《模拟电子技术实验》教案.docx

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《模拟电子技术实验》教案

实验一共射极单管放大电路的研究

1.实验目的

（1）学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响；

（2）掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法；

（3）熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。

2.实验设备与器材

根据实验室提供的元件选取

3.实验电路与说明

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图。

它的偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE，以稳定放大器的静态工作点。

当在放大器的输入端加入输入信号ui后，在放大器的输出端便可得到一个与ui相位相反，幅值被放大了的输出信号u0，从而实现了电压放大。

安装电路时，要注意电解电容极性、直流电源正负极和信号源的极性。

图4.1共射极单管放大器实验电路

（实际元件参数根据自己选择的元件参数为准）

4.实验内容与步骤

（1）电路安装

①安装之前先检查各元器件的参数是否正确，区分三极管的三个电极，并测量其β值。

②按图1.1所示电路，在面包板或实验台上搭接电路。

安装完毕后，应认真检查连线是否正确、牢固。

（2）测试静态工作点

①电路安装完毕经检查无误后，首先将直流稳压电源调到12V，接通直流电源前，先将RW调至最大，函数信号发生器输出旋钮旋至零,再接通直流电源,调节RP，使IC＝2.0mA（即Ue＝2.0V）。

②用万用表测量电路的静态电压UCC、UBQ、UEQ、UBEQ、UCEQ，并记录在表1.2中。

表1.2静态工作点的测量

测试内容

UCC/V

UbQ/V

UeQ/V

UbeQ/V

UceQ/V

IcQ/mA

测量值

理论计算值

（3）测量电压放大倍数

①将信号发生器的输出信号调到频率为1kHz、幅度为10mV左右的正弦波，接到放大电路输入端,然后用示波器观察输出信号的波形。

在整个实验过程中，要保证输出信号不产生失真。

如输出信号产生失真，可适当减小输入信号的幅度。

②用电子毫伏表测量测量下述二种情况下的UO值，并用双踪示波器观察uO和ui的相位关系，记入表2－2；用公式

和

，计算出不接负载时对输入电压Ui的电压放大倍数和对信号源Us的电压放大倍数，记录在表1.3中。

表1.3电压放大倍数的测量

测试

内容

不接负载（RL=∞）

接上负载（RL=2.4kΩ）

Us/

mV

Ui/

mV

Uo/V

Au

Aus

Us/

mV

Ui/

mV

Uo/V

Au

Aus

测量值

理论

计算值

（4）观察静态工作点对输出波形失真的影响

置Rc＝2.4kΩ，RL＝2.4kΩ，ui＝0，调节RP使Ic＝2.0mA，测出Uce值，再逐步加大输入信号，使输出电压u0足够大但不失真。

然后保持输入信号不变，分别增大和减小RW，使波形出现失真，绘出u0的波形，并测出失真情况下的Ic和Uce值，记入表1.4中。

每次测IC和UCE值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。

表1.4Rc＝2.4kΩRL＝∞Ui＝　　mV

Ic/mA

Uce/V

u0波形

失真情况

管子工作状态

2.0

（5）测量最大不失真输出电压的幅度

置RC＝2.4kΩ，RL＝2.4kΩ，调节信号发生器输出，使Us逐渐增大，用示波器观察输出信号的波形。

直到输出波形刚要出现失真而没有出现失真时，停止增大Us，这时示波器所显示的正弦波电压幅度，就是放大电路的最大不失真输出电压幅度，将该值记录下来。

然后继续增大Us，观察输出信号波形的失真情况。

5.实验总结与分析

（1）用理论分析方法计算出电路的静态工作点，填入表1.2中，再与测量值进行比较，并分析误差的原因。

（2）通过电路的动态分析，计算出电路的电压放大倍数，包括不接负载时的Au、Aus以及接上负载时的Au、Aus。

将计算结果填入表1.3中，再与测量值进行比较，并分析产生误差的原因。

（3）回答以下问题：

①放大电路所接负载电阻发生变化时，对电路的电压放大倍数有何影响？

②怎样用测量信号电压的方法来测量放大电路的输入电阻和输出电阻？

（4）心得体会与其他。

实验二基本运算电路的测试

1.实验目的

（1）研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能；

（2）学会上述电路的测试和分析方法。

2.实验设备与器材

实验所用设备与器材见表2.1示。

表2.1实验二的设备与器材

序号

名称

型号与规格

数量

备注

1

实验台

SL-162

1台

2

双踪示波器

0～20M

1台

3

电子毫伏表

1只

4

万用表

1只

5

集成运算放大器

μA741

1片

6

电阻

若干

7

电容

若干

8

连接导线

若干

3.实验电路与说明

集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。

当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。

在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。

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，该电路的输出电压与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。

