模拟电子技术实验教案.docx
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模拟电子技术实验教案
模拟电子技术
实验教案
（本科）
任课教师郑清兰
闽南理工学院实践教学中心
2012年2月
2011-2012学年第二学期
课程名称：
模拟电子技术实验
任课班级：
1020321、1020322、1020323
实验项目：
一、常用电子仪器仪表的使用（4学时）
二、共射极单管放大电路（2学时）
三、负反馈放大电路（2学时）
四、射极跟随器（2学时）
五、集成运算放大器的基本应用—模拟运算电路（2学时）
六、RC正弦波振荡器（2学时）
七、低频功率放大器（2学时）
八、考试（1学时）
共计：
17学时
实验一常用仪器仪表使用
一、实验目的
说明本次实验的目的：
学习常用的电子仪器仪表——示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表等的主要技术指标、性能及正确使用方法；掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。
二、原理说明
1、与学生共同复习上学期学过的几个重要概念：
（1）正弦量的三要素：
频率、幅值、初相位。
（重点理解前两个）
频率----正弦量变化一次所需的时间（秒）称为同期（T），
而每秒内变化的次数称为频率（f）。
关系为：
f=1/T。
正弦量的变化快慢还可用角频率ω来表示。
ω=2π/T=2πf
幅值----正弦量在任一瞬间的值称为瞬时值。
（用小写字母表示i、ui、e）瞬时值中最大的值称为幅值或最大幅。
（用大写字母表示Im、Um、Em）
初相位----t=0时的相位角称为初相位
或初相位角。
I=Im（sinωt+Ψ）
有效值----不论是周期变化的电流还是直流，只要它们在相等的时间内通过同一个电阻而两者的热效应相等，就把它们的安培值看作是相等的。
（2）理解最大值（Um）、有效值（I）、峰峰值（VPP）之间的换算关系
有效值----不论是周期变化的电流还是直流，只要它们在相等的时间内通过同一个电阻而两者的热效应相等，就把它们的安培值看作是相等的。
峰峰值---是指波形图中最大的正值和最大的负值之间的差。
峰值是以0刻度为基准的最大值，有正有负。
（见图3）
峰峰值是最大值和最小值的差值，只有正的。
如：
220V峰值就是220V和-220V，峰峰值是440V。
5V的峰值就是5V和-5V，峰峰值是10V。
正的---代表正向电压，负的---表示反向。
峰峰值是最高波峰和最低波谷的绝对值之和
图3
针对正弦波而言，峰峰值除以2是最大值，最大值除以2的开根号是有效值。
换算关系总结：
最大值=峰峰值/2；即Um=VPP/2
有效值=最大值/
=峰峰值/2
；即U=Um/
=VPP/2
峰峰值=2最大值=2
有效值即VPP=2Um=2
U。
注：
见图3，示波器上有一个波形，峰值是最大值减最小值除以二，峰峰值是最大值减最小值。
方波的峰峰值和最大值是一样的，就是波形图上最大的那个值。
用波峰因数可以算出有效值，方波波峰因数为1，有效值U=4/1=4V；三角波波峰因数为根号3，有效值U=4/根号3=2.3。
1Vpp就是代表1V的峰峰值
2、常用电子仪器使用方法的介绍
向学生讲解示波器、函数信号发生器、交流毫伏表、直流稳压电源的使用方法及注意事项。
（1）函数信号发生器（EE1641B1）：
用于输出正弦波、方波、三角波、等信号波形的信号输出仪器。
重点掌握几个调节旋钮的使用：
①频率显示窗口----显示输出信号的频率。
（选好频率档位后直读式）
②幅度显示窗口----显示函数信号的幅度。
（显示峰-峰值）
③函数信号输出端----输出多种波形信号。
输出幅度20VPP（1MΩ负载），
10VPP（50Ω负载），
④函数信号输出幅度调节旋钮----调节幅值。
⑤函数信号输出幅度衰减开关----对信号起衰减功能，特别是交流信号输入较小时进行衰减后，使输入信号能输入mV的微小信号。
没有按下衰减开关“0dB”---没有衰减直读数。
按下“20dB”----读数×0.1
按下“40dB”----读数×0.01
按下“20dB”和“40dB”---读数×0.001
⑥函数信号波形先择按钮----选的择波形。
⑦频率调节旋钮----调节此旋钮改变输出频率的一个频程。
⑧整机电源总开关----接通、断开电源。
（整机最左下角）。
