模拟电子技术实验指导书.docx

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模拟电子技术实验指导书

模拟电子技术

实验指导书

安阳工学院

电子信息与电气工程学院

电工电子教研室

实验要求

1．实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。

预习要求如下：

（1）认真阅读实验指导书，分析、掌握实验电路的工作原理，并进行必要的估算。

（2）完成各实验“预习要求”中指定的内容。

（3）熟悉实验任务。

（4）复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。

2．使用仪器和实验箱前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时应严格遵守。

3．实验时接线要认真，相互仔细检查，确定无误才能接通电源，初学或没有把握应经指导教师审查同意后再接通电源。

4．模拟电路实验注意：

（1）在进行小信号放大实验时，由于所用信号发生器及连接电缆的缘故，往往在进入放大器前就出现噪声或不稳定，有些信号源调不到毫伏以下，实验时可采用在放大器输入端加衰减的方法。

一般可用实验箱中电阻组成衰减器，这样连接电缆上信号电平较高，不易受干扰。

（2）做放大器实验时如发现波形削顶失真甚至变成方波，应检查工作点设置是否正确，或输入信号是否过大，由于实验箱所用三极管hfe较大，特别是两级放大电路容易饱和失真。

5．实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象（例如有元件冒烟、发烫或有异味）应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。

找出原因、排除故障，经指导教师同意再继续实验。

6．实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线。

7．实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录实验结果（数据波形、现象）。

所记录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。

8．实验结束后，必须关断电源、拔出电源插头，并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理。

9．实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告。

实验一常用电子仪器的使用…………………………………………1

实验二单管共射放大电路设计………………………………………3

实验三两级交流放大电路设计………………………………………7

实验四差分放大电路设计……………………………………………9

实验五负反馈放大电路设计…………………………………………12

实验六RC正弦波振荡电路设计……………………………………15

实验七基本运算电路设计……………………………………………18

实验八波形发生电路设计……………………………………………19

实验九直流稳压电源设计……………………………………………20

实验十音频功率放大电路设计………………………………………23

实验一常用电子仪器的使用

一、实验目的

1.熟悉函数信号发生器、示波器、交流毫伏表及数字万用表的工作原理。

2.掌握常用仪器的使用方法。

二、实验仪器

1.SG1651函数信号发生器20VP-P/2MHz

2.CA8020A示波器400V/20MHz

3.TH2172交流毫伏表300V/2MHz

4.DT9205A数字万用表

三、预习要求

掌握电子仪器的工作原理及正确使用方法。

函数信号发生器用来产生频率为0.1Hz~2MHz、最大幅度为20VP-P的正弦信号，并分别给示波器和交流毫伏表提供电压。

交流毫伏表用来测量信号电压的大小。

根据本实验选定的信号频率和幅度的范围，选用TH2172交流毫伏表。

它能测量频率为5Hz~2MHz、幅度为100uV~300uV的正弦信号。

示波器是一种用来观测各种周期电压或电流波形的仪器，能观察到的最高信号频率主要取决于Y轴通道的频带宽度。

本实验采用CA8020A示波器，用它可以观测频率为20MHz以下的各种周期信号，且可同时观测两个不同的信号，以便比较。

为了减少示波器的输入阻抗对被测信号的影响，被测信号可以通过探头加到Y轴放大器的输入端，这时信号将有10:

1的衰减。

四、实验内容及步骤

1.函数信号发生器的使用

信号输出频率的调节方法：

通电源，拨动“频率选择”按钮，配合频率调节旋钮，可以输出0.1Hz~2MHz的正弦信号。

根据选择的波段和调节频率旋钮，可以直接读出频率的数值。

信号输出幅度的调节方法：

面板上可直接读出其峰峰值，满刻度为20VP-P。

拨动“输出衰减”按钮，配合幅度调节旋钮，可以直接读出信号的幅度。

“输出衰减”最大可达60dB,输出信号电压减少1000倍。

2.使用交流毫伏表测量电压

把函数信号发生器和交流毫伏表用信号线连接在一起，将函数信号发生器频率调至1kHz，幅度调至10VP-P，用交流毫伏表直接测量信号发生器在不同“输出衰减”位置时的输出电压值。

