山东建筑大学模拟电子技术实验指导书.docx

资源描述

山东建筑大学模拟电子技术实验指导书.docx

《山东建筑大学模拟电子技术实验指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山东建筑大学模拟电子技术实验指导书.docx（49页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

山东建筑大学模拟电子技术实验指导书.docx

山东建筑大学模拟电子技术实验指导书

模拟电子技术实验指导书

山东建筑大学信息与电气工程学院

前言

一、实验目的

《模拟电子技术》是高等学校理工科各专业的一门实践性很强的专业基础课。

模拟电子实验作为该课程的重要教学环节，对培养学生理论联系实际的学风，培养学生研究问题和解决问题的能力，培养学生的创新能力和协作精神，提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力具有重要的作用。

通过该课程的实验环节，使学生得到模拟电子基本实践技能的训练，学会运用所学理论知识判断和解决实际问题，加深和扩大理论知识；学会常用芯片.电子元件等基本实验设备的原理及使用方法；能根据要求合理布线和正确连接实验线路，能分析并排除实验中出现的故障；能运用理论知识对实验现象.结果进行分析和处理；能根据要求，进行简单电路的设计，并正确选择合适的电路元件及适用的元件设备。

二、实验前预习

每次实验前，学生须仔细阅读本实验指导书的相关内容，明确实验目的.要求；明确实验步骤.测试数据及需观察的现象；复习与实验内容有关的理论知识；预习元件的使用方法.操作规程及注意事项；做好预习要求中提出的其它事项。

三、实验注意事项

1、实验开始前，应先检查本组的元器件设备是否齐全完备，了解元件使用方法结构及线路的组成和接线要求。

2、实验时每组同学应分工协作，轮流接线、记录、操作等，使每个同学受到全面训练。

3、接线前应将元件合理布置，然后按电路图接线。

实验电路走线、布线应简洁明了，便于测量。

4、完成实验系统接线后，必须进行复查，按电路逐项检查各芯片、元器件的位置、极性等是否正确。

确定无误后，方可通电进行实验。

5、实验中严格遵循操作规程，改接线路和拆线一定要在断电的情况下进行。

绝对不允许带电操作。

如发现异常声.味或其它事故情况，应立即切断电源，报告指导教师检查处理。

6、测量数据或观察现象要认真细致，实事求是。

使用仪器仪表要符合操作规程，切勿乱调旋钮.档位。

注意仪表的正确读数。

7、未经许可，不得动用其它组的仪器设备或工具等物。

8、实验结束后，实验记录交指导教师查看并认为无误后，方可拆除线路。

最后，应清理实验桌面，清点仪器设备。

9、爱护公物，发生仪器设备等损坏事故时，应及时报告指导教师，按有关实验管理规定处理。

10、自觉遵守学校和实验室管理的其它有关规定。

四、实验总结与实验报告要求

每次实验后，应对实验进行总结，即实验数据进行整理，绘制波形和图表，分析实验现象，撰写实验报告。

实验报告除写明实验名称、日期、实验者姓名、同组实验者姓名外，还包括：

1、实验目的；

2、实验仪器、设备、电子元器件（名称、型号）；

3、实验原理；

4、实验主要步骤及电路图；

5、实验记录（测试数据、波形.、现象）；

6、实验数据整理（按每项实验的"实验报告要求"进行计算、绘图、误差分析等）；

7、回答每项实验的有关问答题。

实验一单MOSFET管电压放大电路

一、实验目的

1、学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。

2、掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。

3、熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。

二、实验原理

1、图1.1左半部分为MOSFET场效应管放大器实验电路图。

它的偏置电路采用电位器RW1和电阻R3组成，电路中在源极接有电阻R5、R6以稳定放大器的静态工作点。

当在放大器的输入端加入输入信号ui后，在放大器的输出端便可得到一个与ui相位相反，幅值被放大了的输出信号uo，从而实现了电压放大（电阻R5还有交流负反馈作用）。

10k

100

RW1

50k

100

20k

RW2

50k

47k

R10

R11

100

R12

R13

100μF

10μF

100μF

+12V

JP1

JP2

JP3

JP4

JP5

JP6

JP7

IN1’

