模电实验指导书.docx

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模电实验指导书

实验指导书

电工电子实验教学中心

实验一口袋实验平台

实验二Multisim软件应用

实验三仪器仪表和元器件介绍

实验目的：

1、掌握台式万用表、函数信号发生器，示波器的基本使用方法。

2、理解电平的概念。

3、掌握用示波器测量信号的幅度、周期、频率的基本方法。

4*、学会用双迹法测量两个周期信号相位差的方法。

实验设备：

1、函数信号发生器

2、示波器

3、台式万用表

4、面包板（正确使用面包板）

实验任务：

1、用直流稳压源输出5V电压，用示波器观测该直流信号。

测量电路如图3.1所示。

用自动测量方法测量该直流信号的幅值。

画出该信号的波形。

2、函数信号发生器输出频率为1000Hz，峰峰值为0.5V的方波信号，用示波器观测该信号，测量电路如图3.2所示。

调节示波器Volts/Div旋钮，使波形高度大于3格，调节示波器Sec/Div旋钮，使示波器屏幕上只显示1-2个信号周期，记录此时Volts/Div和Sec/Div的值。

用光标手动测量该信号的周期T=______ms，脉宽τ=_______ms。

峰峰值=，占空比=，画出该信号的波形图。

3、函数信号发生器输出频率为10KHz，峰峰值为1V,的三角波信号，用示波器观测该信号，测量电路如图3.2所示。

调节示波器Volts/Div旋钮，使波形高度大于3格，调节示波器Sec/dDiv旋钮，使示波器屏幕上只显示1-2个信号周期，记录此时Volts/Div和Sec/Div的值。

用自动测量方法测量该信号的频率f=_______Hz，周期T=______ms，

峰峰值=V.。

画出该信号的波形图。

4、函数信号发生器输出脉冲信号，频率为1MHz，高电平为5V，低电平为0V，占空比为50%，用示波器观测该信号，测量电路如图3.2所示。

调节示波器Volts/Div旋钮，使波形高度大

图3.1示波器观测直流信号图3.2示波器观测交流信号图3.3示波器测量脉冲上升时间

于3格，调节示波器Sec/Div旋钮，使示波器屏幕上只显示0.5个信号周期，如图3.3所示。

脉冲波形上升时间是指从脉冲幅值的10%上升到幅值的90%所经历的时间。

根据脉冲波形上升时间的定义，用光标手动或光标追踪测量该脉冲信号的上升时间。

5、函数信号发生器输出频率f为0.5KHz、峰峰值为20V的正弦波，用台式万用表测量该信号的电压有效值和电平值；用示波器测量该信号的电压峰峰值、有效值（均方根值）；用万用表测量该信号得电压有效值。

