模擬電子技術(shù)實驗

1、圖1.4 脈沖參數(shù)的定義學(xué)習(xí)用數(shù)字萬用表測試常用電子器件（電阻、電容、半導(dǎo)體二極管和三極管）。1電阻測量電阻值測量如圖2.1 所示。萬用表“功能開關(guān)”需置于電阻檔。要注意讀數(shù)的單位：例如，讀出的數(shù)值是5.6，如果電阻檔處于10K或100K的，則均為5.6K；如果電阻檔處于10M，則為5.6M。2電容器測量電容器的精確測量，應(yīng)借助于專門的測試儀器來進(jìn)行，常用的有QS18A型萬用電橋,TH2811B LCR數(shù)字電橋等。下面簡單介紹利用數(shù)字萬用表的電容擋來測試電容容量：（1）數(shù)字萬用表有專門測電容的二個插孔，如圖2.2所示。測電容時需把電容插入這二個插孔內(nèi)，如果電容在電路板上不能拿下，還需要用引線幫

2、助。（2）測量時將“功能開關(guān)”置于F檔的適當(dāng)量程，此時數(shù)字屏顯示的數(shù)字即為電容值，如顯示數(shù)字為1，則應(yīng)提高量程，此表最大能測20uF的電容值。2二極管極性的判別數(shù)字萬用表的“ ”檔專門用來測試PN結(jié)的導(dǎo)電特性：如圖2.3所示，若將它的紅筆(它與內(nèi)電池“十”極性的一端相連)接二極管的陽極，它的黑筆接二極管的陰極，則二極管處于正向偏置狀態(tài)，顯示為壓降0.3V或0.7V左右（分別對應(yīng)鍺管與硅管）。反之，如果紅筆接二極管“”極，黑筆接二極管“+”極，則二極管處于反向偏置狀態(tài)，流過電流很小，萬用表顯示為“1”。因此，根據(jù)兩種連接方式下測得電壓值的大小就可以判別二極管的極性與材料類型（硅管還是鍺管）。3晶

3、體三極管管腳的判別(1) 管型和基極的判別晶體三極管從結(jié)構(gòu)上看，可以看成是由兩個背靠背的PN結(jié)組成的。對NPN型管來說，基極是兩個等效二極管的公共"陽極”；對PNP型管來說，基極則是它們的公共“陰極”，分別如圖2.4(a)和(b)所示。因此，判別出三極管的基極是公共“陽極”還是公共“陰極”，即能判別出三極管是NPN型還是PNP型。而且根據(jù)PN結(jié)正向壓降是0.3V還是0.7V就可以判別出管子是硅管還是鍺管,判別方法與二極管極性判別方法一樣,不再重復(fù)。（a）NPN型三極管 （b）PNP型三極管圖2.4 晶體三極管的結(jié)構(gòu)(2) 集電極與發(fā)射極的判別用數(shù)字萬用表的“hFE”檔可以判別三極管的

4、發(fā)射極與集電極，并測出值。測試電路如圖2.5所示。在判明一個晶體三級管是PNP還是NPN的管型和基極的條件下，選取數(shù)字萬用表測量“hFE”檔，將晶體管E、B、C三極分別插入對應(yīng)管型的E、B、C三孔，其中必須將已判明的基極B插入對應(yīng)的B孔。這時，數(shù)字屏上將顯示一個數(shù)據(jù)；然后，保持基極B仍插在B孔，對換另外二極所插孔。此時，數(shù)字屏上將顯示另一個數(shù)據(jù)。比較兩次數(shù)據(jù)的大小，其中數(shù)據(jù)大的那一次，插在“E”孔的那一極為發(fā)射極E；插在“C”孔的那一極為集電極C。數(shù)據(jù)大的那一次的值為值。圖 2.5 用數(shù)字萬用表測hFE（值）1大概了解電子器件的常識（在本教材附錄1中）；2仔細(xì)閱讀本實驗中的“實驗原理”部分；3

