模擬電路實驗指導(dǎo)書

1、模擬電子技術(shù)實 驗 指 導(dǎo) 書班級： 學號： 姓名： 光 電 學 院目 錄實驗一 單管交流放大電路 2實驗二 負反饋放大電路 6實驗三 比例求和運算電路 .9實驗四 集成電路rc正弦波振蕩電路 13實驗要求1實驗前必須充分預(yù)習，完成指定的預(yù)習任務(wù)。預(yù)習要求如下： 1)認真閱讀實驗指導(dǎo)書，分析、掌握實驗電路的工作原理，并進行必要的估算。 2)完成各實驗“預(yù)習要求”中指定的內(nèi)容。 3)熟悉實驗任務(wù)。 4)復(fù)習實驗中所用各儀器的使用方法及注意事項。2使用儀器和實驗箱前必須了解其性能、操作方法及注意事項，在使用時應(yīng)嚴格遵守。3實驗時接線要認真，相互仔細檢查，確定無誤才能接通電源，初學或沒有把握應(yīng)經(jīng)指導(dǎo)

2、教師審查同意后再接通電源。4模擬電路實驗注意： 1)在進行小信號放大實驗時，由于所用信號發(fā)生器及連接電纜的緣故，往往在進入放大器前就出現(xiàn)噪聲或不穩(wěn)定，有些信號源調(diào)不到毫伏以下，實驗時可采用在放大器輸入端加衰減的方法。一般可用實驗箱中電阻組成衰減器，這樣連接電纜上信號電平較高，不易受干擾。 2)做放大器實驗時如發(fā)現(xiàn)波形削頂失真甚至變成方波，應(yīng)檢查工作點設(shè)置是否正確，或輸入信號是否過大，由于實驗箱所用三極管hfe較大，特別是兩級放大電路容易飽和失真。5實驗時應(yīng)注意觀察，若發(fā)現(xiàn)有破壞性異?，F(xiàn)象(例如有元件冒煙、發(fā)燙或有異味)應(yīng)立即關(guān)斷電源，保持現(xiàn)場，報告指導(dǎo)教師。找出原因、排除故障，經(jīng)指導(dǎo)教師同意再

3、繼續(xù)實驗。6實驗過程中需要改接線時，應(yīng)關(guān)斷電源后才能拆、接線。7實驗過程中應(yīng)仔細觀察實驗現(xiàn)象，認真記錄實驗結(jié)果(數(shù)據(jù)波形、現(xiàn)象)。所記錄的實驗結(jié)果經(jīng)指導(dǎo)教師審閱簽字后再拆除實驗線路。8實驗結(jié)束后，必須關(guān)斷電源、拔出電源插頭，并將儀器、設(shè)備、工具、導(dǎo)線等按規(guī)定整理。9實驗后每個同學必須按要求獨立完成實驗報告。實驗一 單級交流放大電路一、實驗?zāi)康臑榱朔奖闶静ㄆ饔^察，本書內(nèi)所寫參考值均用峰值，此電路為共射放大電路 1.熟悉電子元器件和模擬電路實驗箱， 2.掌握放大電路靜態(tài)工作點的調(diào)試方法及其對放大電路性能的影響。 3.學習測量放大電路q點，av，ri，ro的方法，了解共射極電路特性。 4.學習放大電

4、路的動態(tài)性能。二、實驗儀器 1.示波器 2.信號發(fā)生器3.數(shù)字萬用表4.模擬電路實驗箱三、預(yù)習要求 1.三極管及單管放大電路工作原理。2.放大電路靜態(tài)和動態(tài)測量方法。四、實驗內(nèi)容及步驟1.裝接電路與簡單測量 圖1.l 基本放大電路 如三極管為3dg6，放大倍數(shù)一般是2545；如為9013，一般在150以上(1)用萬用表判斷實驗箱上三極管v的極性和好壞，電解電容c的極性和好壞。 測三極管b、c和b、e極間正反向?qū)妷?，可以判斷好壞；測電解電容的好壞必須使用指針萬用表，通過測正反向電阻。三極管導(dǎo)通電壓ube=0.7v、ubc=0.7v，反向?qū)妷簾o窮大。 (2)按圖1.1所示，連接電路(注意：

