电路与模拟电子技术实验指导书doc6.docx
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电路与模拟电子技术实验指导书doc6
电路与模拟电子技术实践
实验指导书
杨智张新军编
中山大学南方学院
2017年9月广州
前言····························3
实验一 电路元件伏安特性的测试···················6
实验二 基尔霍夫定律························11
实验三叠加定理··························13
实验四戴维南定理·························16
实验五运算放大器和受控源·····················21
实验六 典型电信号的观察与测量···················30
实验七 RC一阶电路的响应测试····················34
实验八正弦稳态交流电路相量的研究·················39
实验九 BJT单管共射电压放大电路··················44
实验十OTL功率放大电路······················52
实验十一差分式放大电路·······················57
实验十二负反馈放大电路·······················63
实验十三集成运放基本应用之一--模拟运算电路·············68
实验十四集成运放基本应用之二--电压比较电路·············74
实验十五集成运放基本应用之三--波形发生电路·············79
附录一SS-7802型示波器使用介绍···················85
附录二CS-4135型示波器使用说明··················104
附录三晶体管特性图示仪简介····················111
附录四 用万用电表检测常用电子元器件················118
附录五 电阻器标称值及精度色环标志法················123
附录六放大器干扰和噪声的抑制及自激振荡的消除···········125
前言
《电路与电子学实验》是配合《电路与电子学》理论课的教学而开设的，其目
的是：
1、验证、加深理解和巩固所学的电路理论知识；
2、熟悉电路中常用元件、器件的各种性能；
3、学习各种常用电表、仪器、设备的使用方法，熟练掌握和正确使用常用电子仪器；
4、熟悉电子电路的测量技术和调试方法；
5、学会处理实验数据，分析实验结果，编写实验报告；
6、培养严谨和实事求是的科学作风和团结协作的团队精神。
实验项目包括电路基础和模拟电子技术两部分的内容，分别在电路基础实验室和电子技术实验室进行。
电路基础实验所用的大部分元、器件已经固定在实验装置上，实验时只需作正确的连线就可组成实验电路，模拟电子技术实验则除了正确连线组成电路之外，还要考虑元件的合理布局等，才能构成良好的实验电路。
在电路基础实验中，一些常用的仪器设备，如直流稳压电源、交、直流电压表及电流表、函数信号发生器等已经固定安装在实验装置上，示波器则是另外独立放在实验台上，这些常用电子仪器的使用贯穿于各个实验内容中，实验前必须仔细阅读附录中有关仪器设备的使用说明。
在电路基础实验中要求同学们认真掌握常用电子仪器的使用方法和各种测量技术，因为接下来的模拟电子技术的实验，也基本上使用相同的仪器以及测量技术，尽管这些仪器的型号规格可能会有所不同，但是其工作原理和使用方法基本上是相同的，例如只要掌握了SS-7802型示波器的使用方法，也就会使用CS-4135型示波器了。
本实验课要求学生对每个实验电路实验前要预先做理论分析和计算，在实验中要亲自动手安装、调整和测试电路，边做实验边思考，运用所学理论知识对实验数据进行分析，解释实验中出现的各种现象和解决实验中出现的各种问题，从而达到巩固和加深理解所学理论知识、培养基本实验技能和动手能力、提高分析问题和解决实际问题能力的目的。
因为实验技术必须有理论基础的支持，鉴于实验课与理论课并进的情况，为了有效地进行实验，达到实验的目的，要求同学们对理论知识的掌握一定要与理论教学进度保持同步。
为了能在规定时间内顺利完成实验任务，达到实验目的，每次实验前必须做好充分准备。
要仔细阅读有关本次实验的内容，明确本次实验的目的和要求，理解实验步骤和需要测试、记录的数据的意义，做好预习要求中提出的各事项，复习与实验内容有关的理论知识和仪器设备的使用方法等，并做好预习笔记。
另外还必须在实验前准备好所需的元件、器件、仪器设备和工具等。
进实验室后，立即着手安装电路并展开调整测试工作，否则将不能高效地进行实验，甚至不能在规定的时间内完成实验任务。
本实验课中全部实验都是实物实验，计算机电路仿真技术的应用根据教学情况自行练习，并尽量将理论学习、电路仿真、实物实验有机地结合起来。
要提醒的是：
真正的动手能力与实验技能必须通过实物实验才能获得，同学们务必高度重视实物实验。
实验过程中应该注意如下事项：
1、对220V以上的市电操作时要特别小心，防止发生触电事故,注意人身安全和仪器设备安全；
2、检查所用的仪器设备是否完好，是否能满足本次实验要求；
3、按实验要求安装电路，经反复检查无误后方可接通电源；
4、操作仪器设备的开关旋钮时用力不要过猛，以防损坏；
