模拟电子技术试验讲义概要.docx

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模拟电子技术试验讲义概要

实验一晶体二极管、晶体三极管的测试（S1）

一、实验目的

1、认识晶体二极管、晶体三极管；

2、掌握用万用表对晶体二极管、晶体三极管进行简易测量的方法；

3、学习用晶体管图示仪测量特性曲线的方法，加深对晶体二极管、晶体三极管特性曲线的理解。

二、实验器材

500型万用表一台

晶体管图示仪一台

电子元件：

晶体二极管、晶体三极管若干

100Ｋ－－200Ｋ电阻若干

三、实验原理

1、万用表测量电阻的原理

指针式万用表欧姆挡等效电路如图1－1所示。

图中，Ｅ为表内电源（一般基本档使用一节1.5Ｖ电池），ｒ为万用表等效内阻，Ｉ为被测回路中的实际电流。

由图可知，万用表“＋”端表笔（红色表笔）对应表内电源的负极，而“－”端表笔（黑色表笔）对应表内电源的正极。

万用表欧姆挡刻度尺的中央刻度值称为“中值电阻”，它也就是欧姆挡的等效电阻。

一般万用表都是以Ｒ×1Ｋ挡作为基本挡，这时表内电源采用1.5Ｖ电池。

为了测量更小的电阻，在基本挡的基础上增加电阻ｒ’（图1－2），这样，流经表头的电流值所表征的被测电阻值变小了，或者说欧姆档的中值电阻（等效内阻）变小了，能够输出的测量电流则变大了。

一般万用表Ｒ×100、Ｒ×10、Ｒ×1挡的中值电阻较之基本挡依次递减10倍。

为了测量更大的电阻，通常是提高电源电压Ｅ，同时增加ｒ值，更大的Ｅ能使万用表表针有足够的偏转。

一般万用表Ｒ×10Ｋ、Ｒ×100Ｋ挡中值电阻较基本挡依次递增10倍，Ｅ多采用9Ｖ或12Ｖ的电池。

2、用万用表对二极管作简易测量

（1）判别二极管极性

二极管内部是一个ＰＮ结，具有单向导电性，因此，以不同的方向接入万用表表笔之间时，测量回路的电流是不同的。

若黑表笔（电源正极）接二极管正（与Ｐ区相连），红表笔（电源负极）接二极管负极（与Ｎ区相连），这时回路电流较大，指示出的电阻值就较小（如图1－3所示）。

反之，回路电流较小，指示出的电阻值就较大。

（2）判别二极管好坏

二极管具有单向导电性，所以，测量得到的正反向电阻值应该差别很大。

通常，正常的正向电阻值小于数ＫΩ，而反向电阻值则应该在200ＫΩ以上。

否则，二极管已损坏。

3、用万用表对三极管作简易测量

用万用表也可以非常方便的判别三极管的极性和好坏。

（1）判别三极管的类型和好坏

三极管内部的二个ＰＮ结如图1－4所示。

所以，当黑表笔接ｂ极，红表笔接在ｃ极和ｅ极时，对ＮＰＮ型管测得的电阻都很小，对ＰＮＰ型管则电阻都很大。

为此，我们可以事先任意假定一个电极作为ｂ极接黑表笔，红表笔依次接另外二个电极，如果测得的电阻值一大一小，则事先的假定不成立，重新假定一个电极。

如果测得的电阻值都很小，则这是一只ＮＰＮ型的管子。

如果测得的电阻值都很大，则是ＰＮＰ型的管子。

与黑表笔相连的电极即是即是ｂ极。

当然，这时我们还应该掉换表笔（红表笔接ｂ极），黑表笔依次接另外二个电极，测得的结果应该与前面（黑表笔接ｂ极时）测得的结果正好相反。

这样才能判定所测的管子是完好的。

（2）判别三极管的三个电极

下面以ＮＰＮ型管为例来说明进一步判别ｃ极和ｅ极的方法。

确定了ｂ极后，再假定一个电极为ｃ极，黑表笔接这个假定的ｃ极，红表笔接（假定的）ｅ极，这时，回路电流为穿透电流，其值应该很小。

接下来在ｃ极与ｂ极之间加上一只100Ｋ――200Ｋ之间的电阻作为ｂ极的偏置电阻（如图1－5所示），如果假定的ｃ极正确的，三极管得到偏流后ｃ极电流应该迅速增大，电阻读数减小。

