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

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

0.1

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

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

波形

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

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

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,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

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

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

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

（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,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

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

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（测量值）

（理论值）

（4）仿真实验

启动EWB,输入仿真电路如图2.7.7所示,观测仿真结果.

图2.7.7反相比例运算放大器仿真电路

2.同相比例运算放大器

（1）按图2.7.3连接电路,调整低频信号发生器,使其输出200mV,1kHz的信号电压.

（2）用毫伏表分别测量ui,uo并填入表2.7.2中.

（3）将R1开路,用毫伏表分别测量ui,uo,并填入表2.7.2中.

（4）将Rf短路,用毫伏表分别测量ui,uo,并填入表2.7.2中.

表2.7.2同相比例运算放大器的测量

uo/mV

ui/mV

（测量值）

（理论值）

同相比例运算放大器

跟随器

Ri→∞

Rf=0

（5）仿真实验

启动EWB,输入仿真电路如图2.7.8所示,观测仿真结果.

图2.7.8同相比例运算放大器仿真电路

3.加法运算放大电路

（1）按图2.7.4连接电路,调整低频信号发生器,使其输出200mV,1kHz的信号电压.

（2）调节RP,使ui2=50mV.

（3）用毫伏表分别测量ui1,ui2,uo,并填入表2.7.3中.

表2.7.3加法运算放大电路的测量

测量值

理论值

ui1/mV

ui2/mV

uo/mV

（4）仿真实验

启动EWB,输入仿真电路如图2.7.9所示,观测仿真结果.

图2.7.9加法运算放大器仿真电路

4.积分运算放大电路

（1）按图2.7.5连接电路,调整函数信号发生器,使其输出200mV,1kHz的矩形波信号电压,并接在电路的输入端.

（2）将示波器接在电路的ui,uo,观测信号波形,在图2.7.10中画出波形,并用毫伏表测量uo的值.

ui/mVui/mV

0t0t

图2.7.10积分运算放大电路输入输出波形

（3）仿真实验

启动EWB,输入积分仿真电路如图2.7.11所示.观测仿真结果如图2.7.12所示.

图2.7.11积分仿真电路

图2.7.12积分运算放大电路输入,输出波形

5.微分运算放大电路

（1）按图2.7.6所示连接电路,调整函数信号发生器,使其输出200mV,1kHz的矩形波信号电压,并接在电路的输入端.

（2）将示波器接在电路的ui,uo,观测信号波形,在图2.7.13中画出输入,输出波形,并用毫伏表测量uo的值.

ui/mVui/mV

0t0t

图2.7.13微分运算放大电路输入输出波形

（3）仿真实验

启动EWB,输入仿真电路如图2.7.14所示,观测仿真结果如图.

图2.7.14微分仿真电路

图2.7.15微分运算放大电路仿真输入,输出波形

六,思考题

1.运放工作时为什么要调零

2.在微分电路中,若输入三角波,输出波形会发生什么变化

七,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.将测量值与理论值相比较,分析产生误差的原因.

3.回答思考题.

2.8集成运算放大电路非线性应用

一,实验目的

1.熟悉由运算放大器构成的比较器,方波-三角波发生器的原理及特点.

2.掌握波形产生电路的调整和测试的基本方法.

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,集成运算放大器若干个

三,实验原理

集成运放非线性应用主要用以组成比较器和方波-三角波发生器等电路.

1.组成比较器的运算放大器工作在非线性状态,为过零比较器如图2.8.1所示,其输入电压和输出电压的关系为

ui>0uo=-Uz;uiu-时,uo=+Uz,电压通过R2给电容C

0t0t

图2.8.3

2,方波发生器

（1）按图2.8.2所示连接电路.

（2）用示波器观测电容C和输出信号波形,在图2.8.4中绘制波形.

ui/mVui/mV

0t0t

图2.8.4

（3）仿真实验

启动EWB,输入仿真电路如图2.8.5所示,观测仿真结果如图2.8.6所示.

图2.8.5方波发生器仿真实验电路

图2.8.6uc,uo的仿真波形.

五,思考题

1.在图2.8.2中,若两个稳压管有一个开路,输出电压有何变化

2.若要使图2.8.2所示方波发生器的频率可调,电路作如何改动画出XidXo

图2.9.1振荡器的组成框图

1.RC振荡器

RC文氏振荡器实验电路如图2.9.2所示,振荡电路一般由四个部分组成,即放大器,反馈网络,选频网络和稳幅电路组成.放大器是由集成运放（LM324）构成的电压串联负反馈放大器,选频网络由RC串,并联网络组成,同时兼作正反馈网络;稳幅电路由VD1,VD2组成,其作用是:

当Uo幅度较小时,较大,有利于起振.反之,当幅度较大时,VD1,VD2导通,Rf减少,Auf下降,uo幅值趋于稳定.起振幅值条件为

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