5、实验进行中如果发现异常气味或其他异常现象时，应立即切断电源并报告指导老师，待找出原因并排除故障后，方可继续进行实验；
6、完成实验内容后，测得的原始数据等需经指导教师检查认可后才能拆卸实验电路。
拆卸前必须先切断电源。
最后将全部仪器设备和器材复归原位，清理好实验台面、摆放好凳子，经指导教师验收并签名后，方可离开实验室；
7、要爱护仪器设备、元件、器材、工具以及实验室内的所有公共财物。
每次实验后按照老师要求编写实验报告，实验报告要用正规的实验报告纸编写，要求书写工整、条理清晰、说理清楚、用词准确、文句通顺。
实验报告应包括如下内容：
1、实验名称、日期、班级、学号、实验人姓名、同组人姓名；
2、实验目的、实验原理、实验电路图、所用仪器的型号（或规格）等；
3、原始实验数据，根据原始实验数据整理成的表格或绘制出的曲线、波形图等。
曲线、波形图要画在坐标纸上，比例尺要适当，坐标轴上要注明物理量的单位和分度，要标明实验数据所对应的点，曲线要光滑均匀；
4、对实验结果进行的分析、讨论。
编者
实验一电路元件伏安特性的测试
一、实验目的
1.学会识别常用电路元件的方法
2.掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法
二、原理说明
任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系I＝f（U）来表示，即用I-U平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。
1.线性电阻器的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1-1中a曲线所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。
2.一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的升高而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍.
3.一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其特性如图1-1中b曲线。
正向压降很小（一般的锗管约为0.2～0.3V，硅管约为0.5～0.7V），正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十多至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。
可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。
4.电压源
理想电压源和实际电压源的符号和伏安特性如图1-2a,和图1-2b所示。
三、实验仪器
1、电路实验箱一台
2、直流毫安表一只
3、数字万用表一只
四、实验内容
1.测定线性电阻器的伏安特性
按图1-3接线，检查无误后，接入直流稳压电源，调节直流稳压电源的输出电压U，从0伏开始缓慢地增加，一直到10V，记下相应的电压表和电流表的读数。
U（v）
0246810
I（mA）
2.测定半导体二极管的伏安特性
按图1-4接线，测量2CK半导体二极管D的V-A特性，R为200Ω的限流电阻，测量其正向特性时，其正向电流不得超过100mA，正向压降可在0～0.75V之间取值。
特别是在0.5～0.75之间更应多取几个测量点。
作反向特性实验时，只需将图中的二极管D反接，且其反向电压最大可加到20V左右。
1）正向特性
严格按照正向特性接线，经检查无误后，开启直流稳压电压源，调节输出电压，使电流表读数为表1-3a中的数值，在曲线弯曲部位可适当多取几点。
表1-3a正向特性实验数据
I（mA）
0
1μA
10μA
100μA
1mA
3
10
20
30
40
…
90
150
U（v）
2）反向特性
严格按照反向特性接线，经检查无误后，开启直流稳压电压源，调节
输出电压，按表1-3b中的电压数值测量电流表读数。
表1-3b反向特性实验数据
I（mA）
0
5
10
15
20
25
30
U（v）
3.测定电压源的伏安特性
1）实际电压源V-A特性测量
首先，选取一个51Ω的电阻作为稳压电源的内阻与稳压电源串联组成一个实际电压源模型，如图1-5所示，其负载电阻分别取620Ω、510Ω、390、300Ω、200Ω、100Ω，按表测量数据。
R（Ω）
开路
620
510
390
300
200
100
U（V）
10
I（mA）
0
2）理想电压源V-A特性测量
关掉电源，将图1-5中实际电压源中的51Ω电阻去掉构成近似理想电压源，按下表测量理想电压源V-A特性数据。
R（Ω）
620
510
390
300
200
100
U（V）
I（mA）
五、实验注意事项
1.测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加，应时刻注意电流表读数不得超过150mA，稳压电源源输出端切勿碰线短路。
2.进行不同实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程，勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。
六、思考题
1.线性电阻与非线性电阻的概念是什么?
