模拟电路实验讲义汇编.docx

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模拟电路实验讲义汇编

模拟电路实验讲义

数理学院应用电子技术实验室

实验二常用半导体器件的识别与简单测试

一．实验目的

1．掌握用万用表判别二极管的极性。

测量二极管的正向压降及稳压管的稳压值。

2．掌握用万用表判别三极管的类型和e、b、c三个管脚。

二．预备知识

半导体二极管和三极管是组成分立元件电子电路的核心器件。

二极管具有单向导电性，可用于整流、检波、稳压、混频电路中。

三极管对信号具有放大作用和开关作用，它们的管壳上都印有规格和型号。

（一）．二极管的识别与简单测试

1．普通二极管的识别与简单测试

普通二极管一般为塑料封装和金属封装两种，它们的外壳上均印有型号和标记。

标记箭头所指方向为阴极，如图2.1所示。

国外的产品一般在阴极端印有一个标记。

图2.1二极管外型图

若遇到型号标记不清或不能确定其极性时，我们可以借助数字万用表的档作简单判别。

具体做法是：

用红、黑两表笔分别接触二极管的两个引脚。

假如先显示溢出数“1”（反向），再交换两表笔．必然为正向测试。

我们得到的读数为537。

这说明：

①二极管是好的。

②二极管的正向压降为O.537V。

③显示正向压降时，红表笔所接的引脚为二极管的正极，黑表笔所接则为负极。

假如两次测量均显示溢出数“1”或两次均有压降读数的话，表明该二极管已损坏。

在数字万用表中，红表笔带正电，黑表笔带负电，正好与指针式万用表相反。

还有，不要把显示的正向压降0.537V看成正向电阻537Ω。

2．特殊二极管的识别与简单测试

特殊二极管的种类较多，在此我们只介绍两种常用的特殊二极管。

（a）符号（b）外形

图2.2发光二极管

①．发光二极管（LED）

发光二极管通常是用砷化镓、磷化镓等制成的一种新型器件。

它具有工作电压低、耗电少、响应速度快、抗冲击、耐振动、性能好以及轻而小的特点，被广泛应用于单个显示电路或作成七段矩阵式显示器。

而在电路实验中，常用作逻辑显示器。

发光二极管的电路符号如图2.2（a）所示。

发光二极管和普通二极管一样具有单向导电性，正向导通时才能发光。

发光二极管发光颜色有多种，例如红、绿、黄等，形状有圆形和长方形等。

发光二极管出厂时，一根引线做得比另一根引线长，通常，较长的引线表示阳极（+），另一根为阴极（-），如图2.2（b）所示。

若辨别不出引线的长短，则可以用辨别普通二极管管脚的方法来辨别其阳极和阴极。

发光二极管正向工作电压一般在1.5~3V，允许通过的电流为2~20mA，电流的大小决定发光的亮度。

电压、电流的大小依器件型号不同而稍有差异。

若与TTL电路相连接使用时，一般需串接一个470Ω的的降压电阻，以防止器件的损坏。

②．稳压管

稳压管有玻璃封装和金属外壳封装两种。

前者外形与普通二极管相似，如2CW7，后者外形与小功率三极管相似，但内部为双稳压二极管，其本身有温度补偿作用，如2DW7。

详见图2.3（a）。

稳压管在电路中一般是反向连接的，它能使稳压管所接电路两端的电压稳定在一个规定的电压范围内，我们称为稳压值。

