“虚断”。
上述两个特性是分析理想运放使用电路的基本原则,可简化运放电路的计算。
2.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,该电路的输出电压和输入电压之间的关系为
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R2=R1//RF。
图2-1反相比例运算电路图2-2反相加法运算电路
(2)反相加法电路
电路如图2-2所示,输出电压和输入电压之间的关系为
R3=R1//R2//RF
(3)同相比例运算电路
图2-3(a)是同相比例运算电路,它的输出电压和输入电压之间的关系为
R2=R1//RF
当R1→∞时,UO=Ui,即得到如图2-3(b)所示的电压跟随器。
图中R2=RF,用以减小漂移和起保护作用。
一般RF取10KΩ,RF太小起不到保护作用,太大则影响跟随性。
(a)同相比例运算电路(b)电压跟随器
图2-3同相比例运算电路
(4)减法器
对于图2-4所示的减法运算电路,当R1=R2,R3=RF时,有如下关系式
图2-4减法运算电路图图2-5积分运算电路
四、实验设备和器件
1、±12V直流电源 2、函数信号发生器
3、交流毫伏表 4、直流电压表
5、集成运算放大器μA741×1
电阻器、电容器若干。
五、实验步骤
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2-1连接实验电路,接通±12V电源,输入端对地短路,进行调零和消振。
2)输入f=100Hz,Ui=0.5V的正弦交流信号,测量相应的UO,并用示波器观察uO和ui的相位关系,记入表2-1。
表2-1 Ui=0.5V,f=100Hz
Ui(V)
U0(V)
ui波形
uO波形
AV
实测值
计算值
2.同相比例运算电路
1)按图2-3(a)连接实验电路。
实验步骤同内容1,将结果记入表2-2。
2)将图2-3(a)中的R1断开,得图2-3(b)电路重复内容1)。
表2-2 Ui=0.5V f=100Hz
Ui(V)
UO(V)
ui波形
uO波形
AV
实测值
计算值
3.反相加法运算电路
(1)按图2-2连接实验电路。
调零和消振。
(2)输入信号采用直流信号,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Ui1、Ui2及输出电压UO,记入表2-3。
图2-6简易可调直流信号源
表2-3
Ui1(V)
Ui2(V)
UO(V)
4、减法运算电路
1)按图2-4连接实验电路。
调零和消振。
2)采用直流输入信号,实验步骤同内容3,记入表2-4。
表2-4
Ui1(V)
Ui2(V)
UO(V)
六、实验报告
(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。
●实验三负反馈放大器的性能
一、实验目的
(1)初步接触负反馈放大器,通过对有负反馈和无负反馈放大器性能的比较,体会负反馈改善放大器性能的作用。
(2)进一步熟练几种常用测量仪器的使用。
(3)进一步掌握放大器性能的测试方法。
二、实验内容
1.测量电路的静态工作点
2.测量基本放大器的放大倍数、输入电阻和输出电阻。
3.测量电压串联负反馈放大器的放大倍数、输入电阻和输出电阻。
4.测量基本放大电路和负反馈放大电路的频率特性。
5.观察负反馈对放大器非线性失真的改善。
三、实验原理
图3-1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 Au=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+AuFu—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。
2)反馈系数
3) 输入电阻
Rif=(1+AuFu)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
AuO—基本放大器RL=∞时的电压放大倍数
图3-1负反馈放大电路
四、实验设备
电子电工实验台,电阻,电位器,电容,示波器,万用表,导线。
五、实验步骤
1.测量电路的静态工作点
令输入信号为零,用万用表测量出的基极、集电极、发射极电位UB、UC、UE、值的大小,记录于自拟的数据表格中。
调节RP改变T的集电极静态电流IC。
1.验证电压串联负反馈放大器的基本方程式Auf=Au/(1+AuFu):
输入1kHz的信号,使输出电压为1V,分别测量两个电路的源电压和输入电压,将结果记录下。
基本放大器
负反馈放大器
Uo
Us
Ui
Au=Uo/Ui
Uo
Us
Ui
Auf=Uo/Ui
2.验证电压放大倍数的稳定性
将Rc2改为4.2kΩ,重新测试反馈放大器和基本放大器的放大倍数,计算Av及Avf的相对变化时:
基本放大器
负反馈放大器
Rc2
Uo
Us
Ui
Au=Uo/Ui
Rc2
Uo
Us
Ui
Auf=Uo/Ui
5k
5k
4.2k
4.2k
ΔAu/Au=
ΔAuf/Auf=
3.观察负反馈对非线性失真的改善:
先接成基本放大器,输入1kHz信号,使输出电压波形出现轻度非线性失真,然后加上负反馈并增大输入信号,使输出电压波形达到基本放大器同样的幅度,观察波形的失真程度有何改善?
