模拟电子技术实验指导缩doc.docx
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模拟电子技术实验指导缩doc
实验一常用电子仪器的使用
一、实验目的
1．熟悉示波器、函数信号发生器、晶体管毫伏表、万用表及直流稳压电源面板上各旋钮和接线柱的作用。
2．学习上述仪器的使用方法。
3．用万用表辨别晶体二、三极管的管脚，以及判断他们的好坏。
4．学习识别各种常用电子元件。
二、实验仪器及设备
1．XC4320双踪示波器
2．EE1641D型函数信号发生器/计数器
3．500型万用表
4．TB-2型模拟电路实验箱（带稳压电源）
5．XSD-5型数显毫伏表
三、实验电路原理及操作说明
1、电子示波器的工作原理
电子示波器主要用以观察各种周期性的电压或电流波形，它是使用十分广泛的一种电子仪器。
通用示波器的结构包括垂直放大，水平放大，扫描、触发、示波管及电源等六个主要部分，方框如图1-1所示。
示波管是电子示波器的重要元件之一，它的作用是把观察的电压变成发光图形。
示波管的构造如图1-2所示，它主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成。
电子枪包括灯丝、阳极、栅极和阴极。
偏转系统包括Y轴偏转板和X轴偏转板两个部分，他们能将电子枪发射出来的电子束，按照加于偏转板上的电压信号作出相应的偏转。
荧光屏是位于示波器管顶端涂有荧光物质的透明玻璃屏，当电子枪发射出来的电子束轰击到屏上时，荧光屏被击中的点上会发光。
当电子束按外加变化电压偏转时就能在荧光屏上绘出一定的波形。
电子示波管的灵敏度比较低，假如偏转板上的控制电压不够大，就不能明显的观察到光点的移位。
为了保证有足够的偏移电压，必须设置放大器将被观察的电信号加以放大，此放大器称为垂直（Y）放大器。
水平（X）放大器是将机内扫描发生器产生的扫描信号或由X外接输入端送入的信号放大后控制示波管的X轴偏转板，使示波器进行X轴的扫描。
扫描发生器的作用是产生一个线性锯齿波电压，模拟时间轴，以展示被观察的电信号随时间而变化的情况。
在正常情况下，荧光屏光点的相对移位是和输入到示波管X轴或Y轴上的电压成正比的。
例如，若将一正弦信号电压Vy=Vmsinωt送至示波管的Y轴偏转板上，则在荧光屏上看到的将是一根竖着的直线，参见图1-3。
当t=t0时，Y轴偏转板上电压Vy为零，光点无偏移地停在荧光屏的0点处。
当t=t1时，Vy正向增大，光点偏移至A点。
t=t2时，Vy达到正向最大值，光点偏移至B点。
t=t3时，Vy下降，但仍然是正电压，光点回到A点。
t=t4时，电压为零，光点回到原点。
可见，光点移动距离与所加电压成正比，故可用测量电压的幅值。
同理，在负半周，当时间t分别等于t5、t6、t7、t8时，光点相继经过C、D、C、O各点。
如果正弦电压持续加在垂直偏转上，光点不断地上、下来回移动，只要移动速度足够快，利用人们视觉暂留效应，在荧光屏上看到的将是一根竖着的直线、正弦波没有被展开。
为了显示正弦波，在示波器的水平偏转板上需加线性变化的锯齿波电压。
如果Y轴偏转板无信号，单独在X轴偏转上加锯齿波电压，则荧光屏也观察到一条直线，只是成水平直线，其形成过程如图1-4所示。
在t=t0时Vx是负电压，光点在荧光屏的A点，此后，电压直线上长。
当t=t1时，光点移到B点。
在t=t2时，电压上升到零值，光点在中心处C点，电压继续增大为正值。
t=t3时，光点移到D点。
t=t4时，电压上升到最大值，光点移到E点。
然后电压迅速退回到负值，光点也就由E点迅速回到A点，如此不断反复，于是在荧光屏上观察到一条水平直线。
