模拟电子技术基础实验.docx

模拟电子技术基础实验.docx

《模拟电子技术基础实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电子技术基础实验.docx（28页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

模拟电子技术基础实验

模拟电子技术基础实验

实验一常用电子仪器的使用

实验二常用电子元件的识别与检测

实验三放大器静态工作点和电压放大倍数的测量

实验四放大器输入、输出电阻和频率特性的测量

实验五射极跟随器

实验六负反馈放大电路

实验七差动放大电路

实验一常用电子仪器的使用

一、实验目的

1、了解示波器的工作原理，初步掌握用示波器观察信号波形和测量波形参数的方法。

2、了解低频信号发生器和低频毫伏表的工作原理，初步学会正确使用这两种基本仪器。

二、实验仪器及器材

双踪示波器低频信号发生器低频毫伏表

三、实验原理

示波器、信号发生器和低频毫伏表是测量、调试电子线路的基本常用仪器，几乎每次实验都要用到这些仪器，能够熟练地、正确地使用这些仪器，是做好电子线路实验的保证。

下面分别介绍这些仪器的一般工作原理和使用方法。

示波器及其应用

示波器是一种可以定量观测电信号波形的电子仪器。

由于它能够在屏幕上直接显示电信号的波形，因此人们形象地称之为“示波器”。

如果我们将普通示波器的结构和功能稍加扩展，便可以方便地组成晶体图示仪、扫频仪和各种雷达设备等。

若借助于相应的转换器，它还可以用来观测各种非电量，如温度、压力、流量、生物信号（能够转换成电信号的各种模拟量）等。

示波器的种类繁多，分类方法也各不相同。

如按照示波管的不同来分，示波器可分为单线示波器和双线示波器；按照其功能不同来分，示波器又可分为通用示波器和专用示波器两大类；按显示方式不同也可分为单踪示波器、双踪示波器和多踪示波器。

此外，示波器还有存贮示波器和非存贮示波器之分。

现代的示波器正朝着高宽带、高精度、高性能价格比和多通道、多功能、智能化的方向发展。

下面，以通用示波器为例介绍示波器的一般工作原理和使用方法。

1．示波器的基本组成

虽然示波器的种类很多，但无论哪种类型的示波器，一般都包含有示波管、垂直（Y轴）放大系统、水平（X轴）放大系统、扫描发生器、触发同步电路和直流电源等六大基本组成部分，其基本结构方框图如图1.1所示。

图1.1示波器的基本组成

垂直放大系统用来放大被测信号，水平放大系统用来放大扫描电压或X轴输入信号，以保证Y、X偏转板有足够的偏转电压，满足示波管偏转灵敏度的要求，达到能明显地观察到荧光屏上光点位移的目的。

