模拟电子技术实验指导.docx
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模拟电子技术实验指导
模拟电子技术实验讲义
（V1.0版）
湘潭大学信息工程学院
2015年10月
模拟电路实验板简介
模拟实验台每套包含电源模块板、基础实验模块版、扩展实验模块板等三块实验板。
1、电源模块板
面板如图0.1，设置有：
4位半0-20V数字直流电压测量表1块、4位半0-20mA数字直流电流测量表1块；
±12V直流电压源各1路、+5V直流电源1路、-5V—+5V连续可调直流电压源2路、0-20V连续可调直流电压源1路；
12V交流电源输出1路；
0-5V幅值可调的1KHz正弦信号输出1路。
2、基础实验模块板
面板如图0.2所示，设置了三极管放大电路、场效应管放大电路、差分放大电路、比例运算电路、RC正弦波产生电路、比较器和波形变换电路、有源滤波电路、直流电源
电路等8个实验模块单元，另外设置了1个电源转接模块单元，方便供电连线。
3、扩展实验模块板
面板如图0.3所示，设置了方波、三角波、正弦波产生及变换电路，功率放大电路，可控增益放大电路，恒流充电电路，窗口电压检测电路、稳压稳流直流电源电路等六大功能模块电路，同时设立了分立元件单元，包含常用电阻、电容、三极管、运放和多圈电位器，方便设计电路选用。
实验一晶体管单级放大电路实验
一、实验目的
1、熟悉分压式偏置共射极单管放大电路和射极输出器的组成。
2、掌握放大电路静态工作点的调试方法，加深静态工作点对放大电路性能的影响。
3、进一步熟悉常用电子仪器的使用方法。
二、预习要求
1、熟悉分压式偏置共射极单管放大电路和射极输出器的构成。
2、熟悉共射放大电路和和射极输出器静态工作点及调试方法。
3、什么是信号源电压us？
什么是放大器的输入信号ui？
什么是放大器的输出信号uo？
如何用示波器和交流毫伏表测量这些信号？
4、如何通过动态指标的测量求出放大器的电压放大倍数AV、输入电阻Ri和输出电阻Ro？
5、了解负载变化对放大器的放大倍数的影响。
6、观察静态工作点选择得不合适或输入信号ui过大所造成的失真现象，从而掌握放大器不失真的条件。
三、实验设备及仪器
模拟电子技术实验台、数字存储示波器、数字万用表、函数信号发生器、数字交流毫伏表。
四、实验内容及步骤
1、连线如图1.1所示的分压式偏置共射放大电路。
2、共射放大电路静态工作点的测量
接通电源VCC，调节电位器RP1，使发射极电位UE＝2.6V，用直流电压表测量UB、UC以及电阻RC1上的电压URc的值，填入表1.1中。
表1.1静态直流工作点参数测量
测量值（V）
计算值
UE
UB
UC
URc
IE（mA）
IC（mA）
UCE（V）
3、共射放大电路交流参数测量
维持已调好的静态工作点不变，在输入端加入f＝1kHz、us＝100mVrms的正弦波信号，分别用交流毫伏表和双踪示波器测量us、ui、uo的值，并观察输入、输出波形及其相位，将结果填入表1.2中。
表1.2动态交流参数测量
条件
测量值（mV）
计算值
波形
RL
us
ui
uo
AV
AVS
Ri
Ro
输入（ui）
输出（uo）
∞
2kΩ
输入电阻和输出电阻的计算方法如下：
∵
∴
∵
∴
式中：
uoo为RL＝∞时的输出开路电压，uo＝2kΩ时的输出负载电压。
4、观察负载电阻对放大倍数的影响
在上步实验的基础上，把负载电阻RL换成5.1kΩ，重新测定放大倍数，将结果填入表1.3中。
表1.3负载变化对交流动态参数的影响
RL
us
ui
uo
AV
AVS
5.1kΩ
5、最大不失真输出电压UOPP的测量
逐渐增大信号源电压us，并同时调节RP1，用示波器观察uo。
当输出波形同时出现削底和缩顶时，说明静态工作点已调到交流负载线的中点。
此时，反复调节us，使输出波形为临界不失真状态。
此时，测量放大器的静态工作点，并用示波器和毫伏表测量电路各处数值，并填入表1.4中。
表1.4最大不失真输出测量
测量仪器
UE
UC