（2）反相加法电路

电路如图2.2所示，输出电压与输入电压之间的关系为

R3＝R1//R2//Rf

图2.1反相比例运算电路图2.2反相加法运算电路

（3）同相比例运算电路

图2.3（a）是同相比例运算电路，它的输出电压与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。

图2.3同相比例运算电路

（4）差动放大电路（减法器）

减法运算电路如图2.4所示。

图2.4减法运算电路图图2.5积分运算电路

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

（5）积分运算电路

反相积分电路如图2.5所示。

在理想化条件下，输出电压uO（t）等于

式中，uC（0+）是t＝0+时刻电容C两端的电压值，即初始值。

如果ui（t）是幅值为E的阶跃电压，并设uc（0+）＝0，则

即输出电压uo（t）随时间增长而线性下降。

显然RC的数值越大，达到给定的Uo值所需的时间就越长。

积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限值。

4.实验内容与步骤

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（t）和ui（t）的相位关系，记入表2.2中。

表2.2　Ui＝0.5V，f＝100Hz

Ui/V

U0/V

ui波形

uo波形

Au

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2.3中。

②将图2.3（a）中的R1断开，得图4.9（b）电路重复内容①。

表2.3　　　Ui＝0.5V　　f＝100Hz

Ui/V

U0/V

ui（t）波形

uo（t）波形

Au

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2.4中。

图4.12简易可调直流信号源

表2.4反相加法器测量数据

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2.5中。

　　表2.5减法器测量数据

Ui1/V

Ui2/V

UO/V

（5）积分运算电路

　　实验电路如图2.5所示。

　　①　打开S2，闭合S1，对运放输出进行调零。

②　调零完成后，再打开S1，闭合S2，使uC（o）＝0。

③　预先调好直流输入电压Ui＝0.5V，接入实验电路，再打开S2，然后用直流电压表测量输出电压UO，每隔5秒读一次UO，记入表2.6中，直到UO不继续明显增大为止。

表2.6积分器测量数据

T/s

0

5

10

15

20

25

30

……

U0/V

5.实验总结与分析

（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。

（4）回答以下问题：

①在反相加法器中，如Ui1和Ui2均采用直流信号，并选定Ui2＝－1V，当考虑到运算放大器的最大输出幅度（±12V）时，｜Ui1｜的大小不应超过多少伏？

②在积分电路中，如R1＝100kΩ，C＝4.7μF，求时间常数。

假设Ui＝0.5V，问要使输出电压UO达到5V，需多长时间（设uC（o）＝0）？

（5）心得体会与其他。

实验三负反馈放大电路的研究

1.实验目的

（1）加深理解放大电路中引入负反馈的方法；

（2）研究负反馈对放大器性能的影响；

（3）掌握负反馈放大器性能的测试方法。

2.实验设备与器材

3.实验电路与说明

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，常常在放大器中加入负反馈环节。

负反馈在电子电路中的应用,虽然它使放大器的放大倍数降低，但能在多方面改善放大器的动态指标，如稳定放大倍数，改变输入、输出电阻，减小非线性失真和展宽通频带等。

根据输出端取样方式和输入端连接方式的不同，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、电压并联负反馈。

4.实验内容与步骤

（1）电路安装

①安装之前先检查各元器件的参数是否正确，区分三极管的三个电极，并测量其β值。

②按图3.1所示电路，在面包板或实验台上搭接电路。

安装完毕后，应认真检查连线是否正确、牢固。

（2）测试静态工作点

①电路安装完毕经检查无误后，首先将直流稳压电源调到12V，再接通直流电源，输入信号暂时不接。