4.验证负反馈使频带展宽fHf=fH(1+AumFu),fLf=fL/(1+AumFu)
基本放大器
负反馈放大器
fL
fH
fLf
fHf
六、实验报告
(1)整理数据,完成表格。
(2)画出无反馈和有负反馈两种情况下的频率响应特性曲线。
(3)根据测量、观察的结果,总结出负反馈对放大器的哪些性能有影响,各是如何影响的。
●实验四集成运算放大器的基本使用——电压比较器
一、实验目的
(1)了解集成运算放大器的电路构成及特点,在电压比较方面的使用,进而了解比较电路在实际工作中的使用。
(2)通过对理想集成运算放大器特性的认识,了解比较的含义,学会测试比较器的方法。
二、实验内容
(1)单限比较器
电路测试。
(2)过零比较器的电路测试。
(3)滞回比较器电路测试。
三、实验原理
电压比较器是集成运放非线性使用电路,它将一个模拟量电压信号和一个参考电压相比较,在二者幅度相等的附近,输出电压将产生跃变,相应输出高电平或低电平。
比较器可以组成非正弦波形变换电路及使用于模拟和数字信号转换等领域。
图4-1所示为一最简单的电压比较器,UR为参考电压,加在运放的同相输入端,输入电压ui加在反相输入端。
(a)电路图(b)传输特性
图4-1电压比较器
当ui<UR时,运放输出高电平,稳压管Dz反向稳压工作。
输出端电位被其钳位在稳压管的稳定电压UZ,即uO=UZ
当ui>UR时,运放输出低电平,DZ正向导通,输出电压等于稳压管的正向压降UD,即uo=-UD
因此,以UR为界,当输入电压ui变化时,输出端反映出两种状态。
高电位和低电位。
表示输出电压和输入电压之间关系的特性曲线,称为传输特性。
图4-1(b)为(a)图比较器的传输特性。
常用的电压比较器有过零比较器、具有滞回特性的过零比较器、双限比较器(又称窗口比较器)等。
1.过零比较器
电路如图4-2所示为加限幅电路的过零比较器,DZ为限幅稳压管。
信号从运放的反相输入端输入,参考电压为零,从同相端输入。
当Ui>0时,输出UO=-(UZ+UD),当Ui<0时,UO=+(UZ+UD)。
其电压传输特性如图4-2(b)所示。
过零比较器结构简单,灵敏度高,但抗干扰能力差。
(a)过零比较器(b)电压传输特性
图4-2过零比较器
2.滞回比较器
图4-3为具有滞回特性的过零比较器
(a)电路图(b)传输特性
图4-3滞回比较器
过零比较器在实际工作时,如果ui恰好在过零值附近,则由于零点漂移的
存在,uO将不断由一个极限值转换到另一个极限值,这在控制系统中,对执行机构将是很不利的。
为此,就需要输出特性具有滞回现象。
如图4-3所示,从输出端引一个电阻分压正反馈支路到同相输入端,若uo改变状态,+点也随着改变电位,使过零点离开原来位置。
当uo为正(记作UT+)
,则当ui>UT后,uO即由正变负(记作UT-),此时UT变为-UT。
故只有当ui下降到-UT以下,才能使uO再度回升到UT+,于是出现图4-3(b)中所示的滞回特性。
-UT和UT的差别称为回差。
改变R2的数值可以改变回差的大小。
四、实验设备
±12V直流电源,直流电压表,函数信号发生器,交流毫伏表,双踪示波器,运算放大器μA741×2,稳压管2CW231×1,二极管4148×2,电阻器等
五、实验步骤
1.过零比较器
实验电路如图4-2所示
(1)接通±12V电源。
(2)测量ui悬空时的UO值。
(3)ui输入500Hz、幅值为2V的正弦信号,观察ui→uO波形并记录。
(4)改变ui幅值,测量传输特性曲线。
2.反相滞回比较器
图4-4反相滞回比较器
(1)按图4-4接线,ui接+5V可调直流电源,测出uO由+Uomcx→-Uomcx时ui的临界值。
(2)同上,测出uO由-Uomcx→+Uomcx时ui的临界值。
(3)ui接500Hz,峰值为2V的正弦信号,观察并记录ui→uO波形。
