模拟电子技术基础实验教程.docx

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教材内容依照教学规律按照由浅入深、循序暂进的学习和能力培养原则，分层次安排实验内容，后一层次的内容以前一层次为基础，逐步加深。

模拟电子技术基础实验教程肇庆学院光机电一体化综合性实验教学示范中心实验教材之五模拟电子技术基础实验教程肇庆学院电子信息与机电工程学院编二00八年九月前　言这本教材是为肇庆学院光机电一体化综合性实验教学示范中心编写的。

根据实验教学示范中心建设立项对教材建设的要求，结合教学实践、教学条件以及学生实际情况，编写了这本实用的、符合当前教学改革需要的《模拟电子技术基础实验指导书》。

教材内容保持与本课程的教学大纲一致，依照教学规律按照由浅入深、循序暂进的学习和能力培养原则，分层次安排实验内容，后一层次的内容以前一层次为基础，逐步加深。

教材内容按照基础实验、综合性实验、设计性实验三部分编写，既相互独立，又相互联系，可根据不同专业教学需要、培养目标进行取舍、组合，构建出不同的实验教学模块。

编写过程力争既切合学生学习的实际情况，又能结合实验基础和实验条件，使实验内容可以实现保障学生掌握模拟电子电路原理，掌握电子电路性能参数的调试、测试方法、故障分析排除等基本能力。

锻炼、培养学生具有初步的模拟电子电路的综合分析和设计电路的能力。

另外，还为根据不同的实验教学时数，在实验的数量上、内容的难易程度上保留了充分的选择余地，可以照顾不同实验课时需要，也可以照顾到不同学习水平的学生因人而异，因材施教地选择实验学习内容。

由于编者的能力和水平所限，对于编写原则和书中具体内容的欠缺、疏漏和错误之处，恳请各位同行、专家多加指正。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　编者　麻幼学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2008.12.12目录前言目录第一章绪论一、电子技术实验的性质与任务……………………………………1二、电子技术实验的基本程序………………………………………2三、电子技术实验的操作规程………………………………………3四、实验报告的编写与要求…………………………………………5第二章　基础实验实验一常用电子元器件的测试………………………………………7实验二晶体管共射极单管放大器……………………………………12实验三负反馈放大器………………………………………………21实验四　集成运算放大器的基本应用（模拟运算电路）…………26实验五低频功率放大电路……………………………………………32实验六直流稳压电源…………………………………………………34第三章综合性设计实验实验七音频功率放大电路的设计……………………………………38实验八低频函数信号发生器的设计…………………………………45实验九低频数字频率计的设计………………………………………63实验十 数控直流稳压电源的设计……………………………………74第四章　模拟电路设计实验实验十一负反馈放大电路……………………………………………84实验十二比例求和运算电路…………………………………………86实验十三有源滤波电路实验…………………………………………88实验十四波形产生电路实验…………………………………………90实验十五集成放大电

实验者做到：

1.实验前的预习为了避免盲目性，使实验过程有条不紊地进行，每个实验前都要做好以下几个方面实验准备：

（1）阅读实验教材，明确实验目的、任务，了解实验内容及测试方法。

（2）复习有关理论知识并掌握所用仪器的使用方法，认真完成所要求的电路设计、实验底板安装等任务。

（3）根据实验内容拟好实验步骤，选择测试方案。

（4）对实验中应记录的原始数据和待观察的波形，应先列表待用。

2.测试前的准备上好实验课并严格遵守实验操作规则，是提高实验效果，保证实验质量的重要前提。

在线路按要求安装完毕即将通电测试前，应做好以下准备工作：

（1）首先检查220V交流电源和实验所需的元器件、仪器仪表等是否齐全并符合要求，检查各种仪器面板上的旋钮，使之处于所需的待用位置。

例如直流稳压电源应置于所需的档级，并将其输出电压调整到所要求的数值。

切勿在调整电压前随意与实验电路板接通。

（2）对照实验电路图，对实验电路板中的元件和接线进行仔细的寻迹检查，检查各引线有无接错，特别是电源与电解电容的极性有否接反，各元件及接点有无漏焊、假焊，并注意防止碰线短路等问题。