为了使示波器既能观察微弱信号又能不失真地大信号，Y轴放大系统的输入级有一组衰减器（称为“Y轴衰减”，又称“Y轴灵敏度“），用来衰减大信号。

其前置放大级具有很大的输入阻抗，使示波器对被测信号电路的影响很小而且放大倍数可以调节，称为“Y轴微调”。

扫描发生器用来产生幅度与时间成线性关系的锯齿波电压，此电压经X放大器加到示波管（CRT）的X轴偏转板，使电子束形成水平扫描。

触发同步电路为锯齿波电压产生电路提供触发脉冲。

触发脉冲要有一定的幅度、宽度、陡度和极性，并于被测信号有严格的同步关系，。

因此，在使用中，同步电路的选择与调节项目很多，有触发源选择、触发方式选择、触发极性选择、耦合方式选择与触发电平调节等多项选择与调节。

示波管是示波器的核心部件，用于显示电压信号的波形。

2．示波器显示波形的原理

1）波形的显示

如果在示波管的垂直偏转板和水平偏转板上加上不同的电压

和

，则电子束将作不同的偏转，示波器的荧光屏上将会显示不同的波形。

具体情况如下：

①若两对偏转板上均不加任何信号（即

），或两对偏转板分别为等电位，则光点出现在荧光屏的中心位置，不产生任何偏转。

②若垂直偏转板加上正弦电压，而水平偏转板不加电压（即

t，

），则光点沿垂直方向随

的变化而偏转。

光点的轨迹为一条垂直线，其长度正比于

的峰峰值。

反之，若

t，

则荧光屏上显示一条水平线。

③如果

t，则电子束同时受到两对偏转板电场力的作用，光点沿X轴和Y轴的合成方向运动，其轨迹为一条斜线。

④若

t，

为一个与

相同周期的锯齿波电压（

），则在荧光屏上可真实地显示

的波形。

可见，如果在示波器垂直偏转板上加上被测信号电压，而在水平偏转板上加上理想的锯齿波扫描电压，则荧光屏上将显示出被测信号的波形。

四、实验内容

1．用示波器观察信号波形

1）观察不同频率的信号波形

将低频信号发生器的输出信号电压调节为2V，接至示波器的“Y轴输入”。

调节示波器，分别观察频率为1kHZ、15kHZ、200kHZ的正弦信号。

要求荧光屏上显示出高度为6div并有三个完整周期的稳定正弦波。

2）观察扫描信号频率大于被测信号频率时的信号波形

低频信号发生器输出信号电压幅度同上，频率为4kHZ，调节示波器，使荧光屏上显示一个完整周期的正弦波。

固定示波器的“t/div”和“扫描微调”位置，改变低频信号发生器输出信号频率分别为2kHZ和1kHZ，观察并分析这三种频率时的信号波形。

2．用示波器和低频毫伏表测量交流信号的电压

用示波器和低频毫伏表同时测量低频信号发生器的输出电压。

信号发生器的输出电压，可用低频毫伏表准确测出。

调节信号发生器输出信号的频率为1kHZ，然后改变“输出调节”和变换“输出衰减”挡，使输出信号电压分别为3V、0.3V、100mV（用低频毫伏表监测），再用示波器测量这些电压，将结果填入表1-1中，并加以比较。

