模拟电子技术实验指导.docx
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模拟电子技术实验指导.docx
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模拟电子技术实验指导
实验二 常用电子仪器的使用
一、实验目的
(1)了解双踪示波器、低频信号发生器及晶体管毫伏表的原理框图和主要技术指标;
(2)掌握用双踪示波器测量信号的幅度、频率;
(3)掌握低频信号发生器、晶体管毫伏表的正确使用方法。
二、实验器材
双踪示波器DF4321型(或HH4310A型)低频信号发生器DF1641B型(或SG1631C型)晶体管毫伏表DF2175型
三、实验原理与参考电路
在电子技术实验里,测试和定量分析电路的静态和动态的工作状况时,最常用的电子仪器有示波器、低频信号发生器、直流稳压电源、晶体管毫伏表、万用表等,如图14-1所示。
图14-1电子技术实验中测量仪器、仪表连接图
示波器:
用来观察电路中各点的波形,以监视电路是否正常工作,同时还用于测量波形的周期、幅度、相位差及观察电路的特性曲线等。
低频信号发生器:
为电路提供各种频率和幅度的输入信号。
直流稳压电源:
为电路提供电源。
晶体管毫伏表:
用于测量电路的输入、输出信号的有效值。
万用表:
用于测量电路的静态工作点和直流信号的值。
四、实验内容及步骤
1.低频信号发生器与晶体管毫伏表的使用
(1)信号发生器输出频率的调节方法
按下“频率范围”波段开关,配合面板上的“频率调节”旋钮可使信号发生器输出频率在0.3Hz~3MHz的范围改变。
(2)信号发生器输出幅度的调节方法
仪器面板右下方的Q9是信号的输出端,调节“输出衰减”开关和“输出调节”电位器,便可在输出端得到所需的电压,其输出为0-20VP-P的范围。
(3)低频信号发生器与毫伏表的使用
将信号发生器频率调至lkHz,调节“输出调节”旋钮,使仪器输出电压为5VP-P左右的正弦波,分别置分贝衰减开关于0dB、—20dB、—40dB、—60dB挡,用毫伏表分别测出相应的电压值。
注意测量时不要超过毫伏表的量程,并且尽可能地把档位调到与被测量值相接近,以减小测量误差。
2.示波器的使用
(1)使用前的检查与校准
先将示波器面板上各键置于如下位置:
“工作方式”位于“交替”(如果只观察一个波形可置于CHl通道或CH2通道);“极性”选择位于“+”;“触发方式”位于“内触发”;“DC,GND,AC"开关位于“AC”;“高频,常态,自动”开关位于“自动”位置;“灵敏度V/div"开关于“0.2V/div"档,“扫速t/div"开关于“0.2ms/div"档,亮度、辉度、位移、电平开关置中间位置,开启电源后,屏幕上应出现两条扫描线。
然后用同轴电缆将校准信号输出端与CHl通道或CH2通道的输入端(红夹子)相连接,扫速和灵敏度开关的微调旋钮置校正位置(顺时针旋转到底),示波器屏幕上应显示电压为0.5VP-P、周期为lms的方波。
调节各旋钮使屏幕上观察到的波形细而清晰。
(2)交流信号电压幅值的测量
调低频信号发生器信号频率为lkHz、输出电压为5VP-P,适当选择示波器灵敏度选择开关“V/div"和扫速开关“t/div"的位置,使示波器屏幕上能观察到完整、稳定的正弦波,同时将灵敏度选择开关“微调”旋钮置于校准位置,则此时屏幕上纵向坐标表示每格的电压伏特数,根据被测波形在纵向高度所占格数便可读出电压的数值,将信号发生器的分贝衰减器置于表14-1中要求的位置并测出其结果记入表中。
表14-1
输出衰减(dB)
0
-20dB
-40dB
灵敏度开关(v/div)位置
峰峰波形高度(格)
峰峰电压(伏)
电压有效值(伏)
注意:
若使用10:
1探头电缆时,应将探头本身的衰减量考虑进去。
(3)交流信号频率的测量
将示波器扫速开关的“微调”旋钮置于校准位置,在预先校正好的条件下,此时扫描速率开关“t/div"的刻度值表示屏幕横向坐标每格所表示的时间值。
根据被测信号波形在横向所占的格数直接读出信号的周期,若要测量频率只需将被测的周期求倒数即为频率值。
按表14-2所示频率,由信号发生器输出信号,用示波器测出其周期,并计算频率,将所测结果与已知频率比较。
表14-2
信号频率(kHz)
0.5
1
5
10
100