UCE
us（mV）
ui（mV）
uo（V）
输入波形
输出波形
数字直流
电压表（V）
——
——
——
数字交流
毫伏表
—
—
—
示波器（UOPP）
—
—
—
6、观察静态工作点的变化对波形失真的影响
在最大不失真输入信号us不变的情况下，改变P1，用示波器分别观察到上部或下部削顶现象，将示波器观察波形填入表1.5中，然后撤除输入信号us，用数字直流电压表测量UC填入表1.5中。
表1.5饱和失真与截止失真
失真类型
波形
UC（V）
ui
uo
截止失真
饱和失真
7、电路故障状况观察
图1.1电路中Ce1开路时的故障现象观察、Re12短路时的故障现象观察，记录观察结果。
8、连线如图1.2所示的为共集放大电路。
（说明：
集电极电阻采用导线短路连接）
9、共集放大电路静态工作点的调试
调节RP1，使UB约为5V，用直流电压表测量的UC、UE的数据，将结果填入表1.6中。
表1.6静态直流工作点参数测量
UB（V）
UE（V）
UC（V）
测量值
10、共集放大电路交流参数测量
us输入幅值预置依次为100、200、300、400、500mVrms的1kHz正弦波，但应使电路输出在整个测量过程中不失真，在负载电阻RL＝∞和RL＝2kΩ的情况下，测量us、ui、uo数据，将测量数据填入表1.7中，并分别计算有关参数，输入电阻及输出电阻的计算方法参见共射放大电路。
表1.7动态交流参数测量
次数
RL
测量值（mV）
计算参数
us
ui
uo
Ri
Ro
1
∞
2kΩ
2
∞
2kΩ
3
∞
2kΩ
4
∞
2kΩ
5
∞
2kΩ
五、要求与思考
1、整理实验数据，并对实验数据进行比较和分析。
2、假设放大电路的参数为β＝180、Rb1＝60kΩ、Rb2＝20kΩ、RC＝RL＝2.4kΩ、Re1＝100Ω、
Re2＝1kΩ、VCC＝12V，估算图2.1放大器的静态工作点Q、AV、Ri、Ro。
3、当调节偏置电阻Rb1，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降UCE怎样变化？
4、改变静态工作点对放大器的输入电阻Ri有无影响？
改变外接负载电阻RL对输出电阻Ro有无影响？
5、实验中为什么一定要将示波器、交流毫伏表、函数信号发生器的接地端连接在一起？
如果不连接在一起，或者将其中一种仪器的信号端和接地端换位，将会出现什么问题？
6、设Rb1＝60kΩ、β＝180，理论计算图1.2的静态工作点并与实测值相比较。
7、根据实验数据和波形，分析射极输出器的性能和特点。
实验二多级放大电路实验
一、实验目的
1、学习两级阻容耦合放大电路静态工作点的调试方法。
2、学习两级放大电路电压放大倍数的测量。
3、掌握两级放大电路输入、输出的相位关系。
4、了解放大电路中引入负反馈的方法及反馈组态，以及负反馈对放大电路性能的影响。
二、预习要求
1、熟悉单管放大电路不失真的调整方法。
2、预习多级放大电路的耦合方式，掌握阻容耦合放大电路各级静态工作点的调试方法。
3、预习多级放大电路电压放大倍数的测量方法、步骤及计算。
4、分析多级放大电路各级输入、输出电压的相位关系。
5、预习负反馈电路的类型，学会分析反馈组态以及负反馈对放大电路各项技术性能的影响。
三、实验设备及仪器
模拟电子技术实验台、数字存储示波器、数字万用表、函数信号发生器、数字交流毫伏表。
四、实验内容及步骤
（一）两级放大电路
1、晶体管两级放大电路原理图如图2.1所示。
2、静态工作点的调试
①分别调试各级的静态工作点，将每级的静态工作点设在交流负载线的中间（即VCE≈6V）。
两级的调试方法相同。
以第一级为例，在输入端输入频率为1kHz正弦波信号ui，用示波器观察本级输出波形，在逐渐增大ui的同时调节RP1，直至使输出信号波形幅度为最大且不失真。
②第二级输入端与信号源之间必须加接耦合电容。
③将信号源拆除，用直流电压表测量两级的三极管各脚的直流工作电压，将数据填入表2.1中。
表2.1两级放大电路的静态工作点参数测量
第一级T1（V）