5、接線前先測量+12v電源，關(guān)斷電源后再連線)，將rp的阻值調(diào)到最大位置。2.靜態(tài)測量與調(diào)整(1)接線完畢仔細檢查，確定無誤后接通電源。改變rp，記錄ic分別為0.5ma、1ma、1.5ma時三極管v的值（其值較低）。注意：ib和ic的測量和計算方法測ib和ic一般可用間接測量法，即通過測vc和vb，rc和rb計算出ib和ic(注意：圖1.2中ib為支路電流)。此法雖不直觀，但操作較簡單，建議初學者采用。直接測量法，即將微安表和毫安表直接串聯(lián)在基極和集電極中測量。此法直觀，但操作不當容易損壞器件和儀表。不建議初學者采用。(2)按圖1.2接線，調(diào)整rp使ve=2.2v，計算并填表1.1。圖1.2

6、工作點穩(wěn)定的放大電路為穩(wěn)定工作點，在電路中引入負反饋電阻re，用于穩(wěn)定靜態(tài)工作點，即當環(huán)境溫度變化時，保持靜態(tài)集電極電流icq和管壓降uceq基本不變。依靠于下列反饋關(guān)系：ticqueubeibqicq，反過程也一樣,其中rb2的引入是為了穩(wěn)定ub。但此類工作電路的放大倍數(shù)由于引入負反饋而減小了，而輸入電阻ri變大了，輸出電阻ro不變。，由以上公式可知，當很大時，放大倍數(shù)約等于，不受值變化的影響。表1.1實測實測計算vbe(v)vce(v)rb(k)ib(a)ic(ma)3.動態(tài)研究(1)按圖1.3所示電路接線。將信號發(fā)生器的輸出信號調(diào)到f=1khz，幅值為500mv，接至放大電路的a點，經(jīng)過

7、r1、r2衰減（100倍），vi點得到5mv的小信號，觀察vi和vo端波形，并比較相位。圖1.3所示電路中，r1、r2為分壓衰減電路，除r1、r2以外的電路為放大電路。之所以采取這種結(jié)構(gòu)，是由于一般信號源在輸出信號小到幾毫伏時，會不可避免的受到電源紋波影響出現(xiàn)失真，而大信號時電源紋波幾乎無影響，所以采取大信號加r1、r2衰減形式。此外，觀察輸出波形時要調(diào)節(jié)rb1，使輸出波形最大且不失真時開始測量。輸入輸出波形兩者反相，相差180度。(2)信號源頻率不變，逐漸加大信號源幅度，觀察vo不失真時的最大值并填表1.2。分析圖1.3的交流等效電路模型，由下述幾個公式進行計算：，合適狀態(tài)時：ub=0.7，

8、 ue=0， uc=3.36， rb=135.4k ib=56a， ic=1.72ma， =30.7，rbe=674 表1.2 rl=實測實測計算估算vi(mv)vo(v)avav圖1.3 小信號放大電路(3)保持vi=5mv不變，放大器接入負載rl，在改變rc數(shù)值情況下測量，并將計算結(jié)果填表1.3。表1.3給定參數(shù)實測實測計算估算rcrlvi(mv)vo(v)avav2k5k12k2k25k15k15k12k2(4)vi=5mv，rc=5k1，不加rl時，如電位器rp調(diào)節(jié)范圍不夠，可改變rb1(51k或150k)，增大和減小rp，觀察vo波形變化，若失真觀察不明顯可增大vi幅值（10 mv）

9、，并重測，將測量結(jié)果填入表1.4。加vi=10mv以上，調(diào)整rp到適合位置，可觀察到截止失真（波形上半周平頂失真）表1.4rpvbvcve輸出波形情況最大合適最小4.測放大電路輸入，輸出電阻。(1)輸入電阻測量所謂輸入電阻，指的是放大電路的輸入電阻，不包括r1、r2部分。在輸入端串接一個5k1電阻如圖1.4，測量vs與vi，即可計算ri。圖1.4 輸入電阻測量(2)輸出電阻測量(見圖1.5）圖1.5 輸出電阻測量在輸出端接入可調(diào)電阻作為負載，選擇合適的rl值使放大電路輸出不失真(接示波器監(jiān)視)，測量帶負載時vl和空載時的vo，即可計算出ro。將上述測量及計算結(jié)果填入表1.5中。用公式進行估算表