如果将被观察的正弦波电压Vy加在Y轴偏转板上，同时又将扫描电压Vx加在X轴偏转板上，使正弦波的频率fy与扫描电压锯齿波频率fx相等，那么在荧光屏上就能观察到一个展开了的正弦波，如图1-5所示。
在t=t0时，Vy=0，Y轴方向无偏移，而Vx为负值，光点沿X轴向左偏移，位于荧光屏的A点。
在t=t1时，Vy上升，光点向上移，同时，Vx也上升，光点向右移，合成结果使光点移至荧光屏的B点。
以后，在时间t分别等于t2、t3、t4时，光点相继沿C、D、E各点移动。
t=t4以后，由于Vx迅速返回到原始状态，光点将从E点迅速返回A点。
接着正弦波重新开始第二个周期，扫描电压开始第二次扫描，荧光屏上显示与第一次相重叠的正弦波形。
如此不断重复，荧光屏上即可观察到一个稳定的正弦波。
如果正弦波频率fy是扫描波重复频率的二倍时，即fy=2fx，则在荧光屏上将是两个周期的正弦波，当fy=nfy时，在荧光屏上将呈现出n个周期的正弦波。
假如fy与fx不是整数倍关系，则第一个周期在荧光屏上扫出的波形与第二个扫描周期扫出的波形不能重合，屏上看到的波形就会不停的移动。
如图1-6所示，为了使fy和fx保持整数倍关系，通常把输入到Y轴的信号电压作用在扫描发生器上，使扫描频率fx跟随信号频率fy作微小的改变，以保持fy和fx成整数倍关系，这个作用称之为“同步”。
现代示波器中经常采用的是“触发同步”，所谓“触发同步”是当输入Y轴信号电压瞬时值达到一定幅值时，触发扫描发生器，产生一个锯齿波电压。
这个锯齿波扫描结束后，扫描发生器处于等待下一次触发信号的状态。
可见，扫描电压的起始点与输入信号电压的某一瞬时保持同步，保证了荧光屏上波形的稳定。
2、示波器面板操作说明（详见附录三）
（1）寻找扫描光迹点
在开机半分钟后，如仍找不到光点，可调节亮度旋钮，并按下“寻迹”板键，从中判断光点位置，然后适当调节垂直（↑↓）和水平（→←）位移旋钮，将光点移至荧光屏的中心位置。
（2）为显示稳定的波形，要掌握好示波器面板上的下列几个控制开关（或旋钮）的位置。
a、“扫描速率”开关（t/div）——它的位置应根据被观察信号的周期（频率）来确定。
b、“触发源选择”开关（内、外）——通常选为内触发。
c、“内触发源选择”开关（拉YB）——通常置于常态（推进位置）。
此时对单一从YA或YB输入的信号均能同步，仅在作双路同时显示时，为比较两个波形的相对位置，才将其置于拉出（拉YB）位置，此时触发信号仅取自YB，故仅对由YB输入的信号同步。
d、“触发方式”开关——通常可先置于“自动”位置，以便找到扫描线或波形，如波形稳定情况较差，再置于“高频”或“常态”位置。
但必须同时调节电平旋钮，使波形稳定。
（3）示波器有五种显示方式
属单踪显示有“YA”、“YB”、“YA+YB”；属双踪显示有“交替”与“断续”。
作双踪显示时，通常采用“交替”显示方式，仅当被观察信号频率很低时（如几十赫兹以下），为在一次扫描过程中同时显示两个波形，才采用“断续”显示方式。
（4）在测量波形的幅值时，应注意Y轴灵敏度“微调”旋钮置于“校准”位置（顺时钟旋到底）。
在测量波形周期时，应将扫描速率“微调”旋钮置于“校准”位置（顺时钟旋到底），扫描速率“扩展”旋钮置于“推进位置”。
3．函数信号发生器（详见附录四）
函数信号发生器按需要通过波形转换开关的操作，可分别输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。
输出信号电压幅度输出幅度调节旋钮进行连续调节。
输出信号电压率通过频率分档开关进行调节，并由频率计读取频率值。
函数信号发生器的信号输出端不允许短路。
4．交流毫伏表（详见附录五）
交流毫伏表只能在其工作频率范围内，用来测量正弦交流电压的有效值。