输出电压最大可达20V通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮，可使输出电压在毫伏级到伏级范围内连续调节。
函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节。
函数信号发生器作为信号源，它的输出端不允许短路。
（2）数字存储示波器（GDS-1062）：
普通示波器用于电信号波形的观察和测量的一种有图形显示的测量仪器。
而数字示波器是数据采集，A/D转换，软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。
具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独特优点。
数字存储示波器整体介绍：
电源开关、显示屏、功能面板等
重点掌握几个调节旋钮的使用：
①功能键中的第三个F3（显示屏边上竖排第三个）----启动LCD显示屏左边所显示的功能。
②Variable（面板最上左角园旋钮）----增加/减少数值或在对话框内上下移动选项。
③Austoset（面板上方12个长方键上排右数第1个）----根据输入信号自动设定水平，垂直和触发设置。
实验中寻找波形用此键最佳。
④Measure（面板上方12个长方键下排左属第2个）--设置并行自动测量能。
⑤CH1/CH2键----（面板最下园旋钮左数第1和第2个）设置每通道的垂直刻度和耦合模式。
（范围2mV/Dvi～5V/Dvi,档位按1-2-5步进）
⑥TIME/DIV键（面板最下园旋钮右数第1个）----选择水平刻度。
⑦Help键----显示帮助内容。
⑧电源总开关键----接能电源。
（整机最左下角）。
（3）晶体管毫伏表（DF2175B）：
用于能测量到毫伏值的交流电压信号的仪表。
向学生交待以下几点:
1、短接调零---毫仪表的灵敏度较高，外界干扰信号将通过输入线反映到表头。
为了减小测量误差，特别是在测量100mv以下的信号电压时，需将外接线短接调零。
每换一次量程都要重新调零。
2、读数---当量程旋钮拨在10mv，100mv，1v等挡时，指针表示的测量值读表盘上方“0-10”的刻度；当拨在30mv，300mv，3v等挡时，则读表盘下方“0-30”的刻度。
（4）双路直流稳压电源（DF1731SLL3A）：
能为负载提供稳定直流电源的电子装置。
①②③④⑤⑥⑦⑧⑨
接通电源，指示灯亮。
预热5分钟后即可使用。
如做精密测量需预热半小时。
接通稳压电源输出与负载，注意“＋”、“－”极不要接错，此时电流表指出流过负载的电流。
3、重点强调几点应注意的问题：
向学生交待清楚以下几个问题，这是学生容易弄不清楚的地方，特别学习常用电工电子仪器经常遇到的疑问，主要有：
1万用表与晶体管毫伏表在测量交流电压上有何区别？
万用表的交流电压挡只能测400Hz以下的正弦波电压；而晶体管毫伏表可以测几MHz的交流电压。
频率响应也不一样，所以在测量交流电压时建议用晶体管毫伏表。
②用示波器和晶体管毫伏表测量有效值哪个更准？
示波器上的刻度标定是可变的，而且是由你来决定的。
而且示波器并不属于严格的计量仪表，而毫伏表是属于计量仪表。
所以，当然是晶体管毫伏表测量要准确一些。
函数信号发生器与示波器显示的幅值
③数字万用表测出的数据是什么？
数字万用表测出的值可能是有效值，也可能是平均值，交流挡测出的值一般都是有效值。
④示波器显示的幅值是什么？
示波器显示的是峰--峰值。
⑤函数信号发生器显示的幅值是什么？
函数信号发生器显示的是峰--峰值。
⑥晶体管毫伏表显示的电压值是什么？
晶体管毫伏表显示的是有效值。
⑦晶体管毫伏表、示波器、函数信号发生器显示数据的如何换算？
晶体管毫伏表电压值=示波器显示的幅值/2
；
晶体管毫伏表电压值=函数信号发生器显示的幅值/2
；
三、实验设备的使用
向学生讲解数字存储示波器，函数信号发生器，数字万用表，晶体管毫仪表及直
直流稳压电源的使用，重点介绍示波器的使用。
向学生交待清楚数字万用表在测量交流和直流上的不同，通过选择万用表上的交流和直流按健来进行选择。
向学生说明示波器AUTOSET键的功能，此功能可能自动搜索到波形，无需另外调节其它旋钮。
注1：
找波形—波形没有或弄乱后—按Austoset（面板上方12个长方键上排右数第1个）。
注2：