10、1.5測算輸入電阻（設(shè)：rs=5k1）測算輸出電阻實測測算估算實測測算估算vs(mv)vi(mv)ririvorl=vorl=5k1ro(k)ro(k)五、實驗總結(jié)1、列表整理測量結(jié)果，并把實測的靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻之值與理論計算值比較（取一組數(shù)據(jù)進行比較），分析產(chǎn)生誤差原因。2、總結(jié)rc，rl及靜態(tài)工作點對放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的影響。3、討論靜態(tài)工作點變化對放大器輸出波形的影響。4、分析討論在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題。 實驗二 負反饋放大電路一、實驗?zāi)康?1.研究負反饋對放大電路性能的影響。2.掌握負反饋放大電路性能的測試方法。二、實驗儀器 1.雙蹤示波

11、器。 2.音頻信號發(fā)生器。3.數(shù)字萬用表。4.模擬電路實驗箱三、預(yù)習要求 1.認真閱讀實驗內(nèi)容要求，估計待測量內(nèi)容的變化趨勢。2.設(shè)圖2.1電路晶體管值為40，計算該放大電路開環(huán)和閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。此電路為電壓串聯(lián)負反饋，負反饋會減小放大倍數(shù)，會穩(wěn)定放大倍數(shù)，會改變輸入輸出電阻，展寬頻帶，減小非線性失真。而電壓串聯(lián)負反饋會增大輸入電阻，減小輸出電阻。公式如下：分析圖2.1，與兩級分壓偏置電路相比，增加了r6, r6引入電壓交直流負反饋，從而加大了輸入電阻，減小了放大倍數(shù)。此外r6與rf、 cf形成了負反饋回路，從電路上分析，。四、實驗內(nèi)容1.負反饋放大電路開環(huán)和閉環(huán)放大倍數(shù)的測試開環(huán)電路按圖2

12、.1接線，rf先不接入。輸入端接入vi=lmv f=lkhz的正弦波(注意：輸入lmv信號采用輸入端衰減法見實驗一)。設(shè)置靜態(tài)工作點。調(diào)整接線和參數(shù)使輸出不失真且無振蕩。 a.按圖接線，注意接線盡可能短。 b.靜態(tài)工作點設(shè)置：要求第二級在輸出波形不失真的前提下幅值盡量大，第一級為增加信噪比，工作點盡可能低。 c.在輸入a端接入頻率為1khz幅度為1mv的交流信號(一般采用實驗箱上加衰減的辦法，即信號源用一個較大的信號。例如100mv，在實驗板上經(jīng)100:l衰減電阻衰減,降為lmv)，使vi1為1mv，調(diào)整工作點使輸出信號不失真。 注意：如發(fā)現(xiàn)有寄生振蕩，可采用以下措施消除： 1）重新布線，盡可

13、能走短線。 2）可在三極管b、e兩極間加幾p到幾百p的電容。 3）信號源與放大電路用屏蔽線連接。按表2.1要求進行測量并填表。 根據(jù)實測值計算開環(huán)放大倍數(shù)和輸出電阻r0。圖 2.1反饋放大電路 (2).閉環(huán)電路 接通rf和cf ，按(一)的要求調(diào)整電路。 按表2.1要求測量并填表，計算avf。根據(jù)實測結(jié)果，驗證avf 。表2.1rl(k)vi(mv)v0(mv)av(avf)vi2(mv)av1av2開環(huán)1k5待添加的隱藏文字內(nèi)容3閉環(huán)1k52.負反饋對失真的改善作用(1)將圖2.1電路開環(huán)，逐步加大vi的幅度，使輸出信號出現(xiàn)失真(注意不要過份失真)記錄失真波形幅度。(2)將電路閉環(huán)，觀察輸出