反之（假定不正确时），电流增加不明显，因为，三极管ｃ、ｅ极对调使用时不能满足三极管制造时的工艺要求（发射区掺杂浓度很高、基区掺杂浓度很低、基区宽度很窄、集电结面积较大等），放大能力很弱，这时，我们可以重新假定另一管脚为ｃ极重新测量。

我们还可依据接入偏置电阻后表针的偏转幅度粗略估计β值的大小，显然，表针偏转幅度

越大,β值也越大。

应该指出：

锗管的穿透电流较大，所以，使用Ｒ×100或Ｒ×10挡测量效果更好，而硅管则通常采用Ｒ×1Ｋ挡来测量。

（3）测量穿透电流

以ＮＰＮ型管为例，万用表黑表笔接ｃ极，红表笔接ｅ极，ｂ极悬空，这时，表针有一个偏转百分数的读数K，则穿透电流ＩCBO为：

ＩCBO＝EK/RO（ｍＡ）

式中：

Ｅ为万用表内电源电压，单位为Ｖ；

RO为万用表中值电阻，单位为ＫΩ。

四、实验内容及步骤

1、晶体二极管的测量

　　按前面实验原理中介绍的方法用万用表测量表1－1中二极管的正反向电阻，对二极管的极性、好坏作出判断，记入表1－1中（二极管的管脚剪成一长一短，已便于标注极性）。

表1－1晶体二极管测量

参数

型号

正向电阻

（ＫΩ）

反向电阻

（ＫΩ）

好坏判断

极性标注

型号

参数正向电阻

（ＫΩ）反向电阻

（ＫΩ）

长脚

短脚

2ＡＰ９

２ＣＰ13

1Ｎ4148

1Ｎ4007

2、晶体三极管的测量

按前面实验原理介绍的方法用万用表测量表1－2中的三极管，对三极管的类型、好坏和管脚作出判断，并测量穿透电流ＩCBO的大小，记入表1－2中（标注三极管的ｂ、ｃ、ｅ时，应使管脚朝向自己，即以底视图方式标注）。