5、1測電阻按圖2.1用數(shù)字萬用表測出二個電阻的阻值將數(shù)據(jù)記入表2.1；并與其色環(huán)所指示的電阻標(biāo)稱值進(jìn)行比較。同時檢查所發(fā)電位器中心頭的功能，電位器可選用實驗箱中的一個電位器。電阻可選用電路板中的任意二個元件；2測電容按圖2.2用數(shù)字萬用表測出三個電容器的電容值，將數(shù)據(jù)記入表2.1；并與標(biāo)稱值進(jìn)行比較，電容可選用電路板中的任意三個元件； 表2. 1 3測二極管用數(shù)字萬用表判別二極管的“+”極、“”極和管子材料，并測量其正向電壓值，將數(shù)據(jù)記入表2.2。表2.2二極管型號 二極管導(dǎo)通電壓（V） 二極管材料（硅還是鍺） 4測三極管用數(shù)字萬用表判別雙極型晶體三極管的管腳排列和管子類型，將結(jié)果填入表2.3。

6、表2.3管子類型（NPN還是PNP）管腳排列(畫底視圖, 如圖2.5 所示)管子材料（硅還是鍺）hFE（）值1數(shù)字萬電表 一只2電子元件1）電阻電容若干（可選用電路板元件，見附錄3）2）電位器一個（可選用“模擬電路實驗箱”中電位器）3）硅二極管與鍺二極管各一個1學(xué)習(xí)放大器靜態(tài)工作點的測量與調(diào)整；2學(xué)習(xí)放大器的放大倍數(shù)的測量方法；3實驗參考電路如圖3.1所示。該電路采用自動穩(wěn)定靜態(tài)工作點的分壓式射極偏置電路，其溫度穩(wěn)定性好，電位器W用來調(diào)整靜態(tài)工作點。COM紅筆黑筆V-W萬用表 圖3.1 實驗電路圖1靜態(tài)工作點的估算計算靜態(tài)工作點，首先要畫出直流通路（電容開路）。對圖3.1，當(dāng)Il>>

7、;IB時，可忽略IB, 得到下列公式： （3-1）UE = UB - UBE （3-2） （3-3） （3-4）2交流放大倍數(shù)估算為計算交流小信號性能指標(biāo)，應(yīng)首先畫出交流通路（電容短路，直流電壓源短路）。對圖3.1電路，由（由輸入回路得到），（由輸出回路得到），以及，可得到電壓放大倍數(shù)： （3-5） （3-6） 式（3-6）中，電流用IB，不是IE。3靜態(tài)工作點的測量和調(diào)試由于電子器件性能的分散性很大，在設(shè)計制作晶體管放大電路時，離不開測量和調(diào)試技術(shù)。 1）靜態(tài)工作點的測量 放大器靜態(tài)工作點的測量，是在不加輸入信號情況下，用萬用表直流電壓檔分別測量放大電路的直流電壓UB、UC和UE，如圖3.1

8、所示。此外，可用ICIE = UE/Re算出IC。 2）靜態(tài)工作點的調(diào)整在半導(dǎo)體三極管放大器的圖解分析中已經(jīng)介紹，為了獲得最大不失真的輸出電壓，靜態(tài)工作點應(yīng)選在輸出特性曲線上交流負(fù)載線的中點。若Q點選得太高,易引起飽和失真；選得太低,又易引起截止失真。實驗中，如果測得UCEQ<0.5V, 說明三極管已飽和；如測得UCEQVCC，則說明三極管已截止。靜態(tài)工作點的位置與電路參數(shù)有關(guān)。當(dāng)電路參數(shù)確定之后,工作點的調(diào)整主要是通過調(diào)節(jié)電位器W來實現(xiàn)的。W調(diào)小, 工作點增高；W1調(diào)大，工作點降低。一般使IE為mA數(shù)量級（例如2mA）；作為一個估算，UC大約可取電源電壓的一半左右。 4、放大器的動態(tài)指