为了防止过载而损坏，测量前一般先把量程开关置于量程较大的位置处，然后在测量中逐挡减小到接近测量范围的量程。
5．晶体二极管、三极管测试原理
（1）利用万用表测试晶体二极管
①鉴别正负极性
万用表及其欧姆档的内部等效电路如图1-7。
图中E为表内电源，r为等效内阻，I为被测回路中的实际电源。
由图可见，黑表笔接表内电源的正端，红表笔接表内电源的负端。
将万用表欧姆档的量程拨到R×100或R×1k档，并将两表笔分别接到二极管的两端如图1-8，即红表笔接二极管的负极，而黑表笔接二极管的正极，则二极管处于正向偏置状态，因而呈现出低电阻，此时万用表指示的电阻通常小于几千欧。
反之，若将红表笔接二极管的正极，而黑表笔接二极管的负极，则二极管被反向偏置，此时万用表指示的电阻值将达几百千欧。
②测试性能
将万用表的黑表笔接二极管正极，红表笔接二极管负极，可测得二极管的正向电阻，此电阻值一般在几千欧以下为好。
通常要求二极管的正向电阻愈小愈好。
将红表笔接二极管正极，黑表笔接二极管负极，可测出反向电阻。
一般要求二极管的反向电阻应大于二百千欧以上。
若反向电阻太小，则二极管失去单向导电作用。
如果正、反向电阻都为无穷大，表明管子已断路；反之，二者都为零，表明管子短路。
红
红
黑
黑
（a）电阻小
（a）电阻大
图1-8
红
红
黑
黑
图1-7
（2）利用万用表测试小功率三极管
①判定基极和管子类型
由于基极与发射极、基极与集电极之间，分别是两个PN结，而PN结的反向电阻值很大，正向电阻值很小，因此，可用万用表的R×100或R×1KΩ档进行测试。
先将黑表笔接晶体管的某一极，然后将红表笔先后接其余两个极，若两次测得的电阻都很小，则黑表笔接的为NPN型管子基极，如图1-9所示；若测得电阻都很大，则黑表笔所接的是PNP型管子的基极。
若两次测得的阻值为一大一小，则黑表笔所接的电极不是三极管的基极，应另接一个电极重新测量，以便确定管子的基极。
②判断集电极和发射极
判断集电极和发射极的基本原理是把三极管接成基本单管放大电路，利用测量管子的电流放大系数β值的大小来判定集电极和发射极。
以NPN型为例，如图1-10所示。
基极确定以后，用万用表两表笔分别接另外两个电极，用100KΩ的电阻一端接基极一端接黑表笔，若电表指针偏转较大，则黑表笔所接的一端为集电极，红表笔接的是发射极。
也可用手捏住基极与黑表笔（不能使两者相碰），以人体电阻代替100KΩ电阻的作用。
测试性能
以NPN型管子为例。
用万用电表的黑表笔接管子的基极，红表笔接另外两极，测得的电阻都很小；用红表笔接基极，黑表笔接另外两极，测得的电阻都很大，则此三极管是好的，否则就是坏的。
PNP型管子的判别方法与NPN型管子相同，但极性相反。
四、实验内容及步骤
1．电子仪器使用练习
（1）用万用表测量直流稳压电源的输出电压
接通稳压电源，并调节其输出电压值为1.2V、2.95V、4.55V、14.8V，可用万用表的直流电压档进行测量。
测量时注意万用表的量程应选择适当。
表笔的正负极型要对应稳压电源输出端极性。
（2）用毫伏表测量函数信号发生器的输出电压
接通信号发生器，将信号发生器输出衰减开关置于0dB、20dB、40dB的位置，用毫伏表分别测量其输出电压。
此时毫伏表的量程要选择适当，不要过量程。
（3）用示波器观察信号发生器的输出电压波形
1将示波器电源接通1至2分钟后，调节“辉度”、“聚焦”、“X轴位移”、“Y轴位移”及“X轴增幅”等旋钮，使荧光屏上出现扫描线。
2调节信号发生器，使其输出电压为1-5V，频率为1kHz，用示波器观察信号电压波形，调节“Y轴衰减”、“Y轴增幅”旋钮，使波形大小适中。
3调节“扫描范围”、“扫描微调”旋钮，使荧光屏上显示出一、三、五个完整的正弦波形。
