模电实验教案实验.docx
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模电实验教案实验
课程教案
课程名称：
模拟电子技术实验
*******
所属院部：
电气与信息工程学院
教学班级：
自动化1301-02
教学时间：
2014—2015学年第二学期
湖南工学院
课程基本信息
课程
名称
模拟电子技术实验
课程代码
G0490194
总计：
16学时
讲课：
学时
实验：
16学时上机：
学时
课程设计：
周
学分
1
类别
必修课（√）选修课（）理论课（）实验课（√）
任课
教师
何淑珍
职称
讲师
授课
对象
专业班级：
自动化1301-02共2个班
课
程
简
介
（不超过1000字）
本课程是电类专业学生的一门实践必修课。
本课程的目的是使学生掌握模拟电路方面的基本实验技术和实验方法，培养学生的基本技能、设计性综合能力、创新能力和计算机应用能力，提高学生在模拟电子方面分析问题和解决问题的能力，把学生培养成爱思考、爱实验、敢实验、会实验，善于将理论知识和实践结合的高素质硬件人才。
课程主要实验内容有：
单管共射极放大电路实验；负反馈放大电路的仿真；基本运算电路的设计与测试；功率放大器的仿真；RC有源低通和带阻滤波器的设计；RC正弦振荡器的设计与调试；方波、三角波发生器的设计和半导体直流稳压电源的设计与测试共八个实验。
本课程为考查课程，分优秀、良好、中等、及格和不及格五个等级。
成绩根据课堂实验和实验报告情况评定。
基本
教材
和主
要参
考资
料
教材：
曹才开主编.电路与电子技术实验，中南大学出版社，2009.11
参考书：
1.康华光主编，电子技术基础（模拟部分）（第五版）,高等教育出版社，2006.05
2.曹才开主编，电工电子技术实验，清华大学出版社，2007.08
实验一单管共射放大电路的研究
一、本次实验主要内容
按要求连接实验电路，调试静态工作点，测量电压放大倍数、输入电阻、输出电阻，分析静态工作点对输出波形失真的影响。
二、教学目的与要求
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；掌握放大器各性能指标及最大不失真输出电压的测试方法；熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。
三、教学重点难点
1、静态工作点调试；
2、输入电阻、输出电阻的测量。
四、教学方法和手段
课堂讲授、操作、讨论；
五、作业与习题布置
完成实验报告
实验一单管共射放大电路的研究（验证性）
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
实验所用设备与器材见表1.1。
表1.1实验1的设备与器材
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
实验台
1台
2
双踪示波器
1台
3
交流毫伏表
1只
4
万用表
1只
5
晶体管
1只
6
电阻
若干
7
电容
若干
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1.1共射极单管放大器实验电路（以实验的实际电路参数为准）
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，并记录其β值。
②根据图1.1连接电路。
电路连接完毕后，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RP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VE＝2.0V）。
②测试电路的静态工作点，并将数据记录在表1.2中。
表1.2静态工作点的测量Rb2=
测试内容
VCC/V
VBQ/V
VBEQ/V
VCEQ/V
ICQ/mA
测量值
理论计算值
（3）测量电路动态性能指标
①将信号发生器的输出信号调到频率为1kHz、峰峰值为30mV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用双踪示波器观察uO和ui的相位关系，用示波器测量下述二种情况下的UO值，并记录在表1.3中。
表1.3电路动态性能指标的测量
测试
内容
不接负载（RL=∞）
接上负载（RL=5.1kΩ）
Us/mV
Ui/mV
Uo/V
Us/mV
Ui/mV
Uo/V
测量值
（4）观察静态工作点对输出波形失真的影响
置Rc＝2kΩ，RL＝5.1kΩ，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1.4静态工作点对波形影响观测
Rc＝2kΩRL＝5.1kΩUi＝mV