读峰峰值等----按功能键中任意一个或第三键（显示屏边上竖排的键）----出现画面（对话框）-----调节Variable（面板最上左角园旋钮）上下移动，找到你需要的项目（如峰峰值、周期、频率）---再按Measure（面板上方12个长方键下排左属第2个）---就能读取相应的数据了。
四、实验内容
1、在讲解各种仪器仪表时，采取边讲边操作的作法，便于学生理解。
按图1-1连接线路。
调节函数信号发生器有关旋钮，使输出频率分别为表1-1所示的值，有效值均为1V（交流毫伏表测量值）的正弦波信号。
图1-1模拟电子电路中常用电子仪器布局图
2、用示波器观察函数信号发生器的输出波形，读取信号的有关参数，按表1-1要求读取数据填入表中。
3、用毫伏表、数字万用表测量函数信号发生器输出波形的电压值记入表1-1。
表1-1
信号源频率
示波器测量值
毫伏表电压读数
（mV）
万用表电压值
（V）
峰峰值（V）
频率（Hz）
/
/
100Hz
2.96
100.2
1000
0.99
1KHz
2.96
1.006K
1000
1.01
10KHz
2.96
10.04K
1000
1.19
100KHz
2.92
100.7K
1000
3.64
150KHz
2.88
150.2K
1000
2.82
五、实验中的难点及注意事项
1、示波器、信号发生器及毫仪表应保持仪器共地。
2、本实验的一个难点就是学生搞不清楚峰峰值，幅值，有效值的关系，VPP=2Um=2
Ui.
3、由于人体感应电压很大，在接触毫伏的输入线时，将会有较大的电压输入，所以每次调用输入线时均要将量程旋钮拨到30V以上的挡位，以免打坏指针。
测量时，也应先接低电位端（即地线），然后再接高电位端连线。
测量结束时，应先取下高电位端连线，再取下地线。
4．使用示波器时波形应在荧光屏中央且大小适中，波形完整且稳定。
5．毫仪表读数时应注意，若量程先1开头的应读第一条刻度线，若量程选3开头的应读第二条刻度线，学生极易读错，应强调。
六、预习思考题
1、示波器输入信号耦合开关置“AC”、“DC”、“GND”位置有何不同？
答：
DC耦合的意思是，信号的所有成份都可通过（直流交流都可以），使用DC耦合可以看到叠加在交流信号上的直流成份。
AC耦合的作用是滤除观测信号中的直流成分（只允许交流信号通过）。
GND耦合意为接地耦合，用来确定对地零电位点的。
2、晶体管毫伏表与万用表的交流电压档有何不同？
答：
晶体管毫伏表与万用表的交流电压档测量值都是有效值，但它们的频率响应不一样；万用表的交流电压挡只能测400Hz以下的正弦波电压。
晶体管毫伏表可以测几MHz的交流电压。
3、什么叫正弦波的有效值？
什么叫正弦波的峰值？
晶体管毫伏表测出的是正弦波的什么值？
（补充题）
答：
把直流电和交流电分别通过两个相同的电阻器件，如果在相同时间内它们产生的热量相等，那么就把此直流电的电压、电流作为此交流电的有效值。
正弦电流的有效值等于其最大值（幅值）的0.707倍。
正弦波在任意一瞬时的值叫瞬时值；瞬时值中最大的值称为幅值或最大值。
峰-峰值的意思就是正弦波最高点和最低点的差，比如幅值5V的双级性正弦交流电的峰-峰值是5V-（-5V）也就是10V。
如果是5V单级性正弦直流电压的话，峰-峰值就是5V-0V，还是5V。
晶体管毫伏表测出的是正弦波的有效值。
七、实验报告要求
1、认真记录实验数据并填写相应表格。
2、分析测量结果与理论值的误差，讨论其原因。
3、回答思考题。
实验二晶体管共射极单管放大器
一、实验目的
向学生说明本次实验的实验目的：
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；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
1．向学生说明静态工作点及放大倍数，输入输出电阻的理论计算公式
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
2．放大器静态工作点的测量与调试
（1） 静态工作点的测量
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。
算出IC（也可根据
，由UC确定IC），
同时也能算出UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。
（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。