IN1

图1.1单MOSFET管电压放大电路

2、放大器静态工作点的测量与调试

（1）静态工作点的测量

测量放大器的静态工作点，应在输入信号ui＝0的情况下进行，即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量MOSFET管的漏极电流ID、栅极电位UG、源极电位US。

注意在实验中，为了避免断开漏极，采用测量电压UR4然后算出ID的方法，为了避免测量电压UG时静电损坏MOS管，通过测量电位器滑动端的电位来代替UG。

（2）静态工作点的调试

静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。

如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时uo的负半周将被削底，如图1.2（a）所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即uo的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图1.2（b）所示。

这些情况都不符合不失真放大的要求。

所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的输入电压ui，检查输出电压uO的大小和波形是否满足要求。

如不满足，则应调节静态工作点的位置。

（a）饱和失真（b）截止失真

图1.2静态工作点对uo波形失真的影响

通常多采用调节偏置电阻RW1的方法来改变静态工作点。

上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如输入信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。

所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。

如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。

4、放大器动态指标测试

放大器动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压（动态范围）和通频带等。

（1）电压放大倍数AV的测量

调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压ui，在输出电压uo不失真的情况下，在示波器上直接读出测出ui和uo的峰峰值Uipp和UOpp，则

（2）输入电阻Ri的测量

为了测量放大器的输入电阻，按图2.3电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，在放大器正常工作的情况下，测出US和Ui，则根据输入电阻的定义可得

图1.3输入、输出电阻测量电路

测量时应注意下列几点:

①由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量R两端电压UR时必须分别测出US和Ui，然后按UR＝US－Ui求出UR值。

②电阻R的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与Ri为同一数量级为好，本实验可取R＝10kΩ。

（3）输出电阻R0的测量

按图1.3电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载RL的输出电压UO和接入负载后的输出电压UL，根据

即可求出

在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。

（4）最大不失真输出电压UOPP的测量（最大动态范围）

如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。

为此在放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RW（改变静态工作点），用示波器观察uO，当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图1.4）时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。

然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出UO（有效值），则动态范围等于

。

或用示波器直接读出UOPP来。

图1.4静态工作点正常，输入信号太大引起的失真

三、实验仪器、设备与器件

1．＋12V直流电源　　　　　　2．函数信号发生器

　　3．双踪示波器　　　　　　　　4．交流毫伏表

5．直流电压表6．直流毫安表

　　7．频率计　　　　　　　　　8．万用电表

　　9．MOSFET管2N7000、电阻器、电容器若干

四、实验内容及步骤

实验电路如图1.1所示。

1、调试静态工作点

断开JP2、JP3、JP4、JP5、JP7，短接JP1、JP6，接通＋12V电源。

调节RW1，使UG＝5V（即RW1滑动输出端电位=5V），用直流电压表测量UD、US。

记录并计算表1.1中的内容。

表1.1UG＝5V

测量值

计算值

Ucc

UG（V）

UD（V）

US（V）

UGS（V）

UDS（V）

ID（mA）

2、测量电压放大倍数

调节函数信号发生器输出频率为1kHz、2Vpp的正弦信号，加入放大器输入端IN1′（红夹接IN1′端，黑端接地），用示波器观察放大器输入电压ui和输出电压uo波形（波形应该不失真），并在示波器上读取无负载电阻R7与有（短接JP2）负载电阻R7两种情况下的uipp和uopp值，并计算电压放大倍数AV。

用双踪示波器观察uo和ui的相位关系，记入表1.2。

表1.2UG＝5V

R4（kΩ）

R7（kΩ）

ui（mVpp）

uo（mVpp）

无负载电阻uo和ui波形

∞

3.测量输出电阻

保持UIN不变，根据第2步测量的接入负载R7＝2kΩ和断开R7时的输出电压UL及Uo值计算Ro值。

4、测量输入电阻

保持UG＝5V，断开JP1，（参看图1.1），将f＝1kHz的正弦信号加入到IN1’点，输入信号uIN1保持在20mVpp，然后再测量uIN1’，记入表2.6中，计算Ri值。