填表如下：

衰减位置（dB）

0

20

40

60

输出电压理论值（有效值）

实测输出电压（有效值）

3.示波器的使用及用示波器测电压、周期

（1）示波器的使用

接通电源，调节“辉度”、“聚焦”和“辅助聚焦”各旋钮，使显示一条清晰的扫描基线。

触发置于“内”同步，将被测信号从Y1或Y2输入端加入，调节“V/div”、“t/div”及其“微调”旋钮，在屏幕上就显示稳定的正弦波形。

（2）用示波器测量电压

把函数信号发生器和示波器相连，调节函数信号发生器，使输出10KHz、10VP-P信号到示波器输入端，然后调节函数信号发生器“输出衰减”，使输出不同电压，测VP-P。

其中VP-P=波形占格数*V/div。

填表如下：

衰减位置（dB）

0

20

40

60

实际输出电压值（VP-P）

输出电压理论值（VP-P）

实际输出电压（有效值）

（3）用示波器测量频率

使函数信号发生器输出10KHz、10VP-P设置正弦信号，将“微调”至标准，用示波器测频率，并画出波形。

f=1/T=1/周期占格数*t/div

五、实验报告

1.整理实验数据，分析实验结果，并给出误差分析。

2.了解仪器的规格型号。

实验二单管共射放大电路设计

一、实验目的

1.熟悉电子元器件和模拟电路实验箱。

2.掌握放大电路静态工作点的调试方法及其对放大电路性能的影响。

3.学习测量放大电路Q点，AV，ri，ro的方法，了解共射极电路特性。

4.学习如何选择电路类型，如何选择电路中各元件的参数。

二、实验仪器

1.示波器

2.信号发生器

3.数字万用表

三、预习要求

1.三极管及单管放大电路工作原理。

2.放大电路静态和动态测量方法。

四、实验要求及内容

1.实验要求

设计一个分压式静态工作点稳定的阻容耦合单管共射放大电路，部分元件参数和技术指标为：

（1）电源电压为VCC=12V。

（2）静态工作电流ICQ=1.0mA。

（3）负载开路时的电压放大倍数Au≧100。

（4）负载开路时，要求最大不失真输出电压（峰峰值）大于2V。

（5）三极管采用3DG6，放大倍数β一般是25~45。

2.实验内容

组装所设计的实验电路，完成实验要求的技术指标测量。

（1）调整静态工作点至ICQ=1.0mA。

（2）测量电压放大倍数。

（3）测量最大不失真输出电压。

（4）测量输入电阻和输出电阻。

五、实验原理

1.放大电路中的偏置电路设计

图2.1分压式偏置电路

偏置电路的设计，通常是在选定了电源电压和集电极电阻之后，根据静态工作点ICQ、UCEQ的要求，选择偏置电路的形式，并估算电路元件中的参数。

在图2.1所示的分压式偏置电路中，为了稳定静态工作点必须满足I1>>IBQ,VB>>UBE。

在工程上，对于硅管一般选取

，对于锗管一般选取

。

对于VB，一般选取

，即对于硅管取3~5V，锗管1~3V。

在选择合适的VB和I1以后，可以根据以下各式进行求相关参数。

，

，

以上电阻的阻值应分别按计算结果取相近的标称值。

选择好电阻之后，还要进行校验，以确保所选定的电阻值能够满足稳定条件。

2.放大电路静态工作点的测量和调试

由于电子元件性能的分散性很大，在设计制作三极管放大电路时，离不开测试和调试技术。

在完成设计和装配之后，还必须测量和调试放大电路的静态工作点及各项指标。

放大电路静态工作点的测量，是在不加输入信号的情况下进行的。

静态工作点的测量，应选用合适的万用表或直流电压表和直流毫安表，分别测量三极管的集电极电流ICQ和直流电压VB、VC、VE。

也可以采用间接测量法，即通过测VC或VE，

然后利用公式进行计算，

或

。

测量静态工作点的目的是为了了解静态工作点的设置是否合适。

如果测出UCEQ<0.5V,说明三极管已经进入了饱和区，如果UCE≈VCC，则说明三极管工作在截止状态。

对于一个放大电路来说，这两种情况下静态偏置都不能使电路正常工作。

如遇到这两种情况，或测量值与选定的静态工作点不一致，就需要对静态工作点进行调整。

一般是通过调整偏置电阻Rb1或Rb2来实现。

3．放大电路动态指标测试

放大电路的动态指标有电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压等。

在动态测量时，为了防止干扰，各电子仪表和被测电路的公共接地端应连在一起。

同时，信号源、毫伏表、示波器的信号线通常都采用屏蔽线，而直流电源的正、负电源线采用普通线即可。

（1）电压放大倍数的测量

由函数发生器输出1KHz、峰峰值约10mV的正弦交流信号（也可以通过函数发生器产生一个较大的信号，再利用电路衰减得到），用示波器观察放大电路输出电压的波形，在输出信号没有明显失真的情况下，用毫伏表读出VO和Vi的大小，于是可得

