模拟电子技术实验讲义.docx

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模拟电子技术实验讲义

实验一常用电子仪器使用

一、实验目的

（l）了解双踪示波器、低频信号发生器、稳压电源、晶体管毫伏表及万用表的基本工作原理和主要技术指标。

（2）掌握用双踪示波器测量信号的幅度、频率、相位和脉冲信号的有关参数。

（3）掌握低频信号发生器和晶体管毫伏表的正确使用方法。

（4）掌握万用表的使用方法，学会用万用表判断二极管、三极管的电极和性能的方法。

二、实验原理

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、数字式（或指针式）万用表等，如图1－1所示。

图1－l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人信号。

直流稳压电源：

为电路提供电源。

晶体管毫伏表：

用于测量电路的输人、输出信号的有效值。

数字式（或指针式）万用表：

用于测量电路的静态工作点和直流信号的值。

三、实验仪器及设备

（1）低频信号发生器1台

（2）晶体管毫伏表1台

（3）双踪示波器1台

（4）双路稳压电源1台

（5）数字式万用表l块

（6）微型计算机系统1套

四、实验内容及步骤

1稳压电源

接通电源开关，调电压调节旋钮使两路电源分别输出＋3Ⅴ和+12v，用数字式万用表“DCV”档测量输出电压的值。

分别使稳压电源输出＋30v、±15V，重复上面过程。

2．晶体管亳伏表

是一种专门用来测量交流小信号电压的电子仪表。

测量频率范围10Hz—1MHz，量程范围从1mV—300V,误差范围一般不超出5%。

使用时应注意根据被测信号大小选择适当的量程，应以指针偏转不低于满量程的三分之一为宜。

输入端连线应注意区分信号端与接地端的正确接法。

从仪表上可读出电压值和相应的标准分贝值。

要注意量程与刻度值间的换算关系，以免产生读数错误。

3．低频信号发生器

该仪器可输出正弦波、方波和矩形波，频率范围从10Hz—1MHz，可同时显示输出信号的有效值和频率大小。

输出端口可根据模拟电路和数字电路实验的要求选择相应端口，较为适合作为实验用。

（l）信号发生器输出频率的调节方法

按下“频率倍乘”波段开关，配合面板上的“频率调节”和“频率微调”旋钮可使信号发生器输出频率在10Hz～1MHz的范围改变。

输出信号的频率显示在“频率显示器”上，单位的指示灯亮。

（2）信号发生器输出幅度的调节方法

“电压输出”端是仪器频率信号的输出端。

由“波形选择”开关选择输出信号的波形，按下“衰减”开关和“幅度”旋钮便可在输出端得到所需的电压，其输出为0-10v的范围。

“TTL输出”端输出TTL脉冲波，由“脉宽调节”旋钮调节脉宽。

“单脉冲输出”端输出单脉冲信号，按一下键输出一个单脉冲。

（3）低频信号发生器与毫伏表的使用

使信号发生器输出正弦波信号，其频率为lkHz；调节“输出调节”旋钮，使输出电压显示屏5Ⅴ，分别置分贝衰减开关于0dB、20dB、40dB、60dB、80dB档，用毫伏表分别测出相应的电压值。

4．双踪示波器

该仪器是一种可同时观测两路信号的示波器。

其垂直通道频率响应为20MHz，灵敏度为5mV/div，扩展时达1mV/div。

时间与幅度测量误差不大于5%，最高扫描速度达0.5μS/div。

输入阻抗约1MΩ，最大电压小于400VP-P值。

信号接入在信号要求不高的场合，通常选用开路电缆线，连接时要分清测量端和接地端，切勿接错。

一般黑端接地。

我们可用它来测量一个信号的幅度、周期，通过f=1/T可求出信号的频率；也可以测量直流电压的大小。

如果利用示波器的双踪工作方式，还可以求出两个同频信号的相位差。

（l）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：

“触发方式”开关位于“AOTU”；“触发源”开关位于“INT”；“DC，CND，AC”开关位于“GND”；“垂直工作方式”开关位于“CH1（或CH2）”；“内触发”开关位于“CH1（或CH2）”；“TIME／DIV”旋钮位于“0.5ms／div”档。