确定稳压管稳压值的方法有三种：

（1）根据稳压管的型号查阅手册得知；

（2）从晶体管特性测试仪上测出其伏安特性曲线获得；（3）通过一简单的实验电路测得。

实验电路如图2.4所示。

我们改变直流电源电压U，使之由零开始缓慢增加，同时稳压管两端用直流电压表监视。

当U增加到一定值，使稳压管反向击穿，直流电压表指示某一电压值。

这时再增加直流电压U，稳压管两端的电压不再变化，则电压表所指示的电压值就是该稳压管的稳压值。

（a）金属外壳封装（b）玻璃封装图2.4测试稳压管稳压值的实验电路

图2.3稳压二极管

（a）金属外壳封装（b）塑料外壳封装（a）F型大功率管（b）G型大功率管

图2.5三极管电极的识别图2.6F型和G型管脚识别

（二）三极管的识别与简单测试

三极管主要有PNP型和NPN型两大类。

对于国产三极管，我们可以根据命名法从三极管的管壳上的符号辨别出它的型号和类型。

例如，三极管的管壳上印的是3DG6，表明它是NPN型高频小功率硅三极管，3AK15则表明它是PNP型小功率开关锗三极管。

同时，我们还可以从管壳上色点的颜色来判断管子的电流放大倍数s的大致范围。

以3CG15为例，若色点为红色，表明s值在30~60之间；绿色，表明s在50~110之间；兰色，表明s值在90~160之间；白色，表明s值大于150。

但也有的厂家并非按此规定，使用时要注意。

当我们从管壳上知道了它们的类型后，还应该进一步辨别它们的三个电极。

对于小功率三极管来说，有金属外壳封装和塑料外壳封装两种。

金属外壳封装如果管壳上带有定位销，那么，将管底朝上，从定位销起，按顺时针方向，三根电极依次为e、b、c。

如果管壳上无定位销，且三根电极在半圆内，我们将有三根电极的半圆置于上方，按顺时针方向，三根电极依次为e、b、c。

如图1.5（a）所示。

塑料外壳封装的，我们面对平面，三根电极置于下方，从左到右，三根电极依次为e、b、c。

如图2.5（b）所示。

对于大功率三极管，外形一般分为F型和G型两种，如图2.6所示。

F型管，从外形上只能看到两根电极。

我们将管底朝上，两根电极置于左侧，则上为e，下为b，底座为c。

G型管的三根电极一般在管壳的顶部，我们将管底朝下，三根电极置于左方，从最下电极起，顺时针方向，依次为e、b、c。

三极管的管脚必须正确确认，否则接入电路后不但不能正常工作，还可能烧坏管子。

对于进口的塑封管，管脚e、b、c的排列没有规律，使用时要注意。

当一个三极管没有任何标记时或有标记但不能确定其类型和三个电极时（比如进口管），我们可以用万用表来初步确定该三极管的好坏及其类型（NPN型还是PNP型），并辨别出e、b、c三个电极。

下面介绍数字万用表的测试方法。

①.先判断基极b和三极管类型

将数字万用表指针拨到

档，先假定三极管的某极为“基极”，并将黑表笔接在假设的基极上，再将红表笔先后接到其余两个电极上，假如两次测量均显示溢出数“1”（或两次均有压降读数）的话，再将红表笔接在假设的基极上，将黑表笔先后接到其余两个电极上，假如两次测量均有压降读数（或均显示溢出数“1”），则可确定假设的基极是正确的。