Ic/mA
Uce/V
u0波形
失真情况
管子工作状态
2.0
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）根据实验数据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、输入电阻、输出电阻。
并与理论计算值进行比较，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？
教学后记：
实验二负反馈放大电路的仿真（验证性）
一、本次实验主要内容
对无反馈基本放大电路的动态性能指标和负反馈放大器的动态性能指标进行仿真测试。
二、教学目的与要求
加深理解放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大器性能的影响，掌握负反馈放大器性能的测试方法。
三、教学重点难点
1、由负反馈放大电路如何获得对应的基本放大电路；
2、放大电路各项动态性能指标的测试。
四、教学方法和手段
课堂讲授、操作、讨论；
五、作业与习题布置
完成实验报告
实验二负反馈放大电路的仿真（验证性）
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
电脑一台（仿真软件EWB5.0或multisim）
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有着非常广泛的应用,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。
图2.1为带有负反馈的两级阻容耦合放大电路，在电路中通过Rf把输出电压uo引回到输入端，加在晶体管T1的发射极上，在发射极电阻Rf1上形成反馈电压uf。
根据反馈的判断法可知，它属于电压串联负反馈。
图2.1带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器（参数以实验电路为准）
主要性能指标如下：
（1）闭环电压放大倍数（闭环增益）
其中：
，基本放大器（无反馈）的电压增益，即开环增益。
，反馈深度，其大小决定了负反馈对放大器性能改善的程度。
（2）反馈系数
（3）输入电阻
式中：
为基本放大器的输入电阻。
（4）输出电阻
式中：
为基本放大器的输出电阻，
为基本放大器空载时的电压放大倍数
本实验需要测量基本放大器的动态参数，怎样实现无反馈而得到基本放大器呢？
不能简单地断开反馈支路，而是要去掉反馈信号作用，但又要把反馈网络的影响（即负载效应）考虑到基本放大器中去。
为此：
（1）在绘制基本放大器的输入回路时，因为是电压负反馈，所以可将负反馈放大器的输出端交流短路，即令
，此时Rf相当于并联在Rf1上。
（2）在绘制基本放大器的输出回路时，由于输入端是串联负反馈，因此需要将反馈送至放大器的连接处（T1的射极）开路，此时
相当于并接在输出端。
根据上述规律，就可以得到所要求的如图3.2所示的基本放大器。
4.实验内容与步骤
（1）启动EWB，绘制并保存图2.1所示电路。
（2）测试静态工作点
电路经检查无误后，用直流电压（流）表分别测量第一级、第二级的静态工作点，记入
表2.1中。
表2.1静态工作点测量数据
UBQ/V
UEQ/V
UCQ/V
第一级
第二级
（3）测试负反馈放大器的各项性能指标
①将信号发生器的输出信号调到频率为1kHz、幅度为2mV左右的正弦波，接到负反馈放大器的输入端,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在uO不失真的情况下，用交流毫伏表测量US、Ui、Uo，记入表2.2中。
保持Us不变，断开负载电阻RL，测量空载（
）时的输出电压U’o，记入表2.2中。
（4）测试基本放大器的各项性能指标
①将实验电路改接为图2.2的基本放大电路。
适当减少US（约5mV），在输出波形不失真的条件下，测量负反馈放大器的Auf、Rif和ROf，记入表2.2。
保持US不变，断开负载电阻RL（注意，Rf不要断开），测量空载（
）时的输出电压U’o，记入表2.2中。
表2.2放大器各项指标测量数据
基本放大器
US/mV
Ui/mV
Uo/V
（带负载）
U'’o/V
（空载）
Au
Ri/kΩ
RO/kΩ
负反馈放大器
US/mV
Ui/mV
Uo/V
（带负载）
U’o/V
（空载）
Auf
Rif/kΩ
ROf/kΩ
5.实验总结与分析
（1）将基本放大器和负反馈放大器动态性能指标的测量值与理论估算值进行比较。
（2）根据实验结果，总结电压串联负反馈对放大器性能的影响。
（3）回答以下问题：
①怎样把负反馈放大器改接成基本放大器？
为什么要把Rf并接在输入和输出端？
②如输入信号存在失真，能否用负反馈来改善？