开启电源后，示波器屏幕上应显示一条扫描线，调节“辉度”、“聚焦”各旋钮使屏幕上观察到的扫描线细而清晰。

调节“水平位移”和“垂直位移”旋钮，使扫描线位于示波器显示屏的中心。

将“DC，CND，AC”开关位于“AC”。

然后用同轴电缆将校准信号输出端“CAL”与CH1（或CH2）通道的输人端相连接。

屏幕上出现校准信号。

（2）交流信号电压幅值的测量

将“DC，CND，AC”开关位于“AC”，然后用同轴电缆将低频信号发生器信号输出端与CH1（或CH2）通道的输人端相连接。

使低频信号发生器产生信号频率为1kHz、信号幅度为5v，适当选择示波器灵敏度选择开关“ⅤOLTS／DIV”的位置，使示波器屏上能观察到完整的正弦波。

如果波形叠加在一起，可以调节“LEVEL”旋钮，使波形稳定。

则此时“ⅤOLTS／DIV”旋钮所指示的值表示显示屏上纵向每格的电压值，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“衰减”置于表1－1中要求的位置并测出其结果记人表中。

表1－1

输出衰减（dB）

0

20dB

40dB

60dB

示波器（ⅤOLTS／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：

l探头电缆时，应将探头本身的衰减置考虑进去。

（3）交流信号频率的测量

将示波器扫描速率中的“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“TIME/DIV”的刻度值表示显示屏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1－2所示频率，由信号发生器输出信号，用示波器测出其周期计算频率，并将所测结果与已知频率比较。

表1－2

信号频率（kHz）

1

5

10

100

200

扫描速度（TIME/DIV）

一个周期占有水平格数

信号频率

（4）两个波形同步观察

“垂直工作方式”开关位于“ALT”（交替）或“CHOP”（断续）使就可以观察两个波形。

（“ALT”用于观察频率高的信号，“CHOP”用于观察频率低的信号。

）“内触发”位于“VERTMODE”

5用万用表检查晶体管

（1）用万用表判断二极管的质量与极性

根据二极管单向导电特性，用万用表“二极管及通断测试”档进行测量（注意：

红表笔的极性为＋）。

用红表笔与黑表笔碰触二极管的两个电极，表笔经过两次对二极管的交换测量，若一次显示屏上无示数（二极管反向截止），另一次显示屏上显示二极管正向导通压降的近似值，则可认定被测二极管是好的。

当显示屏上显示二极管正向导通压降的近似值时，黑表笔接的是二极管的负极，另一端为正极。

（2）用万用表判断三极管的电极与质量

①判断晶体三极管基极b。

以NPN型晶体三极管为例，用红表笔接某一个电极，黑表笔分别碰触另外两个电极，若测量结果是显示屏上读数都为二极管的正向导通压降，则可断定第一次测量中红表笔所接电极为基极。

②判断晶体三极管发射极e和集电极c。

确定三极管基极b后，再测量e、c极间的电阻，然后交换表笔重测一次，两次测量的结果应不相等，其中电阻值较小的一次为正常接法，正常接法对于NPN型管，红表笔接的是c极，黑表笔接的是c极，对于PNP管，黑表笔接的是e极，而红表笔接的是c极。