如果两次测量值是“1”和小的电压值，则可以肯定原假设的基极是错误的，这时就必须重新假设另一电极为“基极”，再重复上述测试过程。

最多重复两次就可找出真正的基极。

当基极确定以后，将红表笔接基极，黑表笔分别接其它两极。

此时，若测得的电压值都很大，则该三极管为PNP型管；反之，则为NPN型管。

②．再判断集电极c和发射极e

以NPN型管为例。

把红表笔接到假设的集电极c上，黑表笔接到假设的发射极e上，并且用手捏住b和c极（不能使b、c直接接触），通过人体，相当于在b、c之间接入偏置电阻。

读出表头所示c、e间的测量值，然后将黑、红两表笔反接重测。

若第一次测量值比第二次小，说明原假设成立，红表笔所接为三极管集电极c，黑表笔所接为三极管发射极e。

因为c、e间显示值小说明通过万用表的电流大，偏置正常，三极管工作在放大状态。

如图2.7所示。

（a）示意图（b）等效电路

图2.7判别三极管c、e电极的原理图

对PNP管，把红表笔接到假设的发射极e上，黑表笔接到假设的集电极c上，并且用手捏住b和c极（不能使b、c直接接触），通过人体，相当于在b、c之间接入偏置电阻。

读出表头所示c、e间的测量值，然后将红、黑两表笔反接重测。

若第一次显示值比第二次小，说明原假设成立，红表笔所接为三极管发射极e，黑表笔所接为三极管集电极c。

以上介绍的是比较简单的测试，要想进一步精确测试可以借助于晶体管特性图示仪。

它能十分清晰地显示出三极管的输入特性和输出特性曲线以及电流放大系数s等。

三．测试内容

实验电路如图2.8所示。

图2.8实验电路

1．测试二极管的正反向特性填入表2.1。

2．将12V直流电源接入1到地之间。

测量发光二极管D1、普通二极管D3的正向压降，稳压二极管D2的反向击穿电压、电阻R两端的电压，填入表2.2。

3．判断三极管的类型和管脚，读出三极管平面上标记的型号（D536、C2273、CG733等），判断其类型，确定e、b、c三个电极。

将判别结果标在图2.9中。

四．预习内容及思考题

预习教科书中有关二极管和三极管的内容及仪器说明书。

实验记录：

表2.1

表2.2

1号管型号：

2号管型号：

类型：

类型：

图2.9

实验三晶体管单管放大电路

一、实验目的

1．学习放大电路静态工作点调试方法，分析静态工作点对放大电路性能的影响。

2．学习放大电路电压放大倍数及最大不失真输出电压的测量方法。

3．测量放大电路输入、输出电阻。

4．进一步熟悉各种电子仪器的使用。

二、实验原理

图3.1为电阻分压式静态工作点稳定放大电路，它的偏置电路采用RB1=RW1+R3和RB2=RW2+R4组成的分压电路，并在发射级中接有电阻RE=R6，用来稳定静态工作点。