。

（2）最大不失真输出电压的测量

放大电路的线性范围与三极管的静态工作点位置有关，当静态工作点过低时，放大电路容易产生截止失真，当静态工作点过高时，容易产生饱和失真。

当放大电路的静态工作点调整在三极管线性工作范围的中心位置时，如果输入信号增大，使输出信号波形同时出现失真，用毫伏表测出将要出现失真时输出电压的幅度，即为放大电路的最大不失真输出电压。

（3）输入电阻的测量

所谓输入电阻，指的是放大电路的输入电阻，在放大电路的输入端串联一个已知阻值的电阻RS,如图2.2所示，通过测量RS两端的对地电压，求RS上的压降，则输入电阻为

。

图2.2测量输入、输出电阻的电路

（4）输出电阻的测量

放大电路的输出可以看成是有源二端网络，只要测出输出空载时的电压

和接上负载以后的电压

，就可以求出

，电路如图2.2所示。

4.实验参考电路

实验参考电路如图2.3所示。

图2.3实验参考电路图

六、实验报告

1.按照实验要求设计电路，画出电路图，并估算放大电路的性能指标。

2.画出测试放大电路各动态参数的仪器连接图。

3.记录实验中测得的有关静态工作点和放大电路的指标数据。

4.讨论静态工作点对共射放大电路输出电压幅度、饱和失真、截止失真的影响。

实验三两级交流放大电路设计

一、实验目的

1.掌握如何合理设置静态工作点。

2.学会放大电路频率特性测试方法。

3.了解放大电路的失真及消除方法。

二、实验仪器

1.双踪示波器。

2.数字万用表。

3.信号发生器，

三、预习要求

1.复习教材多级放大电路内容及频率响应特性测量方法。

2.分析图3.1两级交流放大电路。

初步估计测试内容的变化范围。

四、实验内容

实验参考电路如图3.1所示。

图3.1两级交流放大电路

分析其等效电路，有公式如下：

1.设置静态工作点

（1）按图接线，注意接线尽可能短。

（2）静态工作点设置：

要求第二级在输出波形不失真的前提下幅值尽量大，第一级为增加信噪比，工作点尽可能低，填表3.1。

表3.1

IC

IB

β

rbe

V1

V2

（3）在输入A端接入频率为1KHz幅度为100mVP-P的交流信号（一般采用实验箱上加衰减的办法，即信号源用一个较大的信号。

例如100mV，在实验板上经100:

l衰减电阻衰减,降为lmV），使Vi1为1mV，调整工作点使输出信号不失真。

2.按表3.2要求测量并计算，注意测静态工作点时应断开输入信号。

3.接入负载电阻RL=3K，按表3.1测量并计算，比较实验内容2，3的结果。

表3.2

静态工作点

输入/输出电压（mA）

电压放大倍数

第一级

第二级

第1级

第2级

整体

VC1

Vb1

Ve1

VC2

Vb2

Ve2

Vi

V01

V02

AV1

AV2

AV

空载

负载

4.测两级放大电路的频率特性

（1）将放大器负载断开，先将输入信号频率调到1KHz，幅度调到使输出幅度

最大而不失真。

（2）保持输入信号幅度不变，改变频率，按表3.2测量并记录，

（3）接上负载、重复上述实验。

表3.2

f（Hz）

50

100

250

500

1000

2500

5000

10000

20000

VO

RL=∞

RL=3K

五、实验报告：

1.整理实验数据，分析实验结果。

2.画出实验电路的频率特性简图，标出fH和fL。

实验四差分放大电路设计

一、实验目的

l.熟悉差动放大电路工作原理。

2.掌握差动放大电路的基本测试方法。

二、实验仪器

1.双踪示波器

2.数字万用表

3.信号源

三、预习要求

1.计算图4.1的静态工作点（设rbc=3K，β=100）及电压放大倍数。

2.在图4.1基础上画出单端输入和共模输入的电路。

四、实验内容及步骤

差分放大电路原理图如图4.1所示。

图4.1差分放大原理图

由于差分电路分析一般基于理想化（不考虑元件参数不对称），因而很难作出完全分析。

为了进一步抑制温漂，提高共模抑制比，实验参考电路使用V3组成的恒流源电路来代替一般电路中的Re,它的等效电阻极大，从而在低电压下实现了很高的温漂抑制和共模抑制比。