按表3.1中要求，调整函数信号发生器输出电压的频率和峰峰值，重复上述步骤，将数据记入表3.1中。

（表格中的频率可以自行增加。

）

表3.1数据表格

函数信号发生器频率（KHz）

0.5

1

10

20

函数信号发生器输出幅度指示值（V）

20

20

2

0.2

台式万用表测量电压值（V）

台式万用表测量电平值（db）

示波器测量电压峰峰值（V）

示波器测量电压有效值（mV）

万用表测量电压有效值（V）

6、用函数信号发生器输出一个信号，该信号是：

电压最大值为2V、最小值为0V、频率为10kHz、占空比τ/Τ=20%的矩形脉冲信号，在示波器上显示该信号。

写出各仪器的调试步骤，画出波形图，图上标出幅度、周期、占空比。

7、认识电阻、电容、电感等。

任意取5个色环电阻，将色环和电阻值、误差记录下来。

任意取3个电容，将电容值及耐压记录下来。

7*、设计一个一阶RC电路，输入正弦信号，输出为相位超前但不失真的正弦信号，用双迹法测量输入和输出信号的相位差。

实验报告要求：

1、按照实验任务，完成数据记录和波形图等。

2、写出双迹法测量相位差的实验电路以及测试步骤和测试结果。

课后思考题：

1、根据表3.1分析用台式万用表、示波器和万用表交流档测量交流信号的适用范围。

2、示波器荧光屏上的波形不断移动不能稳定，试分析其原因。

调节哪些旋钮才能使波形稳定不变。

实验四串联谐振电路

实验目的：

1、学习测量RLC串联谐振电路的幅频特性。

2、通过幅频特性曲线，加深理解电路的“选频”特性。

3、加深理解品质因数Q的意义。

实验设备：

1、函数信号发生器

2、示波器

3、台式万用表

实验任务：

1、电路如图4-1所示，请计算该电路的谐振频率点和半功率点频率，并用multisim软件仿真该电路，画出电路的幅频和相频特性曲线，注意标出谐振点和半功率点。

2、用虚拟仪表中的扫频仪，测出该电路的幅频特性曲线，注意标注关键点。

3、用实际仪表采用点测法绘出该电路的幅频（I-f）和相频（ΔΦ-f）特性曲线。

实验报告要求：

1、根据实验任务，分别画出图4-1电路的幅频和相频特性曲线。

2、自行设计表格，记录任务3中的相关数据。

3、用两种方法计算该电路的品质因数Q，并比较。

4*、改变电路相关参数，画出3种不同Q值的幅频特性曲线，研究不同品质因数Q对电路的影响。

5*、举例说明该电路的实际应用。

实验五晶体管放大电路

实验目的：

1、掌握晶体管放大电路直流、交流参数的调测方法；

2、研究静态工作点对输出波形的影响及静态工作点的调整方法；

3、掌握运用Multisim软件对晶体管放大电路进行仿真和分析的方法；

4、通过对理论计算值与实测值的对比分析，初步了解模拟电路理论的工程性；

5、掌握晶体管放大电路的设计方法。

实验设备：

1、函数信号发生器

2、数字示波器

3、台式数字万用表

4、直流稳压电源

实验任务：

A、晶体管放大电路如图5.1所示。

图5.1晶体管放大电路

A

1、按照图5.1所示，搭建一级放大电路。

调整并测量各级静态工作点。

（集电极电流ICQ=1--2mA）

2、测量晶体管放大器各级放大倍数

，输入阻抗Ri1，输出阻抗Ro1；

3*、按照图5.1搭建完整电路，测量各级放大倍数

、

和总的放大倍数

；

4*、测量第三级电路的输出电阻

；

B*、1、设计一个晶体管放大电路，电路指标如下：

电压增益

=200

输入电阻

≥1KΩ

输出电阻

≤100Ω

输出电压峰峰值

≥2V

幅频特性

≤300Hz ；

≥200KHz

2．设计条件

电源电压：

+12V。

负载阻抗：

5.1KΩ

实验报告要求：

1、整理各项测试内容的实验数据与波形。

2、分析实验结果，并与理论值进行比较，分析误差原因。

3、在实验过程中遇到的问题及解决方法。

课后思考题：

1、当电路出现饱和或截止失真时，应如何调整电路参数？

2、晶体管三种组态基本放大电路的输入、输出电阻、放大倍数等有何特点？

分别适用哪些场合？

3、单级放大电路和多级放大电路有何区别？

4、能否用一级放大电路设计一个电压增益放大几百倍的放大电路？

实验六晶体管放大电路频率响应研究

实验目的：

1、学习测量晶体管放大电路的频率响应。

2、研究单级和多级放大电路频率响应的区别，掌握放大电路频率特性的设计需求。

实验设备：

1、函数信号发生器

2、示波器

3、台式万用表

4、直流稳压电源

实验任务：

1、电路如图5-1所示，搭建第一级放大电路，测量该电路的上、下截止频率，并用不少于2种方法，画出其幅频特性曲线。

2*、测量图5-1所示完整电路的幅频特性曲线，请与上述电路进行比较，得出结论。

3*、测量实验五中自行设计放大电路的幅频特性曲线。

实验报告要求：

1、画出实验任务中电路的幅频特性曲线，并标注上、下截止频率。

2、分析单级放大电路和多级放大电路的频率响应的不同，以及在实际中的应用。

实验七运放特性研究、恒流源的研究

一、实验目的

　1、掌握运算放大器主要特性指标及相关测试方法。

2、通过对运算放大器mA741指标的测试，了解集成运算放大器组件的主要参数的定义和表示方法。

3、了解镜像恒流源的工作原理及特点。

4、了解比例恒流源的工作原理及减少测量误差的原因。

二、实验设备

1、函数信号发生器

2、数字示波器

3、台式数字万用表

4、直流稳压电源（双电源的接法）

三、运放特性研究

（一）实验原理

集成运算放大器是一种线性集成电路，可是用一些性能指标来衡量其质量的优劣。

为了正确使用集成运放，就必须了解它的主要参数指标。

本实验采用的集成运放型号为mA741（或F007），引脚排列如图7.1所示，为八脚双列直插式组件，②脚和③脚为反相和同相输入端，⑥脚为输出端，⑦脚和④脚为正、负电源端，①脚和⑤脚为失调调零端，①⑤脚之间可接入一只几十KW的电位器并将滑动触头接到负电源端。

