西工大模电实验报告完整版.docx
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西北工业大学
电子技术基础实验报告
班级：
10011007
姓名：
王振
学号：
2010302554
组别：
王振、张彬彬
实验一：
晶体管单级放大电路
一、实验目的
（1）掌握晶体管放大器静态工作点的测试和调整方法，观察静态工作点的对放大器输出的影响
（2）测量放大器的放大倍数、输出电阻，输入电阻
二、实验原理
如图所示：
1.静态工作点的调整和测量
（1）输入端加入1KHz、幅度为10mV的正弦波，如图所示。
当按照上述要求搭接好电路后，用示波器观察输出。
静态工作点具体调整步骤如下：
现象
出现截止失真
出现饱和失真
两种失真都出现
无失真
动作
减小
增大
减小输入信号
加大输入信号
根据示波器上观察到的现象，做出不同的调整动作，反复进行，使示波器所显示的输出波形达到最大不失真。
（2）撤掉信号发生器，使输入信号电压，用万用表测量三极管的三个极分别对地的电压，，根据算出.将测量值记录于下表，并与估算值进行比较。
理论估算值
实际测量值
4.31v
4.78v
3.61v
1.17v
3.61mA
4.164V
4.957V
3.499V
1.458V
3.515mA
2.电压放大倍数的测量
（1）输入信号为1kHz、幅度为10mV的正弦信号，输出端开路时，示波器分别测出，的大小，然后算出电压放大倍数。
数据如下：
=-727.023mV
=9.907mV
A1==-72.81
（2）输出端接入2k的负载电阻Rl,保持输出电压不变，测出此时的输出电压，并算出此时的电压放大倍数，分析负载对放大电路的影响。
数据如下：
=-385.414mV
=9.977mV
Av==-38.3
（3）用示波器双踪观察和的波形，比较相位关系。
相位互差180度
3、输入电阻和输出电阻的测量
（1）用示波器分别测出电阻两端的电压和，便可算出放大电路的输入电阻的大小，如图所示:
图
（1）负载开路时的电路图
（2）接入负载时的电路
（2）根据测得的负载开路时的输出电压，和接入负载时的输出电压，便可算出放大电路的输出电阻。
放大电路动态指标测试、计算结果如下：
理论估算值
实际测量值
参数
负载开路
10mv
900mv
90
2.1k
2k
10mv
727mv
72.7
2.2k
2.0k
Rl=
10mv
450mv
45
2.1k
2k
9.9mv
385mv
38.6
2.2k
1.78k
rbe=200+（1+β）26/3.61=639Ω
4、测量最大不失真输出电压
调节信号发生器输入电压Vi的大小，直到输出波形刚要出现失真瞬间即停止增大Vi，这时示波器所显示的正弦电压Vom，即为放大电路最大不失真输出电压，记下此时输出电压的大小。
不断加大输入电压，发现出现饱和失真，在临界条件下
测得Vom=-1.638V
三、实验分析
静态工作点的理论估算值和实际测量值之间的误差原因：
1）近似认为ICQ=IEQ，使得VCEQ偏小，IC偏大；
2）近似计算三极管的体电阻为特定值，此特定值偏大；
3）忽略三极管的极间电阻和极间电容；
4）选用的元件有一定的精度差别，使得结果略有偏差。
实验二：
多级负反馈放大器的研究
一、实验目的
（1）掌握用仿真软件研究多级负反馈放大电路。
（2）学习集成运算放大器的应用，掌握多级集成运放电路的工作特点。
（3）研究负反馈对放大器性能的影响，掌握负反馈放大器性能指标的测试方法。
1.测试开环和闭环的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、反馈网络的电压反馈系数和通频带；
2.比较电压放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带在开环和闭环时的差别；
3.观察负反馈对非线性失真的改善。
二、实验原理
1.实验原理及电路
在电子电路中，将输出量（输出电压或输出电流）的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其输入量（放大电路的输入电压或输入电流）的措施称为反馈。
若反馈的结果使净输入量减小，则称之为负反馈；反之，称之为正反馈。
若反馈存在于直流通路，则称为直流反馈；若反馈存在于交流通路，则称为交流反馈。
交流负反馈有四种组态：