改变电路参数UCC、RC、RB（RB1、RB2）都会引起静态工作点的变化，但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。
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2－1静态工作点对uO波形失真的影响图2－2电路参数对静态工作点的影响
3．向学生讲解电压放大倍数AV、输出电阻R0，输入电阻Ri的测量公式电压放大倍数AV的测量：
输入电阻Ri的测量：
输出电阻R0的测量：
三、实验设备的使用
1、重点讲解实验电路板的使用，说明电路板上开关的作用，当测电阻时应把开关断开，测完电阻后应马上接通，否则静态工作点没法测。
2．说明电源线和地线在电路板的位置，若测量中发现VE电压没办法调节，则说明地线接错位置。
3、提醒学生信号源上显示的是电压的峰峰值，应通过毫伏表或万用表测量得到输入信号的有效值。
四、实验内容
实验电路如图2－1所示。
1、调试静态工作点
接通＋12V电源、调节RW1，使IC＝2.0mA（即UE＝2.0V），用直流电压表测量UB、UE、UC及用万用电表测量RB2值。
图2－31共射极单管放大器实验电路
记入表2－1。
表2-1
测量值
计算值
UB（V）
UE（V）
UC（V）
RB2（KΩ）
UBE（V）
UCE（V）
IC（mA）
2.67
2
7.51
58.6
0.67
5.51
1.818
2、测量电压放大倍数
在放大器输入端加入频率为1KHz的正弦信号uS，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压Ui
10mV，同时用示波器观察放大器输出电压uO波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述三种情况下的UO值，并用双踪示波器观察uO和ui的相位关系，记入表2－2。
表2－2。
RC（KΩ）
RL（KΩ）
Uo（V）
AV
观察记录一组uO和u1波形
2.4
∞
0.202
20.2
1.2
∞
0.101
10.1
2.4
2.4
0.101
10.1
3、测量输入电阻和输出电阻
（1）输入电阻Ri的测量为了测
量放大器的输入电阻，按图2－2
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，用交图2－2输入、输出电阻测量电路
流毫伏表测出US和Ui，
（2）输出电阻R0的测量
按图2-2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，
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。
（3）具体操作步骤：
置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，调电阻RW1使IC＝2.0mA。
输入f＝1KHz的正弦信号，在输出电压uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出US，Ui和UL记入表2-3。
保持US不变，断开RL，测量输出电压Uo，记入表2-3。
表2-3 Ic＝2mARc＝2.4KΩRL＝2.4KΩ
US
（mv）
Ui
（mv）
Ri（KΩ）
UL（V）
UO（V）
R0（KΩ）
测量值
计算值
测量值
计算值
81
10
1.41
1.4
0.102
0.203
2.38
2.4
五、实验中难点及注意事项
1、本实验的难点是如何调节静太工作点，即在给定的输入信号下，通过调节RW电位器使输出的波形不失真即可。
2、静态测试时，万用表应选择直流电压档，动态测试时，万用表应选择交流电压档。
使学生清楚测静态时应在直流状态下。
3、电流表串接在电路中正、负不要接反。
4．测电阻时一定要断开电源及断开电路中的一脚，否则测出的电阻值不准。
六、预习思考题
1、怎样测量RB2阻值？
答：
先断开电阻的一脚（电路中的钮子开关打到‘断’即可），再用万用表的电阻档直接测出RB2电阻的大小
2、本实验电路中要怎么调节电路的静态工作点？
答：
调节RW1可改变电路的静态工作点
3、若单级放大器的输出波形失真，应如何解决?
（补充）
答：
调节输入信号的大小和电位器RW的大小（即调节三极管的静态工作点）即可。
具体是如果是饱和失真，应增大RW，如果是截止失真，应减小RW，若是对称失真应减小输入信号的幅度。
4、基本共射放大器中交流负载电阻RL，对放大倍数和输出电压波形有何影响?