当在放大电路输入端输入信号Ui后，在放大电路输出端便可得到与Ui相位相反、被放大了的输出信号U0，实现了电压放大。

R1和R2组成输入信号的分压电路，其目的是防止输入信号过大，损坏三极管。

图3.1

在电路中静态工作点为：

动态参数：

电压放大倍数

其中

输入电阻：

若开关合上，即R7短接

输出电阻：

放大电路输入电阻测试方法：

若输入信号源US经R1=5.1k与C1串联后再接到三极管V1的基极，测得US和

，即可计算出

输出电阻可用下式计算：

其中

为RL未接入时（RL=）U0之值，U0为接入RL时U0之值。

1．静态工作点的测试

1）静态工作点的测量

放大电路的静态工作点是指在放大电路输入端不加输入信号Ui时，在电源电压VCC作用下，三极管的基极电流IB，集电极电流IC以及集成极与发射极之间的电压UCE等。

测量静态工作点时，应使放大电路输入信号Ui=0，即将信号源输出旋钮旋至零（通常需将放大电路输入端与地短接）。

然后测出IC，或测出RE两端电压，间接计算出IC来，IB=IC/,UBE,UCE用数字式直流电压表进行测量，在测试中应注意：

a）测量电压UBE、UCE时，为防止引入干扰，应采用先测量B、C、E对地的电位后进行计算，即：

UBE=UB–UE

UCE=UC–UE

b）为了测量IB、IC和IE，为了方便起见，一般先直接测量出UE后，再由计算得到：

总之，为了测量静态工作点只需用直流电压表测出UC、UB、UE即可推算出。

2）静态工作点的调试：

放大电路的基本任务是在不失真的前提下，对输入信号进行放大，故设置放大电路静态工作点的原则是：

保证输出波形不失真并使放大电路具有较高的电压放大倍数。

改变电路参数UCC、RC、RB都将引起静态工作点的变化，通常以调节上偏置电阻取得一合适的静态工作点，如图3.1中调节RW1。

RB1减小将引起IC增加，使工作点偏高，放大电路容易产生饱和失真，如图3.2－a所示，U0负半周被削顶。

当RB1增加，则IC减小，使工作点偏低，放大电路容易产生截止失真，如图3.2－b所示。

U0正半周被缩顶。

适当调节Rb1可得到合适的静态工作点。

图3.2

2．电压放大倍数的测量

测量电压放大倍数的前提是放大电路输出波形不应失真，在测量时应同时观察输出电压波形。

在U0不失真条件下分别测量输出电压U0和输入电压Ui的值，则：

。

电压放大倍数大小和静态工作点位置有关，因此在测量前应先调试好一定的静态工作点。

3．最大不失真输出电压的测量

为了在动态时获得最大不失真输出电压，静态工作点应尽可能选在交流负载线中点，因此在上述调试静态工作点的基础上，应尽量加大Ui，同时适当调节偏置电阻RB1（RW1），若加大Ui先出现饱和失真，说明静态工作点太高，应将RB1增大，使IC小下来，即静态工作点低下来。

若加大Ui时先出现截止失真，则说明静态工作点太低，应减小RB1使IC增大。

直至当Ui增大时截止失真和饱和失真几乎同时出现，此时的静态工作点即在交流负载线中点。

这时，再慢慢减小Ui，当刚刚出现输出电压不失真时，此时的输出电压即为最大不失真输出。

三、实验设备及所用组件箱

名称

数量

备注

模拟（模数综合）电子技术实验台

1

数字式直流电压、电流表

1

函数发生器及数字频率计

1

电子管毫伏表

1

双踪电子示波器

1

四、实验步骤

1静态工作点测试：

a）将三极管V1的信号输入端H与地短接（即用一短线将H端接地端连通）。

用线短接电位器RW2和电阻R7。

连接R6和C2的上面两端。

b）调节RW1，使IC=2mA，测UC、UB、UE值计入表3.1中。

表3.1

测量值

计算值

IC（mA）

UC（V）

UB（V）

UE（V）

IC（mA）

UCE（V）

IB（V）

2．电压放大倍数的测量

a）将H、K点用一短线接通，保持IC=2mA，调节函数发生器，使其输出正弦波信号，频率为f=1kHz，信号加在US和接地端之间，逐渐加大输出信号幅度，使Ui=5mV，（注意：

Ui是H端对地的电压），同时用示波器观察输出信号U0的波形，在U0不失真情况下，测量下述二种情况下的U0值。

记入表3.2中

（1）RC=3.3kRL=

（2）RC=3.3kRL=2k

表3.2

RC（k）

RL（k）

U0（V）

Ui波形

U0波形

AU

b）用示波器观察Ui、U0间相位关系，描绘之。

3．输入电阻ri的测量

最简单的办法是采用如图3.3所示的串联电阻法，在放大电路与信号源之间串入一个已知阻值的电阻RS，通过测出US和Ui的电压来求得ri

本实验中，用R1代替RS，断开H、K间短线其余同前面实验，函数发生器输出信号电压US加于US和接地端之间其余同前面实验。

测得US、Ui'，记入表3.6，度计算出ri。

图3.3

测试时注意US不应取得太大，以免晶体管工作在非线性区。

表3.6R1=5.1k，RL=2k

Ui'

US

计算ri

U0

U0L

计算r0

4．输出电阻r0的测量

测量输出电阻时的电路如图3.3－b所示，测出放大电路输出电压在接入负载RL时的值U0和不接负载（RL=）时的输出电压U0'的变化来求得输出电阻。

具体方法是将图3.1又恢复原状，即H、K再次短接起来，函数发生器输出从US和地端输入，且将放大电路输入信号的频率调至1kHz，幅度保持恒定（Ui约5mV）的正弦电压，用双踪示波器监视输入，输出波形不失真的前提下，测得负载电阻RL接入和不接入二种情况下放大电路的输出电压U0和U0'从而求得输出电阻