电压串联负反馈；电压并联负反馈；电流串联负反馈；电流并联负反馈。
若反馈量取自输出电压，则称之为电压反馈；若反馈量取自输出电流，则称之为电流反馈。
输入量、反馈量和净输入量以电压形式相叠加，称为串联反馈；以电流形式相叠加，称为并联反馈。
在分析反馈放大电路时，“有无反馈”决定于输出回路和输入回路是否存在反馈支路。
“直流反馈或交流反馈”决定于反馈支路存在于直流通路还是交流通路；“正负反馈”的判断可采用瞬时极性法，反馈的结果使净输入量减小的为负反馈，使净输入量增大的为正反馈；“电压反馈或电流反馈”的判断可以看反馈支路与输出支路是否有直接接点，如果反馈支路与输出支路有直接接点则为电压反馈，否则为电流反馈；“串联反馈或并联反馈”的判断可以看反馈支路与输入支路是否有直接接点，如果反馈支路与输入支路有直接接点则为并联反馈，否则为串联反馈。
引入交流负反馈后，可以改善放大电路多方面的性能：
提高放大倍数的稳定性、改变输入电阻和输出电阻、展宽通频带、减小非线性失真等。
实验电路如图1所示，该放大电路由两级运放构成的反相比例器组成，在末级的输出端引入了反馈网路Cf、Rf2和Rf1，构成了交流电压串联负反馈电路。
图1：
多级集成运放负反馈放大电路
2.放大器的基本参数：
1）开环参数
将反馈之路的A点与P点断开、与B点相连，便可得到开环时的放大电路。
由此可得出，开环时的放大电路的电压放大倍数AV、输入电阻Ri、输出电阻Ro、反馈网路的电压反馈系数Fv和通频带BW，即：
式中：
VN为N点对地的交流电压；Vo’为负载RL开路时的输出电压；Vf为B点对地的交流电压；fH和fL分别为放大器的上、下限频率，其定义为放大器的放大倍数下降为中频放大倍数的时的频率值，即
2）闭环参数
多级负反馈放大电路的闭环电压放大倍数AVf、输入电阻Rif、输出电阻Rof和通频带BWf的理论值，即
测量放大电路的闭环特性时，应将反馈电路的A点与B点断开、与P点相连，以构成反馈网络。
此时需要适当增大输入信号电压Vi，使输出电压Vo（接入负载RL时的测量值）达到开环时的测量值，然后分别测出Vi、VN、Vf、BWf和Vo’（负载RL开路时的测量值）的大小，并由此得到负反馈放大电路闭环特性的实际测量值为
上述所得结果应与开环测试时所计算的理论值近似相等，否则应找出原因后重新测量。
在进行上述测试时，应保证各点信号波形与输入信号为同频率且不失真的正弦波，否则应找出原因，排除故障后再进行测量。
三．实验内容
（1） 根据电路画出实验仿真电路图。
电路图如图2所示。
其中，得到的波特图绘制仪的命令为“SimulateInstrumentBodePlotter”。
图2：
多级集成运放负反馈放大电路
（2）调节J1，使开关A端与B端相连，测试电路的开环基本特性
1）将信号发生器输出调为1kHz、20mV（峰峰值）正弦波，然后接入放大器的输入端到网络的波特图，如图3所示。
图3：
多级集成运放网络函数发生器设置及开环波特图
2）保持输入信号不变，用示波器观察输入和输出的波形。
如图4所示。
图4：
输入信号和输出信号的波形（其中，A为输入，B为输出）
3）接入负载RL，用示波器分别测出Vi、VN、Vf、Vo，记入表1中。
见表1。
4）将负载RL开路，保持输入电压Vi的大小不变，用示波器测出输出电压Vo’记入表1中。
见表1。
5）从波特图上读出放大器的上限频率fH与下限频率fL记入表1中。
见表1。
（3）调节J1，使开关A端与P端相连，测试电路的闭环基本特性。
1）将信号发生器输入调为1kHz、20mV（峰峰值）正弦波，然后接入放大器的输入端，得到网络的波特图。
如图5
图5：
多级集成运放网络闭环波特图
2）接入负载RL，逐渐增大输入信号Vi，使输入电压Vo达到开环时的测量值，见图6。
然后用示波器分别测出Vi、VN和Vf的值，记入表格。
见表1。
图6：
闭环时调节Vi，使输出电压与开环输出电压相同
3）将负载RL开路，保持输入电压Vi的大小不变，用示波器分别测出Vo’的值，记入表中。
见表1。
4）闭环式放大器的频率特性测试同开环时的测试，即重复开环测试（5）步。
5）有上述结果并根据公式计算出闭环时的Avf、Rif、Rof和Fv的实际值，记入表中。
见表1
6）由波特图测出上下限频率，计算通频带BW。
由表1可得，开环通频带BW=41.25KHZ，闭环通频带理论值BWF=122.86KHZ，闭环通频带实际测量BW=151.18KHZ。
Vi
/mV