9、標(biāo)測試放大器的動態(tài)指標(biāo)有電壓放大倍數(shù)AU、輸入電阻Ri、輸出電阻Ro和最大不失真電壓UOMAX等。本實驗只介紹電壓放大倍數(shù)AU的測試。在進(jìn)行動態(tài)測試時，各電子儀器與被測電路的接線方法如圖3.2所示。從信號發(fā)生器向放大電路輸入一正弦交流信號(1KHz、約10mV) 。用示波器觀察放大器輸出電壓的波形uo。在沒有明顯失真的情況下，用毫伏表測出uo和ui 的大小。于是，可求得Au = uo / ui。由于放大倍數(shù)的大小與晶體管的工作點有關(guān)。因此，在動態(tài)測量前應(yīng)首先按要求調(diào)整靜態(tài)工作點。 圖3.2 放大倍數(shù)的測量圖1復(fù)習(xí)共射極放大電路的工作原理；2. 仔細(xì)閱讀本實驗中的“實驗原理”部分；3取實驗二測的

10、值。1安裝電路按圖3-1, 在“模擬電路實驗箱”上組裝共射放大電路，使用電路模板-晶體管放大器1與2（見附錄3），經(jīng)檢查無誤后, 接通+12V直流電源。2測量并調(diào)試靜態(tài)工作點調(diào)節(jié)電位器W使其滿足要求(IE2mA)；并測量靜態(tài)工作點填入表3.1中3測量電壓放大倍數(shù)按圖3-2接線。輸入頻率為1KHZ的信號，調(diào)節(jié)輸入信號使輸出電壓基本不失真。用“雙蹤顯示模式”同時顯示輸入波形與輸出波形，并測出輸入與輸出電壓的交流幅度，填入表3.2中。表 3-1UB/VUC/VUE/VIE/mA測量值（由測量值計算）理論值表 3-2UiUOAU測量值理論值(1) GOS-620型雙蹤示波器 一臺； (2) DF164

11、1A型函數(shù)信號發(fā)生器 一臺； (3) SX2172型交流毫伏表 一臺。(4) 模擬電路實驗箱 一臺。(5) 數(shù)字萬用表 一只(6) 電子元件（使用電路模板-晶體管放大器1與2，見附錄3）：Rc2.7K；R1Rb210K；RE1K；電位器=100K；Cl10F，C247F,Ce47F；NPN三極管一個1學(xué)習(xí)共集放大電路的測量與調(diào)整；2學(xué)習(xí)放大器性能指標(biāo)的測量方法（輸入，輸出電阻、最大不失真輸出電壓）；3進(jìn)一步實驗參考電路如圖4.1所示。共集放大電路具有輸入電阻高、輸出電阻低，電壓放大倍數(shù)接近于1、輸出動態(tài)范圍大的特點。與共射極放大電路不同，共集放大電路從發(fā)射極輸出（因而稱射極跟隨器）。圖中電位器

12、W用來調(diào)整靜態(tài)工作點。圖4.1 實驗電路圖1靜態(tài)工作點的估算靜態(tài)工作點的計算，類似于共射極放大電路，只要令RC=0即可。2交流放大倍數(shù)估算對圖4.1電路，由（由輸入回路得到），（由輸出回路得到），以及，可得到電壓放大倍數(shù)： （4-1） 3靜態(tài)工作點的測量和調(diào)試：參見實驗三 4、放大器的動態(tài)指標(biāo)測試放大器的動態(tài)指標(biāo)有電壓放大倍數(shù)AU、輸入電阻Ri、輸出電阻Ro和最大不失真電壓UOMAX等。本實驗將介紹輸入電阻Ri、輸出電阻Ro和最大不失真電壓UOMAX的測試方法。1) 輸入電阻的測量輸入電阻Ri的大小表示放大電路從信號源或前級放大電路獲取電流的多少。輸入電阻越大，索取前級電流越小，對前級的影響就