将测到的值记入表3.6，并计算出r0。

5．静态工作点对电压放大倍数的影响

使RL=，Ui=5mV，用示波器监视U0波形，在U0不失真的范围内，测出数组IC和U0值。

记入表3.3。

表3.3

IC（mV）

U0（mV）

AU

6．最大不失真输出电压的测量

使RL=，尽量加大Ui，同时调节RW1改变静态工作点，使U0波形同时出现削顶失真和缩顶失真，再稍许减小Ui，使U0无明显失真，测量此时的Uimax和Uomx及IC值。

记入表3.4。

表3.4

IC（mA）

Uimax（mV）

Uomax（V）

AU

7．静态工作点对放大电路失真的影响

取IC=1.5mA，RL=，调节Ui，使之略小于Uimax，此时U0波形不失真，测量UCE和IC值，并绘出U0波形，调节RW1，使IC减小，观察U0波形的变化，当U0波形出现失真后，绘出U0波形，然后将函数发生器输出信号幅度调节旋钮至零，测量此时的UC、UCE。

调节RW1，使IC增大，当U0波形产生失真后，绘出U0波形，然后将信号源输出旋钮旋至零，测量此时UCE、IC值，将上述结果记入表3.5

表3.5

IC（mA）

UCE（V）

U0波形

属何种失真

将实验值与理论估算值相比较，分析差异得：

1，元气件本身在制作过程中就存在精度等级，与理论值有偏差。

2，在测量过程中，测量仪器也有精度等级，也存在误差。

3，当加入输入信号以后，电路的稳定性不是很好，在测量的过程中，所测的数据与实际值有偏差，导致整个实验值与理论估算值存在误差。

实验四晶体管多级放大电路

一、实验目的

1．掌握多级放大电路的电压放大倍数的测量方法。

2．测量多级放大电路的频率特性。

3．了解工作点对动态范围的影响。

二、实验原理

实验电路如图4.1所示。

总的电压放大倍数

图4.1

本实验电路输入端加入了一个

的分压器，其目的是为了使交流毫伏表可在同一量程下测US和U02，以减少因仪表不同量程带来的附加误差。

电阻R1、R2应选精密电阻，且R2<

接入C7=6800pF是为了使放大电路的fh下降，便于用一般实验室仪器进行测量。

必须指出，当改变信号源频率时，其输出电压的大小略有变化，测放大电路幅频特性时，应予以注意。

三、实验设备及所用组件箱

名称

数量

备注

模拟（模数综合）电子技术实验台

1

数字式直流电压、电流表

1

函数发生器及数字频率计

1

双路数字毫伏表

1

双踪电子示波器

1

四、实验步骤

1．调节工作点

（1）按图4.1接线，图中H、K用线接起来，RW2两端用线短接，与R7并联的小开关合上，连接R6和C2的上面两端，将A、D两点接通，就组成了图4.1的两级阻容耦合放大电路。