（4）心得体会与其他。
图2.2基本放大器（考虑反馈支路的负载效应）
教学后记：
实验三基本运算放大电路的设计与测试（设计性）
一、本次实验主要内容
用实验室提供的运算放大器等元件构成比例运算电路、加法减法运算电路，微积分运算电路，并测试设计电路性能。
二、教学目的与要求
熟悉各种基本运算电路的功能，并学会测试和分析方法。
三、教学重点难点
1、基本运算放大电路的设计；
2、线路中直流电源的连接。
四、教学方法和手段
课堂讲授、操作、讨论；
五、作业与习题布置
完成实验报告
实验三基本运算电路的设计与测试（设计性）
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3.1示。
表3.1实验三的设备与器材
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
实验台
1台
2
双踪示波器
1台
3
交流毫伏表
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3.1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）积分运算电路
反相积分电路如图3.5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3.1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，UiP-P＝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3.2中。
表3.2 UiP-P＝0.5V，f＝100Hz
Ui/V
U0/V
ui波形
uo波形
Au
实测值
计算值
（2）积分运算放大电路
实验电路如图3.2所示。
取输入信号为方波信号，频率为1KHZ，幅值1-2V,观察输输出信号波形，并测量输出信号周期及幅值。
表3.2积分电路测量数据
Ui、Uo理论波形
Ui、Uo实际波形
C=0.1uF
C=0.01uF
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。
教学后记：
实验四功率放大器的仿真（设计性）
一、本次实验主要内容
连接乙类和甲乙类互补对称功放电路，调试电路消除交越失真并在基本不失真的前提下尽可能大的输出功率，测试功率放大器的性能参数等进行仿真。
二、教学目的与要求
进一步理解OCL功率放大器的工作原理；学会OCL电路的调试及主要性能指标的测试方法。
三、教学重点难点
1、最大不失真输出电压及输出功率的测量；
2、正确连接电路并调试电路，消除交越失真，。
四、教学方法和手段
课堂讲授、操作、讨论；
五、作业与习题布置
完成实验报告
实验四功率放大器的仿真（设计性）
一、实验目的
1、学习互补对称功率放大电路输出功率和效率的测量方法。
2、观察交越失真现象，理解克服交越失真的方法。
3、加深理解乙类和甲乙类互补对称功率放大电路的工作原理。
二、实验设备与器材
电脑一台（EWB5.0仿真软件）
三、实验内容与方法
1、创建实验电路
启动EWB，创建乙类互补对称功率放大电路如图4.1所示并保存。
图4.1乙类互补对称功率放大电路仿真图
图4.2甲乙类互补对称功率放大电路仿真图
2、观察乙类互补对称功率放大电路如图4.1所示。
（1）设置信号发生器：
选择1KHz,1V的正弦波。
（2）观察交越失真的现象：
运行电路，观察比较输入电压和输出电压波形。
输出电压存在明显的交越失真，保存并打印该失真波形。
（3）改变信号发生器的信号幅度，观察信号大小对波形失真的影响。
3、观测甲乙类互补对称功率放大电路如图4.2所示。
（1）将实验电路改接成甲乙类互补对称功率放大电路：
将B1和B2断开，A和B2断开；将B11和B1相连，B22和B2相连。
（2）观察交越失真的消除：
输入1KHz,1V的正弦波，运行电路，观察输出波形，保存并打印该波形并与2中
（2）结果比较。
（3）调节电位器RP，观察输出电压波形的变化，并分析原因。
（4）测量：
电压表设置为“AC”和测信号发生器输出电流的电流表为
“AC”,.运行电路，调节输入信号幅度，使输出电压为最大不失真电压。
将电压表读数计入表4.1中，根据测量结果计算最大不失真输出功率、电源供给功率和效率，并与理论值进行比较。
表4.1测量功率放大电路的性能
UImax/V
Uomax/V
Pom/W
PV/W
η
测量值
理论公式
理论值
VCC
VCC
四、实验结果分析及总结
1、用理论分析方法计算最大不失真输出功率、电源供给功率和效率，填入表1中，再与测量值进行比较，并分析误差的原因。
2、分析总结输入信号大小对交越失真程度的影响及克服交越失真的措施。