表1-1

信号发生器“输出衰减”挡

低频毫伏表读数（V）

示波器测量电压峰-峰值（V）

示波器测量电压有效值（V）

3．用示波器测量信号的周期与频率

将信号发生器输出电压固定为某一数值。

用示波器分别测量信号发生器的频率指示为1kHZ、5kHZ、100kHZ时的信号周期T，并换算出相应的频率值

，记入表1-2中。

为了保证测量的精度，应使屏幕上显示波形的一个周期占有足够的格数；或测量2~4个周期的时间，再取其平均值。

表1-2

信号发生器的频率指示（kHZ）

1

5

100

“扫描时间”标称值（t/div）

一个周期占有水平方向的格数

信号周期T（

）

信号频率

（HZ）

五、思考题

1．用示波器观察波形时，要达到如下要求，主要应调节哪些旋钮？

①波形清晰；②亮度适中；③波形位置移动；④波形稳定；⑤改变波形个数；⑥改变波形高度。

2．用一台完好的示波器观察信号波形时，若产生下列现象，请解释其可能的原因？

①荧光屏上看不到亮点。

②荧光屏上只显示一条垂直线。

③荧光屏上出现与屏幕上、下边界相接的不太亮的垂线，如下图（a）。

④荧光屏上出现与屏幕左、右边界相接的不太亮的曲线，如下图（b）。

（a）（b）

荧光屏显示的不正常波形

3．为什么不能使示波管上长时间显示固定亮点？

实验二常用电子元件的识别与检测

一、实验目的

掌握常用电子元件的识别知识与检测技术。

二、实验仪器

数字式万用表、指针式万用表

三、实验原理

Ⅰ电阻器

1、电阻器的分类

常用的电阻器种类很多，一般分为固定电阻器和可变电阻器两大类。

固定电阻器是指电阻器的阻值固定不变，而可变电阻器的阻值可根据需要在一定范围内进行调节。

固定电阻器（简称电阻）可根据制作材料和工艺的不同，分为碳膜、金属膜、线绕式等不同类型。

可变电阻器可分为半可调电阻器和电位器两类。

半可调电阻器是指电阻值虽然可以调节，但在使用时经常固定在某一阻值上的电阻器。

这种电阻器一经装配，其阻值就固定在某一数值上。

电位器是通过旋转轴来调节阻值的可变电阻器。

2、电阻器的型号及命名

电阻器的型号很多，根据国家标准（GB2470）规定，国产电阻器的型号由四个部分组成。

第一部分用字母表示产品名称，如R表示电阻，W表示电位器。

第二部分用字母表示产品制作材料，如用T表示碳膜，用J表示金属膜，用X表示线绕等，如表1-1所示。

表1-1电阻器材料与字母对照表

符号

H

I

J

N

S

T

X

Y

材料

合成膜

玻璃

釉膜

金属膜

无机实心

有机实心

碳膜

线绕

氧化膜

第三部分用数字或字母表示产品分类，如表1-2和表1-3所示。

表1-2电阻产品分类与数字对照表

数字

1

2

3

4

5

6

7

8

9

产品

分类

普通

普通

超高频

高阻

高温

—

精密

高压

特殊

表1-3电阻产品分类与字母对照表

字母

G

T

W

D

产品分类

高功率

可调

—

第四部分用数字表示产品序列号。

例如RJ-1表示精密金属膜电阻，RXT-2表示可调线绕电阻。

3、电阻器的主要性能指标

1）允许偏差

允许偏差是指电阻器的标称阻值与实际阻值之差。

在电阻器的生产过程中，由于技术原因实际电阻值与标称电阻值之间难免存在偏差，因而规定了一个允许偏差参数，也称为精度。

常用电阻器的允许偏差分别为±5%、±10%、±20%，对应的精度等级分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级。

我国电阻器的标称阻值有E6、E12、E24、E48、E96、E192几种系列，其中E6、E12、E24比较常用，如表1-4所示。

标称值不连续分布，若将表中各数乘10

可得到不同阻值的电阻器，如1.1×10

为1.1KΩ的电阻器。

电位器的允许偏差、精度等级系列和标称阻值系列与电阻器相同，其差别是电位器的标称阻值是指电位器的最大值。

表1-4电阻器参数值

系列

允许偏差

标称值

精度等级

E24

±5%

1.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.0

3.33.63.94.34.75.15.66.26.87.58.29.1

Ⅰ

E12

±10%

1.01.21.51.82.22.73.33.94.75.66.88.2

Ⅱ

E6

±20%

1.01.52.23.34.76.8

Ⅲ

2）额定功率

额定功率是指在一定的条件下，电阻器能长期连续负荷而不改变性能的允许功率。

额定功率的大小也称为瓦（W）数的大小，如1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、3W、5W、10W、20W，一般用数字印在电阻器的表面上。

如果无此标示，可由电阻器的体积大致判断其额定功率的大小。

如1/8W电阻器的外型尺寸长为8mm、直径为2.5mm；1/4W电阻器的外型尺寸长为12mm、直径为2.5mm。

电位器额定功率的意义与电阻器相同。

4、电阻器的识别方法

电阻器的主要参数（标称阻值和允许误差）可标在电阻器上，以供识别。

国内电阻器的标志法为

1）固定电阻器的常用标志方法有以下三种：

*直接标志法。

直接标志法是指将电阻器的主要参数和技术性能指标直接印制在电阻器表面上。

它适用于体积较大（大功率）的电阻。

使用时，可从电阻器表面直接读出它的电阻值及允许误差。

*文字符号法。

文字符号法是用字母和数字符号用规律的组合来表示标称电阻值。

其规律是：

符号位（K、M、G）表示电阻值的数量级别，如标识为5K7中的K表示电阻值的单位为kΩ（千欧），符号前面的数字表示电阻值整数部分的大小，符号位后面的数字表示小数点后面的数值，即该电阻的阻值为5.7kΩ。