14、情況，并適當增加vi幅度，使輸出幅度接近開環(huán)時失真波形幅度。閉環(huán)后，引入負反饋，減小失真度，改善波形失真。(3)若rf=3k不變，但rf接入1v1的基極，會出現(xiàn)什么情況？實驗驗證之。引入正反饋，產(chǎn)生大約7hz的振蕩波形。(4)畫出上述各步實驗的波形圖。 3.測放大電路頻率特性(1)將圖2.1電路先開環(huán)，選擇vi適當幅度，保持不變并調(diào)節(jié)頻率使輸出信號在示波器上有最大顯示。(2)保持輸入信號幅度不變逐步增加頻率，直到波形減小為原來的70，此時信號頻率即為放大電路fh。(3)條件同上，但逐漸減小頻率，測得fl。(4)將電路閉環(huán)，重復(fù)13步驟，并將結(jié)果填入表2.2。當頻率f在4khz-10khz間,輸

15、出信號最大（無論開環(huán)、閉環(huán)），應(yīng)以此為最大值進行測量。測出的fhf和fh相比，基本符合公式，但flf和fl相比相差較大，估計是必須考慮三極管的低頻特性和幾個大電容的影響。表2.2fh(hz)fl(hz)開環(huán)閉環(huán)五、實驗總結(jié)實驗三 比例求和運算電路一、實驗?zāi)康?1.掌握用集成運算放大電路組成比例、求和電路的特點及性能。 2.學會上述電路的測試和分析方法。二、實驗儀器 1.數(shù)字萬用表 2.示波器3.信號發(fā)生器4.模擬電路實驗箱三、預(yù)習要求 1.計算表3.1中的vo和af 2.估算表3.3的理論值 3.估算表3.4、表35中的理論值 4.計算表3.6中的vo值 5.計算表3.7中的vo值集成運放的輸

16、出端與自身的反向輸入端通過電路聯(lián)接，組成負反饋電路。由于運放的電壓增益大約在100000以上，所以處于深度負反饋狀態(tài)，這種情況下運放主要工作于線性放大區(qū)，因而有“虛斷”、“虛短”,。四、實驗內(nèi)容1.電壓跟隨電路實驗電路如圖3.1所示。按表3.1內(nèi)容實驗并測量記錄。圖3.1 電壓跟隨電路電壓串聯(lián)負反饋，根據(jù)“虛短”有表3.1vi(v)20.500.51vo(v)rl=rl=5k12.反相比例放大器實驗電路如圖3.2所示。圖3.2 反相比例放大電路電壓并聯(lián)負反饋，由“虛短”有“虛斷”有(1)按表3.2內(nèi)容實驗并測量記錄。表3.2直流輸入電壓vi(mv)3010030010003000輸出電壓vo理

17、論估算(v)實際值(v)誤差(mv)(2)按表3.3要求實驗并測量記錄。表3.3測試條件理論估算值實測值v0rl開路，直流輸入信號vi由0變?yōu)?00mvvabvr2vr1v0lrl由開路變?yōu)?k1, vi=800mv(3)測量圖3.2電路的上限截止頻率fh。(輸入接信號發(fā)生器vpp=1v，頻率1khz，輸出接示波器vpp=10v，增大頻率至輸出vpp=7v，記錄此刻頻率即為fh) 3.同相比例放大電路 實驗電路如圖3.3所示 圖3.3 同相比例放大電路(1)按表3.4和3.5實驗測量并記錄。電壓串聯(lián)負反饋：“虛斷”有，“虛短”有表3.4直流輸入電壓vi(mv)3010030010003000輸

18、出電壓vo理論估算(v)實際值(v)誤差(mv)表3.5測試條件理論估算值實測值v0rl開路，直流輸入信號vi由0變?yōu)?00mvvabvr2vr1v0lrl由開路變?yōu)?k1, vi=800mv(2)測出電路的上限截止頻率 4.反相求和放大電路。 實驗電路如圖3.4所示。按表3.6內(nèi)容進行實驗測量，并與預(yù)習計算比較。 圖3.4 反相求和放大電路電壓并聯(lián)負反饋，分析方法與圖3.2一樣：表3.6vi1(v)0.30.3vi2(v)0.20.2vo(v)vo估(v) 5.雙端輸入求和放大電路1)按圖3.5連接實驗電路。調(diào)零和消振。r3為100k2)按表3.7內(nèi)容進行實驗并測量記錄。 100k圖3.5