VN
/mV
Vf
/mV
V’0
/V
V0
/V
A’v
A’vf
Av
Avf
Ri
Rif
/Ω
RO
ROf
/Ω
FV
FL
/Hz
Fh
/KHZ
开环测试
9.993
0.871
21.087
1.990
1.648
199.1
164.9
11K
975
0.012
1.525
41.246
理论计算
-------
------
------
------
------
58.7
55.3
32.7K
287
-------
0.512
122.86
闭环测试
33.487
21.700
22.460
1.749
1.655
52.2
49.4
28.4K
267
0.013
0.549
151.18
表1：
负反馈放大电路仿真测试数据
四、实验数据分析
1）计算通频带。
解：
开环时BW==41.25kHz
闭环时BW==151.18kHz
2）比较电压放大倍数AV、输入电阻Ri、输出电阻Ro和通频带BW在开环闭环时的差别，得到相应结论。
答：
由表1可得，开环电压放大倍数大于闭环电压放大倍数，开环输入电阻小于闭环输入电阻，开环输出电阻大于闭环输出电阻，开环通频带BW小于闭环通频带BW。
实验三、功率放大器
一、实验目的
熟悉集成功率放大器的工作原理，掌握测试集成功率放大器性能指标的方法，体会功率放大器的作用。
二、实验原理
（1）在放大器的输出端，电压、电流和功率三者都是相互伴随而同时存在的，以提供负载足够大的的功率为主要目标的放大器，称为功率放大器，简称“功放”。
其作用就是把信号进行功率放大，提供不失真的一定功率的信号，当负载一定时，要求功率放大器输出功率尽可能大，输出非线性失真尽可能小。
其应用十分广泛，如驱动扬声器、电机、计算机显示器和电视机扫描偏转线圈等，都是功率放大器的应用实例。
（2）功率放大器的基本参数有：
1）直流电源供给功率PE。
直流电源供给功率，是指在功率放大器中直流电源实际输出的功率。
在实际应用中，直流电源的输出电流I随着输入信号的幅度而变化。
因此，通常可以在放大器的输入端施加一稳定幅值的信号测量。
PE=VCC×I
2）最大不失真输出功率Pom。
最大不失真输出功率，是指在加大输入信号，直至输出电压波形临界失真时的输出功率。
Pom=Vom2RL（Vom为有效值）
3）电路的最大效率η
η=PomPE
4）功率放大器的增益AV
AV=20lgVoVidB
5）功率放大器的带宽。
对于一般的交流放大电路，输出幅值随输入信号频率的的变化称为幅频特性。
在一个较宽的频率范围内，幅频特性曲线是平坦的，即若放大器的输入电压幅值不变，在此范围内输出电压值不随输入信号的频率而变化。
保持输入信号幅值不变，降低输入信号的频率，当输出电压降至曲线平坦部分电压值的0.707倍时的输入信号的频率称为下限频率，记为fL。
保持输入信号的幅值不变，升高输入信号的频率，当输出电压下降至曲线平坦部分电压值的0.707倍时的输入信号频率称为上限频率，记为fH。
fL和fH之间的频率范围，称为放大器的通频带或带宽BW。
BW=fH-fL
三、实验内容
实验室操作部分
1.如图所示接好实验电路：
2.测试输入信号及输出波形
3.在输入端加1kHz，峰峰值是20mV的正弦波信号，调节滑动变阻器，逐渐加大输入电压的幅值，直至用示波器观察到的波形为临界失真（即输出信号最大）为止。
用示波器测出和，读出此时稳压电源所指的和电流I，算出和η，并将结果填入表3.1-2中。
4.用波特图绘制仪绘出网络的波特图，由波特图读出功率放大器的
四、实验结果
功率放大器测试数据记录
fH=16.173KHzfL=20.309Hz
VCC（V）
I（mA）
η
R=8.2Ω
125.604
4.070
30.21
12
60.2
0.722
0.478
66.2%
796
实验四、集成运算放大器的基本应用
一．实验目的
（1）了解掌握有几成运算放大器组成的比例、加法、减法、和积分等基本运算电路的功能。
（2）掌握集成运放放大器的基本应用，为综合应用奠定基础。
（3）进一步熟悉仿真软件的应用。
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器件。
当外界接入线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活实现各种特定的函数关系。
