模拟电子技术基础实验指导书.docx
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模拟电子技术基础实验指导书
实验一常用电子仪器使用练习及常用元件
的识别与测试
、实验目的
1.初步掌握常用电子仪器的基本功能并学习其正确使用方法;
2.初步掌握常用元、器件的识别与简单测试方法。
二、仪器设备
1.CS-4125示波器
2.YB1620P信号发生器
3.数字万用表
4.指针万用表
5.NY4520晶体管毫伏表
6.DH1718D-4直流稳压流电源
三、预习要求
阅读附录1、4
四、实验内容
1.电阻、电容元件的识别和检查。
根据附录I、IV,识别所给电阻、电容元件,并用万用表检查元件的好坏。
2.半导体二极管、三极管的识别与简单测试。
根据附录I,用万用表判别普通二极管的阴、阳极并做简单测试;
识别及测试三极管的类型,e、b、c管脚,β值及好坏。
3.用稳压电源上的电压表分别测量稳压电源I、II、III路的输出,使各路的输出依次为2V,9V,15V,25V;再用数字万用表直流档测量其值。
4.使低频信号发生器依次输出:
1)100Hz,100mV
2)1000Hz,20mV
3)300Hz,1V
4)150kHz,20mV
(1)用双路晶体管毫伏表的一路测量信号发生器的输出。
(2)分别将以上信号送入示波器的CH1和CH2通道,观察其波形,并测量其幅值(将该幅度换算成有效值并与上面所测数据相比较)。
(3)用手触摸示波器的输入探头(探头选择X1位置),会出现什么波形?
(4)选双路毫伏表某一路,将量程拨至1V以下,并将表笔开路,会出现什么现象?
五、实验报告
1.对本实验中所使用仪器的主要用途、使用范围及条件、使用注意事项进行总结。
2.当示波器和毫伏表开路时为什么会出现所观察到的现象。
实验二单级放大电路
、实验目的
1.掌握放大电路静态工作点的调试方法及其对放大电路性能的影响。
2.测量放大电路Q点,AV,Ri,Ro。
3.学习放大电路的动态性能。
、实验仪器
1.CS-4125示波器
2.YB1620P信号发生器
3.数字万用表
4.NY4520晶体管毫伏表
、实验原理
我们测量静态工作点是为了了解静态工作点选的是否合理。
若测出VCE<0.5V,则三极管已饱和,若测出VCE≈VCC,则说明三极管已截止,对于线性放大电路,这种静态工作点是不合适的,必须对它进行调整,否则放大后的信号会产生严重的非线性失真。
静态工作点的位置与电路参数VCC,RC,Rb或Rb1,Rb2有关,一般静态工作点的调整是通过改变偏置电阻Rb来实现。
具体实验电路如图2.2。
该电路的动态指标计算公式如下:
Rb//Rb2//rbe
RO=RC
、预习要求
1.三极管及单管共射放大电路工作原理;
2.放大电路静态和动态测量方法;
3.静态工作点对输出波形的影响。
、实验内容
1.静态测量与调整
按图2.1接线完毕后仔细检查,确定无误后接通电源,调整RP使VE=2.2V,计算并填表2.1。
注意:
Ib和Ic的测量和计算方法
测Ib和Ic一般可用间接测量法,即通过测Vc和Vb,Rc和Rb计算出I和Ic(注意:
图2.1中Ib为支路电流)。
此法虽不直观,但操作较简单,建议初学者使用。
直接测量法,即将微安表和毫安表直接串联在基极和集电极中测量。
此法直观,但操作不当容易损坏器件和仪表。
不建议初学者采用。
图2.1工作点稳定的放大电路
表2.1
实测
实测计算
VBE(V)
VCE(V)
Rb(KΩ)
Ib(μΑ)
Ic(mΑ)
2.动态研究
按图2.2所示电路接线。
将信号发生器的输出信号调到f=1KHz,幅值为500mV,接至放大电路的A点,经过R1、R2衰减(100倍),Vi点得到5mV的小信号,观察Vi和Vo端波形,并比较相位。
信号源频率不变,逐渐加大信号源幅度,观察Vo不失真时的最大值并填表2.2。
表2.2RL=∞
实测
实测计算
估算
Vi(mV)
Vo(V)
AV
AV
图2.2小信号放大电路
保持Vi=5mV不变,放大器接入负载RL,在改变RC数值情况下测量,并将计算结果填表2.3。
表2.3
给定参数
实测
实测计算
估算
RC
RL
Vi(mV)
Vo(V)
AV
AV
2K
5K1
2K
2K2
5K1
5K1
5K1
2K2
Vi=5mV,如电位电路RP调节范围不够,可改变Rb1(51K或150K),增大和减小RP,观察Vo波形变化,若失真观察不明显可增大Vi幅值(>50mV),并重测,将测量结果填入表2.4。
表2.4
RB
VB
VC
VE
输出波形情况
最大
合适
最小
3.测放大电路输入,输出电阻。
输入电阻测量
在输入端串接一个5K1电阻如图2.3,测量VS与Vi,即可计算r1。
图2.3输入电阻测量
输出电阻测量(见图2.4)
图2.4输出电阻测量
