模拟电子线路实验指导书xin.docx
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模拟电子线路实验指导书xin
模拟电子线路实验指导书
福州大学物理与信息工程学院
目录
实验一 三种常用电子仪器的使用1
实验二 单管低频放大器的设计安装和调试5
实验三 负反馈放大器的设计和测量12
实验四 差分放大器16
实验五 集成运算放大器应用电路的设计与测量20
实验六 整流与稳压电路25
实验七 无变压器低频功率放大器27
实验一 三种常用电子仪器的使用
一、实验目的
1、学习电子电路实验中常用的电子仪器——示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表等的主要技术指标、性能及正确使用方法。
2、初步掌握用示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。
二、实验原理
在模拟电子电路实验中，经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表及频率计等。
它们和万用电表一起，可以完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试。
实验中要对各种电子仪器进行综合使用，可按照信号流向，以连线简捷，调节顺手，观察与读数方便等原则进行合理布局，各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图1－1所示。
接线时应注意，为防止外界干扰，各仪器的共公接地端应连接在一起，称共地。
信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线，示波器接线使用专用电缆线，直流电源的接线用普通导线。
图1－1模拟电子电路中常用电子仪器布局图
1、示波器
示波器是一种用途很广的电子测量仪器，它既能直接显示电信号的波形，又能对电信号进行各种参数的测量。
现着重指出下列几点：
1）、寻找扫描光迹
将示波器Y轴显示方式置“Y1”或“Y2”，输入耦合方式置“GND”，开机预热后，若在显示屏上不出现光点和扫描基线，可按下列操作去找到扫描线：
①适当调节亮度旋钮。
②触发方式开关置“自动”。
③适当调节垂直
（
）、水平（
）“位移”旋钮，使扫描光迹位于屏幕中央。
（若示波器设有“寻迹”按键，可按下“寻迹”按键，判断光迹偏移基线的方向。
）
2）、双踪示波器一般有五种显示方式，即“Y1”、“Y2”、“Y1＋Y2”三种单踪显示方式和“交替”“断续”二种双踪显示方式。
“交替”显示一般适宜于输入信号频率较高时使用。
“断续”显示一般适宜于输入信号频率较底时使用。
3）、为了显示稳定的被测信号波形，“触发源选择”开关一般选为“内”触发，使扫描触发信号取自示波器内部的Y通道。
4）、触发方式开关通常先置于“自动”调出波形后，若被显示的波形不稳定，可置触发方式开关于“常态”，通过调节“触发电平”旋钮找到合适的触发电压，使被测试的波形稳定地显示在示波器屏幕上。
有时，由于选择了较慢的扫描速率，显示屏上将会出现闪烁的光迹，但被
测信号的波形不在X轴方向左右移动，这样的现象仍属于稳定显示。
5）、适当调节“扫描速率”开关及“Y轴灵敏度”开关使屏幕上显示一～二个周期的被测信号波形。
在测量幅值时，应注意将“Y轴灵敏度微调”旋钮置于“校准”位置，即顺时针旋到底，且听到关的声音。
在测量周期时，应注意将“X轴扫速微调”旋钮置于“校准”位置，即顺时针旋到底，且听到关的声音。
还要注意“扩展”旋钮的位置。
根据被测波形在屏幕坐标刻度上垂直方向所占的格数（div或cm）与“Y轴灵敏度”开关指示值（v/div）的乘积，即可算得信号幅值的实测值。
根据被测信号波形一个周期在屏幕坐标刻度水平方向所占的格数（div或cm）与“扫速”开关指示值（t/div）的乘积，即可算得信号频率的实测值。
2、函数信号发生器
函数信号发生器按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。
输出电压最大可达
20VP－P。
通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮，可使输出电压在毫伏级到伏级范围内连续调节。
函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节。
函数信号发生器作为信号源，它的输出端不允许短路。
3、交流毫伏表
交流毫伏表只能在其工作频率范围之内，用来测量正弦交流电压的有效值。
为了防止过载而损坏，测量前一般先把量程开关置于量程较大位置上，然后在测量中逐档减小量程。
三、实验设备与器件
1、函数信号发生器2、双踪示波器
3、交流毫伏表4、直流电源
5、万用表
四、实验内容
1、直流稳压电源的使用。
使用万用表直流电压档，测量直流稳压电源的输出电压。
改变电源的输出电压，并相应调节万用表档位，万用表读数与电源输出读数的差别。
2、函数信号发生器的使用。
练习函数信号发生器前面板上各个旋钮、开关的使用，学习如何调节信号发生器的输出。
3、用交流毫伏表测量信号参数
调节函数信号发生器有关旋钮，使输出频率为1KHz，峰-峰值分别为0～20V之间的某个数值（信号发生器示值）的正弦波信号。
调整交流毫伏表至合适档位，测量信号发生器输出信号，将数据记入表1－1
表1－1
信号源输出电压（p-p）
毫伏表读数
峰-峰值（计算）
调节函数信号发生器有关旋钮，使输出信号峰-峰值为10V，频率分别为0～200KHz范围内若干个频率的正弦波信号。
调整交流毫伏表至合适档位，测量信号发生器输出信号，将数据记入表1－2
表1－2
f（Hz）
毫伏表读数
4、用示波器测量信号参数
调节函数信号发生器有关旋钮，使输出频率为1KHz，峰-峰值分别为0～20V之间的某个数值（信号发生器示值）的正弦波信号。
调整示波器，测量信号发生器输出信号，将数据记入表1－3.