扫速开关(t/div)位置
一个周期占有水平格数
信号周期
信号频率
除上述方法外,还可用李沙育图形来测定信号的频率,其仪器的连线如图14-2(a)所示。
(a)连线图(b)显示图形
图14-2李沙育图形测量频率原理图及显示图形
如图所示14-2(a),信号发生器(Ⅱ)作为未知频率fY的信号,从示波器"CH2(Y)"插座输入,信号发生器(I)作为已知频率fx的信号,从"CH1(X)"插座输入,这时扫描速率开关应置于X-Y档。
调节信号发生器I的频率fx,当fx与fY之间成一定倍数关系时,屏幕上就能显示李沙育图形,如图14-2(b)所示,由该图形圆圈的个数及fx的读数即可确定出被测信号的频率fY。
(注意:
水平方向圆圈个数=fY/fx,垂直方向圆圈个数=fX/fY)
五、实验报告要求
(1)认真记录数据并填写相应表格;
(2)分析测量结果与理论值的误差,讨论其产生原因;
实验一 用万用表检测二、三极管
一、实验目的
(1)熟悉用万用表判别晶体二、三极管的正确方法;
(2)熟悉三极管的主要参数;
(3)学习用晶体管特性图示仪观察二、三极管的特性曲线。
二、预习要求
复习晶体二、三极管的结构和特性。
三、实验原理与参考电路
1.万用表的使用原理
正确使用万用表的电阻档,能够判断出二、
三极管的极性、类型及好坏,首先要清楚万用表
的电阻档等效电路图15-1,否则将得出与事实相
反的结论。
其中Eo为表内电源、Ro为万用表的等效内阻,
不同电阻档等效内阻各不相同。
由图可知:
万用表的正端表笔(红表笔)——表内电源负极。
图1-2-1万用表及其等效电路
万用表的负端表笔(黑表笔)——表内电源正极。
图15-1万用表等效电路
万用表置R×1、R×10、R×100、R×1k档时,一般Eo=1.5V。
置R×10k档时,该档
电源电压较高,一般Eo=9V,采用该档测晶体管时易损坏晶体管。
测试小功率晶体管时,一般选用R×100Ω、R×1k档。
2.晶体二极管的测试
如图15-1所示,用黑表笔(电源正级)接二极管阳极,红表笔(电源负级)接二极管阴极时,二极管正向导通;反之,二极管反向截止。
正向导通电阻约几百欧或几千欧,反向电阻约几百千欧以上。
阻值在这个范围内,说明管子是好的;如果正、反向电阻均为无穷大,则表明二极管内部断开;如果正、反向电阻均为零,说明二极管内部短路;如果正、反向电阻接近,则二极管性能严重恶化。
3.用万用表判别三极管的管脚和类型
(1)先判别基极b三极管可等效为两个背靠背连接的二极管。
如图15-2所示。
根据PN结单向导电原理:
基-集、基-射结正向导通电阻均较小,反向电阻均较大,所以很容易把基级判别出来。
现以NPN管为例:
测量时先假设某一管脚为“基极b”,用黑表笔接假设的“基极b”,红表笔分别接其余两个管脚,测量阻值,若阻值均较小,再将黑红笔对调(既红笔接假设的基级b),重复测量一次,若阻值均较大,则原先假设的基极是正确的。
如果两次测得的阻值是一大一小,则原先假设的基极是错误的,这时应重新假设基极,重新测量。
图15-2三极管等效电路
(2)判别管子类型由上面判别基极的结果,同时可知管子类型。
如用黑表笔(电池正极)接管子基极,红表笔(电池负极)分别接其余两脚时,电阻值均较小,由PN结单向导电原理知道,基极是P区,集电极和发射极是N区,故为NPN管。
反之,红表笔接基极,(黑表笔分别接c、e极,电阻值
均较小,则是PNP管。
(3)判别集电极c在已知
基极b和管子类型的基础上,进
而可判别集电极c。
由共射极单
管放大原理可知:
对NPN管而言,
当集电极接电源正极,发射极接
电源负极,若给基极提供一个合
适的偏流时,三极管就处在放大
导通状态,Ic较大。
图15-3集电极c判别电路
测量时,先假设一个管脚为集电极“c”,用手指把基极和假设的集电级“c”捏紧,人体电阻相当于基极偏置电阻Rb,注意不要使两管脚直接接触。
用黑笔接“c”,红笔接“e”读出阻值;然后再与上述假设相反,重新测量一次,比较两次阻值大小,若第一次阻值小,则第一次假设的集电极是正确的,另一管脚就是发射极。
测量电路如图15-3所示。
对PNP管,测试时只需将表笔对调即可,请读者自己分析。
四、实验内容与步骤
用万用表判断二极管、三极管的管脚和类型。
五、实验报告与要求
(1)记录所测得的β值
(2)记录被测二、三极管的正、反向阻值。