第二级T2（V）
UB1
UE1
UC1
UCE1
UB2
UE2
UC2
UCE2
3、测量两级放大电路的电压放大倍数
连接好级间连线，在第一级输入端输入1kHz正弦波信号us，调节信号发生器，使us逐渐减小，用示波器观察输出信号uo的波形不失真，此时用交流毫伏表和示波器测量各级的输入、输出交流电压值和波形，记录于表2.2和表2.3中。
表2.2两级放大电路的动态交流参数测量
条件
交流毫伏表测量数据（mV）
示波器测量数据UOPP（mV）
us
ui
uo1
uo2
us
ui
uo1
uo2
RL＝5.1kΩ
表2.3两级放大电路的波形观察
各点波形
us
ui
uo1
uo2
4、根据测量的数据，将电压放大倍数的计算结果填入表2.4中。
表2.4两级放大电路的放大倍数
（二）负反馈放大电路实验
1、电压串联负反馈放大电路原理图如图2.2所示。
2、静态工作点的调试
①在实验板上按照实验电路原理图连线后，接通电源，分别调节电位器RP1、RP2，使UC1、UC2约为7.2V。
②在第一级的输入端加入频率为1kHz正弦波信号us，用示波器分别观察第一级和第二级放大器的输出uo1和uo2的波形，若出现上、下均失真，则减小us，若仅出现上半波或下半波失真，则可少许调节RP1或RP2，直到两级放大器的输出信号波形都不失真为止（在后面的实验过程中，不要再变动RP1、RP2）。
③断开输入信号us，分别测量晶体管T1、T2各电极的直流电位，将数据记入表2.5中。
表2.5电压串联负反馈放大电路静态直流参数测量
第一级T1（V）
第二级T2（V）
UB1
UE1
UC1
UCE1
UB2
UE2
UC2
UCE2
3、观察负反馈深度对放大倍数的影响
①断开负反馈支路，在第一级的输入端加入频率为1kHz、幅度适中的正弦波信号us，用示波器观察输出波形uo2，保证uo2波形不失真。
②保持us不变，RL＝5.1kΩ，接通负反馈支路，当Rf分别为10kΩ、5.1kΩ、∞时，用交流毫伏表测量ui、uo1、uo2的值，将数据记入表2.6（RL＝5.1kΩ）
表2.6电压串联负反馈放大电路动态交流参数测量
Rf
us（mV）
ui（mV）
uo1（mV）
uo2（mV）
AV＝uo2/ui
10kΩ
5.1kΩ
∞
4、观察负反馈对输出电压（电流）、放大倍数稳定性的影响
保持us不变，接通负反馈支路，且Rf＝5.1kΩ不变，当RL分别为2kΩ、5.1kΩ、∞时，用交流毫伏表测量ui、uo1、uo2的值，将数据记入表2.7中。
5、观察负反馈对输出波形性能的影响
①断开负反馈支路，用示波器观察uo2的波形，逐渐加大us，使uo2波形出现微失真；
②在us不变的情况下，接通负反馈支路，且Rf＝5.1kΩ不变，用示波器观察uo2的波形。
将上述两种波形画于表2.8中。
表2.7负反馈输出特性稳定性测量
RL
us（mV）
ui（mV）
uo1（mV）
uo2（mV）
AV＝uo2/ui
2kΩ
5.1kΩ
∞
表2.8负反馈对输出波形性能的影响
Rf
us（ui）波形
Uo波形
∞
5.1kΩ
五、要求与思考
1、整理实验数据，并对实验数据进行比较和分析。
2、按实验电路2.1所示，设每级的Rb1为60kΩ，β1＝β2＝160，其余参数如图所示，估算每级放大器的静态工作点。
3、估算实验电路2.1所示的多级放大器的AV、Ri、Ro。
4、总结负反馈对放大器性能的影响。
5、按深度负反馈的估算方法，试估算图2.3闭环电压放大倍数AVF，并与测量值进行比较，其值是否一致？
为什么？
六、注意事项：
实验中如发现寄生振荡，可采用以下措施消除：
1、重新布线，尽可能走短线。
2、避免将输出信号的地引回到放大器的输入级。
3、分别使用测量仪器，避免互相干扰。
实验三运算放大器应用综合实验
一、实验目的
1、了解运算放大器的基本使用方法，学会使用通用型线性运放μA741。
2、应用集成运放构成基本运算电路——比例运算电路，测定它们的运算关系。
3、掌握加法、减法运算电路的构成、基本工作原理和测试方法。