（2）调节RW1和RW3，使IE11.3mA，IE3=4.9mA（通过测量R6、R12上电压求得），将V1、V3的工作点记入表4.1。

表4.1工作点测试

UB1

（V）

UE

1（V）

UC1

（V）

IC1（mA）

UB3

（V）

UE3

（V）

UC3（V）

IC3（mA）

实验值

表中：

UB1、UE1、UC1分别代表三极管V1的基极对地电位，发射极对地及集电极对地电位。

UB3、UE3、UC3分别代表三极管V3的基极、发射极、集电极对地电位，IC1为V1的集电极电流

；IC3的集电极电流

。

3．测量放大倍数

当输入信号Ui的频率f=1KHz，Ui的大小应使输出电压不失真，RL=2k时，测试各级放大倍数。

测得的数据填入表4.2。

但须注意，应在示波器监视输出波形不失真条件下，才能读取数据。

表4.2各级放大倍数测试（RL=2k）

Ui（mV）

U01

（mV）

U02

（mV）

Au1

Au2

Au总

实验值

计算值

4．测量幅频特性

保持US=100mV（以输出波形不失真为前提）的条件下，改变输入信号的频率，先找出本放大电路的fL和fh，然后测试多级放大电路的幅频特性。

测放大电路下限频率fL和上限频率fh的方法是：

在测量放大倍数实验（3.）中，已测出了中频段的电压放大倍数Au，和此时放大电路的输出电压U0=U02的值。

调节函数发生器输出正弦波频率，若先降低频率，且保持Ui大小不变，测U0的值，当输出电压的值降到中频段输出电压值的0.707倍时，此时对应的频率即为下限频率。

再将信号源的频率升高，当f升高到一定值，若输出电压值再度降到中频段输出电压的0.707倍时，此时对应的频率即为上限频率fh。

表4.3频率特性测试

fL=fh=

f（Hz）

1000

900

600

400

200

155

50k

60k

70k

80k

V02（V）

Au

（做此项时应注意无论f取何值都应保持输入信号保持不变）

5．末级动态范围测试（RL=2k）（此项选做）

用示波器观察U02的波形，输入信号频率f=1kHz，调节US从100mV逐渐增大，直到U02的波形在正或负峰值附近开始产生削波，这时适当调节RW3，直到在某一个US下，U02的波形在正、负峰值附近同时开始削波，这表明V3的静态工作点正好们于动态（交流）负载线的中点。

再缓慢减小US到U02无明显失真将V3的工作点（UB2、UC2、UE2）以及U02PP记入表4.4中。

表4.4末级动态范围测试

实验值

U02PP=

图解法

U02PP=

实验五多级放大负反馈电路

一、实验目的

1．验证负反馈对放大器性能（放大倍数，频率特性，输出阻抗等）的影响。

2．掌握射极跟随器基本性能及应用。

二、实验原理

图5.1

实验电路如图5.1所示。

（1）若H接K，RW2短接，K1合上，A接D，F接地，电路就成为无级间电压负反馈的两级阻容耦合放大器，同前一实验电路。

（2）若H接K，RW2短接，K1断开，F接G，A接D，则电路成为有级间负反馈的放大器。

接入RL是为了测量放大器输出电阻，其原理在实验一中已有。

负反馈放大器的一般表示式为

A为开环放大倍数，Af为闭环放大倍数，F为反馈系数。

若Am表示中频开环放大倍数，则加负反馈后

fhf=fh（1+AmF）

fLf=fL（1+AmF）

其中fhf、fLf为加负反馈后上、下限频率。

本实验中rif=ri（1+AmF）rof

其中rif、rof为加负反馈后的输入、输出电阻。

三、实验设备及所用组件箱

名称

数量

备注

模拟（模数综合）电子技术实验台

1

数字式直流电压、电流表

1

函数发生器及数字频率计

1

双路数字毫伏表

1

双踪电子示波器

1

四、实验步骤

1．测量静态工作点

UCC=+12V，A接D，F接地，连接R6和C2的上面两端，调节RW3、RW1，使UE1=UE3=2.3V（即V1和V3的发射极对地电位），把工作点有关数值入记表5.1。

表5.1

计算值

级

IE1

（mA）

UE1

（V）

UC1

（V）

rbe

（）

UE3

（V）

UC3

（V）

IE3

（mA）

第一级

第三级

2．测无级间反馈的放大器的指标

加信号电压US=100mV（以输出波形最大不失真为前提）,f=1kHz，测量中频电压放大倍数Aom及r0，ri，改变信号频率，测量fh和fL，数据记入表5.2。