在输出端接入可调电阻作为负载,选择合适的RL值使放大电路输出不失真(接示波器监视),测量带负载时VL和空载时的Vo,即可计算出ro。
将上述测量及计算结果填入表2.5中。
VoRo(KΩ)
表2.5
测算输入电阻(设:
RS=5K1)
测算输出电阻
实测
测算
估算
实测
测算
估算
VS(mV)
Vi(mV)
ri
ri
Vo
RL=∞
Vo
RL=
Ro(KΩ)
Ro(KΩ)
图2.4
、实验报告
1.记录和整理测试数据,按要求填入表格并画出波形图。
2.分析在实验内容之动态研究(5)中,波形变化的原因及性质。
3.将Q点,电压增益,及Ri,Ro的实验值和估算值列表比较。
实验三多级放大电路中的负反馈
、实验目的
1.学习使用Multisim2001创建、编辑电路的方法;
2.练习虚拟模拟仪器的使用;
3.验证负反馈对放大器性能(放大倍数、波形失真、频率特性等)
的影响。
二、实验仪器
1.计算机;
2.Multisim2001软件.
三、实验原理
实验电路如图3.1所示。
1.若开关J1打开,电路成为无电压负反馈放大器。
2.若开关J1闭合,电路成为有级间电压负反馈放大器。
图3.1晶体管负反馈仿真实验电路
四、预习要求
1.复习教材中有关负反馈对放大器性能(放大倍数、波形失真、频率特性等)的影响的内容。
2.如何用实验方法求出fL,fH的值?
五、实验内容
1.创建如图3..1所示的仿真实验电路。
实验电路中晶体管的参数选
用:
Q1的Bf=70;Q2的Bf=60;
2.令vi=1mv,断开J1(无反馈),观察vo的波形并记录;闭合J1(有
负反馈),观察vo的波形并记录;
3.改变vi=10mv,断开J1,观察vo的波形并记录;闭合J1,观察
vo的波形并记录;
4.
(1)断开J1,利用Simulate菜单条中的Analyses功能中AC
Analysis对无反馈电路输出vo进行频率特性分析,在幅频特性图
上找到使Avm下降为0.707Avm时分别对应的fL和fH.。
(2)闭合J1,再次对有负反馈电路输出vo进行频率特性分析,在
幅频特性图上找到使AvmF下降为0.707AvmF时分别对应的fLF
和fHF.
六、实验报告
1.由实验所得结果说明负反馈对放大器性能有何影响。
实验四比例求和运算电路
、实验目的
1.掌握用集成运算放大电路组成比例、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、实验仪器
1.数字万用表
2.CS-4125示波器
3.YB1620P信号发生器
三、预习要求
1.计算表4.1中的VO和Af
2.估算表4.2、4.3的理论值
3.估算表4.4、4.5中的理论值
4.计算表4.6、4.7中的理论值
、实验内容
1.电压跟随电路
实验电路如图4.1所示。
图4.1电压跟随电路
接表4.1内容实验并测试记录。
表4.1
Vi(V)
-2
-0.5
0
+0.5
1
Vo(V)
RL=∞
RL=5K1
2.反相比例放大器
实验电路如图4.2所示
图4.2反相比例放大器
(1)按表4.2内容实验并测试记录。
表4.2
直流输入电压Vi(mV)
30
100
300
1000
3000
输出电压Vo
理论估算(mV)
实际值(mV)
误差
(2)按表4.3内容实验并测试记录。
表4.3
测试条件
理论估算值
实测值
△VO
RL开路,直流输入信号Vi由0变为800mV
△VAB
△VR2
△VR1
△VOL
RL由开路变为5K1,Vi=800mV
(3)测量图4.2电路的上限截止频率。
3.同相比例放大电路
电路如图4.3所示。
按表4.4和4.5实验测量并记录。
图4.3同相比例放大电路
表4.4
直流输入电压Vi(mV)
30
100
300
1000
3000
输出电压Vo
理论估算(mV)
实际值(mV)
误差
表4.5
测试条件
理论估算值
实测值
△VO
RL开路,直流输入信号Vi由0变为800mV
△VAB
△VR2
△VR1
△VOL
RL由开路变为5K1,Vi=800mV
4.反相求和放大电路
实验电路如图4.4所示。
按表4.6内容进行实验测试,并与预习计算比较。
图4.4反相求和放大电路
表4.6
Vi1(V)
0.3
-0.3
Vi2(V)
0.2
0.2
VO(V)
5.双端输入求和放大电路
实验电路为图4.5所示。
按表4.7要求实验并测量记录。
图4.5双端输入求和电路
表4.7
Vi1(V)
1
2
0.2
Vi2(V)
0.5
1.8
-0.2
VO(V)
五、实验报告
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。
实验五由集成运算放大器组成的文氏电桥振荡器
、实验目的
1.了解集成运放的具体应用。
2.掌握文氏电桥振荡器的工作原理。
、实验仪器
1.计算机;
2.Multisim2001软件.
