模拟电子技术实验指导书doc.docx
《模拟电子技术实验指导书doc.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《模拟电子技术实验指导书doc.docx(21页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
模拟电子技术实验指导书doc
《模拟电子技术》
实验教学指导书
课程编号:
1038181007
湘潭大学
信息工程学院电工与电子技术实验中心
2007年11月30日
前言
一、实验总体目标
通过实验教学,使学生巩固和加深所学的理论知识,培养学生运用理论解决实际问题的能力。
学生应掌握常用电子仪器的原理和使用方法,熟悉各种测量技术和测量方法,掌握典型的电子线路的装配、调试和基本参数的测试,逐渐学习排除实验故障,学会正确处理测量数据,分析测量结果,并在实验中培养严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作之风。
二、适用专业年级
电子信息工程、通信工程、自动化、建筑设施智能技术等专业二年级本科学生。
三、先修课程
《高等数学》、《大学物理》、《电路分析基础》或《电路》。
四、实验项目及课时分配
实验项目
实验要求
实验类型
每组
人数
实验
学时
实验一
常用电子仪器的操作与使用
必须
验证性
1
2
实验二
单管放大电路的设计
必须
设计性
1
4
实验三
多级放大电路的综合实验
必须
综合性
1
4
实验四
差动式放大电路的设计与实现
必须
设计性
1
4
实验五
集成运算放大器应用电路综合实验
必须
综合性
1
4
实验六
RC正弦波振荡器的设计与实现
必须
设计性
1
2
五、实验环境
网络化模拟电路实验台:
36套(72组)
主要配置:
数字存储示波器、DDS信号发生器、数字交流毫伏、模块化单元电路板等。
六、实验总体要求
本课程要求学生自己设计、组装各种典型的应用电路,并用常用电子仪器测试其性能指标,掌握电路调试方法,研究电路参数的作用与影响,解决实验中可能出现各种问题。
1、掌握基本实验仪器的使用,对一些主要的基本仪器如示波器、、信号发生器等应能较熟练地使用。
2、基本实验方法、实验技能的训练和培养,牢固掌握基本电路的调整和主要技术指标的测试方法,其中还要掌握电路的设计、组装等技术。
3、综合实验能力的训练和培养。
4、实验结果的处理方法和实验工作作风的培养。
七、本课程实验的重点、难点及教学方法建议
本课程实验的重点是电路的正确连接、仪表的正确使用、数据测试和分析;
本课程实验的难点是电路的设计方法和综合测试与分析。
在教学方法上,本课程实验应提前预习,使学生能够利用原理指导实验,利用实验加深对电路原理的理解,掌握分析电路、测试电路的基本方法。
实验一常用电子仪器的操作与使用…………………………………………1
实验二单管放大电路的设计…………………………………………………4
实验三多级放大电路的综合实验……………………………………………6
实验四差动式放大电路的设计与实现………………………………………10
实验五集成运算放大器应用电路综合实验…………………………………12
实验六RC正弦波振荡器的设计与实现………………………………………18
实验一常用电子仪器的操作与使用
一、实验目的
1、了解常用电子仪器、仪表的功能与性能指标。
2、掌握常用电子仪器的操作和使用方法。
二、实验仪器和设备
GDS—2062数字存储示波器、EE1411合成函数信号发生器、SM1030数字交流毫伏表、UT52数字万用表、SZ-AMA智能网络化模拟电路实验台。
三、实验内容及步骤
在电子电路实验中,常用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、交流毫伏表、直流稳压电源、万用表、频率计等,用它们可以完成对电子电路的静态和动态工作情况的测试和测量。
实验中要对各种电子仪器进行综合使用,可按照信号流向,以连线简捷、调节顺手、观察与读数方便等原则进行合理布局,各仪器与被测实验装置之间的连接如图1.1所示。
接线时应注意:
为防止外界干扰,各仪器的公共接地线应连接在一起,称“共地”。
信号源和交流毫伏表的引线通常采用屏蔽线或专用电缆线,示波器必须采用专用电缆探头线,电源线用普通导线。
图1.1电子电路中电子仪器布局及连线图
1、示波器、交流毫伏表、函数信号发生器的使用
①用示波器、交流毫伏表测量正弦波信号参数
调节函数信号发生器,使输出频率分别为100Hz、1kHz、10kHz、100kHz的正弦波信号。
示波器的使用只需按下『AutoSet』键,即可扫描到波形,按下『Measure』键,即可在屏幕上读出波形的频率、电压峰-峰值和有效值等参数。
测量函数信号发生器输出信号源的频率、电压峰-峰值和有效值,记入表1.1中。
将信号源输出有效值调为Vrms=1V
表1.1
正弦波信号频率
毫伏表
读数(V)
示波器测量值
周期(mS)
频率(Hz)
峰-峰值VPP(V)
100Hz
1kHz
10kHz
②用示波器、交流毫伏表测量不同幅度的正弦电压。
EE1411函数信号发生器输出信号频率为1000赫兹的正弦波。
输入不同电压值的信号,测出相关电压值。
填入表1.2
表1.2
函数信号发生器峰峰值VPP
300mV
500mV
1000mV
2000mV
4000mV
交流毫伏表测量
示波器测量
2、几种周期性信号的幅值、有效值及频率的测量
调节函数信号发生器,使它的输出信号波形分别为正弦波、方波和三角波,信号的频率为2kHz,电压峰-峰为2V,用示波器测量其周期和峰-峰值,计算出频率和有效值,记入表1.3中。
表1.3
信号波形
信号发生器输出频率/幅值VPP
交流毫伏表(V)
示波器测量值
计算值
周期T(mS)
峰-峰值VPP(V)
有效值V(V)
正弦波
2KHz/2V
三角波
2KHz/2V
方波
2KHz/2V
注:
正弦波有效值V=VPP/(2×1.41)
三角波有效值V=VPP/(2×1.73)
方波有效值V=VPP/2
四、实验报告与预习要求
1、整理实验数据,将实验结果与标称值或计算值进行分析、比较,若出现误差,则分析误差值和误差原因。
2、实验前要求下载并阅读GDS—2062数字存储示波器、EE1411合成函数信号发生器的使用说明书,了解基本原理和使用方法。
3、将实验数据和实验报告装订后交模拟电子技术实验室。
实验二单管放大电路的设计
一、实验目的
1、熟悉基本放大电路的典型结构与组成,学会选用典型电路,依据设计指标要求计算元件参数,以及工程上如何选用电路元器件的型号与参数。
2、掌握基本放大电路的调试过程与调试要领,掌握基本放大电路有关参数的实验测量方法。
3、了解电路元件参数改变对静态工作点、放大电路参数的影响。
4、了解放大电路的非线性失真,静态工作点对非线性失真的影响。
二、设计任务要求
1、设计一个单管共射极放大电路
主要设计参数:
电源电压12V,三极管选用9011(β值约为150)、射极电阻为2KΩ时的静态工作点参数约为IB=10uA、IC=1.6mA、UCE=4V;交流参数指标为AU≥100、Ri≥2KΩ、Ro≤3KΩ。
2、设计一个共集极放大电路(射极跟随器)
主要设计参数:
电源电压12V,三极管选用9011(β值约为150)、射极电阻为2KΩ时的静态工作点参数约为IB=26uA、IC=4mA、UCE=3.5V;交流参数指标为AU≥0.95、Ri≥50KΩ、Ro≤20Ω。
三、实验内容和要求
1、单管共射极放大电路
(1)依据原理设计电路,在实验台上确定选用的元器件。
(2)在实验台上搭建电路,进行静态调试并测量静态工作点参数。
(3)动态调试,没有非线性失真时(选用1KHz15mV左右正弦波),分别测量交流电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。
(4)改变静态工作点,分别观察饱和失真和截止失真现象。
(5)增大输入信号,观察同时产生饱和失真和截止失真现象。
2、单管共集极放大电路(射极跟随器)
(1)依据原理设计电路,在实验台上确定选用的元器件。
(2)在实验台上搭建电路,进行静态调试并测量静态工作点参数。
(3)动态调试,没有非线性失真时,分别测量交流电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。
(4)改变静态工作点,分别观察饱和失真和截止失真现象。
(5)增大输入信号,观察同时产生饱和失真和截止失真现象。
三、实验设备及仪器
GDS—2062数字存储示波器、EE1411合成函数信号发生器、SM1030数字交流毫伏表、UT52数字万用表、SZ-AMA智能网络化模拟电路实验台。
四、设计实验报告要求
1、依据设计要求拟定的设计方案、原理电路图、元器件参数计算、选用的器件清单。
2、整理实验数据,并与理论值进行比较。
3、综合分析比较两种不同类型的单管放大电路的特点。
4、实验收获与心得。
五、预习要求
1、熟悉分压式偏置共射极单管放大电路和射极跟随器的构成。
2、熟悉放大电路和静态工作点及调试方法。
3、什么是信号源电压us?
什么是放大电路的输入信号ui?
什么是放大电路的输出信号uo?
如何用示波器和交流毫伏表测量这些信号?
4、如何通过动态指标的测量求出放大电路的电压放大倍数AV、输入电阻Ri和输出电阻Ro?
5、了解负载变化对放大电路的放大倍数的影响。
6、观察静态工作点选择得不合适或输入信号ui过大所造成的失真现象,从而掌握放大电路不失真的条件。
7、依据设计要求,确定原理电路,计算有关电路参数,选定元器件,设计制作实验测试的各种数据记录表格。
实验三多级放大电路的综合实验
一、实验目的
1、掌握多级放大电路静态工作点的调试方法。
2、掌握测试两级放大电路和负反馈放大电路性能指标的基本方法。
3、深入理解负反馈对放大电路性能的影响。
二、实验设备及仪器
GDS—2062数字存储示波器、EE1411合成函数信号发生器、SM1030数字交流毫伏表、UT52数字万用表、SZ-AMA智能网络化模拟电路实验台。
三、实验内容与步骤
1、调整和测试两级放大电路的静态工作点
按实验线路图3-1接线,其中三极管均采用9011(β=150),分别调试两级放大电路的静态工作点,用直流电压表测量两级三极管的其余工作电压,将数据填入表3-1中。
表3-1
第一级T1
第二级T2
电位
UB1(V)
UE1(V)
UC1(V)
UB2(V)
UE2(V)
UC2(V)
测量值
2.2
3.2
2、测量两级放大电路的电压倍数Au、输入电阻Ri、输出电阻Ro和通频带BW
⑴测量Au、Ri、Ro
在输入端Us处加入1kHz、2mV的正弦信号(有效值),将G点接地,用示波器监视输出波形,在波形不失真的条件下,用交流毫伏表按表3-2进行测量,并计算Au1、Au2及总Au。
表3-2
交流毫伏表测量数据
电位
us(mV)
ui(mV)
uo1(mV)
uo(mV)
RL开路
uL(mV)
RL=5.1K
测量值
2
uo=
uL=
Us
Uo
+
+
+
+
+
+
-
Rs
RF
Rw
RL
Ui
Vcc=12V
100KΩ
20kΩ
~
100μF
1KΩ
2kΩ
100Ω
5.1kΩ
3kΩ
2kΩ
10kΩ
7.5kΩ
100kΩ
A
E
22μF
22μF
100μF
+
22μF
F
图3-1两级放大电路
20kΩ
10kΩ
B
2KΩ
C
D
Cf
47μF
G
+
计算两级放大电路的开环输入电阻Ri、开环输出电阻Ro
⑵测量两级放大电路的通频带
RL=5.1kΩ、Ui=1mV,首先测出中频1kHz时的输出电压值,然后分别提高和降低正弦信号源Ui的频率(注意保持Ui=1mV不变)。
使输出电压下降为中频输出电压的0.707倍,则所对应的频率分别为上限截止频率fH和下限截止频率fL,通频带BW=fH-fL,测量数据填入表3-3。
表3-3
中频
高频
低频
fM(KHz)
uL(mV)
RL=5.1K
fH(KHz)
uL(mV)
RL=5.1K
fL(Hz)
uL(mV)
RL=5.1K
两级放大电路(开环)
1
3.测量负反馈放大电路的Auf、Rif、Rof和通频带BWf
将RF接成电压串联负反馈,(即F与G连接),正弦信号US=10mV、1kHz,按实验步骤2的方法进行,填入表3-4。
表3-4
交流毫伏表测量数据
电位
us(mV)
ui(mV)
uo(mV)
RL开路
uL(mV)
RL=5.1K
测量值
10
uo=
uL=
测量电压串联负反馈放大电路的通频带BWf:
测量方法按实验步骤2的(4)进行操作,测量数据填入表3-5。
表3-5
中频
高频
低频
fM(KHz)
uL(mV)
RL=5.1K
fH(KHz)
uL(mV)
RL=5.1K
fL(Hz)
uL(mV)
RL=5.1K
两级放大电路(开环)
1
4、观察负反馈深度对放大倍数的影响
保持Us不变,负载电阻RL=5.1K,用交流毫伏表分别测量ui、uo,将数据记入表3-6。
表3-6
Rf(KΩ)
10
7.5
5.1
uS(mV)
10
10
10
ui(mV)
uo(mV)
5、选做内容:
改接成电流并联负反馈(即将Rf、Cf反馈支路在BD间接入),正弦信号US=10mV、1kHz,重复实验步骤2的全部内容,填入下表3-7。
表3-7
交流毫伏表测量数据
电位
us(mV)
ui(mV)
uo(mV)
RL开路
uL(mV)
RL=5.1K
测量值
10
uo=
uL=
四、实验报告要求
1、计算两级放大电路的开环和闭环的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻,与实验所测得的数据进行比较,分析误差原因。
2、用实验所测得的数据说明电压串联负反馈对放大电路性能(fBW、Ri、Ro、fH、fL)的影响。
3、实验中的收获体会。
4、回答思考题。
五、预习思考题与要求
1、放大电路产生失真的原因有哪些?
如何调整才会不失真?
2、多级放大电路的耦合方式有哪几种?
哪种耦合方式对静态工作点影响最大?
3、多级放大电路电压放大倍数如何计算?
实验如何测量?
4、负反馈放大电路有几种类型?
分别对放大电路性能产生什么影响?
5、完成实验原理电路的有关参数计算。
实验四差动式放大电路的设计与实现
一、实验目的
1、熟悉典型差动式放大电路的结构与组成,学会选用典型电路,依据设计指标要求计算元件参数,以及工程上如何选用电路元器件的型号与参数。
2、掌握差动放大电路零点调整和静态测试,理解差模放大倍数的意义及测试方法。
3、了解差动放大电路对共模信号的抑制能力,测试共模抑制比。
二、设计任务要求
1、设计一个不带恒流源的差动式放大电路
主要参数:
选用9011(β值约为150),采用±12V双电源,输入电阻≥20KΩ、双端输出电阻≥20KΩ,差模电压增益AUd≥10,共模抑制比KCMR≥20。
2、设计一个带恒流源的差动式放大电路
主要参数:
选用9011(β值约为150),采用±12V双电源,恒流源为1.2mA,输入电阻≥20KΩ、双端输出电阻≥20KΩ,差模电压增益AUd≥14,共模抑制比KCMR≥40。
三、实验内容
1、不带恒流源的差动式放大电路
(1)依据原理设计电路,在实验台上确定选用的元器件。
(2)在实验台上搭建电路,进行调零、静态工作点测量与调试。
(3)分别测量四种组态类型的差模增益、共模增益、输入电阻、输出电阻。
2、带三极管恒流源的差动式放大电路
(1)依据原理设计电路,在实验台上确定选用的元器件。
(2)在实验台上搭建电路,进行调零、静态工作点测量与调试。
(3)分别测量四种组态类型的差模增益、共模增益、输入电阻、输出电阻。
四、实验设备及仪器
GDS—2062数字存储示波器、EE1411合成函数信号发生器、SM1030数字交流毫伏表、UT52数字万用表、SZ-AMA智能网络化模拟电路实验台。
五、设计实验报告要求
1、依据设计要求拟定的设计方案、原理电路图、元器件参数计算、选用的器件清单。
2、整理实验数据,并与理论值进行比较。
3、综合分析比较两种不同类型的差动式放大电路的区别,工程上应如何选用?
4、实验收获与心得。
六、预习与思考要求
1、差动放大电路的电路结构及元器件的要求。
2、差模信号、共模信号、差模电压增益、共模电压增益、共模抑制比等的基本概念。
3、提高共模抑制比的方法。
4、实验中怎样获得双端和单端输入差模信号?
怎样获得共模信号?
为什么要在信号发生器与放大电路输入端之间加接一电容器?
5、怎样用交流毫伏表测双端输出电压Uo?
6、根据设计参数,估算典型差分放大电路和具有恒流源的差分放大电路的元器件参数,提出元器件清单。
7、设计并制作实验测量数据记录表格。
实验五集成运算放大器应用电路综合实验
一、实验目的
1、了解集成运算放大器(μA741)的使用方法。
2、掌握由集成运放构成比例、积分基本运算电路及工作原理。
3、了解电压比较器的特点及电压传输特性的测试方法。
二、实验仪器和器材
GDS—2062数字存储示波器、EE1411合成函数信号发生器、SM1030数字交流毫伏表、UT52数字万用表、SZ-AMA智能网络化模拟电路实验台。
器件:
集成运放μA741、电阻、电容等。
三、实验内容和步骤
1、调零
按图5-1接线,接通电源后,调节调零电位器RP,使输出电压Vo=0(小于±10mA),运放调零后,在后面的实验中不要再改动电位器的位置。
图5-1运算电路调零
2、反相比例运算
反相比例运算电路如图5-2所示按图接线根据表5-1给定的值,测量对应的值,并填入表5-1中,并用示波器观察输入和输出波形,并将波形描绘于表5-1中。
图5-2反相比例运算电路
表5-1
Vi为直流信号
Vi为交流信号
Vi(mV)
100
200
300
500
100
200
300
500
实测值Vo(mV)
理论值Vo(mV)
实测|AV|
Vi波形
Vo波形
注意:
vi为直流信号时,vi直接从实验台上的0~30V直流电源上获取,用直流电压表分别测量vi合vo.
当vi为交流信号时,vi由函数信号发生器提供频率为1000Hz的正弦信号,用交流毫伏表分别测量vi和vo。
3、同相比例运算
同相比例运算电路如图5-3所示,根据表5-2给定的vi值,测量对应vo值并填入表5-2中,同时用示波器观察输入信号vi和输出信号vo的波形,并将观察到的波形填入表5-2中。
理论值:
图5-3同相比例运算电路
表5-2
Vi为直流信号
Vi为交流信号
Vi(mV)
100
200
300
500
100
200
300
500
实测值Vo(mV)
理论值Vo(mV)
实测|AV|
Vi波形
Vo波形
4、积分运算电路
按图5-4接线,由函数信号发生器提供幅度为f=500Hz、幅度为ViP-P=12V的方波和正弦输入信号vi,用示波器测量输入、输出信号幅度和波形,记于表5-3中。
图5-4积分运算电路
表5-3
5、电压比较器
(1)单门限电压比较器
单门限电压比较器电路原理如图5-5所示,按图接线,Vi为f=500Hz,最大值为5V的正弦波(由函数信号发生器提供),VREF分别为0V、2V、-2V(VREF从实验台的直流信号源上获取),用双踪示波器观察Vi、Vo的波形和读出门限电压VT、Vi和Vo峰-峰值电压,将其波形数据填入表5-4中。
图5-5单门限电压比较器电路
表5-4(其中:
VT为Vo与Vi在垂直方向上的交点)
基准电压VREF(V)
0
2
-2
电压值
门限电压VT(V)
Vi峰-峰值(V)
Vo峰-峰值(V)
波形
传输特性
(2)滞回比较器
滞回比较器电路原来如图5-6所示。
按图接线,将a.b短路,接通电源。
用万用表的直流电压档测量输出电压;
图5-6滞回比较器电路
①若比较器输出电压Vo为负值,缓慢调节Rw使Vo由负变正,此时的Vi值为上门限电压VT+,测出上门限电压VT+和输出电压Vo;继续调节Rw,使|Vi|增大,观察VT+和Vo有无变化。
②若比较器输出电压Vo为正值,缓慢调节Rw使Vo由正变负,此时的Vi值为下门限电压VT—,测出下门限电压VT-和输出电压Vo;继续调节Rw,使|Vi|增大,观察VT+和Vo有无变化。
将数据记入表5-5中。
表5-5
输入电压Vi(V)
门限电压VT(V)
输出电压Vo(V)
正突变电压值
负突变电压值
VT+
VT-
VOH
VOL
③断开a、b,Vi接f=500Hz,最大值为12V的正弦波(由函数信号发生器提供),用双踪示波器观察Vi、Vo的波形,读出上、下门限电压、Vi和Vo峰值电压,将其波形和数据记入表5-6中,并画出其传输特性。
表5-6
电压值
输入、输出波形
传输特性
最大值Vi(V)
12
VT+(V)
VT-(V)
VOH(V)
VOL(V)
四、实验报告要求
1、整理实验数据,并对实测数据和理论数据进行比较和分析,说明实测数据和理论数据之间出现误差的原因。
2、回答思考题5、7、8、9。
五、预习要求与思考题
1、集成运算放大器的主要参数,调零的作用和方法。
2、基本运算电路的输入输出关系。
3、运算放大器组成单门限比较器和滞回比较器的电路结构。
4、门限电压的估算和传输特性的测量。
5、什么叫“调零”?
运算放大器为什么要进行调零?
6、理想运放有哪些特性?
通过实验试将运放的理想特性与实际运放电路进行比较。
7、在积分中,改变R1、C1的参数,输出波形是否有变化?
如何变化?
8、在积分电路中,如R1=100kΩ、C1=4.7μF,求时间常数。
假设Vi=0.5V,问要使输出电压Vo达到5V,需多长时间?
设uC(0)=0。
9、电压比较器中的运放通常工作在什么状态(负反馈、正反馈或开环)?
一般它的输出电压是否只有高电平和低电平两个稳定状态?
10、迟滞比较器的传输特性为什么具有迟滞特性?
实验六RC正弦波振荡器的设计与实现
一、实验目的
1、熟悉RC桥式正弦波振荡电路的组