电阻器与二极管的伏安特性有何区别?
2.设某器件伏安特性曲线的函数式为I＝f（U），试问在逐点绘制曲线时，其坐标变量应如何放置?
七、实验总结
1.根据各实验结果数据，分别绘制出各元件的伏安特性曲线。
（其中二极管的正、反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺）
2.根据实验结果，总结、归纳被测各元件的特性。
3．教师给出各小组成绩。
实验二 基尔霍夫定律
一、实验目的
1.验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。
2.加深对电流、电压参考方向或极性的理解。
二、原理说明
基尔霍夫定律是电路的基本定律。
测量某电路的各支路电流及多个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律和电压定律。
即对电路中的任一个节点而言，应有ΣI＝0；对任何一个闭合回路而言，应有ΣU＝0。
运用上述定律时必须注意电流的正方向，此方向可预先任意设定。
三、实验仪器
1、电路实验箱一台
2、直流毫安表两只
3、数字万用表一只
四、实验内容
实验线路如图2-1所示。
1.实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，可用如图中的I1、I2、I3所示。
2.分别将两路直流稳压电源（一路如E1为＋3V稳压电源，另一路，如E2为6V直流稳压源）接入电路。
R1=R2=R3=1KΩ。
3.将直流毫安表分别串联在三条支路中（注意支流毫安表的“＋、－”极和电流参考方向）。
4.确认连线正确后，再通电，记录电流值。
5.用直流数字万用表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，记录之。
被测量
I1（mA）
I2（mA）
I3（mA）
E1（v）
E2（v）
UAC（v）
UAD（v）
UAB（v）
UCB（v）
UDB（v）
计算值
测量值
相对误差
五、实验注意事项
1.所有需要测量的电压值，均以电压表测量读数为准，不以电源表盘指示值为准。
2.防止电源两端碰线短路。
3.若用指针式电流表进行测量时，要识别电流插头所接电流表的“＋、－”极性。
倘若不换接极性，则电表指针可能反偏（电流为负值时），此时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正偏，但读得的电流值必须冠以负号。
六、预习思考题
1.根据图2-1的电路参数，计算出待测电流I1、I2、I3和各电阻上电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确选定毫安表和电压表的量程。
2.实验中，若用万用电表直流毫安档测各支路电流，什么情况下可能出现毫安表指针反偏，应如何处理，在记录数据时应注意什么？
若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？
七、实验总结
1.根据实验数据，选定实验电路中的任一个节点，验证KCL的正确性。
2.根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。
3.将理论计算结果与实验测量结果进行比较，分析误差原因。
4.心得体会及其他。
实验三 叠加定理
一、实验目的
1.验证线性电路的叠加定理。
2.正确使用稳压电源和万用电表。
二、原理说明
线性电路的齐次性和叠加性。
如果把独立电源称为输入或激励，由它引起的支路电压、支路电流称为输出或响应，则：
线性电路的齐次性（或称比例性）是指：
电路的输出（响应）与输入（激励）成正比关系，即当激励信号（某独立源的值）增加或减小K倍时，电路的响应（即在电路其他各元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减小K倍。
线性电路的叠加定理（叠加性）可表述为：
在任一线性网络中，多个激励同时作用时的总响应等于每个激励单独作用时引起的响应之和。
所谓某一激励单独作用，就是除了该激励外，其余激励均为零值（即理想电压源短路，理想电流源开路），但零值激励电源的内阻或内电导必须保留在电路中。
对含有受控电源的线性电路，叠加定理也是适用的。
在线性网络中，功率是电压或电流的二次函数，叠加定理不适用于功率计算。
三、实验仪器
1、电路实验箱一台
2、直流毫安表两只
3、数字万用表一只
四、实验内容
验证叠加定律的实验线路如图3-1所示。
1.实验前，先取E1＝10V，E2＝6V（须用万用表重新测定），并任意设定三条支路的电流参考方向，如图中的I1、I2、I3所示。
断开电源待用，R3+R4调到1KΩ。