4、学会用运算放大器组成单门限电压比较器和滞回比较器。
5、掌握单门限电压比较器和滞回比较器的传输特性。
二、预习要求
1、集成电路运算放大器的主要参数。
2、同相比例、反相比例电路的构成以及输出、输入之间的运算关系。
3、加法、减法电路的构成及运算关系。
4、用运算放大器组成单门限电压比较器和滞回比较器的电路结构。
5、门限电压的估算及输入、输出波形的测量。
三、实验设备及仪器
模拟电子技术实验台、数字存储示波器、数字万用表、函数信号发生器、数字交流毫伏表。
四、实验内容及步骤
（一）运放的线性应用——比例及加减法电路实验
1、反相比例运算
反相比例运算电路如图3.1所示，按图接线。
根据表3.1给定的ui值，测量对应的uo值并记入表3.1中。
并用示波器观察输入Vi和输出Vo波形及相位。
理论值：
注意：
①当Vi为直流信号时，ui直接从实验台上的-5～+5V直流电源上获取，用数字直流电压表分别测量ui、uo。
②当ui为交流信号时，ui由函数信号发生器提供频率为1kHz正弦波信号，用交流毫伏表分别测量ui、uo。
（下同）
图3.1反相比例运算电路
表3.1测量结束后，将Rf改为电位器Rp，观察输入ui一定，调节Rp，输出的变化规律。
表3.1反相比例参数测量
直流信号（mV）
1KHz正弦信号（mVrms）
ui
200
-200
500
-500
100
200
300
500
实测值uo
理论值uo
实测|AV|
2、同相比例运算
同相比例运算电路如图3.2所示，根据表3.2给定的ui值，测量对应的uo值并记入表3.2中。
并用示波器观察输入ui和输出uo波形及相位。
理论值：
uO＝（1＋Rf／R3）ui=11ui。
图3.2同相比例运算电路
表3.2测量结束后，将Rf改为电位器Rp，观察输入ui一定，调节Rp，输出的变化规律。
表3.2同相比例参数测量
直流信号（mV）
1KHz正弦信号（mVrms）
ui
200
-200
500
-500
100
200
300
500
实测值uo
理论值uo
实测|AV|
3、加法运算
加法运算原理电路如图3.3。
根据表3.3给定的ui1、ui2值，测量对应的uo值，并记入表3.3中。
理论计算：
uo=-Rf/R3（ui1+ui2）=-10（ui1+ui2），对于反相输入满足的条件是R3=R4。
ui1、ui2输入直流时，分别从两路-5～+5V可调直流电源电压获取。
ui1、ui2输入交流正弦信号时，将电源板上的正弦输出信号分别加载到扩展板Rp3、Rp4电位器上下两端，两个电位器中间端分别输出ui1、ui2，用数字交流毫伏表测量输出符合要求即可。
图3.3加法运算电路（反相输入）
表3.3加法电路测量
信号源
直流信号源（V）
1KHz正弦信号（Vrms）
ui1
0
0.2
0.2
-0.6
-0.2
0
0.1
0.1
0.2
0.3
ui2
0.1
0.1
-0.3
0.2
-0.3
0.05
0.05
0.1
0.1
0.2
实测值Vo
计算值Vo
测试完成表3.3后，可以改为同相输入方式的加法电路，自拟测试表格比较。
4、减法运算
减法运算原理电路如图3.4所示。
根据表3.4给定的ui1、ui2值，测量对应的uo值，并记入表3.4中。
理论计算：
uo=（1+Rf/R3）ui1-Rf/R3ui2=11ui1-10ui2。
图3.4减法运算电路
ui1、ui2输入直流时，分别从两路-5～+5V可调直流电源电压获取。
ui1、ui2输入交流正弦信号时，将电源板上的正弦输出信号分别加载到扩展板Rp3、Rp4电位器上下两端，两个电位器中间端分别输出ui1、ui2，用数字交流毫伏表测量输出符合要求即可。
表3.4减法电路测量
信号源
直流信号源（V）
1KHz正弦信号（Vrms）
ui1
1.0
0.8
0.6
-0.2
-0.2
0
0.5
0.5
0.2
ui2
1.2
0.6
-0.5
0.4
-0.5
0.5
0
0.2
0.5
实测值uo
计算值uo
（二）运放的非线性应用——比较器实验