13、越小。輸入電阻的測量原理如圖4-2 所示。在信號源與放大電路之間串入一個已知阻值的電阻R ，用交流毫伏表分別測出Us和Ui, 則輸入電阻為 (4-3)電阻R 的值不宜取得過大，過大易引入干擾；但也不宜取得太小，太小易引起較大的測量誤差。最好取R與Ri的阻值為同一數(shù)量級。2) 輸出電阻的測量輸出電阻的大小表示電路帶負(fù)載能力的大小。輸出電阻越小, 帶負(fù)載能力越強。其測量原理如圖4-3所示。用交流毫伏表分別測量放大器輸出電壓：Uo - RL=時的輸出電壓UOL - 有RL時的輸出電壓則輸出電阻可通過下式計算求得： (4-3)為了測量值盡可能精確，最好取RL與RO的阻值為同一數(shù)量級。注意圖4-3中，R

14、S是信號發(fā)生器的內(nèi)阻，在測輸出電阻時不要在信號源與放大器之間串入電阻。 圖4-2 測試輸入電阻原理圖 圖4-3 測試輸出電阻原理圖3）最大不失真輸出電壓的測量放大器的線性工作范圍與晶體管的工作點位置有關(guān)。下面介紹共集放大器的波形失真情況。截止失真：下端縮頂當(dāng)ICQ太小時，放大器產(chǎn)生截止失真，uo波形下端出現(xiàn)“縮頂” 失真，如圖4.4(a) 所示。uo波形的截止失真并不明顯，不是出現(xiàn)明顯的“削頂”，而是出現(xiàn)“縮頂” 失真飽和失真：上端削頂當(dāng)ICQ太大時，容易產(chǎn)生飽和失真，波形上端開始“削頂”，如圖4.4(b)所示。uo波形的飽和失真比較明顯。最大不失真輸出電壓UOMAX 測量方法當(dāng)放大器的靜態(tài)工

15、作點調(diào)整在晶體管線性工作范圍的中心位置時，如果加大輸入信號ui，則uo的波形兩端同時出現(xiàn)“削頂” 和“縮頂” 失真，即飽和與截止失真同時出現(xiàn)如圖4.4(c) 所示。由于現(xiàn)“縮頂” 失真不明顯，因此最大不失真電壓常以uo波形剛出現(xiàn)“削頂” 失真時為界，此時用毫伏表測出uo 的大小，即為放大器的最大不失真輸出電壓UOMAX。圖4-4 波形失真示意圖1復(fù)習(xí)共集放大電路的工作原理；2. 仔細(xì)閱讀本實驗中的“實驗原理”部分；3取實驗二測的值。1安裝電路按圖4-1, 在綜合實驗箱上組裝電路, 經(jīng)檢查無誤后, 接通+12V直流電源。2調(diào)試靜態(tài)工作點并測量最大不失真電壓1）從信號發(fā)生器輸出f =1kHz的正弦

16、電壓接到放大電路的輸入端，并接到雙蹤示波器X軸輸入端。將放大電路的輸出電壓接到雙蹤示波器Y軸輸入端；2）調(diào)整電位器W，并調(diào)整信號發(fā)生器輸出的幅度，使示波器上顯示的放大電路輸出波形達(dá)到最大不失真（無明顯失真），測出放大電路的輸入與輸出幅度；并將測量結(jié)果填入表4-1 中。3）關(guān)閉信號發(fā)生器, 即Ui=0, 測試此時的靜態(tài)工作點, 并將測量結(jié)果填入表4-1 中。3輸入電阻的測量按圖4-2 接電路。取R =10K, 信號發(fā)生器輸出f =1kHz，Ui=200mV的正弦電壓接到放大電路的輸入端，用示波器或毫伏表分別測出US和Ui。將測量結(jié)果填入表4-2 中。4. 輸出電阻的測量按圖4-3 接電路。取RL