表1－3
信号电压（p-p）
示波器测量值
档位（V/div）
峰-峰波形高度（格）
Vp-p（V）
有效值（V）
调节函数信号发生器有关旋钮，使输出信号峰-峰值为10V，频率分别为1KHz～200KHz范围内若干个频率的正弦波信号。
调整示波器，测量信号发生器输出信号，将数据记入表1－4。
表1－4
信号频率（Hz）
示波器测量值
档位（t/div）
一周期波形宽度（格）
T
f（Hz）
实验二 单管低频放大器的设计安装和调试
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
图2－1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。
它的偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE，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u0，从而实现了电压放大。
图2－1共射极单管放大器实验电路
在图2－1电路中，当流过偏置电阻RB1和RB2的电流远大于晶体管T的
基极电流IB时（一般5～10倍），则它的静态工作点可用下式估算
UCE＝UCC－IC（RC＋RE）
电压放大倍数
输入电阻
Ri＝RB1//RB2//rbe
输出电阻
RO≈RC
由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。
在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。
一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。
因此，除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。
放大器的测量和调试一般包括：
放大器静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。
1、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，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。
一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用
算出IC（也可根据
，由UC确定IC），
同时也能算出UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。
为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。
2） 静态工作点的调试
放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流IC（或UCE）的调整与测试。
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2－2（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2－2（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）（b）
图2－2静态工作点对uO波形失真的影响
改变电路参数UCC、RC、RB（RB1、RB2）都会引起静态工作点的变化，如图2－3所示。
但通常多采用调节偏置电阻RB2的方法来改变静态工作点，如减小RB2，则可使静态工作点提高等。
图2－3电路参数对静态工作点的影响
最后还要说明的是，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。
2、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，用交流毫伏表测出ui和uo的有效值Ui和UO，则
2） 输入电阻Ri的测量
为了测量放大器的输入电阻，按图2－4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，用交流毫伏表测出US和Ui，则根据输入电阻的定义可得
图2－4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＝1～2KΩ。
3） 输出电阻R0的测量
按图2-4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2－5）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2－5静态工作点正常，输入信号太大引起的失真
5） 放大器幅频特性的测量
放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数AU与输入信号频率f之间的关系曲线。
单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图2－6所示，Aum为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的
倍，即0.707Aum所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH，则通频带 fBW＝fH－fL
放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数AU。
为此，可采用前述测AU的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时应注意取点要恰当，在低频段与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。
此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变，且输出波形不得失真。
3DG9011（NPN）
3CG9012（PNP）
9013（NPN）
图2－6幅频特性曲线图2－7晶体三极管管脚排列
三、实验设备与器件
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、晶体三极管3DG6×1（β＝50～100）或9011×1（管脚排列如图2－7所示）
电阻器、电容器若干
四、实验内容
实验电路如图2－1所示。
各电子仪器可按实验一中图1－1所示方式连接，为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起，同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线，如使用屏蔽线，则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。
1、调试静态工作点
接通直流电源前，先将RW调至最大，函数信号发生器输出旋钮旋至零。
接通＋12V电源、调节RW，使IC＝1.0mA，用直流电压表测量UB、UE、UC及用万用电表测量RB2值。
记入表2－1。
表2-1IC＝1mA
测量值
计算值
UB（V）
UE（V）
UC（V）
RB2（KΩ）
UBE（V）
UCE（V）
IC（mA）
2、测量电压放大倍数