4将信号频率改为100HZ、1.5kHZ、15kHZ，调节有关旋钮使波形清晰、稳定。
（4）用万用表辨别二极管的正、负极及其好坏；辨别三极管集电极、基极、发射极。
管子的类型（PNP或NPN）及其好坏。
选择一些不同类型的电阻、电位器、电容、电感等常用元件加以辨认。
五、实验报告要求
1．记下用示波器观察信号发生器输出波形时调节示波器哪些旋钮并说明各旋钮的作用。
2．说明用示波器观察正弦波电压时，若荧光屏上分别出现图1-11所示波形，是哪些旋钮位置不对，应如何调节。
3．总结万用表测试二极管和三极管的方法。
实验二晶体管单管放大器
一、实验目的
1．熟悉电子元器件和TB型模拟电路实验仪
2．学会放大器静态工作点的调试方法。
3．分析电路参数的变化对放大器静态工作点、电压放大倍数及输出波形的影响。
4．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。
二、实验仪器及设备
1．XC4320双踪示波器
2．500型万用表
3．EE1641D型函数信号发生器/计数器、TB-2型模拟电路实验仪及①号实验模板
三、实验电路及原理
1．估算电流放大系数β
晶体三极管的β值可以由输出特性曲线求出，如图2-1所示。
先通过Q点作横轴的垂直线，确定对应Q点的VCE值，再从图中求出一定VCE条件下的∆IB和相应的∆IC，则Q点附近的交流电流放大系数为：
图2-2
图2-1晶体三极管输出特性曲线
因此，只要在图示仪上测试出输出特性曲线，即可估算出β值。
2．实验电路
实验电路如图2-2所示。
它的偏置电路采用Rb和Rb2组成的分压电路。
在放大器的输入端加上输入信号以后，在放大器的输出端便可得到幅值被放大了的相位相反的输出信号。
静态工作点：
动态参数：
电压放大倍数
其中
输入电阻
输出电阻
放大器输入电阻测试方法如下：
当开关K1断开（R1接入）时，测得VS和Vi，即可计算输入电阻
输出电阻可用下式计算
其中V'0为RL未接入时（即RL=∞时）的输出电压，V0为接入负载电阻后的输出电压。
四、实验步骤
按图用连线在①号实验模板上连接好电路，将Rp的阻值调到最大，检查连线无误后接通电源。
1．静态工作点测试
调整Rp为某一值（使VCE=6V），测量静态工作点，填入表2-1并计算出IB、IC（ICQ、IBQ可通过计算求得）。
表2-1
实测结果
实测计算
VBEQ
VCEQ
Rb（kΩ）
IBQ（μA）
ICQ（mA）
2．放大倍数测试
（1）将信号放大器调到f=1kHz幅值为5mv，接到放大器的输入端Vi，用示波器观察Vi和Vo端的波形，并比较与输入端的相位。
（2）输入信号频率不变，逐渐加大输入信号幅度，在RL=∞时，用示波器观察VO不失真时的最大值，并填表2-2。
表2-2
观察结果
计算电压放大倍数
估算电压放大倍数
Vi（mV）
Vo（V）
Au
Au
3．观察Rb、Rc、RL对放大电路静态工作点、电压放大倍数及输出波形的影响。
按表2-3要求，输入信号Vi=5mV，f=1kHz、记录测量数据和Vo波形。
表2-3
给定条件
测量结果
由测量值计算
VCEQ
VBEQ
VO
输出波形图
ICQ
IBQ
AV
Rb
合适值
RC=2kΩ
RL=∞
最小
最大
Rc
3.9kΩ
Rb为合适值RL=∞
RL
2.7kΩ
Rb为合适值 RC=2kΩ
4．观察波形失真，测量静态工作点电压VCEQ、VBEQ
输入信号Vi=10mV，f=1kHz，调节Rp，使Rb增大或减小，观察波形失真情况，测量并填入表2-4（若不失真观察不明显，可变化Vi重测）。
表2-4
Rp值
VBEQ
VCEQ
波形输出
增大
适中
改小
5．测量放大器的输入输出电阻
（1）输入电阻的测量，在输入端串接一个4.7K的电阻，如图2-3，按第7页输入电阻的计算方法，即可计算出输入电阻ri。