五、思考题

1使用示波器时若要达到如下要求应调节哪些旋钮和开关？

（1）波形清晰，亮度适中；

（2）波形稳定；

（3）移动波形位置；

（4）改变波形的显示个数；

（5）改变波形的高度；

（6）同时观察两路波形。

2用示波器测量信号的频率与幅值时，如何来保证测量精度？

3示波器触发来源分为“内部”“外部”，其作用是什么？

如何正确使用？

4双踪示波器的“断续”和“交替”工作方式之间的差别是什么？

5晶体管毫伏表能否测量20Hz以下的正弦信号，在使用时应注意什么？

实验二单管放大电路

一、实验目的

（l）学习如何设置放大器的静态工作点及其调整方法；

（2）学习放大器的放大倍数、频率响应、输人电阻和输出电阻的测量方法；

（3）掌握放大器电路的设计、安装及凋试方法；

（4）进一步熟悉晶体管参数的测试。

二、实验原理

1．放大器的静态工作点

放大器静态工作点的设置与调整是十分重要的，静态工作点的合理设置能使放大器工作稳定可靠。

（1）静态工作点的选择

首先应使放大器产生的非线性失真最小，动态范围最大。

在放大器中，由于晶体管特性的非线性，当静态工作点选择不当，输人信号的变化范围进人晶体管非线性区域时，就会引起非线性失真。

如图2-1所示为放大器电路及其晶体管的输人输出特性曲线。

从图上可以看出晶体管的输人特性曲线iB~uBE，输出的特性曲线iC~uCE均为非线性；因此可以得出两点结论：

①输人信号的幅度较小，适当提高工作点电流就会降低非线性失真，但以输人信号不进入饱和区为限。

②静态工作电流相同时，输人信号的幅度越小，非线性失真也越小。

图2-1晶体管放大器电路图及晶体管的输人、输出特性

再者当静态工作点选择不当时，输人信号正半周进人饱和区，或是负半周进人截止区，从而引起输出信号产生限幅失真，如图2-2所示。

从图上分析，输人信号变化范围不应超过交流负载线A、B两点。

因此为了扩大输出动态范围，放大器的静态工作点Q应选在交流负载线的中点。

图2-2放大器负载线

（2）静态工作点的选择对放大器增益的影响

晶体管一般采用微变等效电路，放大器的电压放大倍数为：

式中rbe是晶体管的共发射极输人阻抗，它与工作电流有关，可写为：

式中

是晶体管基区电阻，基本上不随工作电流而变，IEQ是发射极静态工作电流。

由上面分析可知，静态工作点将影响输出波形的非线性、放大器的最大输出幅度及放大倍数。

因而选择工作点时，应首先在负载上得到所需的幅度及非线性要求的情况下尽可能获得最大增益。

（3）静态工作点的设置

为了稳定静态工作点，一般采用分压式偏置电路及电流负反馈电路来设置静态工作点。

如图2-3所示。

图中晶体管发射极上接了一个电阻RE，基极上接了两个分压电阻Rb1和Rb2。

这种设置使静态工作点温度稳定性高。

其原因在于晶体管基极电位UBQ基本上由Rb1和Rb2决定，即

图2-3分压式偏置及电流负反馈放大电路

由于IBQ本身比较小，Rb1和Rb2的数值又取得不大，可近似认为UBQ为恒定值。

当温度变化时，晶体管ICQ变化，例如ICQ随温度升高变大，那么UEQ肯定随之升高，由于UBQ不变，就必然使UBEQ减小，从而引起IBQ减小，则ICQ要相应减小一些，结果ICQ随温度升高而增加的部分将大部分被IBQ的减小所抵消，起到了稳定静态工作点的作用。

（4）静态工作点的调整

描述静态工作点的参数是ICQ、UCEQ和IBQ，一般用数字式万用表测出就可以了，如果不满足要求，可调整Rb1，使其达到设计要求。

在具体测试时，一定要考虑测试仪表对被测电路的影响，为此应注意下面问题：

①仪表输人阻抗应远大于被测两点的等效阻抗；②测试应在没有交变信号时进行；③测电流时为了不动电路可用测电压的方法，再由电压换算为电流；④测试时最好用示波器监视输出，以防电路振荡。