1、单门限电压比较器电路原理如图3.5所示。
图3.5单门限电压比较器
按图3.5电路接线。
ui为f＝500Hz，最大值为5V的正弦波（由函数信号发生器提供），uf分别为0V、2V、－2V（uf从实验台电源板-5～+5V可调直流电源上获取），用双踪示波器观察ui、uo的波形和读出门限电压uT、ui和uo峰－峰值电压，将其波形、数据记入表3.5中，并画出其传输特性。
表3.5单门限电压比较器参数测试
基准电压uf（V）
0
2
－2
电压值
门限电压uT（V）
ui峰－峰值（V）
uo峰－峰值（V）
波形
传输特性
uT为uo与ui在垂直方向上的交点。
3、滞回比较器电路原理如图3.6所示。
图3.6滞回比较器
①ui接入-5～+5V可调直流电源，先调节比较器输出电压Vo为负值，缓慢调节ui使uo由负变正，此时的ui值为上门限电压uT+，测出上门限电压uT+和输出电压uo；继续调节ui，使|ui|增大，观察uT+和uo有无变化。
②ui接入-5～+5V可调直流电源，先调节比较器输出电压uo为正值，缓慢调节ui使uo由正变负，此时的ui值为下门限电压uT—，测出下门限电压uT－和输出电压uo；继续调节ui，使|ui|增大，观察uT+和uo有无变化。
将数据记入表3.6中。
表3.6滞回比较器的门限特性
输入电压ui（V）
门限电压uT（V）
输出电压uo（V）
正突变电压值
负突变电压值
uT＋
uT－
uOH
uOL
③ui接f＝500Hz，最大值为6V的正弦波（由函数信号发生器提供），用双踪示波器观察ui、uo的波形，读出上、下门限电压、ui和uo峰值电压，将其波形和数据记入表3.7中，并画出其传输特性。
表3.7滞回比较器的电压转输特性
电压值
输入、输出波形
传输特性
最大值ui（V）
6
uT＋（V）
uT－（V）
uOH（V）
uOL（V）
五、要求与思考
1、如果将ui继续加大（如ui≥1V），uo是否符合比例运算，按比例系数增大？
为什么？
2、在加、减法电路中，如果ui1、ui2为交流信号，且频率不同，用交流毫伏表测出的数据是否符合加、减法运算关系，如果此时用示波器观察输出波形，将出现什么现象？
实验中ui1、ui2分别从信号源和电源板上获取不同频率的正弦信号，测试验证。
3、如何用现有的元器件组成同相加法电路，画出电路图并写出输出函数式uo＝f（ui1、ui2）。
4、将图3.5中的ui、uf对调，其输入、输出波形、传输特性有什么变化？
5、电压比较器中的运放通常工作在什么状态（负反馈、正反馈或开环）？
一般它的输出电压是否只有高电平和低电平两个稳定状态？
6、迟滞比较器的传输特性为什么具有迟滞特性？
7、整理实验数据，并对实测数据和理论计算数据进行比较和分析，说明实测数据和理论计算数据之间出现的误差原因。
实验四信号产生及有源滤波实验
一、实验目的
1、学习RC桥式正弦波振荡电路的组成及振荡条件。
2、学会设计、调试RC桥式正弦波振荡电路和测量电路输出波形的频率、幅度。
3、学习由集成运放组成的有源滤波电路。
4、学习测量有源滤波器的幅频特性。
5、学习设计电路。
二、预习要求
1、预习RC桥式正弦波振荡电路的构成，工作原理、了解各元器件的作用。
2、RC桥式正弦波振荡电路的起振条件、频率的计算。
3、有源滤波的分类及二阶有源滤波电路特性。
三、实验设备及仪器
模拟电子技术实验台、数字存储示波器、数字万用表、函数信号发生器、数字交流毫伏表。
四、实验内容及步骤
（一）正弦波发生器实验
1、图4.1为RC桥式正弦波振荡电路。
电路由放大器和反馈网络组成。
图4.1RC桥式正弦波振荡电路
2、有稳幅环节的文氏电桥振荡器
①如图，此时R＝R1＝R3＝10kΩ、C＝C1＝C3＝0.01μF。
接通电源，用示波器观察有无正弦波电压uo输出。
若无输出，可适当调节RP，使uo为无明显失真、稳定的正弦波。
用示波器和毫伏表测量uo、uf的峰－峰值、有效值和输出频率fo，并填入表4.1和表4.2中。
表4.1基本RC正弦波振荡电路
uo（V）
升级会员 