3、用晶体管图示仪测量晶体二极管和晶体三极管的特性曲线

（1）测量硅二极管的正向特性曲线；

（2）测量三极管的输出特性曲线，由输出特性曲线求电流放大系数。

表1－2晶体三极管测量

参数

型号

好坏判断

三极管类型

（NPN或PNP）

穿透电流值

（ｍＡ）

极性标注

（按底视图标注）

3ＤＧ6

3ＣＧ14

9014

9015

3DD15

五、实验报告要求

1、整理测试结果，对被测管作出判断。

2、绘出二极管、三极管的特性曲线，在曲线上标注出重要的电压、电流值。

3、对用万用表测量二极管、三极管的方法进行小结。

实验二　PSPICE仿真软件的使用

（一）（S2）

一、实验目的

1、了解电子EDA技术的基本概念。

2、熟悉PSPICE软件的实验方法。

二、实验仪器

1、计算机（486以上IBMPC机或兼容机，8M以上内存，80M以上硬盘）。

2、操作系统Windows95以上。

三、预习要求

1、预习书末附录：

《电路通用分析程序PSPICE简介》，熟悉PSPICE中的电路描述、PSPICE的集成环境、PSPICE中的有关规定和PSPICE仿真的一般步骤。

2、了解电子EDA技术的基本概念。

四、实验内容

（一）设计电路图

自行拟定一个单级放大电路，例如图2-1所示为最基本的共射放大器电路图。

图2-1单极共射极放大器

1、放置元件

（1）用鼠标单击“开始”按钮，再在“程序”项中打开Schematics程序（单击Schematics）则屏幕上出现Schematics程序主窗口如图2-2所示。

图2-2

（2）选择菜单中Draw|GetNewPart项或单击图标工具栏中“

”图标，弹出如图2-3所示的元件浏览窗口PartBrowser。

（3）在PartName编辑框中输入元件名称。

此时，在Description信息窗口中出现该元器件的描述信息，这里我们先输入BJT名称Q2N2222。

（如果不知道元器件名称，可以单击Libraries，打开库浏览器LibraryBrowser,在Library窗口中单击所需元件相应的库类型，移动Part窗口中右侧滚动条，单击列表中的元器件，在Description中查看描述信息，判断所选器件是否需要，若是，则单击OK关闭LibraryBrowser，此时，PartBrowser对话窗的PartName编辑框中显示的即为选中的元器件。

（4）单击Place，将鼠标箭头移出PartBrowser窗口。

这时箭头处出现该元器件符号。

（5）移动箭头将元器件拖到合适的位置，若需要，可以用快捷键Ctrl＋R或Ctrl＋F旋转或翻转符号（也可用菜单项Edit|Rotate或Edit|Flip来完成）。