2．放大器的基本性能

放大器的基本性能包括电压放大倍数、频率响应、输人阻抗及输出阻抗等参数。

（l）电压放大倍数的测量

电压放大倍数的测量实质上是输人电压ui与输出电压uo的有效值Ui和Uo的测量。

实际测试时，应注意在被测波形不失真和测试仪表的频率范围符合要求的条件下进行。

将测得的Ui和Uo值代人下式，则可得到电压放大倍数：

（2）频率响应的测量

频率响应的测量实质上是对不同频率时放大倍数的测量，测试方法有逐点法和扫频法两种。

①逐点法。

测试方框图如图2-4所示。

用一个可变频率的正弦信号源，将其输出信号作为被测放大器的输人信号，并保持幅度恒定，改变信号源的频率，用晶体管毫伏表测出对应的输出电压值，将所测各频率点的输出电压值连成曲线，即为该放大器的频率响应。

图2-4逐点法测试频率特性方框图

②扫频法。

利用专门的仪器——频率特性测试仪，它能给出幅度恒定，频率连续变化的扫频信号，加到被测放大器的输入端，同时被测放大器的输出经峰值检波后送至扫频仪视频输人端，将被测放大器的频率响应显示在荧光屏上，其基本测试方框图如图2-5所示。

采用扫频法，速度快、便于调整，但需要满足所需频率范围的专用设备。

图2-5扫频法测试频率特性图2-6输人电阻的测试原理图

（3）输人电阻的测量

放大器输人电阻的大小，反映放大器消耗前级信号功率的大小，是放大器的重要指标之—。

测试原理如图2-6所示。

在放大器的输人回路中串联一个已知电阻R，加人交流电压后，在放大器输人端产生一个电压ui。

则

，而

，

则

。

所以放大器输人的电阻的测量，实际上是通过测量串联在输人回路中已知电阻R两端的电压Us和Ui并对其进行计算求出其输人电阻Ri。

测量输人电阻Ri的另一种方法是替代法，测量电路如图2-7所示。

先测出l端到地的电压，然后，开关拨到2端，测2端到地的电压，同时调节电位器Rp，使2端的电压与l端的相同，则Rp的阻值即为放大器的输人电阻Ri的值。

图2-7用替代法测量Ri的原理图

（4）输出电阻的测量

放大器输出电阻的大小反映了放大器带动负载的能力。

当放大器与负载连接时，对负载来说，放大器就相当于一个信号源，而这个等效信号源的内阻Ro就是放大器的输出电阻。

Ro越小，放大器输出等效电路就越接近于恒压源，带负载的能力就越强。

放大器输出电阻的测量电路，如图2-8所示。

当接人负载时，

图2-8输出电阻的测试原理

而

当负载开路时，

因此，放大器输出电阻的测量，实际上是通过测量放大器输出开路时的电压Uo及接上负

载后的输出电压UoL值，并进行计算求出放大器的输出电阻。

3防止寄生振荡的几点考虑

设计安装放大器时，经常会遇到寄生振荡的问题，为了防止寄生振荡应考虑下面的问题。

（l）多级放大电路一般都是由同一电源供电，电源的内阻使各级之间相互耦合，特别是信号强的末级对前级的影响尤为严重，为了防止这种影响，一般除要求低内阻的电源外，还应在各级之间加退耦电路。