三、实验原理
原理可参阅教材RC振荡电路部分内容,实验电路如图5.1。
电路参数R3=100KΩ,Rw=R4+R5=100KΩ(即Rw=Rw上+Rw下),R1=R2=R=2KΩ或4.7KΩ,C1=C2=C=0.047μF或0.01μF。
组件:
LM324,电源±15V。
图5.1文氏电桥振荡器实验电路
四、预习要求
1.阅读教材中有关文氏电桥振荡器(RC振荡电路)工作原理的部分。
2.熟悉所用集成运算放大器的参数及管脚排列。
3.按图5.1中参数计算振荡频率,欲使振荡器能正常工作,电位器应调在何处,各为何值?
五、实验内容及步骤
1.调试无稳幅二极管的文氏电桥振荡器
创建如图5..1所示的仿真实验电路。
断开开关J1,用示波器观察电路有无输出波形VO。
如无输出,则调节Rw使VO为无明显失真的正弦波,测量VO的频率并与计算值比较。
用电压表观察VO之值是否稳定。
关电源后,分别测量R3、R4和R5的阻值,计算负反馈系数F—=
。
加上电源,调节Rw,测量VO无明显失真时的变化范围。
2.调测有稳幅二极管的文氏电桥振荡器
按图5.1接线,闭合开关J1,调节Rw使VO为无明显失真的正弦波。
测量VO的频率,并与计算结果比较。
用交流电压表测量VO和V+之值,并观察VO之值是否稳定。
调节Rw,测量VO无明显失真时的变化范围。
、实验报告
1.按步骤1所得的数据,计算VO和V+的比值。
2.按步骤2所得的数据,计算负反馈系数F—之值。
3.所测得的振荡频率、
、F—、VO的幅值稳定度等方面讨论理论
与实践是否一致。
附录Ⅰ常见元器件的识别与测试
一、电容器
1.电容量:
电容量是指电容器加上电压后贮存电荷的能力。
常用单位是:
法(F)、微法(μF)、皮法(pF)。
1pF=10-6μF=10-12F。
一般,电容器上都直接写出其容量。
也有的则是用数字来标志容量的。
如有的电容上只标出“332”三位数值,左起两位数字给出电容量的第一、二位数字,而第三位数字则表示附加上零的个数。
以pF为单位,因此“332”即表示该电容的电容量为3300pF。
2.电容质量优劣的简单测试:
利用万用表的欧姆档就可以简单地测量出电解电容器件的优劣情况,粗略判别其漏电、电容衰减或失效的情况。
具体方法是:
选用“R×1K”或“R×100”档,将黑表笔接电容器的正极,红表笔接电容器的负极,若表针摆动大,且返回慢,返回位置接近∞,说明该电容器正常,且电容量大;若表针摆动虽大,但返回时表针显示的Ω值较小,说明该电容漏电流较大;若表针摆动很大,接近于0Ω,且不返回,说明该电容器已击穿;若表针不摆动,则说明该电容器已开路,失效。
该方法也适用于辨别其它类型的电容器。
但如果电容器容量较小时,应选择万用表的“R×10K”档测量。
另外,如需要对电容器再一次测量时,必须将其放电后方能进行。
二、普通二极管的识别与测试
普通二极管一般为玻璃封装和塑料封装两种。
其外壳上印有型号和标记。
标记箭头所指方向为阴极。
有的二极管上只有一个色点,有色点的一端为阳极。
也可借用万用表的欧姆档作简单判别。
将指针式万用表欧姆档置“R×100”或“R×1K”处,将红、黑两表笔接触二极管两端,表头有一指示:
将红、黑两表笔反过来再次接触二极管两端,表头又将有一指示。
若两次指示的阻值相差很大,说明该二极管单向导电性好,且阻值大的那次红表笔所接为二极管的阳极(因万用表的正端(+)红表笔内接电池的负极);若两次指示的阻值相差很小,说明该二极管已失去单向到点性;若两次指示的阻值均很大,说明该二极管已开路。
三、三极管的识别与简单测试
三极管主要有NPN型和PNP型两大类。
一般,可根据命名法从其管壳上的符号辨别出它的型号和类型。
例如,印有3DG6表明它是NPN型高频小功率硅三极管;印有3AX31,则表明是PNP型低频小功率锗三极管,小功率三极管有金属外壳和塑料外壳封装两种。
金属外壳封装的如果管壳上有定位销,则将管底朝上,从定位销起,按顺时针方向,三根电极依次为e、b、c。