（6）单击鼠标左键，将元器件放置在页面上。

此时，BJT出现在原理图页面上。

如果需要可继续单击左键，放置多个同类元器件，它们的标号自动排序。

（7）单击右键结束放置操作。

（8）用鼠标单击PartName编辑框，将焦点移回PartName编辑框中。

（9）重复（3）到（7）的步骤。

将其它元器件，如电阻（R）、电容（C）、电源（VDC）、地（EGND）和信号源（VSIN）放置在页面上。

为突出输出端，我们在输出端放置了BUBBLE符号（用于与其它电路连接的符号）。

（10）元器件放置完后，单击Close关闭PartBrowser窗口。

还有另一种放置元器件的方法：

如果知道所用元器件的名称可以不打开PartBrowser窗口，直接在“

”中输入源器件名称并按Enter键，将元器件调出，放置在页面上。

如果想删除不需要的元器件，可以用鼠标单击选中该元器件（元器件符号变成红色），然后选择菜单项Edit|Cut就可以将元件删除（也可用键盘上的Delete键删除）。

2、画电路连线

（1）选择菜单Draw|Wire或点击“

”图标，此时鼠标箭头变成一只笔。

（2）将笔尖移到元件引脚端点击左键，再将笔尖移到要连接的另一元件引脚端单击左键，则完成一根连线的连接。

（3）重复第

（2）步画完所有连线。

（4）单击右键，取消画线状态。

3、为放大电路重要节点加标号

（1）双击Rc到BJT集电极间的连线，弹出Label对话框（也可以通过选择菜单项Edit|Label打开）。

（2）在编辑栏中填Vc，然后单击OK确认返回。

此时，在连线附近出现Vc标号。

如果没有必要，这一步可以不做。

（二）编辑修改源器件标号和参数

1、用鼠标点击要编辑修改的元件符号，符号变成红色表示被选中。

假设选中负载电阻RL。

2、选择菜单项Edit|Attributes…或在元件符号上双击鼠标左键，弹出如图2-4所示的属性编辑对话框。

这里打开了电阻的属性对话框。

3、单击需要编辑的属性行（属性行前有*号的属性在此不能修改），在Name和Value编辑框中分别显示属性名称和该属性的值。

假设选中Value（大写字母表示属性名）属性行。

图2-4

4、编辑修改Value编辑框中的值。

这里我们将1K改为4K。

5、单击SaveAttr，保存修改后的值。

这时可以看到Value＝4K（如果在Value和Name编辑框中输入新的属性名和值，则可增加一条新的属性。

）

6、重复（3）（4）（5），编辑修改其它属性值。

如，将负载电阻的PKGREF的值改为RL。

7、单击OK按钮确认所作的修改，关闭属性编辑对话框。

这时，图中的负载电阻标号成为RL、阻值等于4K。

8、重复

（1）到（7）步，将其它元器件标号和参数改为图2-1所示的值。

其中BUBBLE符号定义的标号为Uo。

（有源器件的参数（如ß等）不能在属性编辑对话框中修改），必须在模型对话框（ModelEditor）中修改。

）

注意，信号源参数的设置稍微复杂些。

在信号源的属性编辑对话框中，可以看到属性较多，其中正弦信号的幅值VAMPL、频率FREQ和失调电压VOFF（也是正弦信号的直流基准电压）必须设定确定的值。

为了进行交流分析还需设定交流幅值AC。

此例题中我们设置VAMPL=10mV，FREQ=1k，VOFF=0，AC=10mV。

另外也可以直接在电路图上双击元件参数值，弹出图2-5的设置属性值（SetAttributeValue）对话框，单独修改参数值。

元件标号也可用类似的方法单独修改。

到此为止，我们已得到图2-1所示的电路图。

（三）保存画好的电路图

1、选择菜单项File|Save，弹出保存文件对话框。

2、选定保存文件的路径。

3、在文件名编辑框中输入文件名（注意，文件名不能用中文），如test_1。

4、单击保存按钮。

（四）设置分析功能

根据PSPICE分析功能可以知道：

（1）要进行直流工作点分析（BiasPointDetall）；

（2）要进行瞬态分析（Transient）；（3）要进行交流分析（ACSweep）。

下面我们来设置这些分析功能。

1、选择菜单项Analysis|Setup…或相应的图标，弹出如图2-6所示的分析设置对话框Analysissetup。

2、用单击BiasPointDetall左边的小方格开关选项，使小方格中显示“

”（此时表示对应的分析功能有效），选中该选项，PSPICE仿真时将BJT的静态电压、电流值及其它有关参数存入输出文件（.out）中以备查看。

工作点分析功能设置完毕。

图2-6

3、单击瞬态分析设置按钮Transient...，又弹出如图2-7所示的瞬态分析设置对话框Transient。

该对话框包括瞬态分析（TransientAnalysis）和傅立叶分析（FourierAnalysis）设置两部分。

在此，我们只设置瞬态分析。

4、将终结时间（FinalTimes）设为2ms。

该参数决定了瞬态分析时间的长度。

（PSPICE仿真时将自动将起始时间定为0，并且采用内部时间步长（TimeSetp）计算，仿真过程不断调整时间步长的值。

设置StepCeiling的值可以限制内部时间步长的最大值；No-PrintDelay参数决定显示瞬态波形的起始时间。

5、单击OK回到图2-5所示的对话框，此时Transient...按钮左边小方格内显示“

”，瞬态分析设置完毕。

6、单击交流分析设置按钮ACSweep...，弹出交流扫描分析和噪声分析设置对话框ACSweepAnalysisandNoiseAnalysis，如图2-8所示。