经过认真仔细检查，确认安装无差错后，方可按前述的接线原则，将实验电路板与电源和测试仪器接通。

三、电子技术实验的操作规程和其它许多实践环节一样，电子技术实验也有它的基本操作规程。

电子技术工作者经常要对电子设备进行安装、调试和测量，因此，要求同学们一开始就注意培养正确、良好的操作习惯，并逐步积累经验，不断提高实验水平。

1.实验仪器的合理布局实验时，各仪器仪表和实验对象（如实验板或实验装置等）之间，应按信号流向，并根据连线简捷、调节顺手、观察与读数方便的原则进行合理布局。

图绪-1为实验仪器的一种布局形式。

输入信号源置实验板的左侧，图绪-1实验仪器的布局测试用的示波器与电压表置实验板的右侧，实验用的直流电源放中间。

2.电子实验器上的接插、安装与布线目前，在实验室中常用的各类电子技术实验台，通常有一块或数块多孔插座板。

利用这些多孔插座板可以直接接插、安装和连接实验电路而无需焊接。

然而，正确和整齐的布线在这里显得极为重要。

这不仅是为了检查、测量的方便，更重要的是可以确保线路稳定可靠地工作，因而是顺利进行实验的基础。

实践证明，草率的和杂乱无章的接线往往会使线路出现难以排除的故障，以致最后不得不重新接插和安装全部实验电路，浪费了很多时间。

为此，在多孔插座板上接插安装时应注意做到以下几点：

（1）首先要弄清楚多孔插座板和实验台的结构（可参见附录），然后根据实验台的结构特点来安排元器件位置和电路的布线。

一般应以集成电路或晶体管为中心，并根据输入、输出分离的原则，以适当的间距来安排其它元件。

最好先画出实物布置图和布线图，以免发生差错。

（2）接插元器件和导线时要非常细心。

接插前，必须先用钳子或镊子把待插元器件和导线的插脚弄平直。

接插时，应小心地用力插入，以保证插脚与插座间接触良好。

实验结束时，应一一轻轻拔下元器件和导线，切不可用力太猛。

注意接插用的元器件插脚和连接导线均不能太粗或太细，一般以线径为0.5mm左右为宜，导线的剥线头长度约10mm。

（3）布线的顺序一般是先布电源线与地线，然后按布线图，从输入到输出依次连接好各元器件和接线。

在可能条件下应尽量做到接线短、接点少，但同时又要考虑到测量的方便。

（4）在接通电源之前，要仔细检查所有的连接线。

特别应注意检查各电源的连线和公共地线是否接得正确。

查线时仍以集成电路或三极管的引脚为出发点，逐一检查与之相连接的元件和连线，在确认正确无误后方可接通电源。

3.正确的接线规则

（1）仪器和实验板间的接线要用颜色加以区别，以便于检查，如电源线（正极）常用红色，公共地线（负极）常用黑色。

接线头要拧紧或夹牢，以防接触不良或因脱落而引起短路。

（2）电路的公共接地端和各种仪表的接地端应连接在一起，既作为电路的参考零点（即零电位点），同时又可避免引起干扰，如图绪-2所示。

在某些特殊场合，图绪-2仪器与实验电路板的连接还需将一些仪器的外壳与大地接通，这样可避免外壳带电而确保人身和设备安全，同时又能起到良好的屏蔽作用。

如在焊接和测试MOS元件时，电烙铁和测试仪器均要接大地，以防它们漏电而造成MOS元件的击穿。

（3）信号的传输应采用具有金属外套的屏蔽线，而不能用普通导线。

并且屏蔽线外壳要选择一点接地，否则又可能引进干扰，而使测量结果和波形异常，如图绪-3所示。

（a）采用普通导线会引入电磁干扰（b）采用屏蔽线避免了干扰图绪-3外界电磁干扰与屏蔽4.注意人身和仪器设备的安全

（1）注意安全操作规程，确保人身安全为了确保人身安全，在调换仪器时须切断实验台的电源。

另外为防止器件损坏，通常要求在切断实验电路板上的电源后才能改接线路。

仪器设备的外壳如能良好接大地，可防止机壳带电，以保证人身安全。

在调试时，要逐步养成用右手进行单手操作的习惯，并注意人体与大地之间有良好的绝缘。