如管壳上无定位销,且三根电极在半圆内,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(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1(b)所示。
对于大功率管,外形一般分为F型和G型两种,如图2所示。
F型管,从外形上只能看到两根电极,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,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。
也可用万用表初步确定其好坏、类型及e、b、c三个极。
1.先判断基极b和三极管类型
将指针式万用表欧姆档置“R×100”或“R×1K”处,先假设三极管的某极为“基极”,并将黑表笔接在假设的基极上,再将红表笔先后接至其余两个电极上,如果两次测得的电阻值都很大(或都很小),而对换表笔后测得两个电阻都很小(或都很大),则可确定假设的基极是正确的。
如果两次测得的电阻值是一大一小,则可肯定原假设的基极是错误的,应重设基极,再重复上述的测试。
当基极确定以后,将黑表笔接基极,红表笔分别接其它两极。
此时,若测得的电阻值都很小,则该三极管为NPN型管;反之,则为PNP型管。
2.再判断集电极c和发射极e
以NPN型管为例。
把黑表笔接到假设的集电极c上,红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间的电阻值,然后将红、黑两表笔反接重测。
若第一次电阻值比第二次小,说明原假设成立,黑表笔所接为三极管集电极c,红表笔所接为三极管发射极e。
因为c、e间的电阻值小正说明通过万用表的电流大,偏置正常。
如图3所示。
图1半导体三极管电极的识别图2F型和G型管管脚识别
(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3判别三极管c、e电极的原理图
(a)示意图(b)等效电路
附录Ⅱ基本实验方法
在实验中,为了测量某些参数、特性或观察某些现象所采用的方法都称为实验方法。
诸如对静态工作点和交流电压的测量方法,放大器AV、ri、ro的测量方法,幅频、相频特性的测量方法……,都是本实验课中最常用和最基本的方法。
因此,我们把这些实验方法称为基本实验方法。
基本实验方法在实验中多次出现,而且它们具有典型性和代表性,很多实验都是在掌握基本实验方法的基础上进行的。
因此,为了帮助同学做好实验,现将以下六个基本实验方法重点介绍。
、测量静态工作点的方法
表示三极管静态工作点(VBE、VCE、IB、IC)的四个量中IB、IC可以通过测量已知电阻上的电压而间接求得。
因此,测量静态工作点的关键就是测量静态电压VBE和VCE。
测量静态电压时,要用万用表的直流电压档,因为直流电压档测量的是电压平均值,所以当被测直流电压上迭加一个平均值为零的交流分量时(如不失真的正弦波),则对测量量无影响。
反之,对测量量有影响。
所以,在测量静态工作点的条件是:
去掉信号源后,再将放大器的输入端对地短接(切不可将信号源短路),然后再进行测量。
、测量交流电压的方法
用DA-18FS双路晶体管毫伏表测量交流电量时,表盘上的刻度值是按正弦波有效值刻度的。
因此在测量正弦波的电压时,要注意波形是否失真。
在测量交流电压时,始终要用示波器来监视波形,当出现以下情况时,不能进行测量。
1.正弦波波形失真;
2.测量时电路中存在自激震荡;
3.测量时存在外来干扰信号。
对于非正弦量(如矩形波)也不能用该表测量,这时可使用示波器进行测量。
、测量AV、ri、ro的方法
1.测量AV
已知AV=VO/Vi,其中VO、Vi都应是正弦波,在测量时也要用示波器监视输出波形。
在信号不失真的条件下测量输出电压VO否则不能测量。
2.测量ri
测量输入电阻ri的等效电路如附图2-1。