该对话框包括三个内容设置：

扫描类型（ACSweepType）、扫描参数（SweepParameters和噪声分析（NoiseAnalysis）。

ACSweepType用来确定以什么步进方式对频率进行扫描；SweepParameters用来设置扫描频率范围和点数。

这里我们不做噪声分析。

7、在ACSweepType选项中选择Decade方式。

（Linear：

线性扫描、Octave：

倍频程变化扫描、Decade：

十倍频程变化扫描）。

这样曲线的水平坐标将是对数频率坐标。

8、在SweepParamenters中设置Pts/Decade＝101（每十倍频程101个点）、StartFreq＝1、EndFreq＝100Meg。

频率扫描范围可以根据分析结果判断是否合适、不合适可以重新设置。

9、单击OK回到图2-6所示的对话框。

此时ACSweep...按钮左边小方格内显示“

”，交流分析设置完毕。

10、三个分析功能都已设置完毕，单击Close按钮关闭AnalysisSetup对话框。

（五）仿真

选择菜单项Analysis|Simulate或图标“

”，开始仿真，运行过程如下：

1、进行电路连接规则检查。

若有错，则自动停止仿真，打开信息观察框MicroSimMessageViewer，显示错误信息。

2、建立网表文件（.cir）。

若有错则停止仿真，打开MicroSimMessageViewer，显示错误信息。

由于电路图是以test_1文件名保存的，所以网表文件为test_1.cir。

3、调用PSPICE仿真程序进行仿真分析，仿真结果的文字信息存入输出文件（.out）。

本例题结果存入“test_1.out”和“test_1.dat”文件中。

4、仿真结束。

如果设置了ACSweep、DCSweep或Transient分析功能。

则调用波形后处理程序Probe。

以上过程均自动完成。

（六）用Probe程序观测仿真结果波形

1、启动Probe程序，打开Probe主窗口如图2-9所示。

本例仿真结束后自动打开Probe程序窗口。

图2-9

2、在图2-10对话框（若只设置了其中的一种分析类型，不弹出此窗口）中选择分析类型。

本例设置了AC和Transient，我们单击Transient先观察瞬态分析结果。

这时屏幕上出现波形显示框，其横坐标为时间（Time）。

3、在图2-9中选择菜单项Trace|Add或相应图标，弹出如图1-11所示的添加曲线对话框AddTraces。

4、从窗口中选择V（Uo），在TraceExpression编辑行出现选中的V（Uo）。

（TraceExpression编辑行的使用非常灵活，后面我们还将看到它的灵活使用。

）

图2-11

5、单击OK，此时波形显示框便显示Uo的电压波形。

（仿真前可在Schematics窗口中的原理图上用Markers菜单项的功能或点击图标“

”，在所关心的节点或支路上进行标注，进入Probe后自动显示标注点的波形。

假如我们对Uo进行了电压标注，则不需要在图1-11中选择Uo，就可以显示Uo的电压波形。

）

6、选择菜单项Plot|AddPlot，添加一个波形显示框。

7、重复第（3）步，AddTraces对话框中添加输入电压V（Ui:

＋）。

8、单击图2-11中AliasName选项，在AddTraces对话框中显示电路所有节点和支路电流，寻找并选中V（Ui:

＋）。

9、单击OK返回，此时上面的波形显示框便显示出输入电压Ui的波形。

最后，输入Ui，输出Uo的波形如图2-12所示。

图中SEL>>指明当前活动显示框是哪一个。

在做完第（4）步后直接做第（8）、（9）步，可以将Ui、Uo显示在同一个波形显示窗口中。

这里由于输入波形幅值比较小，与输出波形在同一坐标中显示不利于观察，所以添加了一个显示框。

（七）用Probe程序观测仿真结果的曲线

1、观察放大电路的频率响应

（1）在图2-9中选择菜单项Plot|AC,波形显示框的横轴变为频率轴Frequency。

（2）选择菜单项Trace|Add或相应的图标“

”，弹出图2-11所示的AddTrace对话框。

（3）在TraceExpression编辑行中输入dB（V（Uo）/V（Ui:

+）），该表达式的含义是：

将放大电路的电压放大倍数Uo/Ui转为分贝数。

（4）单击OK返回，在TraceExpression编辑行中描述的曲线便出现在波形显示框中，由于本例题在设置AC分析时，ACSweepType选择的是Decade，即十倍频扫描，所以，此时显示的曲线即为波特图。

（5）再选择菜单项Plot|AddPlot，添加一个波形显示框。

（6）重复第

（2）步，在TraceExpression编辑行中输入Vp（Uo）-Vp（Ui:

＋），该表达式为Uo与Ui的相位差。

（7）重复第

（2）步，在TraceExpression编辑行中输入V（Ui:

＋）/I（Ui），该表达式表示输入阻抗。

（8）单击OK返回。

此时，上面的波形显示框就是放大电路的输入阻抗频率响应。

按照习惯，幅频响应摆在上边。

为此，可先点中幅频响应表达式，利用剪切粘贴功能将它移到上边的显示框，同样将输入阻抗频率响应移到下边。

最后放大电路的幅频响应、相频响应及输入阻抗频率响应曲线如图2-13所示。

2、观测Au，FL和FH

为了获得曲线上几个特殊点的具体数值，如中频增益、上下限截止频率、中频相移等。

我们可以打开游标观测这些值。

具体的方法是：

（1）单击幅频响应显示框区域，使其变为活动显示框（即，SELL>>指向幅频响应显示框）。

（2）选择菜单Tools|Couror|Display或相应图标“

”，激活游标。

右下角出现游标值显示窗（ProbeCursor）如图2-14所示，A2为曲线起点坐标值，第一个数是横坐标值，第二个知识纵坐标值；A1为游标当前坐标值；dif为A1与A2的差值（注意，当有多个波形显示框时，ProbeCursor中显示的是当前活动显示框中曲线的坐标值。