文字符号法一般在大功率电阻器上应用较多，具有识读方便、直观的特点。

*色码带标志法。

用色码带标志的电阻器上有3个或3个以上的色码带（也称色环）。

最靠近电阻器一端的第一条色码带的颜色表示第一位数字；第二条色码带的颜色表示第二位数字；第三条色码带的颜色表示乘数；第四条色码带的颜色表示允许误差。

如果有五条色码带，其中第一、第二、第三条色码带表示第一、第二、第三位数，第四条表示乘数，第五条表示允许误差。

色码带标志法在家用电器和音像设备中的电阻器上应用极为广泛。

部分进口电阻器及常使用的碳膜电阻器均采用这种标志方法。

在识读时，一定要看清最靠近电阻器一端的第一条色码带，否则会引起误读。

四条色码带的电阻器色标符号规定见表1-5所示。

表1-5电阻器色标符号规定

颜色

第一条色码环

第二条色码环

第三条色码环

（倍乘）

第四条色码环

黑

0

0

×10

—

棕

1

1

×10

—

红

2

2

×10

—

橙

3

3

×10

—

黄

4

4

×10

—

绿

5

5

×10

—

蓝

6

6

×10

—

紫

7

7

×10

—

灰

8

8

×10

—

白

9

9

×10

—

金

—

—

×10

±5%

银

—

—

×10

±10%

本色

—

—

—

±20%

例：

某一电阻器最靠近某一端的色码带按顺序排列分别为红、紫、橙、金色。

查阅表1-5可知该电阻器的阻值为27kΩ，允许误差为±5%。

2）电位器的标志法

电位器一般采用直标法，把材料性能、额定功率和标称阻值直接印制在电位器的外型上，也有用冲压方法直接冲压的。

标志内容分为四部分：

第一部分为主称，用字母W表示；第二部分为导体材料，用字母表示；第三部分为性能形状，用字母表示；第四部分为序号，用数字表示。

其后用数字及单位直接标明电位器的额定功率和标称阻值及电位器阻值变化特性。

电位器各部分字母的意义如表1-6所示。

表1-6电位器各部分字母的意义

第一部分

（主称）

第二部分

（导体材料）

第三部分

（性能形状）

第四部分（序号）

字母

意义

字母

意义

字母

意义

数字

W

电位器

T

J

H

Y

S

X

D

碳膜

金属膜

合成膜

氧化膜

实心

线绕

导电塑料

G

R

W

J

X

高功率

耐热

微调

精密

小型

例如，“WH1374.7KΩ”表示合成膜电位器，阻值为4.7kΩ。

进口电位器的标志也采用直标法。

5、电阻器的检测

用万用表（指针式或数字式）测量电阻器是测量阻值和判别其质量好坏的最简易方法。

测量方法如下（以MF-47为例）：

1）检查电池。

2）机械调零。

3）选择倍率挡。

4）电阻挡调零。

5）测量电阻。

Ⅱ、二极管

1、二极管的分类

半导体二极管的种类很多，按材料分，有锗二极管、硅二极管和砷化镓二极管等；按结构分，有点接触二极管和面接触二极管等；按工作原理分，有隧道、雪崩、变容二极管等；按用途分，有检波、整流、开关、稳压、发光二极管等。