测量时先取合适的VO值,就可测得相应的Vi值,而R是已知的(应选取R与ri的数量级相同),否则ri的值可由下式计算。
附图2-1附图2-2
注意:
应在VO不失真而且数值保持不变的条件下,测量VO和Vi的值。
3.测量ro
测量输出电阻ro的等效电路如附图2-2所示。
测量时先取合适的输入信号值,在保持Vi不变的条件下分别测出:
RL开路时的输出电压V‘o和带负载RL(RL取值与ro的数量级相同)时的输出电压VO,则ro的值可由下式计算。
注意:
应在输出波形不失真的条件下,测量VO、V‘o的值。
、测量幅频特性和上、下限频率的方法
1.测量幅频特性
测量幅频特性时,应先选择一个适当频率(约在中频范围)的输入信号,再用示波器观察输出波形,在VO不失真的情况下固定Vi,然后重新调节输入信号频率,当VO达到最大时,该频率即为中频。
因中频范围较宽,此时可以选择一个整数值作中频。
用毫伏表调出中频时的VO值,调节示波器幅度微调旋钮,使VO的波形的(峰-峰值)在荧光屏上为6大格。
然后以中频为准分别向高和低调节信号发生器的频率,使示波器上的波形的峰-峰值分别到中频的0.9、0.8、0.7、0.6、0.5,并记录相应的频率。
注意:
改变输入信号频率时,要始终保持Vi不变。
2.测量上、下限频率
与测量幅频特性方法相同,仍以中频为准,分别向高和向低调节信号发生器的频率,使VO的峰-峰值在荧光屏上为4.2大格时,记录相应的信号频率,则分别为上限频率和下限频率。
、李沙育图形测量
用示波器测量频率的方法,一般可以用测量时间的方法,先调出被测信号的周期,再取其倒数即为信号的频率。
除此以外,还可以用观察李沙育图形来测量频率。
下面简要介绍李沙育图形测频法。
用李沙育图形法测量频率主要是把被测信号(往往加到“Y轴输入”)与已知频率的信号(加到“X轴输入”)进行比较,在荧光屏上显示的比较图形为若干个静止的环。
当两信号频率相等时,其图形为一椭圆。
当频率不同时,则显示波形也不同。
如附图2-3所示。
若用方框圆形图形,则两信号的频率关系为:
显然当其中一个为已知时,另一个频率就可由上式计算出。
通常测定频率时,总希望两者的频率尽可能调到1:
1或2:
1。
这样图形清晰、明确、不易出错。
附图2-3
、用双踪示波器观察两波形相位关系的方法
用双踪示波器观察两个波形的相位关系时,示波器必须在外同步状态下工作。
对一般示波器来说,外同步信号可采用被测系统的输入信号,也可以采用被测系统的输出信号。
适当调节YA和YB衰减器,使荧光屏上得到的波形大小适当。
具体做法是:
将被测系统的输入信号加至YA(或YB),输出信号加至YB(或YA),再将输出(或输入)加至“触发输入”端,此时“触发极性”应拨至“外+”(或“外-”)位置,适当调节YA和YB衰减器,就可以在荧光屏上得到被测系统输入和输出信号的相位关系。
对我室所使用的型示波器来说,只要将垂直方式开关置于双踪显示位置,且“POLARITY”开关置NORM位置,就可显示输出输入信号的相位关系。
附录III常见故障及排除方法
在模拟电路实验中,经常出现诸如电路没有输出、实测数据与理论分析不一致、出现自激等现象。
这些现象都属于实验中出现的故障。
这些故障的出现往往是不可避免的,有人把它称为常见故障。
为了做好实验和提高实验技能,我们应当由一个正确对待故障的求实态度,还应该具有分析故障查找原因的方法和能力。
做为指导老师,应根据问题的难易程度采用“提示”和“指点”的方法,帮助学生分析和思考,尽量少做或不做正面回答。
作为学生,应当在实验前充分预习,做到心中有数,实验中善于发现故障、分析故障、查找原因、从而排除故障。
除了常见故障外,还有诸如接电源后元件损坏、保险烧毁、电源短路等现象。
我们称它为“非正常”故障。
这种故障我们应该极力避免。
出现这种故障的主要原因是没有严格按照实验要求进行实验,没有按照操作规程进行操作所致。
一旦出现“非正常”故障,应立即断掉电源并请指导教师帮助查找原因排除故障,并总结教训。
、产生常见故障的主要原因
1.实际接线与原