在放大器输入端加入频率为1KHz的正弦信号uS，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压Ui
10mV，同时用示波器观察放大器输出电压UL波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述三种情况下的UO值，记入表2－2。
表2－2Ic＝1.0mAUi＝10mV
UL（V）
AV
3、观察静态工作点对输出波形失真的影响
保持输入信号不变，分别增大和减小RW，使波形出现失真，绘出u0的波形。
表2－4
u0波形
失真情况
4、测量输入电阻和输出电阻
置IC＝1.0mA。
输入f＝1KHz的正弦信号，在输出电压uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出US，Ui和UL记入表2-6。
保持US不变，断开RL，测量输出电压Uo，记入表2-6。
表2-6 Ic＝1mA
US
（mv）
Ui
（mv）
Ri（KΩ）
UL（V）
UO（V）
R0（KΩ）
5、测量幅频特性曲线
取IC＝1.0mA，保持输入信号ui的幅度不变，改变信号源频率f，逐点测出相应的输出电压UO，记入表2－7。
表2－7Ui＝mV
flfofn
f（KHz）
UO（V）
AV＝UO/Ui
为了信号源频率f取值合适，可先粗测一下，找出中频范围，然后再仔细读数。
实验三 负反馈放大器的设计和测量
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4－1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，加在晶体管T1的发射极上，在发射极电阻RF1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。
图3－1带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器
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
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
2、本实验还需要测量基本放大器的动态参数，怎样实现无反馈而得到基本放大器呢？
不能简单地断开反馈支路，而是要去掉反馈作用，但又要把反馈网络的影响（负载效应）考虑到基本放大器中去。
为此:
1）在画基本放大器的输入回路时，因为是电压负反馈，所以可将负反馈放大器的输出端交流短路，即令uO＝0，此时Rf相当于并联在RF1上。
2） 在画基本放大器的输出回路时，由于输入端是串联负反馈，因此需将反馈放大器的输入端（T1管的射极）开路，此时（Rf＋RF1）相当于并接在输出端。
可近似认为Rf并接在输出端。
根据上述规律，就可得到所要求的如图4－2所示的基本放大器。
图3－2基本放大器
三、实验设备与器件
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、直流电压表
7、晶体三极管3DG6×2（β＝50～100）或9011×2
电阻器、电容器若干。
四、实验内容
1、 测量静态工作点
按图3－1连接实验电路，取UCC＝＋12V，Ui＝0，IC1＝1.0mA，IC2＝2.0mA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。
表3－1
UB（V）
UE（V）
UC（V）
IC（mA）
第一级
第二级
2、测试基本放大器的各项性能指标
将实验电路按图3－2改接，即把Rf断开后分别并在RF1和RL上，其它连线不动。
1） 测量中频电压放大倍数AV，输入电阻Ri和输出电阻RO。
①以f＝1KHZ，US约5mV正弦信号输入放大器，用示波器监视输出波形uO，在uO不失真的情况下，用交流毫伏表测量US、Ui、UL，记入表3－2。
②保持US不变，断开负载电阻RL（注意，Rf不要断开），测量空载时的输出电压UO，记入表3－2。
表3-2
基本放大器
US
（mv）
Ui
（mv）
UL
（V）
UO
（V）
AV
Ri
（KΩ）
RO
（KΩ）
负反馈放大器
US
（mv）
Ui
（mv）
UL
（V）
UO
（V）
AVf
Rif
（KΩ）
ROf
（KΩ）
2） 测量通频带
接上RL，保持1）中的US不变，然后增加和减小输入信号的频率，找出上、下限频率fh和fl，记入表3－3。
3、测试负反馈放大器的各项性能指标
将实验电路恢复为图3－1的负反馈放大电路。
适当加大US（约10mV），在输出波形不失真的条件下，测量负反馈放大器的AVf、Rif和ROf，记入表3－2；测量fhf和fLf，记入表3－3。
表3－3
基本放大器
fL（KHz）
fH（KHz）
负反馈放大器
fLf（KHz）
fHf（KHz）
实验四 差分放大器
一、实验目的
1、加深对差分放大器性能及特点的理解
2、学习差分放大器主要性能指标的测试方法
二、实验原理
图4－1是差分放大器的基本结构。
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4－1差分放大器实验电路
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，也是起到抑制零点漂移稳定静态工作点的作用。
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:
RE＝∞，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CMRR
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的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比
或
差动放大器的输入信号可采用直流信号也可采用交流信号。
本实验由函数信号发生器提供频率f＝1KHZ的正弦信号作为输入信号。
三、实验设备与器件
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、晶体三极管3DG6×3，要求T1、T2管特性参数一致。
（或9011×3）。
电阻器、电容器若干。
四、实验内容
1）测量静态工作点（开关K接电阻RE）
①调节放大器零点
信号源不接入。
将放大器输入端A、B与地短接，接通±12V直流电源，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，用直流电压表测量T1、T2管各电极电位及射极电阻RE两端电压URE，记入表4－1。
表4-1
测量值
UC1（V）
UB1（V）
UE1（V）
UC2（V）
UB2（V）
UE2（V）
URE（V）
2）测量差模电压放大倍数
①单端输入
断开直流电源，将函数信号发生器的输出端接放大器输入A端，地端接放大器地端，输入B端接地构成单端输入方式，调节输入信号为频率f＝1KHz的正弦信号，并使输出旋钮旋至零，用示波器监视输出端（集电极C1或C2与地之间）？
？
。
接通±12V直流电源，逐渐增大输入电压Ui（约20mV），在输出波形无失真的情况下，用交流毫伏表测Ui，UC1，UC2，记入表4－2中。
②双端输入
将函数信号发生器的输出端接放大器输入A端，地端接放大器输入B端，构成双端输入方式，重复单端模式下
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