为了达到参数对称，因而提供了RP1来进行调节，称之为调零电位器。

实际分析时，如认为恒流源内阻无穷大，那么共模放大倍数AC=0。

分析其双端输入双端输出差模交流等效电路，分析时认为参数完全对称。

1.测量静态工作点

（1）调零

将输入端短路并接地，接通直流电源，调节电位器RPl使双端输出电压V0=0。

（2）测量静态工作点

测量V1、V2、V3各极对地电压填入表4.1中。

表4.1

对地电压

Vc1

Vc2

Vc3

Vb1

Vb2

Vb3

Ve1

Ve2

Ve3

测量值（V）

2.测量差模电压放大倍数

在输入端加入直流电压信号Vid=土0.1V按表4.2要求测量并记录，由测量数据算出单端和双端输出的电压放大倍数。

注意：

先将DC信号源OUTl和OUT2分别接入Vi1,和Vi2端，然后调节DC信号源，使其输出为+0.1V和-0.1V。

3.测量共模电压放大倍数

将输入端b1、b2短接，接到信号源的输入端，信号源另一端接地。

DC信号分先后接OUTl和OUT2，分别测量并填入表4.2。

由测量数据算出单端和双端输出的电压放大倍数。

进一步算出共模抑制比CMRR=

。

表4.2

测量及

计算值

输入

信号Vi

差模输入

共模输入

共模抑制比

测量值（V）

计算值

测量值（V）

计算值

计算值

Vc1

Vc2

V0双

Ad1

Ad2

Ad双

Vc1

Vc2

V0双

Ac1

Ac2

AC双

CMRR

+0.1V

-0.1V

4.在实验板上组成单端输入的差分放大电路进行下列实验。

（1）在图1中将b2接地，组成单端输入差动放大器，从b1端输入直流信号V=±0.1V，测量单端及双端输出，填表4.3记录电压值。

计算单端输入时的单端及双端输出的电压放大倍数。

并与双端输入时的单端及双端差模电压放大倍数进行比较。

表4.3

测量仪计算值

输入信号

电压值

双端放大倍数AV

单端放大倍数

Vc1

Vc2

Vo

AV1

AV2

直流＋0.1V

直流－0.1V

正弦信号（50mV、1KHz）

（2）从b1端加入正弦交流信号Vi=0.05V，f=1000Hz分别测量、记录单

端及双端输出电压，填入表4.3计算单端及双端的差模放大倍数。

（注意：

输入交流信号时，用示波器监视υC1、υC2波形，若有失真现象时，

可减小输入电压值，使υC1、υC2都不失真为止）

五、实验报告

1.根据实测数据计算图4.1电路的静态工作点，与预习计算结果相比较。

2.整理实验数据，计算各种接法的Ad，并与理论计算值相比较。

3.计算实验步骤3中AC和CMRR值。

4.总结差分放大电路的性能和特点。

实验电路所用三极管均为9013，放大倍数β一般在150-200之间，所以基极电流很小，对电路影响可忽略不计。

设β=150，由此估算静态工作点和放大倍数。

实验五负反馈放大电路设计

一、实验目的

1.研究负反馈对放大电路性能的影响。

2.掌握负反馈放大电路性能的测试方法。

二、实验仪器

1.双踪示波器。

2.音频信号发生器。

3.数字万用表。

三、实验要求

1.设计一个阻容耦合两级电压放大电路，要求信号源频率为1KHz,幅值为1mV,负载电阻为1.5KΩ，电压增益大于100。

2.给电路引入电压串联负反馈，反馈深度不低于10。

3.闭环增益为30（±10%）。

4.反馈输入电阻大于20KΩ，输出电阻小于100Ω。

四、实验原理图

实验原理图如图5.1所示。

图5.1反馈放大电路原理图

，

五、实验内容

1.负反馈放大电路开环和闭环放大倍数的测试

（1）开环电路

①按图接线，RF先不接入。

②输入端接入Vi=lmVf=lKHz的正弦波（注意：

输入lmV信号采用输入端衰减法）。

调整接线和参数使输出不失真且无振荡。

③按表5.1要求进行测量并填表。

④根据实测值计算开环放大倍数和输出电阻r0。

（2）闭环电路

①接通RF和CF，调整电路。

②按表5.1要求测量并填表，计算Avf。

③根据实测结果，验证Avf≈

。