17、=, 信號發(fā)生器輸出f =1kHz，Ui=200mV的正弦電壓接到放大電路的輸入端，用示波器或毫伏表分別測出RL=時的開路電壓Uo及有RL時的輸出電壓UOL。將測量結(jié)果填入表4-2 中。表 4-1UiUOUBUEIE/mA測量值（由測量值計算）理論值表 4-2USUiRiUoUOLRo測量值理論值(1) GOS-620型雙蹤示波器 一臺； (2) DF1641A型函數(shù)信號發(fā)生器 一臺； (3) SX2172型交流毫伏表 一臺；(5) 數(shù)字萬用表 一只；(4) 模擬電路實驗箱 一臺；(6) 電子元件（使用電路模板-晶體管放大器1與2，見附錄3）：Rb1Rb251K；RE5.1K；RL；R10K；

18、電位器=1M；Cl10F；C2100F；NPN三極管一個1研究放大電路中引入負(fù)反饋后對各項性能指標(biāo)的影響；2學(xué)習(xí)放大器的頻率特性的測量方法。實驗參考電路如圖5.1所示。該電路在發(fā)射極支路串聯(lián)一只電阻RF ，引入了“串聯(lián)電流負(fù)反饋”。電位器W用來調(diào)整靜態(tài)工作點。圖5.1電流串聯(lián)負(fù)反饋，1靜態(tài)工作點的估算靜態(tài)工作點的計算，類似于共射極放大電路（實驗三），只要令Re = Re1 + RF即可。2引入交流負(fù)反饋后對各項性能指標(biāo)的影響與估算1）負(fù)反饋后對各項性能指標(biāo)的影響引入交流負(fù)反饋后，可改善放大器的交流性能指標(biāo)。例如，減小非線性失真、擴展通頻帶、提高輸出電壓或電流的穩(wěn)定性、改變輸入輸出阻抗。負(fù)反饋有

19、四種組態(tài)，其特性如表5.1所示。表 5.1 四種組態(tài)負(fù)反饋放大器特性比較 組 態(tài) 基本放大電路的放大倍數(shù)A 反饋系數(shù)F 輸出阻抗 輸人阻抗 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓放大倍數(shù) FuuF /uO 減小 增大 電流串聯(lián)負(fù)反饋 轉(zhuǎn)移電導(dǎo) Fu i = ui /i o () 增大 增大 電壓并聯(lián)負(fù)反饋轉(zhuǎn)移電阻 FiuI f /uo (1/) 減小 減小 電流并聯(lián)負(fù)反饋電流放大倍數(shù) Fi i i f / i o 增大 減小 組 態(tài) 輸出電壓穩(wěn)定性輸出電流穩(wěn)定性 電壓串聯(lián)負(fù)反饋 提高 電流串聯(lián)負(fù)反饋 提高 電壓并聯(lián)負(fù)反饋 提高 電流并聯(lián)負(fù)反饋 提高 2）放大電路性能指標(biāo)的估算對圖5.1所示的電流串聯(lián)負(fù)反饋，可對交

20、流性能指標(biāo)的影響有：減小了非線性失真、擴展了通頻帶、提高了輸出電流的穩(wěn)定性、提高了輸入輸出阻抗。1）電壓放大倍數(shù)開環(huán)放大電路放大倍數(shù)反饋系數(shù) 閉環(huán)放大倍數(shù) 閉環(huán)電壓放大倍數(shù) 2）輸入電阻開環(huán)輸入電阻閉環(huán)輸入電阻3. 放大電路頻率特性的測量放大電路中耦合電容（圖5.2中C1、C2與CE）會影響放大器的低頻特性（低頻時這些電容的容抗很大），三極管的內(nèi)部電容將影響放大器的高頻特性（高頻時三極管的內(nèi)部電容的容抗變?。Ｒ虼?，放大器的幅頻特性如圖5.2所示。1復(fù)習(xí)負(fù)反饋放大電路的工作原理；2. 仔細(xì)閱讀本實驗中的“實驗原理”部分；31安裝電路按圖5-1, 在“模擬電路實驗箱”上組裝電路，使用電路模板-晶