2、命名规则

根据国家标准GB249-89，半导体二极管的型号由五部分组成：

第一部分用数字2表示二极管。

第二部分用字母表示材料和极性。

二极管型号材料和极性部分字母含义

字母

A

B

C

D

含义

N型，锗材料

P型，锗材料

N型，硅材料

P型，硅材料

第三部分用字母表示类型。

二极管型号类型部分字母含义

字母

含义

字母

含义

字母

含义

P

普通管

Z

蒸馏管

U

光电器件

V

微波管

L

蒸馏堆

K

开关管

W

稳压管

S

隧道管

B

雪崩管

C

参量管

N

阻尼管

第四部分用数字表示序号。

第五部分用字母表示规格。

3、二极管的简易测量

用指针式万用表测试二极管

①二极管的好坏及电极的判别。

用万用表的RΧ1K挡，用红、黑两表笔分别接触二极管的两个电极，测出其正、反向电阻值，一般二极管的正向电阻为几十欧到几千欧，反向电阻为几百千欧以上。

正、反向电阻差值约大约好，至少应相差百倍为宜。

若正、反向电阻都为零，则管子内部短路；若正、反向电阻都为∞，则管子内部开路；若正、反向电阻接近，则管子性能差。

用上述测法测得阻值较小的那次，黑表笔所接触的电极为二极管的正极，另一端为负极。

这是因为在磁电式万用表的欧姆挡，黑表笔接表内电池的正端，红表笔接表内电池的负端。

②二极管类型的判别。

经验证明，用500型万用表的RΧ1K挡测二极管的正向电阻时，硅管为6∽20kΩ，锗管为1∽5kΩ。

用2.5V或10V电压挡测二极管的正向导通电压时，一般锗管的正向电压为0.1V∽0.3V，硅管的正向电压为0.5V∽0.7V。

注意：

用不同类型的万用表或同一类型的万用表的不同量程去测二极管的正向电阻时，所得结果是不同的。

用数字式万用表测试二极管

①极性判别。

将数字式万用表置于二极管挡，红表笔插入“V•Ω”插孔，黑表笔插入“COM”插孔，这时红表笔接表内电源正极，黑表笔接表内电源负极。

将两只笔分别接触二极管的两个电极，如果显示溢出符号“1”，说明二极管处于截止状态；如果显示在1V以下，说明二极管处于正向导通状态，此时与红表笔相接的是管子的正极，与黑表笔相接的是负极。

②好坏的测量。

将数字式万用表置于二极管挡，红表笔插入“V•Ω”插孔，黑表笔插入“COM”插孔。

当红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极时，显示值在1V以下；当黑表笔接二极管的正极，红表笔接二极管的负极时，显示溢出符号“1”，说明被测二极管正常。

若两次测量均显示溢出，则表示二极管内部断路。

若两次测量均显示“000”，则表示二极管已击穿短路。

③硅管与锗管的测量。

量程开关位置及表笔插法同上，红表笔接被测二极管的正极，黑表笔接负极，若显示电压在0.5V∽0.7V，说明被测管是硅管；若显示电压在0.1V∽0.3V，说明被测管是锗管。

用数字式万用表判断二极管类型是，不宜用电阻挡进行测量，因为数字式万用表电阻挡所提供的测量电流太大，而二极管是非线性元件，其正、反向电阻与测试电流的大小有关，所以，用数字式万用表测出来的电阻值与正常值相差极大。

Ⅲ、三极管

1、三极管的分类

按所用的半导体材料来分，晶体三极管有硅管和锗管两种；按三极管的导电极性来分，硅管和锗管均有NPN和PNP两种；按三极管的工作频率来分，有低频管和高频管两种（工作频率大于3MHz以上的为高频管）；按三极管的功率来分，有小功率管和大功率管两种。

2、三极管的型号及命名

国产晶体三极管的型号及命名

国产晶体三极管的型号及命名通常由以下四部分组成：

①第一部分，用“3”表示三极管的电极数目。

②第二部分，用A、B、C、D字母表示三极管的材料和极性。

其中“A”表示三极管为PNP型锗管，“B”表示三极管为NPN型锗管，“C”表示三极管为PNP型硅管，“D”表示三极管为NPN型硅管。

③第三部分，用字母表示三极管的类型。

X表示低频小功率管，G表示高频小功率管，D表示低频大功率管，A表示高频大功率管。

④第四部分，用数字和字母表示三极管的序号和挡级，用于区别同类三极管器件的某项参数的不同。

现举例说明如下：

3AX31A—PNP低频小功率锗三极管

3DG6A—NPN高频小功率硅三极管

3DD102B—NPN低频大功率硅三极管

3AD30C—PNP低频大功率锗三极管

3AA1—PNP高频大功率锗三极管

国外晶体三极管的型号及命名

国外晶体三极管的型号及命名大都按各国标准而定，国内合资企业的产品有不少是采用同类国外产品的型号，可视作国外同类产品应用。

由于国外产品型号复杂，一般不必去记住其明明方法，只要记住常用几个品种的特性，需要时查阅相关资料即可。

3、常用晶体三极管的β值色点识别

晶体三极管外壳上常标以不同颜色的色点，以表明管子的

（约为β）值的范围，其分挡如下：

-15

-25

-40

-55

-80

-120

-180

-270

-400

-

色标

棕

红

橙

黄

绿

蓝

紫

灰

白

黑

4、晶体三极管的简易测试

利用万用表来简易测试晶体三极管

①判断基极和管子类型

由于三极管的基极对集电极和发射极的正向电阻都较小，据此，可先找出基极。

将万用表拨在RΧ100或RΧ1K挡上，当红表笔接触某一电极时，将黑表笔分别与另外两个电极接触，如果两次测得的电阻值均为几十至上百千欧的高电阻时，则表明该管为NPN型管，且这时红表笔所接触的电极为基极b。