（补充）
答：
使输出电压减小，放大倍数也减小
七、实验报告要求
1、注明你所完成的实验内容，简述相应的基本结论。
2、列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值比较（取一组数据进行比较），分析产生误差原因。
3、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。
4、分析讨论在调试过程中出现的问题。
实验三多级放大及负反馈放大电路
一、实验目的
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各项性能指标的影响。
二、原理说明
1．反馈的概念：
放大电路中的反馈，是指将放大电路输出电量（输出电压或输出电流）的一部分或全部，通过一定的方式，反送回输入回路中。
2．向学生讲解如何判断本实验的电路组态。
电压反馈和电流反馈的判断：
将负载短路，反馈量为零则为电压反馈；将负载短路，反馈量仍然存在则为电流反馈。
3.正负反馈判断：
采用瞬时极性法
4.串联反馈和并联反馈判断：
将放大器输入端短路，R4从U0分到的电压仍能对放大电路输入端产生作用，即反馈不消失，所以是串联反馈。
若将输入端短路，反馈消失则为并联反馈。
5.负反馈对放大电路的影响：
稳定放大倍数：
引入负反馈后，在输入信号一定的情况下，当电路参数变化、电源电压波动或负载发生变化时，放大电路输出信号的波动减小，即放大倍数的稳定性提高。
展宽频带：
引入负反馈后，放大电路的上限频率提高，下限频率降低，因而通频带展宽
改变输入电阻和输出电阻：
串联负反馈增大输入电阻，并联负反馈减小输入电阻；电压负反馈减小输出电阻，电流负反馈增大输出电阻.
负反馈放大器有四种组态，即电压串联，电压并联，电流串联，电流并联。
本实验是电压串联负反馈。
三、实验设备使用
1、 讲解电路板的使用，如何把电路接成反馈电路和基本放大电路，即通用反馈支路上的开关进行选择。
2、 函数信号发生器
3、 双踪示波器 4、频率计
5、交流毫伏表 6、直流电压表
7、晶体三极管3DG6×2（β＝50～100）或9011×2
电阻器、电容器若干。
四、实验内容
1、测量静态工作点
按图3－1连接实验电路，取UCC＝＋12V，Ui＝0，用直流电压表分别测量第一级、第二级的静态工作点，记入表3-1。
图3－1带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器
表3－1
UB（V）
UE（V）
UC（V）
IC（mA）
第一级
2.86
2.2
7.09
第二级
2.87
2.2
6.65
2、测试基本放大器的各项性能指标
将实验电路按图3－1，即把Rf断开后，其它连线不动。
（1） 测量中频电压放大倍数AV，输入电阻Ri和输出电阻RO。
①以f＝1KHZ，US约10mV正弦信号输入放大器，用示波器监视输出波形uO，在uO不失真的情况下，用交流毫伏表测量US、Ui、UL，记入表3－2。
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UO，记入表3－2。
表3-2
基本放大器
即Rf断开
US
（mv）
Ui
（mv）
UL
（V）
UO
（V）
AV
Ri
（KΩ）
RO
（KΩ）
10
1
0.5
1.1
负反馈放大器
即Rf闭合
US
（mv）
Ui
（mv）
UL
（V）
UO
（V）
AVf
Rif
（KΩ）
ROf
（KΩ）
10
5
0.3
0.4
（2） 测量通频带
（接上RL，保持1）中的US不变，然后增加和减小输入信号的频率，找出上、下限频率fh和fl，记入表3－3。
表3－3
基本放大器
即Rf断开
fL（Hz）
fH（KHz）
△f（KHz）
14.5
1.5
1.48
负反馈放大器
即Rf闭合
fLf（Hz）
fHf（KHz）
△ff（KHz）
12.5
1.9
1.88
五、注意事项
1、在放大器输出不失真条件下，上述参数测试有效，若发生输出波形失真，可适当调整电位器或适当降低输入信号。
2、组装电路时，应检查接插线是否良好导通。
六、预习思考题
1、怎样把负反馈放大器改接成基本放大器？
答：
断开反馈回路即可
2、如输入信号存在失真，能否用负反馈来改善？
答：
不可以
3．电路中C2起什么作用?
答：
耦合作用，隔断直流，使两极间静态工作点互不影响。
七、实验报告要求
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。
3、写出增加频率范围的方法。
实验四射极跟随器
一、实验目的
1、掌握射极跟随器的特性及测试方法
2、进一步学习放大器各项参数测试方法
二、原理说明
1．向学生讲明共集电极放大电路具有输入电阻高、输出电阻低、电压放大倍数接近于1、输出电压
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