模拟电子技术实验与仿真.docx

1、模拟电子技术实验与仿真第二章 模拟电子技术实验与仿真21 二极管、三极管特性的测试一、实验目的1学会对二极管的测试方法。2掌握二极管伏安特性的测试方法，加深对二极管单向导电性的理解。3掌握三极管管脚和管型的测量方法。4熟练掌握所用仪器、仪表的使用方法。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1二极管具有单向导电性能，其正向电阻小，反向电阻大，二极管导通以后两端的正偏电压称为二极管的管压降。一般硅管的管压降为0.60.8V，锗管的管压降为0.20.3V。测试过程中，关

2、键是搞清所用万用表的两个表笔对应电池的电压极性。若使用的是指针式万用表，则黑表笔接的是表内电池的正极（插入“-”孔中），红表笔接的是负极（插入“+”孔中）。若使用的是数字万用表则相反，红表笔（插入V/孔）是正极，黑表笔（插入COM孔）是负极。数字万用表不能用电阻档来测量二极管，而要用二极管档测量。2晶体三极管具有电流放大作用。其放大条件是外部所加的电压必须保证发射结处于正向偏置，集电极处于反向偏置。（1）管型和基极的测试三极管可以看成是两个背靠背的PN结结构，如图2.1.1所示。对NPN型三极管，基极是两个结的公共阳极；而对于PNP型三极管来说，基极是两个结的公共阴极。因此，判断公共极是阴极还

3、是阳极，即可知道管子是NPN型还是PNP型。用万用表测量PN结与测量二极管方法一样。 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 R1K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

4、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R100R1KR10K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所示连接电路，调节RW改变电压值，用逐点测量法测量正向伏安特性，读出毫安表和电压表的读数，填入表2.1.2。 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/mA00102030405060708091011U/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

5、二极管反向伏安特性测试表U/V01351015202530I/A(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NPNPNP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。（

6、3）调节RP1，使IB分别为20A、40A，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2.1.5IB=0UBE= VUCE/VIC/mAIB=20UBE= VUCE/VIC/mA IB=40UBE= VUCE/VIC/mA(4)根据测量结果绘制三极管IB分别为0 、20A、40A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

7、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Uo1.1 U2。而当RL时，输出电压最高，为1.4 U2。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

8、，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/V1234 波形 U2 U03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

9、容滤波电路的测量电压/VK1断开K2闭合K1、K2均闭合K1闭合K2断开波形U2U0五、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

10、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=VCCiCRc，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、

11、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电源。 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/AUC/VUb/VUe/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

12、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 /mVuo /VAu3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/mAUCE /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500，1k和10k，用示波器观察并记录输出波形，

13、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用实验测得的和

14、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

15、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：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；输入、输出信号同相位；输入阻抗高、输出阻抗低；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/

16、mAIB/mAUB/VUE/VUC/V2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=1k，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u i /mVuo /VAu4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.

17、3中。表2.4.3ui/V uo/V5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

18、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25 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负反馈在电子电路中有着非常广泛的应用。引入负反馈的目的是使放大器的工作稳定，放大器引入负反馈后，虽然会使放大器的放大倍数降低，但可使放大器的其它性能得到改善。2负反馈可以改变电

19、路的频率特性，提高电路的稳定性，改变电路的输入、输出电阻、改善非线性失真。具体表现为：(1)负反馈的引入，降低了放大器的放大倍数，即 (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，开关S闭合，接通12V电源，用万用表测量三极管各极的电压。图2.5.1 负反馈放大电路2负反馈对放大器性能的影响的测试(1)测量开环与闭环放大倍数在放大器的输入端输入f=1kHz、 ui

20、=10mV的正弦信号，断开S，用示波器观测输出电压的波形，使其不失真，记录输出电压值，计算放大倍数。然后合上开关S，测量在相同的输入信号的情况下的输出电压，计算电压放大倍数,填入表2.5.1。表2.5.1开环与闭环放大倍数的测量测试条件开环闭环输入电压（mV）1010输出电压（mV）电压放大倍数(2)测量负反馈对放大倍数稳定性的影响在上述实验的基础上，保持输入信号的频率、幅度不变，将电源电压从12V降到9V，分别用毫伏表测量开环和闭环情况下的输出电压，计算出两种状态下的放大器放大倍数的相对变化值, 填入表3.5.2。 表2.5.2负反馈对放大倍数的影响测试条件VCC=12VVCC=9Vuo/V

21、Auuo/VAuS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1S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

22、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、IC

23、2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，f1kHz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

24、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100 mV、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/mVuo1/mVuo2/mVuod/mVuoc/mVAcKCMR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

25、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

26、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2.7.1 LM324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

27、.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/mVuo/mVuo（测量值）