表1.3　UG＝5.6VuIN1＝20mVpp

uIN1’

（mvpp）

uIN1

（mvpp）

Ri（kΩ）

Ro（kΩ）

测量值

理论值

测量值

计算值

5、观察静态工作点对输出波形失真的影响

在有（短接JP2）负载电阻R7在条件下，逐步加大输入信号（uIN1’＝15Vpp），使输出电压uo足够大但不失真，然后保持输入信号不变。

然后分别慢慢增大和减小RW1，使波形出现失真，绘出uo的波形，并测出失真情况下的UG和UDS值，记入表1.4中。

注意每次测UG和UDS值时都要将信号源的输出置零。

表1.4

UG（V）

UDS（V）

u0波形

失真情况

管子工作状态

6、测量最大不失真输出电压

在有（短接JP2）负载电阻R7在条件下，同时调节输入信号的幅度和电位器RW（UG=5.7V），用示波器测量uOPP及uO值，记入表1.5。

表1.5RC＝2KR7＝2K

UG（V）

ui（mvpp）

uo（mV）

uOPP

五、实验总结

1、列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值比较（取一组数据进行比较），分析产生误差原因。

2、总结R4、R7及静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。

3、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。

实验二差动放大器

一、实验目的

1、加深对差动放大器性能及特点的理解。

2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法。

二、实验原理

图2.1是差动放大器的基本结构。

它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。

当开关K拨向左边时，构成典型的差动放大器。

调零电位器RP用来调节T1、T2管的静态工作点，使得输入信号Ui＝0时，双端输出电压UO＝0。

RE为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。

图2.1差动放大器实验电路

当开关K拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。

它用晶体管恒流源代替发射极电阻RE，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。

1、静态工作点的估算

典型电路

（认为UB1＝UB2≈0）

恒流源电路

2、差模电压放大倍数和共模电压放大倍数

当差动放大器的射极电阻RE足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数Ad由输出端方式决定，而与输入方式无关。

双端输出:

　RP在中心位置时，

单端输出

当输入共模信号时，若为单端输出，则有

若为双端输出，在理想情况下

实际上由于元件不可能完全对称，因此AC也不会绝对等于零。

3、共模抑制比KCMRR

为了表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大作用和对共模信号制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比

三、实验仪器、设备与器件

1.±12V直流电源　2.函数信号发生器

3.双踪示波器　　　　　　　4.交流毫伏表

5.直流信号源6.万用表或直流电压表

7.晶体三极管3DG6×3（或9011×3），要求T1、T2管特性参数一致。

电阻器、电容器若干。

四、预习要求

1、根据实验电路参数，估算具有恒流源的差动放大器的静态工作点及差模电压放大倍数（取β1＝β2＝100）。

2、测量静态工作点时，放大器输入端A、B与地应如何连接？

3、实验中怎样获得双端和单端输入差模信号？

怎样获得共模信号？

画出A、B端与信号源之间的连接图。

4、怎样进行静态调零？

用什么仪表测UO？

5、怎样用交流毫伏表测双端输出电压UO？

五、实验内容及步骤

将图2.1电路中开关K拨向右边，构成具有恒流源的差动放大电路。

1、测量静态工作点

①调节放大器零点

将放大器输入端A、B与地短接，接通±12V直流电源（UCC接+12V，UEE接-12V），用直流电压表测量输出电压UO，调节调零电位器RP，使UO＝0。

调节要仔细，力求准确。

②测量静态工作点

零点调好以后，用万用表测量T1、T2、T3管各电极电位，记入表2.1。

　表2.1

测量值

（V）

UC1

UB1

UE1

UC2

UB2

UE2

UC3

UB3

UE3

2、测量差模电压放大倍数

在实验台上分别调出+0.1V直流电压，接至放大器的输入端A和地端（A端接正，地端接负），调出-0.1V直流电压，接至放大器的输入端B和地端（B端接负，地端接正），再将实验台上的电源地端（COM端）与放大器的地端相连接。