(3)说明为什么用万用表不同的欧姆档测得同一二极管正向(或反向)的电阻值不同。
实验三 单级放大电路
一、实验目的
(1)熟悉模拟电路实验箱和电子元器件;
(2)掌握放大器静态工作点的调试方法及其对放大器性能的影响;
(3)学习测量放大器静态工作点Q、电压放大倍数AV、输入电阻ri、输出电阻r0的方
法,了解共射极电路特性;
(4)学习放大电路的动态性能。
二、实验器材
低频信号发生器(SG1631C型或DF1641B型)一台、交流毫伏表(DF2175型)一台、示波器(HH4310A型或DF4321A型)一台、直流稳压电源(SS1798型或DF1731SC3A型)一台、模拟实验箱一套。
三、预习要求
(1)三极管及单管放大电路工作原理。
(2)放大电路静态和动态测量方法。
四、实验原理与参考电路
1.静态测试与调整
(1)按图16-1接线,接线前先测量箱上+12V电源,关断电源后再连线,将电位器RP的阻值调到最大位置,按图连接电路,调整RP使VE=2.2V,测量并填表16-1。
(注意测Rb时要断开电源以及电位器和电路的连接线)
图16-1工作点稳定的放大电路
表16-1
实测
VBE(V)
VCE(V)
Rb(KΩ)
IC(mA)
;
2.动态研究
(1)按图16-2所示电路接线(RP位置不变)。
(2)将信号发生器调到f=1KHz,电压(有效值)为500mV的正弦信号,然后接至放大电路的最左端,经过R1、R2的衰减(100倍),Vi点得到5mV的小信号,观察输入、输出信号的波形,并比较相位,然后测V0值并填入表16-2中。
(注意:
输入端接由R1、R2组成的衰减器,目的是为了使晶体管毫伏表可在同一量程下测量输入、输出电压,以减少因仪表不同量程带来的附加误差)
(3)信号源频率不变,逐渐增大信号输出幅度,测量V0最大不失真时输入和输出的最大值,并填入表16-2中。
表16-2
实测
实测计算
Vi(mV)
V0(V)
Av
5
图16-2小信号放大电路
(4)R1=5.1k,断开负载RL,减少Rp,使Vc<4V,并测Vb、Ve的电位,然后保持Vi=5mV不变,可观察到(V0波形)饱和失真;断开信号源,增大Rp,使Vc>9V,并测Vb、Ve的电位,将R1由5.1k改为510Ω(既:
使Vi=50mV)可观察到(V0波形)截止失真;将测量结果填入表16-3中。
(注意测量各极的电位Vb、Vc、Ve时要断开信号源,用万用表直流电压档测)
表16-3
Rp
Vb
Vc
Ve
输出波形情况
小
大
3.测量放大电路输入、输出电阻
(1)输入电阻测量
电路如图16-3所示,在图16-2的基础上,拆掉51Ω电阻,调RP使VC为6V,保证电路工作在放大状态,然后调信号源使Vs为1KHz、5mV(有效值)的正弦信号,测量Vi,即可计算ri。
图16-3输入电阻测量
(1)输出电阻测量
电路如图16-4所示,在图16-3的基础上,在输出端接入5.1k负载电阻,测量带负载时的输出电压VL和空载时的输出电压V0,即可计算出r0。
将上述测量结果及计算结果填入表16-4中。
图16-4输出电阻测量
表16-4
测输入电阻
测输出电阻
实测值
实测计算
实测值
实测计算
VS
Vi
ri
V0
VL
r0
5
五、实验报告与要求
(1).注明你所完成的实验内容,简述相应的基本结论。
(2)记录数据和波形写出较详细的报告。
实验四 负反馈放大电路
一、实验目的
(1)研究负反馈对放大器性能的影响;
(2)掌握反馈放大器性能的测试方法。
二、实验器材
低频信号发生器(SG1631C型或DF1641B型)一台、交流毫伏表(DF2175型)一台、示波器(HH4310A型或DF4321A型)一台、直流稳压电源(SS1798型或DF1731SC3A型)一台、模拟实验箱一套。
三、预习要求
(1)认真阅读实验内容要求,复习负反馈电路有关内容。
(2)复习负反馈对放大器有哪些影响。
(3)图17-1电路中晶体管β值为200,计算该放大器开环和闭环电压放大倍数。
四、实验原理与参考电路
实验电路如图17-1所示
图17-1负反馈放大电路
放大电路中引入负反馈后的放大倍数称为闭环放大倍数Af,而不存在负反馈的放大电路(又称基本放大电路)的放大倍数称为开环放大倍数A,反馈网络的反馈系数为F,这三者之间的关系为