21、體管放大器1與2（見附錄3），經(jīng)檢查無誤后, 接通+12V直流電源。2測量并調(diào)試靜態(tài)工作點調(diào)節(jié)電位器W使其滿足要求(IE2mA)。3測量閉環(huán)電壓放大倍數(shù)、頻率特性對圖5-1情況，即為閉環(huán)狀態(tài)，按如下操作：1）測量閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：從信號發(fā)生器，產(chǎn)生信號頻率為f=1KHZ，有效值為30mV的交流電壓輸入到電路；測量放大電路輸出電壓UO與輸入電壓Ui，填入數(shù)據(jù)表中，據(jù)此可計算閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Auf = UO/Ui；2）測量閉環(huán)幅頻特性：從信號發(fā)生器，產(chǎn)生電壓有效值為30mV的交流電壓輸入到電路；改變輸入信號ui的頻率，每改變一個頻率就測出放大器的一個輸出電壓，填入數(shù)據(jù)表中；測出上限載止頻率fHf與

22、下限載止頻率fHf填入數(shù)據(jù)表中。按可畫出閉環(huán)幅頻特性，如圖5.2所示。注意: （1）改變輸入信號ui的頻率時，輸入信號ui的幅度不要改變；（2）頻率點選擇：中頻大致范圍：1KHz 100KHZ, 測2個頻率點即可，求出的是中頻放大倍數(shù)Aum, 在中頻范圍內(nèi)放大倍數(shù)幾乎不會變化。高頻大致范圍：100KHZ以上, 測幾個頻率點即可，對應(yīng)放大位數(shù)為0.7Aum(0.7對應(yīng)-3db) 的頻率是上限頻率fHf。低頻大致范圍：1KHZ下, 測幾個頻率點即可，對應(yīng)放大位數(shù)為0.7Aum的頻率是下限頻率fLf。4測量開環(huán)電壓放大倍數(shù)、頻率特性在圖5-1中，電容CF的上端接至三極管的發(fā)射極，即為工作在交流開環(huán)狀

23、態(tài)，按如下操作：1）測量開環(huán)電壓放大倍數(shù)：從信號發(fā)生器產(chǎn)生信號頻率為f=1KHZ的交流電壓輸入到電路，用示波器觀察輸出電壓，調(diào)節(jié)輸入信號的幅度，使輸出信號不失真；測量放大電路輸出電壓UO與輸入電壓Ui，填入數(shù)據(jù)表中，據(jù)此可計算開環(huán)電壓放大倍數(shù)Au = UO/Ui；2）測量開環(huán)幅頻特性：在上述情況下，改變輸入信號ui的頻率（不要改變幅度），每改變一個頻率就測出放大器的一個輸出電壓，填入數(shù)據(jù)表中；測出上限載止頻率fHf與下限載止頻率fHf填入數(shù)據(jù)表中。按可畫出開環(huán)幅頻特性，如圖5.2所示。(1) GOS-620型雙蹤示波器 一臺； (2) DF1641A型函數(shù)信號發(fā)生器 一臺； (3) SX217

24、2型交流毫伏表 一臺。(4) 模擬電路實驗箱 一臺。(5) 數(shù)字萬用表 一只(6) 電子元件（使用電路模板-晶體管放大器1與2，見附錄3）：Rc2.7K；R1Rb210K；Re11K；電位器=100K；Cl10F，C247F,Ce47F；NPN三極管一個1、 設(shè)計集成運放組成的比例、加法和積分等基本運算電路；2、 了解運算放大器在實際應(yīng)用中應(yīng)考慮的問題。LF353運放的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及其引腳如圖6-1所示。理想運放的輸入電流為零（虛斷）；在負(fù)反饋線性狀態(tài)時，運放有V+ = V- （虛短）。由運放的這二個特點，可方便推出運放應(yīng)用電路的計算公式。圖6-1 LF353內(nèi)部結(jié)構(gòu)1同相比例運算圖6.2為同相比例運算電路，其特點是輸入電阻比較大。輸入、輸出電壓之間的函數(shù)關(guān)系為： 電阻R2的接入同樣是為了消除平均偏置電流的影響，故要求R2R1/Rf。圖6-