即Ui1获得+0.1V直流电压信号，Ui2获得-0.1V直流电压信号。

用万用表分别测量UC1、UC2、UO，并计算Ad1、Ad2、Ad，填入表3.2中。

然后交换直流电压信号源，使Ui1获得-0.1V直流电压信号，Ui2获得+0.1V直流电压信号，再测UC1、UC2、UO，并计算Ad1、Ad2、Ad，填入表2.2中。

表2.2

输入方式

测量值（V）

计算值

UC1

UC2

Ad1

Ad2

Ac1

差模输入

Ui1=+0.1V

Ui2=-0.1V

Ui1=-0.1V

Ui2=+0.1V

共模输入

Ui1=+0.1V

Ui2=+0.1V

单端输入

Ui=+0.1V

1KHz正弦交流信号Ui=25mV

3、测量共模电压放大倍数

将放大器输入端A、B短接，调出+0.1V直流电压信号源接至输入端A与地之间，构成共模输入方式。

用万用表分别测量UC1、UC2、UO，并计算Ac1、Ac，填入表3.2中。

计算共模抑制比KCMRR=｜Ad1/Ac1｜。

4、在实验板上将B端接地（见图2.1），即组成单端输入方式，进行下列实验。

①将+0.1V直流信号电压，接至放大器的输入端A和地端，组成单端输入的差动放大器，用万用表测量单端及双端输出时的电压UC1、UC2、UO，并计算Ad1、Ad2、Ad，填入表2.2中。

②调节函数信号发生器，使之产生f=1kHz，Ui=25mV（有效值）的正弦交流信号，接至放大器输入A端和地端，用示波器观察输出端（集电极C1或C2与地之间）电压uC1和uC2波形，在输出电压无失真的情况下，用交流毫伏表测量UC1、UC2、UO之值，并计算电压放大倍数，记入表2.2中。

观察uC1、uC2与ui之间的相位关系。

六、实验总结

1、整理实验数据，列表比较实验结果和理论估算值，分析误差原因。

（1）静态工作点和差模电压放大倍数。

（2）单端输出时的KCMRR实测值与理论值比较。

2、比较uC1、uC2与ui之间的相位关系。

3、总结差动放大电路的特点及性能。

实验三负反馈放大器

一、实验目的

加深理解放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大器各项性能指标的影响。

二、实验原理

负反馈在电子电路中有着非常广泛的应用,虽然它使放大器的放大倍数降低，但能在多方面改善放大器的动态指标，如稳定放大倍数，改变输入、输出电阻，减小非线性失真和展宽通频带等。

因此，几乎所有的实用放大器都带有负反馈。

负反馈放大器有四种组态，即电压串联，电压并联，电流串联，电流并联。

本实验以电压串联负反馈为例，分析负反馈对放大器各项性能指标的影响。

1、图3.1为带有负反馈的两级阻容耦合放大电路，在电路中通过Rf把输出电压uo引回到输入端，加在MOSFET管的源极上，在源极电阻R5上形成反馈电压uf。

根据反馈的判断法可知，它属于电压串联负反馈。

主要性能指标如下

（1）闭环电压放大倍数

其中　AV＝UO／Ui——基本放大器（无反馈）的电压放大倍数，即开环电压放大倍数。

1＋AVFV——反馈深度，它的大小决定了负反馈对放大器性能改善的程度。

（2）反馈系数

（3）　输入电阻　

Rif＝（1＋AVFV）Ri

　　　　Ri　—基本放大器的输入电阻

10k

100

RW1

50k

100

20k

RW2

50k

47k

R10

R11

100

R12

R13

100μF

10μF

100μF

+12V

JP1

JP2

JP3

JP4

JP5

JP6

JP7

IN1’

