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模拟电子技术试验讲义概要.docx

1、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 100200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11所示。图中,为表内电源(一般基本档使用一节1.5电池),为万用表等效内阻,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

2、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1挡作为基本挡,这时表内电源采用1.5电池。为了测量更小的电阻,在基本挡的基础上增加电阻(图12),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100、10、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,同时增加值,更大的能使万用表表针有足够的偏转。一般万用表10、100挡中值电阻较基本挡依次递增10倍,多采用9或12的电池。2、用万

3、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(与区相连),红表笔(电源负极)接二极管负极(与区相连),这时回路电流较大,指示出的电阻值就较小(如图13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,而反向电阻值则应该在200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

4、型和好坏 三极管内部的二个结如图14所示。所以,当黑表笔接极,红表笔接在极和极时,对型管测得的电阻都很小,对型管则电阻都很大。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,则这是一只型的管子。如果测得的电阻值都很大,则是型的管子。与黑表笔相连的电极即是即是极。当然,这时我们还应该掉换表笔(红表笔接极),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型管为例来说明进一步判别极和极的

5、方法。确定了极后,再假定一个电极为极,黑表笔接这个假定的极,红表笔接(假定的)极,这时,回路电流为穿透电流,其值应该很小。接下来在极与极之间加上一只100200之间的电阻作为极的偏置电阻(如图15所示),如果假定的极正确的,三极管得到偏流后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、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值的大小,显然,表针偏转幅度越大,值也越大。 应该指

6、出:锗管的穿透电流较大,所以,使用100或10挡测量效果更好,而硅管则通常采用1挡来测量。(3)测量穿透电流以型管为例,万用表黑表笔接极,红表笔接极,极悬空,这时,表针有一个偏转百分数的读数K,则穿透电流CBO为: CBOEK / RO()式中:为万用表内电源电压,单位为; RO为万用表中值电阻,单位为。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11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11中(二极管的管脚剪成一长一短,已便于标注极性)。表11晶体二极管测量 参数型号正向电阻()反向电阻()好坏判断极性标注型号参数正向电阻()反向电阻()

7、 长脚短脚21314148140072、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12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CBO的大小,记入表12中(标注三极管的、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12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()极性标注(按底视图标注)36314901490153DD15五、实验报告要求 1、整理测试结果,对被测管作出判断。 2、绘出

8、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

9、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|Get New Part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Part Browser。(3)在Part Name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Libr

10、aries,打开库浏览器Library Browser,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Library Browser,此时,Part Browser对话窗的Part Name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Part Browser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CtrlR或CtrlF旋转或翻转符号(也可用菜单项Edit|Rotate或Edit|Flip

11、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Part Name编辑框,将焦点移回Part Name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Part Browser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

12、打开Part Browser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

13、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2-44、编辑修改V

14、alue编辑框中的值。这里我们将1K改为4K。5、单击Save Attr,保存修改后的值。这时可以看到Value4K(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(如等)不能在属性编辑对话框中修改),必须在模型对话框(Model Editor)中修改。

15、)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(Set Attribute Value)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

16、。 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(Bias Point Detall);(2)要进行瞬态分析(Transient);(3)要进行交流分析(AC Sweep)。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Analysis setup。 2、用单击Bias Point Detall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

17、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(Transient Analysis)和傅立叶分析(Fourier Analysis)设置两部分。在此,我们只设置瞬态分析。 4、将终结时间(Final Times)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(Time Setp)计算,仿真过程不断调整时间步长的值。

18、设置Step Ceiling的值可以限制内部时间步长的最大值;No-Print Delay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AC Sweep.,弹出交流扫描分析和噪声分析设置对话框AC Sweep Analysis and Noise Analysis,如图2-8所示。该对话框包括三个内容设置:扫描类型(AC Sweep Type)、扫描参数(Sweep Parameters和噪声分析(Noise Analysis)。AC Sweep Type用来确定以什么步进方

19、式对频率进行扫描;Sweep Parameters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AC Sweep Type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Sweep Paramenters中设置Pts/Decade101(每十倍频程101个点)、Start Freq1、End Freq100Meg。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AC Sweep.按钮左边小方格内显示“”,交流分析

20、设置完毕。 10、三个分析功能都已设置完毕,单击Close按钮关闭Analysis Setup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MicroSim Message Viewer,显示错误信息。 2、建立网表文件(.cir)。若有错则停止仿真,打开MicroSim Message Viewer,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)

21、。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AC Sweep、DC Sweep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2-92、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-

22、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Add Traces。4、从窗口中选择V(Uo),在Trace Expression编辑行出现选中的V(Uo)。(Trace Expression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2-115、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

23、菜单项Plot|Add Plot,添加一个波形显示框。7、重复第(3)步,Add Traces对话框中添加输入电压V(Ui:)。8、单击图2-11中Alias Name选项,在Add Traces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Pro

24、be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Add Trace对话框。(3)在Trace Expression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Trace Expression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,AC Sweep Type选择的是Decade,即十倍频扫描,所以,此时显示的曲线即为波

25、特图。(5)再选择菜单项Plot|Add Plot,添加一个波形显示框。(6)重复第(2)步,在Trace Expression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Trace Expression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A

26、u,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(Probe Cursor)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,Probe Cursor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

27、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

28、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Bias Point Detail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Transfer Function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Schema

29、tics程序主窗口中选择菜单项Analysis|Examine Output,或在PSPICE窗口中选择菜单项File|Examine Output,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Bias Point Detail分析功能后

30、才有的。如果设置了Sensitivity和Transfer Function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3-12、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

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