图2-3图2-4
（a）
（b）
（c）
图2-5
（2）输出电阻的测量，在输出端接入负载电阻2.7K，在输出VO不失真的情况下，测负载与空载时的VO值，按第7页输出电阻的计算方法，即可求输出电阻rO。
五、报告要求
1．记录数据及波形
2．总结Rb、Rc和RL变化对静态工作点、放大倍数及输出波形的影响。
3．为了提高放大器的放大倍数AV应采取哪些措施？
4．分析输出波形失真的原因及性质，并提出消除失真的措施。
六、预习要求及思考题
1．预习共射基本放大电路工作原理及各元件的作用。
2．根据测定的晶体管β及给出的电路参数，估算静态工作点及电压放大倍数。
3．如何测量Rb？
不断开与基极的连线行吗？
4．分析图2-5中波形是什么类型的失真？
是什么原因造成的？
如何消除？
实验三两级放大电路及放大电路中的负反馈
一、实验目的
1．学习二级放大电路静态工作点的调试方法。
2．学习二级阻容耦合放大电路特性的测量方法。
3．加深对负反馈放大电路工作原理的理解。
4．熟悉负反馈放大电路性能的测量和调试方法。
二、实验仪器及设备
1．XC4320双踪示波器
2．500型万用表
3．EE1641D型函数信号发生器/计数器、TB-2型模拟电子技术实验仪及①号实验模板
三、实验电路及原理
1．实验电路如图3-1
2．工作原理
（1）断开反馈支路的A、B端，并将B端接地，电路成为基本放大电路（但考虑了反馈网络的负载效应）。
（2）若A接B，电路成为电压串联负反馈电路。
负反馈放大器放大倍数的一般表达式为：
其中A为开环放大倍数，Af为闭环放大倍数，F为反馈系数，1+AF为反馈深度。
若Am代表中频开环放大倍数，且放大电路在高频率段和低频率段都只有一个RC环节起作用，则加负反馈后，放大电路的上限截止频率和下限截止频率分别为：
fhf=fh（1+AmF）
fLf=fL（1+AmF）
其中fh和fL分别是不加负反馈时的上下限频率。
此外，加上负反馈后还可得到输入电阻rif和rof输出电阻为：
rif=ri（1+AmF）
rof=ro/（1+AmF）
其中ri和ro分别是不加负反馈时的输入、输出电阻。
四、实验内容及步骤
1．按图用连线在①号实验模板上连接好电路，检查连线无误后接通电源
2．测量静态工作点
将输入端短路，并将B端接地，调节Rp1使VE1=2V,调节Rp2，使VE2=2V,测量并记录表3-1中有关数值
表3-1
测量项目
VBE1
VE1
VC1
VBE2
VE2
VC2
测量数值（V）
2
2
3．测量两级交流放大电路的频率特性
用示波器观察第一、第二级的输出电压波形有无失真。
若有失真现象，则应调整静态工作点（调Rp1、Rp2，应微调），或减小Vi幅度，使波形不失真为止。
若输出波形有寄生振荡，应先消除。
消除方法如下：
信号发生器的输出线要尽量短，要用屏蔽线；T1或T2的bc极之间加5pF~100pF的电容。
（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，由低到高，改变频率，先大致观察在哪一个上限频率和下限频率时输出幅度下降，然后测量Vo值，填入表3-2中。
在特性平直部分可测几个点，在特性弯曲部分应多测几个点。
（3）接上负载，重复上述实验。
表3-2
f（HZ）
Vo
RL=∞
RL=4.7K
4．测无级间反馈时两级放大电路的性能。
（1）测量电压放大倍数Avm
加信号电压Vi=5mv，f=1kKz，测量Vo，算出Avm
（2）测量输入电阻ri
接入Rs=4.7kΩ，加大信号源电压，使放大电路的输出电压与未接入Rs时相同，测量此时信号源电压Vs，则
式中
，由此求得输入电阻ri。
断开电源后测量Rb（Rb=Rp1+Rb1）.