2.分别将两路直流稳压电源接入电路，令E1＝10V，E2＝6V，经教师检查后再通电源开关。
测量两个电源同时作用和分别单独作用时的支路电流I3，记入下列表格中。
注意：
一个电源单独作用时，另一个电源须从电路中取出，并将空出的两点用导线连起来，特别注意：
千万不可将不作用的电源（E1或E2）用短接置零！
还要注意电流（或电压）的正负极性。
（注意：
用指针表时，凡表针反偏的表示该量的实际方向与参考方向相反，应将表针反过来测量，数值取负值！
）
3.用直流数字电压表分别测量两路直流电源及各电阻上的电压值。
测量项目
实验内容
E1
（v）
E2
（v）
I3
（mA）
UR1
（v）
UR2
（v）
UR3
（v）
E1单独作用
E2单独作用
E1、E2共同作用
（验证叠加性）
五、实验注意事项
1.防止电源两端碰线短路。
2.注意仪表量程的及时更换。
3.所有需要测量的电压值，均以电压表测量读数为准，不以电源表盘指示值为准。
4.用电流插头线测量各支路电流时,应注意仪表的极性,及数据表格中“＋、－”号的记录。
5.用指针式电流表测量电流时，把电流表接入电路实际上就确定了被测电流的参考方向是由电流表的“十”端指向“一”端，若被测电流由“十”端流入，指针正向偏转，电流为正值；若被测电流由“一”端流入，指针反向偏转，电流为负值，这时必须调换电流表极性，重新测量，指针才会正向偏转，但读得的电流值必须冠以负号。
六、预习思考题
1.实验中，若用指针式万用电表的直流毫安档测各支路电流，什么情况下可能出现毫安表指针反向偏转，应如何处理，在记录数据时应注意什么？
若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？
2．叠加定理中E1、E2分别单独作用，在实验中应如何操作？
可否直接将不作用的电源（E1或E2）短接置零？
七、实验总结
1．根据实验数据，选定实验电路中的任一个节点，验证KCL的正确性。
2．根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。
3.根据实验数据验证线性电路的叠加性。
4.各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？
试用上述实验数据，进行计算并作结论。
5.通过实验步骤及分析表格中的数据，得出叠加性成立与否的结论。
6．用电路理论的叠加定理重新验证一次。
6．心得体会及其他。
实验四 戴维南定理
一、实验目的
1.验证戴维南定理。
2.掌握测量线性有源一端口网络的外特性和戴维南等校电路的外特性。
二、原理说明
1.戴维南定理：
含源线性单口网络，不论其结构如何复杂，就其端口来说，可以等效为一个电压源串联电阻支路，电压源的电压等于该网络的端口开路时的电压UOC，串联电阻R0等于该网络中所有独立源为零时，从端口看进去的等效电阻。
UOC和R0称为含源单口网络的等效参数。
2.含源线性单口网络等效参数的测量方法
1）开路电压的测量方法
直接测量法：
在含源单口网络的等效内阻Req与电压表的内阻Rv相比可以忽略不计时，可用电压表直接测其输出端开路时的开路电压UOC
2）等效输入电阻Req的测量方法
（1）方法一：
将独立源去掉，在测试端口加一已知电压U，测量该端口的总电流，则等效电阻为：
Req=
该法适用电压源内阻较小和电流源内阻较大的情况（因为实际电源有内阻，电源去掉同时，也将内阻去掉了）。
（2）方法二：
开路电压、短路电流法
在含源单口网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压UOC，然后再
将其输出端短路，用电流表测其短路电流ISC，则内阻为
Req=
该法适用等效电阻较大，而短路电流不超过额定值的情况，否则要损坏电源。
（3）方法三：
两次电压测量法
测量图如图4-1所示，第一次测量ab端的开路电压Uoc，第二次在ab端接一已知电阻RL（负载电阻），测量此时a、b端的负载电压U，则a、b端的等效电阻Req为：
Req=
该法克服了上两种方法的不足，在测量中常被采用。
如果用戴维南等效电路（图4-2）代替原有源二端网络，则它的外特性U=f（I）应与有源二端网络的外特性完全相同。
三、实验仪器
1、电路实验箱一台
2、直流毫安表一只
3、数字万用表一台
四、实验内容
1．用戴维南定理求支路电流I3
被测含源单口网络如图4-3虚线框内所示。
1）按照图4-3接线，经检查无误后，采用直接测量法测定有源二端网络的开路电压UOC。
2）测定等效电阻Req
（1）采用方法二测量。
首先利用上面测得的开路电压UOC，在毫安表的最大量限的条件下，可直接测量短路电流，并记录在表中。
UOC（V）
ISC（mA）
REQ=UOC/ISC（Ω）
（2）采用方法三测量.