（2）爱护仪器设备，确保仪器和实验设备的使用安全在使用仪器过程中，不必经常开关电源。

因为多次开关电源往往会引起冲击，结果反而使仪器的使用寿命缩短。

切忌无目的地随意板弄仪器面板上的开关和旋钮。

实验结束后，通常只要关断仪器电源和实验台的电源，而不必将仪器的电源线拔掉。

为了确保仪器设备的安全，在实验室配电柜、实验台及各仪器中通常都安装有电源保险丝。

仪器使用的保险丝，常用的有0.5A，1A，2A，3A和5A等几种规格，应注意按规定的容量调换保险丝，切忽随意代用。

要注意仪表允许的安全电压（或电流），切勿超过！

当被测量的大小无法估计时，应从仪表的最大量程开始测试，然后逐渐减小量程。

四、实验报告的编写与要求实验报告是实验结果的总结和反映，也是实验课的继续和提高。

通过撰写实验报告，使知识条理化，可以培养学生综合问题的能力。

一个实验的价值在很大程度上取决于报告质量的高低，因此对编写好实验报告必须予以充分的重视。

编写一份高质量的实验报告必须做好以下几个环节：

1．以实事求是的科学态度认真做好各次实验。

（1）在实验过程中，对读测的各种实验原始数据应按实际情况记录下来，不应擅自修改，更不能弄虚作假。

（2）对测量结果和所记录的实验现象，要会正确分析与判断，不要对测量结果的正确与否一无所知，以致出现因数据错误，而重做实验的情况。

如果发现数据有问题，要认真查找线路并分析原因。

数据经初步整理后，再请指导教师审阅，然后才可拆线。

2．实验报告的主要内容包括以下几个方面

（1）实验目的。

（2）实验电路、测试方法和测试设备。

（3）实验的原始数据，波形和现象，以及对它们的处理结果。

（4）结果分析及问题讨论。

（5）收获和体会。

（6）记录所使用仪器的规格及编号（以备以后复核）。

在编写实验报告时，常常要对实验数据进行科学的处理，才能找出其中的规律，并得出有用的结论。

常用的数据处理方法是列表和作图。

实验所得的数据可分类记录在表格中，这样便于对数据进行分析和比较。

实验结果也可绘成曲线，直观地表示出来。

在作图时，应合理选择坐标刻度和起点位置（坐标起点不一定要从零开始），并要采用方格纸绘图。

当标尺范围很宽时，应采用对数坐标纸。

另外，在波形图上通常还应标明幅值、周期等参数。

第二章　基础实验实验一常用电子元器件的测试一、实验目的1．对电阻器、电位器、电容器、电感器、变压器、晶体二极管、晶体三极管等常用电子元件进行实物识别，并且了解它们的命名方法和主要技术指标。

2．学习用万用表对电阻、电位器、电容、电感器、变压器、二极管、三极管等常用电子元件的测试方法。

二、实验原理1．常用电子元件的参数测试电阻器电阻器按阻值可不可调分为固定式电阻器、可变式电阻器。

电阻器的特性指标主要有额定功率，阻值和容许误差。

额定功率的选用应比其在电路中实际消耗功率大1.5至2倍为宜，以提高设备可靠性，延长使用寿命。

由于生产工艺的影响允许电阻实测值和标称值之间有一定的误差范围，选用者在成本允许的情况下应选用误差小的高精度电阻。

电阻的标称值及容许误差常用色环表示,各颜色代表的数值如下:

黑棕红橙黄绿蓝紫灰白金银无色0123456789-1-2±1%±2%　±0.5%±0.25%±0.1%　±5%±10%±20%常见的色环电阻为四色环和五色环电阻，其中最后一个色环代表容许误差，倒数第二个色环代表应乘10的方次数，其它色环代表有效数字，注意;一般色环电阻的最后两个色环间距较大，而且金银色环不会是第一个色环。

举例:

标称值为:

17510-2=1.75Ω,容许误差为:

5%。

电阻好坏的判别方法:

看其实测值是否在标称值的容许误差范围内。

如上例，当实测值在1.75x（1士5%）Ω范围内时，则该电阻是好的，或者说质量合格。

电位器好坏的判别方法:

测其两定片间阻值应为标称值，测动片和定片间阻值，且将电位器从一个极端慢慢旋转到另一个极端，其阻值应在零和标称值之间连续变化，整个过程表针不应有跳动现象。

电容器的测量一般应借助于专门的测试仪器来进行，常用的有万用电桥等，利用它可以方便地测定电容器的容量大小和损耗等参数。

此处简单介绍如何利用模拟万用表的电阻档来粗略地检查电解电容器是否失效和漏电。

测试前，先将电解电容的两引出线短接一下，使其原先所充的电荷释放。

然后将万用表置于1kΩ档，并将电解电容的正极和负极分别接模拟万用表的黑色测试笔和红色测试笔，如图1-1所示。

正常情况下，可以看到表头指针先是产生向右较大的偏转，以后逐渐地向原位（即高阻值）返回，最后停止在原始位置上，这反映了电容器的充电过程。

一般来说，表头指针偏转越大，返回速度越缓慢，则说明电容器的容量越大。

若表头指针返回到接近零位（高阻值），说明电容器的漏电阻很大。

若表头指针停留在某一位置上，此时表针所指示的电阻值，即为该电容器的漏电阻。

合格的电解电容器，漏电阻通常在500kΩ以上。

若电解电容失效（电解液干涸，容量大幅度下降），则测量时表头指针偏转就很小，甚至不偏转。

已被击穿的电容器，漏电阻阻值接近于零。

漏电阻太小的电解电容器不能在电路中使用，否则会影响电路的正常工作。

对于容量较小的电容器，如云母电容、金属化纸介电容等，也可以用同样的方法进行检查，但由于它们容量较小，指针偏转也很小，返回速度又很快，实际上用万用表已很难对它们的性能指标进行测量，最好是使用专门的测试仪器。

若用万用表进行测试，则仅能检查它们是否通（因击穿而短路）、断（因失效而开路），这时万用电表的电阻档，应选用10kΩ档进行测量。

图1-1　用万用表测量电容电路图电感器与变压器电感器主要参数是电感且，对于常见的电源变压器，主要参数是输入输出电压以及功率。

电感器与变压器好坏的判别方法:

好的电感器与变压器的线田电阻应该铰小，变压器两个线田绕组之间以及线田绕组与铁（磁）芯之间应该是绝缘的。

晶体二极管晶体二极管的最大特点是单向导电特性：

正向偏置时（阳极接电源正端，阴极接负端），二极管正向导电，管子中流过较大的电流，此时，二极管的等效直流电阻很小；反向偏置时（阳极接电源负端，阴极接正端），二极管截止，二极管中仅仅流过反向漏电流，所以，其等效直流电阻很大。

用模拟万用表判别二极管时，应将模拟万用表量程置于电阻档。

若将黑色测试笔一端（它与内电池正极相连）接二极管的阳极，红色测试笔一端接二极管的阴极，如图1-2所示，则二极管处于正向偏置状态，二极管正向导电，因而有较大的电流流过表头，万用表指示低电阻值。

反之，如果黑色测试笔接二极管阴极，红色测试笔接二极管阳极，则二极管处于反向偏置状态，流过电流很小，万用表指示高电阻值。

因此，根据两种不同方式下测得的电阻值大小就可以判别二极管的极性。

用数字万用表判别二极管时，应该将万用表的量程档位放置在二极管符号档SHAPE\*MERGEFORMAT。

此时红色测试笔（它与内电池正极相连）接二极管的阳极，黑色测试笔接二极管的阴极，则二极管处于正向偏置状态，万用表指示的是二极管导通电压。

反之，如果红色测试笔接二极管阴极，黑色测试笔接二极管阳极，则二极管处于反向偏置状态，万用表指示开路。

图1-2　用万用表判别二极管极性晶体三极管　晶体三极管从结构上可以看成是由两个背靠背的PN结组成。

对NPN型管来说，基极是两个等效二极管的公共“阳极”；对PNP型管来说，基极则是它们的公共“阴极”，如图1-3所示。

因此，判别出三极管的基极是公共“阳极”还是公共“阴极”，即能判别出三极管是NPN型还是PNP型。

（a）　NPN型三极管（b）　三极管PNP型图1-3　晶体三极管的等效结构用模拟万用表电阻档可以判别三极管的发射极与集电极，以PNP型晶体管为例，其测试电路如图1-4所示。

若用红色测试笔接c极，黑色测试笔接e极，这时万用表指示的电阻值就反映了穿透电流ICEO的大小（电阻值小，表示ICEO大）。

如果c、b极之间再跨接一只Rb=100kΩ的电阻，此时由于有IB流过，因此万用表指示的电阻值就反映了集电极电流IC=βIB+ICEO的大小。

通常β>>1，所以IC明显增加，万用表指示的电阻值将比跨接Rb前显著减小（指示的电阻值减小越多，表示β值越大）。

反之，如果将红色测试笔接e极，黑色测试笔接c极（相当于将三极管c－e极之间的电源反接），则跨接Rb后三极管处于倒置（集电极c和发射极e互换使用）状态，此时，电流放大系数βR很小（一般βR<<1）。