同理，如用黑表笔接触某一电极时，将红表笔分别与另外两个电极接触，如果两次测得的电阻值均为几百欧姆的低电阻，则表明该管仍然为NPN型管，且这时黑表笔所接触的电极为基极b。

反之，当红表笔接触某一电极时，将黑表笔分别与另外两个电极接触，如果两次测得的电阻值均为几百欧姆的低电阻时，则表明该管为PNP型管，且这时红表笔所接触的电极为基极b。

②判断集电极和发射极

从三极管的结构原理图上看，似乎发射极e和集电极c并无区别，可以互换使用，其实，二者的性能差别非常悬殊，这是因为两边的掺杂浓度不一样的缘故。

正确使用了发射极e和集电极c时，三极管的放大能力强；反之，则非常弱。

根据这一点，就可以把管子的e、c极区别开来。

在判别出管型和基极b的基础上，任意假定一个电极为e极，另一个为c极，对于PNP型管，将红表笔接假定的c极，黑表笔接e极，再用手同时捏住管子的b、c极，注意不要将两极直接相碰，同时注意万用表指针向右摆动的幅度，然后使假设的e、c极对调，再次进行测量，若第一次观测时的摆动幅度大，则说明对e、c极的假设是对的，若第二次观测时的摆动幅度大，则说明第二次的假设是对的。

对于NPN型管，我们也可以采用同样的方法来处理。

上述判别电极方法的原理是：

利用万用表欧姆挡内部的电池，给三极管的c、e极加上电压，使之具有放大能力，用手同时捏住b、c极时，相当于用人体电阻代替基极偏置电阻

，就等于从三极管的基极b输入一个微小的电流，此时万用表指针向右摆动的幅度就间接反映出其放大能力的大小，从而可正确地判别出e、c极来。

Ⅳ、电容器

四、实验内容（略）。

实验三放大器静态工作点和电压放大倍数的测量

一、实验目的

1、熟悉电子元器件和模拟电路实验箱的使用方法。

2、掌握放大器静态工作点的测试方法及其对放大器性能的影响。

3、学习放大器AV的测量方法及RL对AV的影响。

二、实验仪器及器材

双踪示波器信号发生器交流毫伏表数字万用表模拟电路实验箱

三、实验原理

四、实验内容及方法

图3-1

1、装接电路

①用万用表判断实验箱上三极管V1的极性和好坏、放大倍数以及电解电容C的极性和好坏。

②按图3-1连接线路（注意接线前先测量+12V电源，关断电源后再接线），将RP调到电阻最大位置。

③接线后仔细检查，确认无误后接通电源。

2、静态调整

调整RP，使VE=2.2V，计算并填表3-1。

表3-1

实测

实测计算

VBE（V）

VCE（V）

RP（кΩ）

IB（μA）

IC（mA）

3、动态研究

①调节信号发生器，使其频率为1KHZ，并且Vi=10mV，接到放大器输入端，用双踪示波器观察Vi、Vo的波形，并比较它们的相位。

②保持输入信号频率不变，逐渐加大幅度，观察Vo不失真时的最大值并填表3-2。

表3-2RL=∞

实测

实测计算

Vi（mV）

Vo（V）

AV

③保持Vi=10mV不变，放大器接入负载RL，在改变RL数值情况下测量，并将计算结果填表3-3。

表3-3

实测

实测计算

RL

Vi（mV）

Vo（V）

AV

5K1

330

④保持Vi=5mV不变，增大和减小RP，观察Vo波形变化，测量并填表3-4。

表3-4

RP值

VB

VC