表5.1

RL（KΩ）

Vi（mV）

V0（mV）

AV（Avf）

Vi2（mV）

AV1

AV2

开环

∞

1

1K5

1

闭环

∞

1

1K5

1

2.测放大电路频率特性

（1）将图5.1电路先开环，选择Vi适当幅度，保持不变并调节频率使输出信

号在示波器上有最大显示。

（2）保持输入信号幅度不变逐步增加频率，直到波形减小为原来的70％，此

时信号频率即为放大电路fH。

（3）条件同上，但逐渐减小频率，测得fL。

（4）将电路闭环，重复1～3步骤，并将结果填入表5.2。

表5.2

fH（Hz）

fL（Hz）

开环

闭环

3.测放大电路的输入、输出电阻

按照放大电路输入电阻和输出电阻的测量计算方法，分别测量计算引入反馈前后放大电路的输入电阻和输出电阻,填表5.3。

表5.3

Ri

Ro

开环

闭环

4.负反馈对失真的改善作用

（1）将图5.1电路开环，逐步加大Vi的幅度，使输出信号出现失真（注意不要

失真过大）记录失真波形幅度。

（2）将电路闭环，观察输出情况，并适当增加Vi幅度，使输出幅度接近开环时

失真波形幅度。

（3）画出上述各步实验的波形图。

六、实验报告

1.将实验值与理论值比较，分析误差原因。

2.根据实验内容总结负反馈对放大电路的影响。

实验六RC正弦波振荡电路设计

一、实验目的

1.掌握桥式RC正弦波振荡电路的构成及工作原理。

2.熟悉正弦波振荡电路的调整、测试方法。

3.观察RC参数对振荡频率的影响，学习振荡频率的测定方法。

二、实验仪器

1.双踪示波器

2.低频信号发生器

3.频率计

三、实验要求

设计一个用集成运算放大电路构成的RC桥式正弦波振荡电路，要求如下：

1.振荡频率f0=79.5Hz。

2.输出电压峰值大于5V。

3.集成运算放大器采用μA741或是LM324。

4.电容选用标称容量为0.2μF的金属膜电容器，电位器RP可选用22KΩ。

四、实验内容

1.组装所设计的RC桥式正弦波振荡电路，按起振条件调整电路，使其产生稳

定的振荡输出。

。

2.调整电路到最大不失真输出，测量振荡频率和输出电压幅度，并与设计值比

较。

3.改变RC，测量振荡频率，分析振荡频率f0与RC之间的关系。

五、实验原理

1.桥式正弦波振荡电路的组成

桥式正弦波振荡电路由RC串并联选频网络和同相放大电路组成，图6.1所示的是一个典型的桥式正弦波振荡电路。

图中RC串并联选频网络将输出电压反馈到集成运算放大电路的同相输入端，形成正反馈。

根据产生振荡的相位条件，可得电路的震荡频率

，电路的起振时应满足

，Rf=R2+（R3//Rd），Rd为二极管正向导通时的等效电阻。

当电路稳定振荡时，其幅值平衡条件为

。

图中

图6.1桥式正弦波振荡电路

的稳幅电路由两只反向并联的二极管和电阻R3组成，利用二极管的正向电阻的非线性实现稳幅作用（两个二极管的特性应相同，最好是硅二极管）。

为了限制二极管非线性所引起的失真，在二级管两端并联一个电阻R3，R3通常选取几千欧，并通过实验来调整，让其值与二极管正向电阻接近时，稳幅作用和波形失真都有较好的结果。

2.桥式正弦波振荡电路的设计

一般来说，桥式正弦波振荡电路的设计包括选择电路的结构形式，确定电路中的元器件参数。

电路元器件参数应在要求的频率范围内满足产生正弦波振荡的条件，从而使电路输出所要求的振荡波形。

所以，振荡条件是设计电路的主要依据。

3.桥式正弦波振荡电路的调试

首先调整反馈电阻R2，使电路起振，且波形失真最小，如果电路不起振，说明振荡幅值条件不满足，应适当加大R2，如果波形失真严重，则应适当减少R2或R3。

其次是测量和调整振荡频率，为此应适当改变RC串并联选聘网络的元件参数。

比如固定电容器C，改变电阻R，或是固定电阻R,改变电容C，使电路的振荡频率满足设计要求。

4.实验参考电路

实验参考电路如图6.2所示。

图中没有稳幅环节，改变电位器2RP的值可以调

图6.2实验参考电路图

整反馈电阻的大小，以便满足振荡条件。

电位器1RP可以适当改变振荡频率。

六、