接通负载电阻RL，调节电位器R4，使RL=1kΩ,使毫安表短接，测量此时的负载端电压U，并记入表中，计算等效电阻。
UOC（V）
U（V）
REQ=（UOC/U-1）RL
取
（1）和
（2）两次的平均值作为REQ。
2.测定有源二端网络的外特性。
调节电位器R4，即改变负载电阻RL之值，在不同负载下，测量相应的负载端电压和流过负载的电流，共取五个点将数据记入自拟的表格中。
测量时注意，为了避免电表内阻的影响，测量电压U时，应将接在AC间的毫安表短路，测量电流I时，将电流表从A，B端拆除。
若采用万用表进行测量，要特别注意换挡。
3.测定戴维南等效电路的外特性。
将另外一路稳压电源的输出电压调节到等于实测的开路电压UOC值，以此作为理想
电压源，调节电位器R6，使R5+R6=Req,并保持不变，以此作为等效内阻，将两者串联起来
组成戴维南等效电路。
按图4-4接线，经检查无误后，重复上述步骤测出负载电压和负载
电流，并将数据记入自拟的表格中。
对戴维南定理进行验证。
五、实验注意事项
1.注意测量时，电流表量程的更换。
2.用万用电表直接测R时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用电表，其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。
3.注意：
电源置零时不可将稳压源短接。
4.改接线路时，要关掉电源。
六、预习思考题
1.求戴维南等效电路时，可直接短路测出ISC的条件是什么？
在本实验中可否直接作负载短路实验？
实验前对图4-3线路预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。
2.说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点。
七、实验报告
1.应用戴维南定理，根据实验数据计算R3支路的电流，并与理论计算结果比较，并分析产生误差的原因。
2.在同一坐标纸上作出两种情况下的外特性曲线，并作适当分析，判断戴维南定理的正确性。
3.心得体会及其他。
实验五运算放大器与受控源
一、实验目的
1．了解用运算放大器组成四种类型受控源的电路原理。
2．掌握测试受控源转移特性及负载特性的方法。
3.加深对受控源的理解。
二、原理说明
1．运算放大器，简称运放（OP），是用集成电路技术制作的有源多端器件。
它的三个主要端子是两个输入端和一个输出端。
运放的电路符号及等效电路如图5－1所示。
图5－1
若信号从“＋”端输入，则输出信号与输入信号相位相同，故“＋”端称为同相输入端；若信号从“－”端输入，则输出信号与输入信号相位相反，故“－”端称为反相输入端。
当同相输入端输入电压up而反相输入端输入电压un时，运算放大器的输出电压为
u0＝A0（up-un）
其中A0是运放的开环电压增益。
满足下列条件的运放为理想运放：
（1）开环增益
（2）输入电阻
（3）输出电阻
因此理想运放具有下列两个重要特征：
（1）因为A0无穷大，因此有
（虚短）
（
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