⑧脚为空脚。

1、mA741主要指标测试

（1）输入失调电压U0S：

，如图7.2所示。

（2）输入失调电流I0S:

，如图7.2所示。

（3）开环差模放大倍数Aud:

，如图7.3所示。

（4）共模抑制比CMRR:

，如图7.4所示。

（二）实验任务

　实验前查阅mA741典型指标数据及管脚功能。

看清运放管脚排列及电源电压极性及数值，切忌正、负电源接反。

1、测量输入失调电压U0S

　按图7.2连接实验电路，闭合开关K1、K2，用直流电压表测量输出端电压U01（由于失调电压引起的），并计算U0S。

记入表7.1。

2、测量输入失调电流I0S

实验电路如图7.2，打开开关K1、K2，用直流电压表测量U02（由于失调电压引起的），并计算I0S。

记入表7.1。

由于IB1和IB2很小，通常很小（nA级），它们的差值不直接测量，将K1、K2开关闭合，在低输入阻抗下测试输出电压Uo1，这是由于失调电压引起的；断开K1、K2，将输入电阻RB接入，由于RB较大，流经它们电流的差异将变成电压的差异，影响输出电压，测量此时的输出电压Uo2，扣除失调电压的影响Uo1，则失调电流为上述计算公式。

表7.1

3、测量开环差模电压放大倍数Aud

　　按图7.3连接实验电路，运放输入端加频率100Hz，大小约30~50mV正弦信号，用示波器监视输出波形。

用交流毫伏表测量U0和Ui，并计算Aud=Uo/U-=Uo/Ui（R2/R1+R2）。

记入表7.1。

4、测量共模抑制比CMRR

　自拟实验步骤及方法，测试CMRR。

写出具体测试原理及测试步骤，记录测试数据。

闭环差模增益Ad=-RF/R1，共模增益可以通过电路测试Ac=Uoc/Uic，所以CMRR=Ad/Ac=上述计算公式。

5*、自拟实验步骤及方法，测量共模输入电压范围Uicm及输出电压最大动态范围UOPP。

写出具体测试原理及测试步骤，记录测试数据。

实验注意事项：

1、测量输入失调参数时，应选运放反相及同相输入端的电阻，以保证严格对称。

2、测量输入失调参数时，应将运放调零端开路，而在进行其它测试时，则要求对输出电压进行调零。

（三）预习与思考

　1、测试信号的频率选取的原则是什么？

四、恒流源电路的研究

在各类放大器中，为使放大器能正常工作，必须设置正常的静态工作点，这就需要偏置电路向放大电路提供合适的偏置电流，而且要求工作电流比较稳定。

在集成电路中，镜像恒流源电路和比例恒流源电路是最基本、最典型的两种恒流源电路。

（一）实验任务

1、镜像电流源

（1）按图7.5连接电路，检查线路，接通+9V直流电源。

图7.5

（2）调整Rw为某一数值时，用万用表分别测量IR及IO，再把Rw调为另一值，重复测量IR及IO将数据填入表7.2中。

表7.2

R1

RW

IR/mA

I0/mA

1K

1K

510

（3）固定Rw，改变三极管T1集电极电阻R1的阻值，如令R1由1K改为510，测量此时的IR及IO，将数据记入数据表7.2中。

（4）在镜像恒流源实验电路中，使RW值固定，改变三极管T1集电极电阻R1的阻值，用万用表分别测量UCE1和IO。

（5）将测量数据记入表7.3中，计算镜像恒流源交流输出电阻R0和直流输出电阻R0’，并比较之。

表7.3

RW

R1

UCE1

I0

ΔUCE1

ΔI0

R0

R0’

470

1K

3K

510

外界因素变化对恒流源输出电流IO的影响

（6）在连接的镜像恒流源电路中，电源电压UCC=+9V时，调节使IR=+3mA，测量对应的IO和RW。

（7）改变电源电压，使UCC=+7.5V，保持不变，分别测量IR和IO;

（8）将以上结果天入表7.4中，观察电源电压UCC的变化对输出电流IO的影响。

表7.4

UCC

RW

IR

IO

+9V

3mA

+7.5V

2、比例恒流源

（1）按图7.6接好比例恒流源电路。

调解RW，使RW/RE为某一数值，测量此时的IR和Io。

图7.6

（2）调节RW使RＷ/RE为另一数值，重复上述测量。

（3）将测量结果填入表7.5，并分析比较测量结果与理论值的差异。

表7.5

RW

RE

RW/RE

IR

IO

IO/IR

（二）思考题

1.用分立元件模拟集成电路内部电路进行实验会存在哪些问题?