(4)将分压支路100K电阻改为200K,重复上述实验,测定传输特性。
3.同相滞回比较器
实验线路如图4-5所示
(1)参照2,自拟实验步骤及方法
(2)将结果和2进行比较
图4-5同相滞回比较器
六、实验报告
(1)整理实验数据,绘制各类比较器的传输特性曲线
(2)总结几种比较器的特点,阐明它们的使用。
●实验五功率放大电路
一、实验目的
(1)熟悉推挽功率放大电路的结构和特点;
(2)掌握推挽功率放大电路的静态工作点设置对输出波形的影响;
(3)观察和理解交越失真和功放电路的阻塞现象;
(4)观察输入信号频率和音调的关系。
二、实验内容
(1)测试电路的直流工作状态。
(2)观察电路的交越失真现象
(3)测量最大不失真的功率、电压放大倍数
(4)观察电源电压对最大输出功率和电压放大倍数的影响
三、实验原理
实验测试电路如图6-1所示,它是一种单电源供电的互补对称功率放大电路。
1.电路的输出功率
在理想极限(输出不失真)情况下,OCL功率放大器的输出功率为
在实际测量时,电路的最大输出功率为
式中,UO为负载两端电压的有效值,IO为流过负载电流的有效值。
2.电源供给的平均功率
在理想极限情况下,电源供给的总平均功率为
图6-1功率放大电路
实际测量时,可把直流电流表串入供电电路中,在不失真的输出电压下,电流表指示值ICO和供电电压VCC的乘积即为PE实。
PE实=VCC·ICO
式中,ICO为电源提供的电流值。
3.功率放大器的效率
功率放大器的效率是指放大器输出的交流信号功率和直流电源提供的平均功率之比,在理想极限情况下,OTL功率放大器的效率为
实际测量时,
四、实验设备
双踪示波器,低频信号发生器,直流稳压电源,电子电压表,万用表,直流毫安表,三极管,二极管,电阻,电容等。
五、实验步骤
1.选择T1、T2、T3,用万用表进行测试后,在实验台上联接好电路。
2.调整双路直流稳压电源为10V,接入实验电路6-1中。
3.测试电路的直流工作状态。
在实验电路输入端加入f=1kHz的正弦信号。
逐渐增大输入电压ui,用示波器观察负载两端的输出信号,一边调节RP1和RP2,直到调节到增大ui时,输出信号正负半周同时出现削顶失真为止。
此时在令输入信号ui为零,分别测试UB1、UB2、UB3(UC1)、UE1、UE2(UE3)、UC2、UC3、IC1、IC2、IC3、IRL的值。
将数据记录于自行设计的实验数据表格中。
4.观察电路的交越失真现象
将实验电路中A、B两点用导线短接,在输入端加入f=1kHz的正弦信号。
调整输入信号幅度,使波形刚好不失真且最大,将输出波形绘制下来。
把A、B两点的短接线断开,观察输出波形的变化情况,并绘制该波形。
5.不同负载下最大不失真功率的测量
电路输入端加入f=1kHz的正弦信号ui,当负载为8Ω时,调节输入信号ui的大小,使输出电压最大且不出现削顶失真,用电子电压表或示波器测试负载两端的电压大小,记录ui、uo、RL的数值于自行设计的实验数据表格中。
6.测试电路的电压放大倍数
在实验电路中,加入ui=200mV,f=1kHz的正弦信号,用示波器观察输出信号的波形,并测试出输出信号的大小,计算出放大倍数Au。
7.观察电源电压对最大输出功率和电压放大倍数的影响
改变实验电路的供电电源为8V,重复实验内容6、7步。
六、实验报告
(1)整理实验数据,计算该OCL功率放大器的主要性能指标。
(2)OCL和OTL电路的区别是什么?
各有什么优缺点?
(3)如果输出波形出现交越失真,应如何调节?
(4)实验电路中二极管的作用是什么?
若有一只二极管接反,会产生什么样的后
果?
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- 模拟电路 模拟 电路 实验教学 大纲 本科