19、雙端輸入求和電路該電路為減法電路，電壓串并聯(lián)反饋電路，表3.7vi1(v)120.2vi2(v)0.51.80.2vo(v)vo估(v)五、實驗總結(jié) 1.總結(jié)本實驗中5種運算電路的特點及性能。 2.分析理論計算與實驗結(jié)果誤差的原因。實驗四 集成電路rc正弦波振蕩電路一、實驗?zāi)康?1.掌握橋式rc正弦波振蕩電路的構(gòu)成及工作原理。 2.熟悉正弦波振蕩電路的調(diào)整、測試方法。 3.觀察rc參數(shù)對振蕩頻率的影響，學習振蕩頻率的測定方法。二、實驗儀器 1.雙蹤示波器 2.低頻信號發(fā)生器3.頻率計4.模擬電路實驗箱三、預(yù)習要求 1.復(fù)習rc橋式振蕩電路的工作原理。 2.掌握下面的概念：(1)圖4.1中，正反

20、饋支路是由rc串并聯(lián)電路組成，這個網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性，要改變振蕩頻率，只要改變電阻或電容的數(shù)值即可。(2)圖4.1中，1rp和r1組成負反饋，其中電位器rp2是用來調(diào)節(jié)放大器的放大倍數(shù)，使av3。正弦波震蕩電路必須具備兩個條件：一是必須引入反饋，而且反饋信號要能代替輸入信號，這樣才能在不輸入信號的情況下自發(fā)產(chǎn)生正弦波震蕩。二是要有外加的選頻網(wǎng)絡(luò)，用于確定震蕩頻率。因此震蕩電路由四部分電路組成：1、放大電路，2、選頻網(wǎng)絡(luò)，3、反饋網(wǎng)絡(luò)，4、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。實際電路中多用lc諧振電路或是rc串并聯(lián)電路（兩者均起到帶通濾波選頻作用）用作正反饋來組成震蕩電路。震蕩條件如下：正反饋時，所以平衡條件為，即放大條件

21、，相位條件，起振條件。本實驗電路常稱為文氏電橋震蕩電路，由和組成電壓串聯(lián)負反饋，使集成運放工作于線性放大區(qū)，形成同相比例運算電路，由rc串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為正反饋回路兼選頻網(wǎng)絡(luò)。分析電路可得：。當時，有，設(shè)，有，。當時，此時取稍大于3，便滿足起振條件，穩(wěn)定時。四、實驗內(nèi)容1.按圖4.1接線。2.用示波器觀察輸出波形。思考：(1)若元件完好，接線正確，電源電壓正常，而vo=0，原因何在?應(yīng)怎么辦？(2)有輸出但出現(xiàn)明顯失真，應(yīng)如何解決？無輸出和輸出失真都與放大倍數(shù)有關(guān)，小不起振，大則輸出失真，調(diào)節(jié)電位器來調(diào)整放大倍數(shù)。3.按圖4.2接線，用李沙育圖形法測定，測出vo的頻率f01并與計算值比較。理論，實際輸出頻率約為79hz，峰值為約5.2伏。李沙育圖形法： 將被測信號接至示波器y（ch2）端口，將有頻率指示的信號發(fā)生器的輸出接至示波器x（ch1）端口。適當調(diào)節(jié)y與x放大系統(tǒng)，使光跡在熒光屏范圍內(nèi)。改變信號源頻率，當fx=fy時，屏幕上顯示為橢圓。（時基模式選擇x-y方式）李沙育圖形及其實驗原理：在示波器x軸和y軸同時輸入正弦波時，光點在水平與垂直方向的運動都是簡諧振動，光點運動描出的軌跡是兩個互相垂直諧振動的合成圖一封閉的圖形，稱為李沙育圖形。 或 其中、為李沙育圖與外切水平線的切點個數(shù)和外切垂直線的切點個數(shù)。如果、中有一個已知，再