如图2-9所示。

图2-9多级放大器去耦电路

（2）地线电阻应尽量小，地线应该用较粗的线。

如用印刷电路板，地线应尽量加宽。

电源的输入线尽量靠近末级，以防大电流在地线中流过而引起级间耦合。

（3）防止元器件之间相互耦合，在布局上末级应尽置远离第一级，信号的输人引线要远离信号的输出线，防止输出信号耦合到输人级而引起振荡。

三、实验仪器及设备

（1）低频信号发生器1台

（2）晶体管毫伏表1台

（3）双踪示波器1台

（4）双路稳压电源1台

（5）数字式万用表l块

（6）微型计算机系统1套

四、实验内容及步骤

1基本单元电路的测量。

电路如图2-10所示。

图2-10单管放大器实验电路

（l）直流工作点的调整与测量

调节电位器改变Rw1为某一合适值（如使UCQ＝7.5v），测量直流工作点参数UEQ、UBQ的电压值。

计算：

将实测的UCEQ与计算的UCEQ进行对比分析。

（2）测量放大器最大不失真输出电压

调节电位器改变Rw1和输入信号Us，用示波器观察输出电压波形，使输出为最大不失真正弦波形，测量此时的静态集电极电流ICQ和最大不失真输出电压UoL。

（3）观察不同的静态工作点时输出波形

①工作点合适时的输出波形

不加输入信号，调节Rw1使静态集电极电流ICQ＝2mA。

测量UCQ、UEQ、UBQ，并计算ICQ、UCEQ的值。

（方法是：

测量Re两端的直流电压，然后将此电压除以相应的电阻Re，即ICQ＝IEQ＝UEQ/Re）。

在电路输入端接入f＝1kHz，Us＝8mV（有效值）的正弦信号，在输出端负载RL上用示波器观察输出波形并记录。

②工作点偏高时的输出波形

调节Rw1，使工作点偏高（即ICQ1>ICQ），测量相应的静态工作点参数。

接输入信号观察输出波形，若没有明显失真，可适当增加Us。

③工作点偏低时的输出波形

调节Rw1，使工作点偏低（即ICQ1

接输入信号观察输出波形，若没有明显失真，可适当增加Us。

将上述测量结果记入表2－1

给定条件

测量数据

计算数据

UBQ（v）

UEQ（v）

UCQ（v）

输出波形

UCEQ（v）

ICQ（mA）

Q点合适时

2V

Us=8mV

Q点偏高时

2.9V

Us=8mV

Q点偏低时

0.6V

Us=40mV

表2－1

（4）放大倍数的测量，测量电路如图2-11所示。

图2-11放大器放大倍数测试连线图

在电路输入端接入f＝1kHz，Us＝8mV（有效值）的正弦信号，在输出端负载RL上用示波器监视输出波形，在波形无明显失真时，用晶体管毫伏表测量放大器的输出电压值UoL，计算

。

（5）输人电阻的测量

输人回路中串人一个与输入电阻Ri阻值相近的电阻R，本实验采用的串联电阻为1kΩ。

用晶体管毫伏表测试Us、Ui的值，即可求得

（6）输出电阻的测量

将放大器输出端与负载电阻RL断开，用晶体管毫伏表测出开路电压Uo值，然后接上负载电阻RL，测得输出电压UoL值，即可求得

（7）放大器频率特性的测量

采用逐点进行测量，测试时要保持输人信号的幅度固定为Us＝8mV不变，改变输入信号的频率后，要用毫伏表在输出端测量相应的输出电压UoL，同时用示波器监视输出信号的波形不产生失真。