）

（3）按动鼠标左键移动鼠标，将游标移到曲线中频区，从A1显示的当前游标值中可以读得增益为19.717dB。

（4）选择菜单项Tools|Labe|Mark，将当前游标的坐标值标注在曲线附近。

（5）将游标移到高频区并观察A1纵坐标的变化，当他从中频区的值下降约3dB时，A1横坐标值就是上限截止频率。

（6）重复第（4）步，在曲线上标注该点的值。

（7）重复第（5）、（6）步，求出下限截止频率。

（8）单击相频响应相应框区域，使其变为活动显示窗。

再单击相频响应曲线表达式Vp（Uo）-Vp（Ui：

+）前的曲线图标符“□”。

（9）重复第（3）、（4）步，可得到中频区的相移。

用类似的方法也可得到中频区的输入阻抗。

上面介绍了用PSPICE程序分析放大电路一般过程，重点放在过程和操作方法上。

下面介绍用PSPICE程序分析放大电路各种性能指标的方法。

（10）再选择菜单项Tools|Cursor|Display或相应图标，取消游标。

此时，图2-13变成图2-15的形式。

图中第二条曲线的纵坐标数值上的“d”表示“度”（即“゜”）。

（八）从输出文件中查看仿真结果

除静态工作点分析BiasPointDetail将结果存入输出文件（.out）外，直流小信号灵敏度分析Sensitivity和小信号传递函数值分析TransferFunction等也将仿真结果也存入输出文件。

本例题只要分析静态工作点，下面从输出文件中查看仿真结果。

在Schematics程序主窗口中选择菜单项Analysis|ExamineOutput，或在PSPICE窗口中选择菜单项File|ExamineOutput,打开输出文件。

这里，例题的文本输出文件test_1.out被打开，文件主要包括以下几个部分的内容：

1、电路描述信息

（1）分析功能设置信息

（2）所使用的模型库

（3）原理图网表

（4）原理图中元件别名（标名）及元件引脚号与电路节点的关系

2、有源器件模型参数值

3、电路各节点静态电压值及电源（包括信号源）的静态电流和功耗

4、有源器件静态参数值，其中包括静态电流和电压

前3部分内容与分析功能设置无关，第4部分是设置了BiasPointDetail分析功能后才有的。

如果设置了Sensitivity和TransferFunction分析功能，第3部分以后的内容又会有所不同。

五、实验报告要求

1、按实验各项要求，打印仿真波形和曲线图。

2、讨论电路参数对频率特性的影响。

3、小结PSPICE的功能和仿真步骤。

实验三　PSPICE仿真软件的使用

（二）（S2）

一、实验目的

1、了解电子EDA技术的基本概念。

2、熟悉PSPICE软件的实验方法。

二、实验仪器

1、计算机（486以上IBMPC机或兼容机，8M以上内存，80M以上硬盘）。

2、操作系统Windows95以上。

三、预习要求

1、预习书末附录：

《电路通用分析程序PSPICE简介》，熟悉PSPICE中电路描述，PSPICE的集成环境，PSPICE中的有关规定，和PSPICE仿真的一般步骤。

2、分析电路元件参数改变对特性曲线的影响。

四、实验内容

1、自行拟定一个单级放大电路，如图3-1为典型共射放大电路原理图。

图3-1

2、分析电压增益中幅频响应和相频响应，并求中频增益，上、下限截止频率。

3、改变Ce在1uF到100uF之间变化时，试求下限频率fL的变化范围。

（1）电