负反馈对放大电路的性能的影响主要体现在输入电阻,输出电阻,频带非线性失真,稳定性这几个方面,而对性能的改善程度是用反馈深度来决定的,本实验电路的反馈深度为(1+AF),它的数值取决于反馈网络的元件参数和基本放大电路的放大倍数。
在阻容耦合放大器中,因有电抗元件存在,电压放大倍数将随信号频率而变,在高低频段放大倍数均会随着频率的变化而有所下级,在低频段,下限截止频率由耦合电容和发射极旁路电容决定,在高频段,上限截止频率由极间电容效应决定,通频带BW=fH-fL,引入负反馈后,可使放大器的通频带得到扩展。
五、实验内容与步骤
1.负反馈放大器开环和闭环电压放大倍数的测试
⑴开环电路:
①按图接线,RF先不接入。
②输入端接入Vi=1mVf=1kHZ的正弦波信号,由于输入端采用了衰减法,故A点的输入电压应为100mV,调整Rp使输出不失真且无振荡(用示波器监视输出)。
③按表17-1要求进行测量将数据填入表中并计算。
④根据实测值计算开环放大倍数AV和输出电阻ro。
⑵闭环电路:
①接通RF按要求调整电路;
②按表17-1要求测量并填入表中,计算AVf;
表17-1开环和闭环电压放大倍数的测量
RL(KΩ)
Vi(mV)
V0(VL)
AV(AVf)
开环
∞
1
1.5K
1
闭环
∞
1
1.5K
1
2.负反馈对失真的改善作用
⑴图17-1电路开环,逐渐增大Vi幅度,使输出信号出现失真(注意不要过分失真),记录失真波形。
⑵将电路闭环,观察负反馈对失真的改善,并记录波形。
⑶如果将反馈电路接入T1的基极,会出现什么情况?
试验证之。
⑷画出上述各步实验的波形图。
3.测量放大器频率特性
⑴将图17-1电路先开环,选择Vi适当幅度(频率为1KHZ)使输出信号在示波器上有满幅正弦波显示。
⑵保持输入信号幅度不变逐步增加频率,直到波形减小为原来的70%,此时信号频率即为放大器上限频率fH。
⑶条件同上,但逐渐减小频率,测得放大器下限频率fL。
⑷将电路闭环,重复上述步骤并将结果填入表17-2中。
表17-2测量频率特性
fH(HZ)
fL(HZ)
开环
闭环
六、实验报告
(1)将实验测量值与理论计算值比较,分析误差原因。
(2)根据实验内容总结负反馈对放大电路的影响。
实验五 比例求和运算电路
一、实验目的
(1)掌握用集成运算放大器组成比例、求和电路的特点及性能;
(2)学会上述电路的测试和分析方法。
二、实验器材
低频信号发生器(SG1631C型或DF1641B型)一台、交流毫伏表(DF2175型)一台、
示波器(HH4310A型或DF4321A型)一台、直流稳压电源(SS1798型或DF1731SC3A型)
一台、模拟实验箱一套。
三、预习要求
计算表18-1、2、3、4、5中Vo的理论值。
四、实验内容与步骤
1.电压跟随器
实验电路如图18-1所示,其运算关系为:
Vo=Vi,按表18-1内容测量并记录。
图18-1电压跟随器
表18-1
Vi(V)
-2
-0.5
0
0.5
1
V0(V)
RL=∞
RL=5.1K
2.反相比例放大器
实验电路如图18-2所示,其运算关系为:
(若Rf=R1时,则为倒相器),按表18-2内容测量并与理论值比较。
图18-2反相比例放大器
表18-2
直流输入电压U1(mV)
30
100
300
1000
3000
输出电压U0
理论估算(mV)
实测值(mV)
3.同相比例放大器
电路如图18-3所示,其运算关系为:
。
按表18-3内容测量并与理论值比较。
图18-3同相比例放大器
表18-3
直流输入电压U1(mV)
30
100
300
1000
输出电压U0
理论估算(mV)
输出电压U0
实测值(mV)
4.反相求和放大电路
电路如图18-4所示,其运算关系为:
,按表18-4内容测量并与理论值比较。
图18-4反相求和放大电路
表18-4
Vil(V)
0.3
-0.4
Vi2(V)
0.2
0.1
Vo(V)
5.双端输入求和放大电路
电路如图18-5所示,其运算关系为:
,按表18-4内容测量并与理论值比较。
图18-5双端输入求和电路
表18-5
Vil(V)
1
2
0.2
Vi2(V)
0.5
1.8
-0.2
Vo(V)
五、实验报告与要求
(1)总结本实验中5种运算电路的特点及性能。
(2)分析理论计算与实验结果误差的原因。
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