将上述测量结果记入表2－2。

输入信号频率f（kHz）

0.1

0.2

0.5

0.8

1

10

50

100

150

200

250

300

350

400

450

输入电压

Ui（mV）

输出电压UoL（mV）

放大倍数

表2－2

2.放大器的设计

（1）设计要求

Au＝40，Ri＝3kΩ，Ro＝100Ω，Vopp＝6V，fL＝100Hz；Rs＝50Ω,RL=1kΩ；Ec＝12Vβ≥60，

＝100Ω，Vces＝1V。

根据放大器的指标要求，确定图2－10中的所有电阻、电容的设计数值。

（2）仿真

通过软件模拟仿真，修改电阻、电容的设计数值，以满足放大器设计指标的要求。

1瞬态分析

记录静态工作点数值；观察输出波形失真情况，测量不失真输出波形；改变输出负载电阻的大小，观察放大器输出波形幅度变化情况。

2交流分析

测量带宽、增益、输入电阻和输出电阻。

（3）安装设计好的电路，调整工作点使其能稳定工作，然后，测试带宽、增益、输入电阻和输出电阻等参数的值，使其达到设计要求。

五、思考题

1实验电路的参数Re、RL及VCC变化，对输出信号的动态范围有何影响？

如果输人信号加大，输出信号的波形将产生什么失真？

2本实验在测量放大器放大倍数时，使用晶体管毫伏表，而不用万用表，为什么？

3测一个放大器的输人电阻时，若选取的串人电阻过大或过小，则会出现测试误差，请分析测试误差。

4在示波器屏幕上显示NPN型和PNP型两种晶体管输出信号波形，两种晶体管的饱和失真波形有什么区别？

为什么？

实验三场效应管放大电路

一、实验目的

（l）掌握场效应管放大器的性能和特点。

（2）熟悉恒流源负载放大器的工作原理。

（3）进一步热悉放大器动态参数的测试方法。

二、实验原理

1．放大器的静态工作点

场效应管是一种电压控制型器件，按结构可分为绝缘栅型和结型两大类型。

由于场效应管栅源间处于绝缘或反向偏置，所以输入电阻很高（一般在百兆欧以上）。

又由于场效应管是一种单极型器件，因此具有稳定性好、抗辐射能力强、噪声系数小等特点。

并且制造简单，便于大规模集成，应用较为广泛。

图3－1场效应管实验电路图

实验电路如图3－1所示，场效应管采用3DJ6G型号，电路为自给偏压共源放大器，自给偏压的大小为

调节源极电阻Rw1的大小，可以调节放大器的静态工作点。

为保证场效应管工作在恒流区，要求

放大器的电压增益为

式中gm为场效应管的跨导

RL为等效负载电阻

∥

∥

放大器的输入电阻约等于栅极电阻，即

输出电阻为

∥

式中rDS为场效应管的输出电阻，约为几十kΩ至几百kΩ之间。

结型场效应管放大器的增益较低，提高增益的有效途径式采用恒流源负载。

这种电路是利用场效应管在恒流区动态电阻rDS较大这一特性。

恒流源负载电路如图3－2所示，通过调节电位器Rw1、Rw2，可以改变两管的栅源电压UGS、漏源电压UDS，以保证两管均工作于恒流区。

这种电路合适于负载电阻较大的情况。

图3－2恒流源负载FET放大器

三、实验仪器及设备

（1）低频信号发生器1台

（2）晶体管毫伏表1台

（3）双踪示波器1台

（4）双路稳压电源1台

（5）数字式万用表l块

（6）微型计算机系统1套

四、实验内容及步骤

1调试测量静态工作点

按图3－1所示接好电路，调节源极电位器Rw1，使得IDQ＝2mA，测量漏源电压UDS与栅源电压UGS，检查是否工作于恒流区。

2测量电压增益和输出电阻

输入交流信号ƒ＝1kHz,Ui＝50～100mV，观察输出波形。

在不失真的条件下测量输入电压Ui，空载输出电压Uo，有载输出电压UL。

计算出电压增益Ao、AL和输出电阻Ro。

3测量输入电阻并研究毫伏表内阻对测量结果的影响

（1）采用测输出电压的办法（间接测量法）测量输入电阻。

在放大器的输入端串接电阻RS＝510kΩ，电路如图3－1所示。

从A端输入信号，测得放大器的输入电压为UL。

改变信号的大小，从B端输入，测得输出电压为

，则放大器的输入电阻为

（2）采用测量输入电压的办法（直接测量法）测量输入电阻，在图3－1中，从B－B′端输入信号，测出信号源输出电压US和放大器的输入电压Ui，则放大器的内阻为，

4测量放大器的通频带

五、思考题

1测量栅源电压UGS时，能否把万用表的两表笔并接在G、S两级上？

为什么？

2场效应管放大器的输入耦合电容为什么比晶体管电路小的多？

它的数值怎样确定？

实验四负反馈放大电路

一、实验目的

（l）掌握放大器频率特性的测量方法；

（2）加深理解负反馈对放大器放大倍数、输人阻抗、输出阻抗和频率特性的影响。

二、实验原理

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，常常在放大器中加人反馈环节。

根据输出端取样方式和输入端比较方式的不同，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、电流并联负反馈和电压并联负反馈。

见图4－l。

图4－1负反馈示意图

下面主要结合实验内容