因此，万用表指示的电阻值变化不大。

据此原理，即可判别c、e极。

（a）跨接Rb前（b）跨接Rb后图1-4　用万用表判别c、e电极对常用电子元、器件的测量，可以做如下内容：

（1）任意选取两个电阻，用万用表测出两个电阻的阻值，并与其色环所指标的电阻值进行比较。

（2）查看电解电容器上的规格和极性标记，并用万用表测出任意两个电容器的漏电阻值。

（3）用万用表电阻档的不同档位测量二极管的正、反向电阻阻值，分析二极管正、反向电阻阻值差异的原因。

（4）用万用表判别NPN型和PNP型管类型和管脚c、e，画出底视图。

三、实验设备与器件电阻两只，电位器一只·电容三只，电感一只，变压器一只·二极管两只，三极管两只，500型万用表一台。

四、实验内容1.测试并记录以下数据，判定好坏:

2.据以上数据判断各元件的好坏并陈述其理由,判定三极管的管脚。

五、实验报告1．记录被测电路的实验数据，整理相关实验结果。

2．分析实验误差及原因。

3．问题讨论

（1）为什么用模拟万用表的不同电阻档测量同一只二极管的正向电阻时，会有不同的测量结果？

（2）为什么用模拟万用表的同一个电阻档测量不同材料制成的二极管时，会有不同的测量结果？

（3）如何用万用表判别NPN型或PNP型三极管的基极、集电极和发射极？

六、预习要求预习本实验内容。

实验二　晶体管共射极单管放大器一、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。

二、实验原理图2-1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。

图2-1共射极单管放大器实验电路在图2-1电路中，当流过偏置电阻RB1和RB2的电流远大于晶体管T的基极电流IB时（一般5～10倍），则它的静态工作点可用下式估算UCE＝UCC－IC（RC＋RE）　　电压放大倍数　　　　输入电阻　　Ri＝RB1//RB2//rbe输出电阻RO≈RC　　由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。

在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。

一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。

因此，除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。

　　放大器的测量和调试一般包括：

放大器静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。

　　1.放大器静态工作点的测量与调试　　1）静态工作点的测量　　测量放大器的静态工作点，应在输入信号ui＝0的情况下进行，即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。

一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用算出IC（也可根据，由UC确定IC），同时也能算出UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。

为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。

　　2）静态工作点的调试放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流IC（或UCE）的调整与测试。

静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。

如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时uO的负半周将被削底，如图2-2（a）所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即uO的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图2-2（b）所示。

这些情况都不符合不失真放大的要求。

所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的输入电压ui，检查输出电压uO的大小和波形是否满足要求。

如不满足，则应调节静态工作点的位置。

（a）（b）图2-2静态工作点对uO波形失真的影响改变电路参数UCC、RC、RB（RB1、RB2）都会引起静态工作点的变化，如图2-3所示。

但图2-3　电路参数对静态工作点的影响通常多采用调节偏置电阻RB2的方法来改变静态工作点，如减小RB2，则可使静态工作点提高等。

最后还要说明的是，上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如输入信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。

所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。

如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。

　　2.放大器动态指标测试　　放大器动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压（动态范围）和通频带等。

　　1）电压放大倍数AV的测量　　调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压ui，在输出电压uO不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和uo的有效值Ui和UO，则　　　　　　　　2）　输入电阻Ri的测量　　为了测量放大器的输入电阻，按图2-4电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，在放大器正常工作的情况下，用交流毫伏表测出US和Ui，则根据输入电阻的定义可得图2-4　输入、输出电阻测量电路　　测量时应注意下列几点:

　　①由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量R两端电压UR时必须分别测出US和Ui，然后按UR＝US－Ui求出UR值。

　　②电阻R的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与Ri为同一数量级为好，本实验可取R＝1～2KΩ。

　　3）　输出电阻R0的测量　　按图2-4电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载RL的输出电压UO和接入负载后的输出电压UL，根据即可求出　　　　在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。

　　4）最大不失真输出电压UOPP的测量（最大动态范围）如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。

为此在放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RW（改变静态工作点），用示波器观察uO，当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图2-5）时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。

然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出UO（有效值），则动态范围等于。

或用示波器直接读出UOPP来。

图2-5　静态工作点正常，输入信号太大引起的失真　　5）放大器幅频特性的测量放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数AU与输入信号频率f之间的关系曲线。

单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图2-6所示，Aum为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的倍，即0.707Aum所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH，