模拟电子技术实验与仿真.docx
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模拟电子技术实验与仿真
第二章模拟电子技术实验与仿真
2．1二极管、三极管特性的测试
一、实验目的
1．学会对二极管的测试方法。
2．掌握二极管伏安特性的测试方法，加深对二极管单向导电性的理解。
3．掌握三极管管脚和管型的测量方法。
4．熟练掌握所用仪器、仪表的使用方法。
二、实验仪器与器材
1．模拟电子实验箱一台
2．万用表一块
3．电压表一块
4．交流毫伏表一块
5．双踪示波器一台
6．元器件：
不同型号的电阻、电容、二极管、三极管若干个
三、实验原理
1．二极管具有单向导电性能，其正向电阻小，反向电阻大，二极管导通以后两端的正偏电压称为二极管的管压降。
一般硅管的管压降为0.6～0.8V，锗管的管压降为0.2～0.3V。
测试过程中，关键是搞清所用万用表的两个表笔对应电池的电压极性。
若使用的是指针式万用表，则黑表笔接的是表内电池的正极（插入“-”孔中），红表笔接的是负极（插入“+”孔中）。
若使用的是数字万用表则相反，红表笔（插入V/Ω孔）是正极，黑表笔（插入COM孔）是负极。
数字万用表不能用电阻档来测量二极管，而要用二极管档测量。
2．晶体三极管具有电流放大作用。
其放大条件是外部所加的电压必须保证发射结处于正向偏置，集电极处于反向偏置。
（1）管型和基极的测试
三极管可以看成是两个背靠背的PN结结构，如图2.1.1所示。
对NPN型三极管，基极是两个结的公共阳极；而对于PNP型三极管来说，基极是两个结的公共阴极。
因此，判断公共极是阴极还是阳极，即可知道管子是NPN型还是PNP型。
用万用表测量PN结与测量二极管方法一样。
图2.1.1三极管符号示意图
（2）发射极和集电极的判断
在三极管的类型和基极确定以后，即可测出三极管的另外两个电极。
将指针式万用表打在R×1K档，接入NPN型三极管的两个测试端，若黑表笔接C端，红表笔接E端，表指针偏转大（电阻值小）；若将两表笔对调，表指针的偏转角小（电阻值大），这样就可判断三极管的发射极和集电极。
对于PNP型三极管的C、E极的判断方法与NPN型相类似。
四、实验内容及步骤
1．二极管的检测与识别
（1）用万用表判断二极管的极性。
（2）将万用表分别置不同档，测量并观察二极管正、反向电阻的变化情况，将结果填入表2.1.1中。
表2.1.1用万用表测量二极管
二极管型号
R×100
R×1K
R×10K
材料
质量
正向
反向
正向
反向
正向
反向
硅
锗
好
坏
2．测量二极管的伏安特性
（1）按图2.1.2所示连接电路，调节RW改变电压值，用逐点测量法测量正向伏安特性，读出毫安表和电压表的读数，填入表2.1.2。
图2.1.2二极管正向伏安特性测试
表2.1.2二极管正向伏安特性测试表
I/mA
0
0．1
0．2
0．3
0．4
0．5
0．6
0．7
0．8
0．9
1．0
1．1
U/V
（2）按图所示2.1.3连接电路，调节RP改变电压值，用逐点测量法测量反向伏安特性，读出毫安表和电压表的读数，填入表2.1.3
图2.1.3二极管反向伏安特性测试
表2.1.3二极管反向伏安特性测试表
U/V
0
1
3
5
10
15
20
25
30
I/μA
（3）根据测量结果绘制二极管伏安特性曲线。
3．用万用表测量三极管
（1）判别三极管的各电极、判别管型。
（2）判断三极管的各极间的正、反向电阻，判断材料及质量优劣，并将测量结果填入表2.1.4。
表2.1.4用万用表测量三极管
型号
B、E间阻值
B、C间阻值
C、E间阻值
管型
材料
质量
正向
反向
正向
反向
正向
反向
NPN
PNP
硅
锗
好
坏
4．三极管输出特性的测试
（1）按图2.1.4所示电路连接电路
图2.1.4三极管输出特性测试
（2）改变RP1，使IB=0，记录UBE的数据，RP1固定不变，然后调节RP2观测IC和UCE，把数据填入表2.1.5中。
（3）调节RP1，使IB分别为20μA、40μA，RP1固定不变，记录UBE的数据，然后调节RP2观测IC和UCE，把数据填入表2.1.5中。
表2.1.5
IB=0
UBE=V
UCE/V
IC/mA
IB=20
UBE=V
UCE/V
IC/mA
IB=40
UBE=V
UCE/V
IC/mA
（4）根据测量结果绘制三极管IB分别为0、20μA、40μA时的输出特性曲线。
五、实验报告要求
按要求填写各实验表格，整理测试结果，写出实验报告。
2.2整流滤波电路的测试
一、实验目的
1．掌握半波整流、桥式整流电路输入、输出电压的关系。
2．理解脉动直流的概念。
3．掌握电容滤波后电压波形以及输入、输出电压的关系。
二、实验仪器与器材
1．模拟电子实验箱一台
2．万用表一块
3．电压表一块
4．交流毫伏表一块
5．双踪示波器一台
6．元器件：
不同型号的电阻、电容、二极管、三极管若干个
三、实验原理
1．整流是利用二极管的单向导电性，将交流电变换成脉动的直流电。
滤波电路是将脉动的直流电中的交流成分进一步减少，使其输出更加平滑。
2．单相半波整流电路（电阻性）负载上的直流平均电压为Uo=0.45U2（U2为变压器二次侧的有效值）。
单相桥式全波整流电路负载上的直流平均电压为Uo=0.9U2。
单相桥式全波整流电容滤波电路负载上的直流平均电压为Uo≈1.1U2。
而当RL→∞时，输出电压最高，为1.4U2。
四、实验内容与步骤
1．单相半波整流实验电路如图2.2.1所示，连接电路。
图2.2.1半波整流实验电路
2．测量变压器二次侧电压，和输出电压U0用示波器观察输出电压波形，计算输出电压与输入电压的关系。
记入表2.2.1中。
表2.2.1半波整流电路的测量
电压/V
1
2
3
4
波形
U2
U0
3．单相全波整流电容滤波电路如图2.2.2所示，连接电路。
图2.2.2全波整流电容滤波电路
4．将K1断开，K2闭合，测量变压器二次侧的电压，观测输出电压波形，测量输出电压值，计算输入输出的关系。
5．将K1、K2均闭合，分别测量u2、u0的电压值，观测输出波形。
6．将K1闭合，K2断开，分别测量u2、uo的电压值，观测输出波形。
将以上结果记入表2.2.2中。
表2.2.2全波整流电容滤波电路的测量
电压/V
K1断开
K2闭合
K1、K2
均闭合
K1闭合
K2断开
波形
U2
U0
五、思考题
1．将图2.2.1单相整流电路中的二极管反接，实验结果会产生什么变化？
2．单相全波整流滤波电路中的四个二极管其中有一个反接，会产生什么后果？
或者其中有一个坏了，实验结果会产生什么变化？
六、实验报告及要求
1．按要求填写各实验表格，整理测试结果，写出实验报告。
2．回答思考题。
七、仿真实验
1．启动EWB，按图2.2.3所示输入仿真电路
图2.2.3全波整流、滤波仿真电路
2．仿真结果
仿真实验结果如图2.2.4所示。
图2.2.4全波整流电路输入输出仿真波形
2.3单管共射极放大电路
一、实验目的
1．观察静态工作点对放大电路性能的影响。
2．掌握放大电路的一般测试方法。
二、实验仪器与器材
1．模拟电子实验箱一台
2．万用表一块
3．电压表一块
4．交流毫伏表一块
5．双踪示波器一台
6．元器件：
不同型号的电阻、电容、二极管、三极管若干个
三、实验原理
1．本实验采用的是共射极放大电路。
输入信号us通过电容C加到三极管V的发射结，从而引起基极电流iB的相应变化。
iB的变化使集电极电流iC随之变化，iC的变化在电阻Rc上产生压降。
集电极电压uce=VCC－iCRc，当ic的瞬时值增加时，uce中的变化量经过电容C2传送到输出端成为输出信号uo。
2．可变电阻RP、Rb1、Rb2为基极偏置电阻，改变RP的阻值可改变偏流iB，使三极管工作在放大、截止或饱和状态。
四、实验内容和步骤
1．静态工作点的测试
（1）按图2.3.1所示连接电路，经检查无误后在VCC端接上12V电源。
图2.3.1三极管共射极放大电路
（2）将万用表调到5mA电流档，串接在三极管V的集电极回路中。
短接输入信号（即令uS=0），调节RP使Ic=1mA，然后测量IB的电流和晶体管的各极直流电流。
根据测量结果计算ß，将测量结果计算值填入表2.3.1中。
（测量电流时要注意万用表正、负表笔的正确接法，即红表笔接电流的一端、黑表笔接电流流出的一端）。
表2.3.1三极管共射极放大电路的测量
参数
IB/μA
UC/V
Ub/V
Ue/V
ß
数值
2．测量放大器的放大倍数
用低频信号发生器作信号源输出频率为1kHZ、幅度为50mV左右的正弦波信号接入电路的输入端，用双踪示波器同时观察输入、输出波形，并读出ui、uo，根据测量数据计算Au。
将测量数据填入表2.3.2中。
表2.3.2放大倍数的测量
ui/mV
uo/V
Au
3．观察工作点对输出波形的影响
调节RP，观察输出波形，使其分别处于截止失真和饱和失真两种状态，在此两种状态下分别用万用表测量晶体管的IC和UCE的值，并将结果填入表2.3.3。
表2.3.3工作点对输出波形影响的测量
参数状态
IC/mA
UCE/V
波形
饱和失真
截止失真
4．研究集电极负载对放大器的影响
在上述实验的基础上，将RC分别换为500Ω，1kΩ和10kΩ，用示波器观察并记录输出波形，看其是否出现失真。
5．测量放大器的输入电阻
在电路的输入端加入1kHz、500mV左右的正弦信号，在实验2的基础上，用示波器分别测量Ri两端对地的信号ui和us，输入电阻由下式计算
6．测量放大器的输出电阻
在实验3的基础上，用示波器分别测量负载电阻为RL时的uo/和不接负载电阻时的uo，放大器的输出电阻Ro由下式计算
五、思考题
1．电路中RP的作用是什么?
当RP变化时，三极管的静态工作点将会如何变化，相应的输出波形又作怎样的变化?
与输入信号相比，产生了怎样的失真?
如何消除?
2．当电源电压变化（变大或变小）时，为保持工作点仍处于最佳位置，电路中对应的元器件参数应如何改变?
六、实验报告要求
1．用实验测得的β和IC的值，根据公式估算Au、Ri和Ro，与测量的结果进行比较，分析误差原因。
2．填写实验表格和数据。
3．回答思考题。
七、仿真实验
1．启动EWB，按图2.3.2所示输入静态工作直流仿真电路
图2.3.2静态工作点仿真电路
2．按图2.3.2所示输入动态电路
图2.3.3动态仿真电路
3．仿真结果
仿真实验结果如图2.3.4、2.3.5所示。
图2.3.4电路正常情况下的输入输出仿真波形
图2.3.5电路工作点过低出现截止失真波形
2.4射极跟随器
一、实验目的
1．掌握射极跟随器的主要特性
2．进一步掌握放大器的各项参数的测试
二、实验仪器与器材
1．模拟电子实验箱一台
2．万用表一块
3．电压表一块
4．交流毫伏表一块
5．双踪示波器一台
6．元器件：
不同型号的电阻、电容、二极管、三极管若干个
三、实验原理
射极跟随器电路实验原理图如图2.4.1所示。
该电路的特点是：
①电压放大倍数近似等于1，但是它的射极电流仍然比基极电流要大的多，所以具有一定的电流和功率放大作用；②输入、输出信号同相位；③输入阻抗高、输出阻抗低；④输出电压能在较大的范围跟随输入电压做线性变化。
图2.4.1射极跟随器
四、实验内容与步骤
按图示2.4.1所示电路连接电路。
1．测量IE、IB
接通+12V电源，将万用表选在5mA档串接在三极管回路中，调节RP，使IE=2mA，然后测量IB，并将测量值填在表2.4.1中。
表2.4.1静态工作点的测量
IE/mA
IB/mA
UB/V
UE/V
UC/V
2．测量三极管各级对地的直流电压值
在测量IE、IB的基础上，用万用表直流档分别测量UB、UC、UE，将测量结果填在表2.4.1中。
3．测量电压放大倍数
接入负载RL=1kΩ，用低频信号发生器作信号源输出频率为1kHZ、幅度为50mV左右的正弦波信号接入电路的输入端，用双踪示波器同时观察输入、输出波形，并读出ui、uo，根据测量数据计算Au。
将测量数据填入表2.4.2中。
表2.4.2电压放大倍数的测量
ui/mV
uo/V
Au
4．测试跟随特性
重复实验3步骤，并逐渐增大输入信号的幅度，用示波器监视输出波形直到输出波形达到最大且不失真，测量对应的uo的值，填入表2.4.3中。
表2.4.3
ui/V
uo/V
5．测量输入电阻
在电路的输入端输入1kHz、500mV左右的正弦信号，用示波器分别测量Ri两端对地的信号ui和us，用下式计算输入电阻。
6．测量放大器的输出电阻
在电路的输入端输入1kHz、500mV左右的正弦信号，，用示波器分别测量负载电阻为RL时的uo/和不接负载电阻时的uo，用下式计算输出电阻。
五、思考题
1．射极跟随器的输入信号与输出信号的关系如何？
2．有人说射极跟随器的电压放大倍数小于1，所以电路无电压放大作用，这一说法对吗？
六、实验报告及要求
1．按要求填写各实验表格，整理测试结果，写出实验报告。
2．分析射极跟随器的性能与特点。
3．回答思考题。
七、仿真实验
1．启动EWB，输入仿真电路如图2.4.2所示。
图2.4.2射极跟随器仿真实验图
2．仿真结果
仿真实验结果如图2.4.3所示。
图2.4.3 射极跟随器输入、输出仿真波形
2．5负反馈放大器
一、实验目的
1．研究负反馈对放大器性能的影响
2．掌握负反馈放大器性能的一般测试方法
二、实验仪器与器材
1．模拟电子实验箱一台
2．万用表一块
3．电压表一块
4．交流毫伏表一块
5．双踪示波器一台
6．元器件：
不同型号的电阻、电容、二极管、三极管若干个
三、实验原理
1．负反馈在电子电路中有着非常广泛的应用。
引入负反馈的目的是使放大器的工作稳定，放大器引入负反馈后，虽然会使放大器的放大倍数降低，但可使放大器的其它性能得到改善。
2．负反馈可以改变电路的频率特性，提高电路的稳定性，改变电路的输入、输出电阻、改善非线性失真。
具体表现为：
（1）负反馈的引入，降低了放大器的放大倍数，即
（2）引入负反馈可以扩展通频带。
在放大器电路的管子选定后，增益与带宽的乘积是一个常数。
带宽扩展了1+AF倍。
（3）负反馈可以提高放大倍数的稳定性。
（4）负反馈能改变放大器的输入、输出电阻。
四、实验内容与步骤
1．测量电路的静态工作点
按图2.5.1所示电路连接。
在不加输入信号的情况下，开关S闭合，接通12V电源，用万用表测量三极管各极的电压。
图2.5.1负反馈放大电路
2．负反馈对放大器性能的影响的测试
（1）测量开环与闭环放大倍数
在放大器的输入端输入f=1kHz、ui=10mV的正弦信号，断开S，用示波器观测输出电压的波形，使其不失真，记录输出电压值，计算放大倍数。
然后合上开关S，测量在相同的输入信号的情况下的输出电压，计算电压放大倍数,填入表2.5.1。
表2.5.1开环与闭环放大倍数的测量
测试条件
开环
闭环
输入电压（mV）
10
10
输出电压（mV）
电压放大倍数
（2）测量负反馈对放大倍数稳定性的影响
在上述实验的基础上，保持输入信号的频率、幅度不变，将电源电压从12V降到9V，分别用毫伏表测量开环和闭环情况下的输出电压，计算出两种状态下的放大器放大倍数的相对变化值,填入表3.5.2。
表2.5.2负反馈对放大倍数的影响
测试条件
VCC=12V
VCC=9V
uo/V
Au
uo/V
Au
S闭合（开环）
S断开（闭环）
（3）观察负反馈对放大器非线性失真的改善效果。
将开关S合上，不接负反馈电阻，适当加大输入信号的幅度，用示波器观察输出波形，使之出现明显失真，然后接入将开关S断开，观察记录波形改善情况。
五、思考题
1．S断开和闭合时，电路发生了什么变化？
2．增大或减小图2.5.1中反馈电阻RE1，对电路性能有哪些影响？
六、实验报告及要求
1．按要求填写各实验表格，整理测试结果，写出实验报告。
2．验证引入负反馈前后电压放大倍数与反馈深度“1+AF”之间的数量关系。
3．回答思考题。
七、仿真实验
1．启动EWB，输入仿真电路如图2.5.2所示。
图2.5.2负反馈仿真实验电路
2．仿真结果
仿真实验结果如图2.5.3、2.5.4所示。
图2.5.3无负反馈时的输入输出波形
图2.5.4有负反馈时的输入输出波形
2.6差动放大器
一、实验目的
1．熟悉差动放大器的特点及测试方法
2．加深理解差动放大器的工作原理及其抑制零点漂移的方法
二、实验仪器与器材
1．模拟电子实验箱一台
2．万用表一块
3．电压表一块
4．交流毫伏表一块
5．双踪示波器一台
6．元器件：
不同型号的电阻、电容、二极管、三极管若干个
三、实验原理
1．如图2.6.1所示差动放大电路由两个完全对称的单级共射放大电路组成，它有两个输入端A、B和两个输出端uo1、uo2。
当ui1=ui2=0时，由于电路参数完全对称，两个管子的参数变化相同，使IC1、IC2和uo1、uo2的变化完全相等，使零点漂移受到抑制。
图2.6.1差动放大器
2．当输入信号u1=-ui2时，电路的输入端输入大小相等、方向相反的电压信号，经差动放大电路放大，在输出端得到一对大小相等、方向相反的放大信号。
当两端输入电压信号大小相等、方向相同时，在输出端得到的是大小相等、方向相同的放大了的电压信号，经过差分，最后输出电压为零，抑制了共模信号。
四、实验内容与步骤
1．测量差模电压放大倍数
（1）双端输入，双端输出差模电压放大倍数。
调节信号发生器，使得输入电压为10mV，f＝1kHz的正弦波信号送到图2.6.1输入端A、B之间。
用示波器观察输出波形是否失真，若不失真，用毫伏表测出双端输出电压的大小。
计算差模放大倍数。
（2）双端输入，单端输出差模放大倍数。
输入同上，用示波器观察uo1的波形及相位，测出其大小，算出差模放大倍数。
2．共模电压放大倍数的测量
（1）在A、C和B、C间输入100mV、1kHz的信号电压。
（2）测量uo1、uo2、计算uoc=uoc1-uoc2，并填入表2.6.1。
（3）计算共模抑制比。
表2.6.1电压放大倍数和共模抑制比
ud/mV
uo1/mV
uo2/mV
uod/mV
uoc/mV
Ac
KCMR
差模
共模
五、思考题
1．差动放大器电路的对称性是由电路中的那些元件及其参数决定的？
2．概述电路中的Re的作用是什么？
3．测量共模输出电压信号时，为什么要取uoc=uoc1-uoc2的计算值，而不直接测量？
六、实验报告及要求
1．按要求填写各实验表格，整理测试结果，写出实验报告。
2．比较双端输入、单端输入、单端输出、双端输出的电路的特点。
3．回答思考题。
2.7集成运算放大电路线性应用
一、实验目的
1．熟悉运算放大器的外型结构及各外引脚功能。
2．学习应用运算放大器组成加法、减法、积分和微分等基本运算电路的方法和技能。
二、实验仪器与器材
1．模拟电子实验箱一台
2．万用表一块
3．电压表一块
4．交流毫伏表一块
5．双踪示波器一台
6．元器件：
不同型号的电阻、电容、集成运算放大器若干个
三、实验原理
1．运算放大器是构成各种运算器的基础，是实用性最强的电子器件之一。
它具有很高的开环电压增益、高输入电阻、低输出电阻和较宽的通频带。
其线性应用电路具有两个重要的特点：
虚短、虚断，即u+=u-，i+=i-=0。
2．实验可采用LM324集成运算放大器和外接反馈网络构成基本运算电路，LM324的引脚功能如图2.7.1所示。
运算放大器可实现加、减、微分、积分运算。
3、集成运放线性应用时必须组成负反馈组态，适应改变外接元器件。
图2.7.1LM324引脚功能图
（1）反相比例运算放大器
反相比例运算放大器如图2.7.2所示。
其运算关系为
图2.7.2反相比例运算放大器
（2）同相比例运算放大器
同相比例运算放大器如图2.7.3所示。
其运算关系为
图2.7.3同相比例运算放大器
（3）加法运算放大器
反相加法运算放大器如图2.7.4所示。
其中ui1=ui,
，调节RP可获得不同的ui2。
其运算关系为
图2.7.4加法运算放大器
（4）积分运算放大器
如图2.7.5所示为积分运算放大器。
其运算关系为
图2.7.5积分运算放大器
（5）微分运算放大器
如图2.7.6所示为微分运算放大器。
其运算关系为
图2.7.6微分运算放大器
三、实验内容与步骤
1．反相比例运算放大器
（1）调整稳压电源，使其输出±9V，接在LM324的4脚和11脚上。
（2）按照图2.7.2连接电路，调整低频信号发生器，使其输出100mV、1kHz的电压信号。
（3）用毫伏表分别测量ui、uo，并填入表2.7.1中。
表2.7.1反相比例运算放大器的测量
uo/mV
uo/mV
uo（测量值）
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