IN1

图3.1带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器

（4）输出电阻　

　　RO—基本放大器的输出电阻

　　AVO—基本放大器RL＝∞时的电压放大倍数

（5）上限频率和下限频率

fHf=fH（1＋AVFV）fLf=fL（1/1＋AVFV）

其中fH、fL为不加反馈时的上、下限频率。

三、实验仪器、设备与器件

1.＋12V直流电源　　　　2.函数信号发生器

3.双踪示波器　　　　　　4.频率计

5.交流毫伏表　　　　　　6.万用表或直流电压表

7.MOSFET管、电阻器、电容器若干。

四、预习要求

1、复习教材中有关负反馈放大器的内容。

2、按实验电路3.1估算放大器的静态工作点。

3、估算基本放大器的AV、Ri和RO；估算负反馈放大器的AVf、Rif和ROf，并验算它们之间的关系。

4、如按深度负反馈估算，则闭环电压放大倍数AVf＝？

和测量值是否一致？

为什么？

5、如输入信号存在失真，能否用负反馈来改善？

五、实验内容及步骤

　1、调整并测量基本放大器的静态工作点

按图3.1连接实验电路（JP4断开，其余短路环接通），即电路为两级基本放大电路。

取UCC＝＋12V，Ui＝0，调整第一级电路中的电位器RW1，使UG=5V；调整第二级电路中的电位器RW2，使UC2=7V。

用直流电压表分别测量第一级、第二级的静态工作点，记入表3.1中。

表3.1

对地电位（V）

UG1

US1

UD1

UB2

UE2

UC2

测量值

5.03

2.80

6.91

3.52

2.76

7.03

2、测试基本放大器的各项性能指标

（1）　测量中频电压放大倍数AV和输出电阻RO。

①调节函数信号发生器，使之产生f＝1KHZ，UIN1’=1Vpp的正弦信号，加到放大器的输入端（IN1’端口），用示波器监视输出波形uO，在uO不失真的情况下，用示波器测量空载输出电压UO，并计算AV，记入表4.2。

②保持Ui不变，接入负载电阻R13=2KΩ，测量负载输出电压UOL，并计算AVL和RO，记入表4.2。

　表3.2

基本放大器

Ui（mvpp）

UO（Vpp）

UOL（Vpp）

AVL

RO（KΩ）

负反馈放大器

Ui（mvpp）

UO（Vpp）

UOL（Vpp）

AVf

AVLf

ROf（KΩ）

（2）　测量通频带

保持①中的Ui不变，然后增加和减小输入信号的频率，用示波器监测放大器的输出，找出上、下限频率fH和fL（UO下降为0.707UO时的频率），计算频带宽度BW，记入表3.3中。

3、测试负反馈放大器的各项性能指标

将反馈支路按图3.1接入电路（JP4接通），即电路为两级负反馈放大电路。

输入信号UIN1’仍为1Vpp、1KHz，在输出波形不失真的条件下，与前述方法一样分别测量负反馈放大器的UO、UOL,并计算AVf、AVLf、ROf,记入表3.2中。

增加和减小输入信号的频率，测量fLf和fHf，计算BWf，记入表3.3中。

表3.3

基本放大器

fL（KHz）

fH（KHz）

BW（KHz）

负反馈放大器

fLf（KHz）

fHf（KHz）

BWf（KHz）

4、观察负反馈对非线性失真的改善

（1）实验电路改接成基本放大器形式，在输入端加入f＝1KHz的正弦信号，输出端接示波器，逐渐增大输入信号的幅度（UIN1’=12Vpp），使输出波形开始出现失真，记下此时的波形和输出电压的幅度。

（2）再将实验电路改接成负反馈放大器形式，观察记录输出波形的变化。

六、实验总结

1、将基本放大器和负反馈放大器动态参数的实测值和理论估算值列表进行比较。

2、根据实验结果，总结电压串联负反馈对放大器性能的影响。

实验四基本运算电路的设计

一、实验目的

1、学习用集成运算放大器设计组成反相比例、同相比例、反相加法、减法、积分等基本运算电路，研究各种基本运算电路的功能。

2、会对所设计的电路进行连线、测试，分析是否达到设计要求。

3、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。

二、实验原理

集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。

当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。

在线性应用方面，可组

展开阅读全文