（3）测量输出电阻ro
使Vi=5mv，f=1kHz，接入负载电阻RL=4.7kΩ，测输出电压Vo，则
其中V´o是负载电阻RL开路时的输出电压，Vo是接入负载电阻后的输出电压。
（4）测量上限频率fh及下限频率fL
去掉RS、RL，输入适当幅值的信号，在f=1kHz时使输出电压在示波器上显示出大小适度、基本不失真的正弦波。
保持输入信号不变，提高信号频率，直至示波器上显示的波形幅度缩小到原来幅值的70%，此时输入信号频率即为fh。
同样，降低信号频率，示波器上显示的输出电压波形幅度下降到原来幅值的70%，此时输入信号的频率即为fL。
将
（1）~（4）测出的电压放大倍数Av、输入电阻ri、输出电阻ro、上限频率fh和下限频率fL，各数据填入表3-3中的无反馈部分。
5．测反馈放大电路的性能。
将A端和B端相接，电路成为电压串联负反馈放大电路，重复步骤4的
（1）~（4），将测得的各数据填入表3-3有反馈部分。
表3-3
测量数据
由测量数据计算
无反馈
Vo´（mv）
Vo（mv）
Vs（mv）
fh（kHz）
fL（Hz）
Av
ri（kΩ）
ro（kΩ）
有负反馈
Vo´（mv）
Vo（mv）
Vs（mv）
fhf（kHz）
fLf（Hz）
Avf
rif（kΩ）
rof（kΩ）
五、报告要求
1．说明两级放大电路静态工作点对放大倍数及输出波形的影响。
2．列表整理实验数据，画出两级放大电路的幅频特性曲线（用对数坐标纸）
3．根据实验所得数据，求出无级间反馈和有级间反馈时电压放大倍数，输入电阻和输出电阻。
4．根据实验结果说明电压串联负反馈对放大电路性能的影响。
5．利用深度负反馈的近似公式，估算电压放大倍数Avf。
六、预习及思考题
1．复习多级放大器计算Av的方法，两级之间的互相影响，频率特性等。
2．如何选择静态工作点？
每一级的静态工作点在连成两级放大电路时是否会发生变化。
3．用什么方法增大放大器的输出幅度？
4．要想提高放大器的放大倍数应采取什么措施？
5．如何提高上限频率和降低下限频率？
影响它们的主要环节是什么？
实验四比例、求和运算电路
一、实验目的
1．掌握运算放大器组成比例求和电路的特点性能及输出电压与输入电压的函数关系。
2．学会上述电路的测试和分析方法。
二、仪器及设备
1．DT890B+数字万用表
2．XC4320双踪示波器
3．TB-2型模拟电路实验仪和⑤号实验模板
三、实验电路原理
集成运算放大器是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形或非线形元件组成输入和负反馈电路时，可以实现各种特定的函数关系。
图4-1反相比例放大器
四、实验内容及步骤
每个比例、求和运算电路实验，都应先进行以下两项：
1．按电路图接好线后，仔细检查，确保正确无误。
将各输入端接地，接通电源，用示波器观察是否出现自激振荡。
若有自激振荡，则需更换集成运放电路。
2．调零：
各输入端仍接地，调节调零电位器，使输出电压为零（用数字电压表200mV档测量，输出电压绝对值不超过0.5mV）。
（一）反相比例放大器
实验电路如图4-1所示。
预习要求：
分析图4-1反相比例放大器的主要特点（包括反馈类型），求出表4-1和4-2中的理论估算值（可参阅附录六中集成运放µA741的参数），并粗略估算输入电阻和输出电阻。
表4-1
直流输入电压Vi（mV）
30
100
300
1000
输
出
电
压
Vo
理论估算值（mV）
实测值（mV）
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