2.测IR，Io时能否先测电压，再求电流?

3.镜像恒流源电路中，改变Rw时，IR，IO会有什么变化？

改变R1时，IR，IO又会有什么变化?

4、比较镜像恒流源与比例恒流源电路所得实验结果的误差，并分析其原因。

实验八负反馈电路、功率放大器

实验目的：

1、掌握负反馈电路的特点，及其在实际中的应用。

2、掌握甲乙类功放的工作原理，学会设计调试功放。

实验设备：

1、函数信号发生器

2、示波器

3、台式万用表

4、直流稳压电源

实验任务：

1、实验电路如图8-1所示，测试Q1的直流工作点。

2、输入如图交流小信号，适当调节R1，使输出不失真。

用示波器观测输入、A、B、C、D的波形。

计算电路放大倍数Au。

图8-1三极管推挽放大电路

3、加上反馈电阻R4，去掉R2，测量Au。

4、改变负载R8为51欧姆，测量Au。

5、将R3短路，输出波形会发生什么变化。

6*、自己制作一个音频线转杜邦线的转接头，将手机音乐通过音频输出，负载接小喇叭，比较声音在上述各种不同的设置下的区别。

实验报告要求：

1、整理各项测试内容的实验数据与波形。

数据应有计算值、仿真值、实测值，误差。

2、分析实验结果，并与理论值进行比较，分析误差原因。

3、在实验过程中遇到的问题及解决方法。

课后思考题：

1、D1和D2起什么作用，没有会怎样。

通过仿真说明。

2、计算输出最大功率。

实验九交流信号幅度判别电路

实验目的：

1、掌握用集成运算放大器构成电压放大电路的设计方法。

2、掌握电压比较器的原理和应用方法。

3、熟悉集成运放构成精密整流电路的原理和方法。

实验设备：

1、函数信号发生器

2、示波器

3、台式万用表

4、直流稳压电源

实验任务：

1、全波精密整流电路如图9.1所示，请分析该电路，并画出Ui、Uo1、Uo2、Uo的理论波形。

图9.1全波精密整流电路

2、自行设计电路中的电阻、电容，二极管用1N4148，输入1kHz的正弦信号，测试Ui、Uo1、Uo2、Uo的信号波形。

3、自行设计一个电压幅度判别电路，输入信号是频率为1kHz的正弦信号。

当：

电路输入信号幅度Ui<0.5V时，红、绿、黄三种色指示灯均灭；

电路输入信号幅度0.5

电路输入信号幅度1

电路输入信号幅度1.5

实验报告要求：

1、写出设计过程并画出原理图，整理各项测试内容的实验数据与波形。

数据应有计算值、仿真值、实测值，误差。

2、分析实验结果，并与理论值进行比较，分析误差原因。

3、在实验过程中遇到的问题及解决方法。

思考题：

1、该电路的频率特性如何？

实验十交流数字电压表

实验目的：

1、掌握用模拟集成电路的设计与制作。

2、掌握A/D转换的电路设计。

3、掌握单片机对模拟电路的控制。

实验设备：

1、函数信号发生器

2、示波器

3、台式万用表

4、直流稳压电源

5、430单片机

实验任务：

1、整体功能要求

交流数字电压表的功能是，测量正弦电压有效值，以液晶屏显示测量结果。

2、系统结构

交流数字电压表的系统结构方框图如图10.1所示。

图10.1交流数字电压表的系统结构框图

3、电气指标

1）被测信号频率范围：

1OHz一10kHz。

2）被测信号波形：

正弦波。

3）显示数字含义：

有效值。

4）档位：

分三档：

1.OV—9.9V;0.10V一0.99V；0.01OV一0.O99V。

5）显示方式：

液晶显示。

4*、可自动换档。

5、设计条件

1）电源条件：

直流稳压电源提供0V--士15V电压。

实验报告要求：

1、写出设计过程并画出原理图，整理各项测试内容的实验数据与波形。

数据应有计算值、仿真值、实测值，误差。

2、分析实验结果，并与理论值进行比较，分析误差原因。

3、在实验过程中遇到的问题及解决方法。