预习要求
1、熟悉有关OCL工作原理部分内容；
2、交越失真产生的原因是什么？
怎样克服交越失真？
3、电路中电位器RP开路或短路，对电路工作有何影响？
4、EWB仿真实验中，如何调节电位器的阻值？
5、EWB仿真实验中，示波器应怎样操作？
最大输出功率和效率的测试
（1）测量最大输出功率Pom
如图4.2所示，输入端接入频率为1KHZ的正弦信号ui，输出端用示波器观察输出电压uo波形。
逐渐增大ui，是输出电压达到最大不失真输出，并记入最大不失真输出电压幅值Uomm，则
（2）测量直流电源提供的功率PV及效率η
当输出电压为最大不失真输出时，读出串入电源进线的直流毫安表的电流值，此电流即为直流电流供给的平均电流IdC（有一定误差），由此可近似求得
则
教学后记：
实验五RC有源低通和带阻滤波器的设计（设计性）
一、本次实验主要内容
设计一阶有源低通滤波电路、计算选取电路的各元件参数并调试；设计二阶带阻滤波电路、计算选取电路的各元件参数并调试。
二、教学目的与要求
掌握滤波电路频率特性的测量方法和主要参数的调整方法；了解频率特性对信号传输的影响，了解滤波电路的应用；巩固有源滤波电路的理论知识，加深理解滤波电路的作用。
三、教学重点难点
1、有源低通滤波器与有源带阻滤波器的工作原理；
2、波特图仪的正确使用。
四、教学方法和手段
课堂讲授、操作、讨论；
五、作业与习题布置
完成实验报告
实验五RC有源低通与带阻滤波器（设计性）
1.实验目的
（1）掌握滤波电路频率特性的测量方法和主要参数的调整方法；
（2）了解频率特性对信号传输的影响，了解滤波电路的应用；
（3）巩固有源滤波电路的理论知识，加深理解滤波电路的作用。
2.实验电路与说明
有源滤波器是一种重要的信号处理电路，它可以突出有用频段的信号，衰减无用频段的信号，抑制干扰和噪声信号，达到选频和提高信噪比的目的。
实际使用时，应根据具体情况选择低通、高通、带通或带阻滤波器，并确定滤波器的具体形式。
有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。
3.实验内容与步骤
（1）一阶有源低通滤波电路
一阶有源低通滤波电路如图5.1所示。
操作步骤如下：
①启动EWB/Multisim，输入并保存图5.1所示电路。
②测试准备：
输入幅度1V、1kHz的正弦波，运行电路，用示波器观察us、uo的波形，以确保电路正常工作。
图5.1一阶有源低通滤波电路
③观测并调整频率特性
测量幅频特性：
按表5.1要求用波特图仪测量幅频特性，观察电位器RP2和电容
大小对截止频率fH的影响，观察电位器RP1大小对低频增益Auf的影响。
表5.1测量分析一阶有源低通滤波电路的幅频特性
测试条件（Usm=1V）
Auf/dB
fH/kHz
R/kΩ
C/nF
Rf/kΩ
测量值
理论值
测量值
理论值
9.1
2.2
100
9.1
22
100
9.1
2.2
50
5
2.2
100
观察相频特性：
用波特图仪观察相频特性，参数设置参考值为：
特性测量选择“Phase”，Vertical坐标类型选择“Lin”，其坐标范围选择起点I为“0°”、终点F为“－90°”，Horizontal坐标类型选择“Log”，其坐标范围选择起点I为“0.1Hz”、终点F为“10MHz”。
④观察低通滤波电路对信号传输的影响：
输入幅度为1V的正弦波，观察并比较信号频率分别为1kHz和10kHz时输出电压uo波形形状、大小的变化。
将参数恢复为图5.1所示，进行观察比较，然后将输入波形改成方波，再进行观察比较，并定性记录波形。
⑤设计一个低频增益Auf为10dB、截止频率fH为1kHz的低通滤波电路。
（2）100Hz二阶带阻滤波电路
100Hz二阶带阻滤波电路如图5.2所示。
操作步骤如下：
①输入并保存图5.2所示电路。
②用波特图仪测量幅频特性。
a.测量并记录通带增益和带阻滤波频率。
b.观察改变电阻R或电容C的大小对截止频率的影响。
c.观察电阻Rf的大小对通带增益的影响。
③观察干扰信号和带阻滤波电路的滤波效果。
a．图5.2中干扰信号ud为0.2V、100Hz的正弦波，有用信号us为1V、10Hz的正弦波，电路的输入信号ui由这两者叠加而成，因此，对有用信号而言，干扰信号视为高频干扰，用示波器观察这种高频干扰波形的特点，并定性记录波形。
然后运行电路，用示波器比较ui和uo波形，观察带阻滤波电路的滤波效果。
图5.2100Hz二阶带阻滤波电路
b.将有用信号us改为1kHz，这时ud波形为低频干扰波形，用示波器观察其波形特点，并定性记录波形。
然后运行电路，观察带阻滤波效果。
④设计一个50Hz二阶带阻滤波电路。
4.实
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