在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
在大多数情况下，将运放看成是理想的，有以下三条基本结论:
（1）开环电压增益Av=∞。
（2）运算放大器的两个输入端电压近似相等，即V﹢=V﹣，成为虚短。
（3）运算放大器同相和反相两个输入端电流可视为0，成为虚断。
1.基本运算电路
（1）反向加法运算电路。
电路如下图所示：
输出电与输入电压之间的关系为：
VO=-R4R1Vi1+R4R2Vi2，R3=R1//R2//R4
当R2=R1=R4时，VO=-（Vi1+Vi2）。
（2）积分运算电路。
电路如下所示：
在理想条件下，输出电压VO等于VOt=-1R2CVidt+VC（0）
式中VC（0）是t=0时刻电容C两端的电压值，即为初始值。
如果Vi 是幅值为E的阶跃电压，并设VC（0）=0，则VOt=-1R2C0tEdt=-ER2Ct
即输出电压VO和时间成正比。
显然RC的数值越大，达到给定的VO值的所需时间更长。
积分输出电压所能达到的最大值受集成运算放大器最大输出范围的限制。
三．实验步骤
1.加法电路
在图2.7-3中：
R1,R2,R3,Rf的阻值分别取10千欧，20千欧，6.2千欧，100千欧。
Vi1=100mv,Vi2=200mv（峰峰值），Vi1和Vi2均为频率为1kHz的正弦信号，使输出的波形不失真，观察并记录结果。
2.减法电路
在图2.7-4中：
R1,R2,R3,Rf的阻值分别取10千欧，10千欧，100千欧，100千欧。
输入Vi1=200mv，Vi2=500mv（峰峰值）频率均为1kHz的正弦信号，使输出波形不失真，观察并记录结果。
3.积分电路
在图2.7-5中：
R1,R2,C的阻值分别取10千欧，30千欧，0.01uf。
输入为方波，频率为1kHz，幅度Vpp=100mv，观察输出波形幅度，与理论值进行比较。
四．实验结果和讨论
1.加法电路
输出波形：
测量到的数据：
Vi1=49.974mvVi2=99.948mvVom=1.016V（峰值）
理论数据：
Vi1=50mvVi2=100mv（峰值）
经计算：
Vom=1V
2.减法电路
输出波形：
测量到的数据：
Vi1=99.996mvVi2=249.916mvVom=1.508V（峰值）
理论数据：
Vi1=100mvVi2=250mv（峰值）
经计算：
Vom=1.5V
3.积分电路
输出波形：
测量到的数据：
Vi=50.000mvVom=123.818mV（幅度）
理论数据：
Vi=50.000mvVom=125mV
实验五、RC文氏电桥振荡器
一、实验目的
（1）学习RC正弦波振荡器的组成及其震荡条件。
（2）学会测量、调试振荡器。
二、实验原理
文氏电桥振荡电路又称RC串并联网络正弦波振荡电路，它是一种较好的正弦波产生电路，适用于频率小于1MHz，频率范围宽，波形较好的低频振荡信号。
从结构上看，正弦波振荡器是没有输入信号的，为了产生正弦波，必须在放大电路中加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。
但是，这样两部分构成的振荡器通常是得不到正弦波的，这是由于正反馈量很难控制，故还需要加入一些其它电路。
如图4.1-1所示，是用运算放大器组成的文氏电桥RC正弦波震荡电路：
图4.1-1
图中R1，R2，R5构成负反馈支路，R3，R4，C1，C2的串并联选频网络构成正反馈支路并兼做选频网络，二极管构成稳幅电路。
调节电位器R5可以改变负反馈的深度，以满足振荡电路的振幅条件和改善波形。
二极管D1，D2要求温度稳定性好且特性匹配，这样才能保证输出波形正负半周对称，同时接入R2以消除二极管的非线性影响。
若R3=R4，C1=C2，则振荡频率为f0=1/2πRC，正反馈的电压与输出电压同相位（此为电路振荡的相位平衡条件），且正反馈的系数为1/3。
为满足电路的起振条件，放大器的电压放大倍数AV>3，其中AV=1+RP/R1，RP=R5+R2。
由此可得出当RP>2R1时，可满足自激振荡的振幅起振条件。
在实际应用中RP略大于R1，这样既可以满足起振条件，又不会因为过大而引起波形严重失真。
此外，若对所有的频率成分不加选择的反馈放大，则无法输出正弦信号。
为了输出单一的正弦波，还必须进行选频，仅仅使某一频率的正弦信号被放大和反馈形成震荡，而使其它的频率成分被抑制。
由于振荡的频率为f0=1/2πRC，故在电路中可变换电容来进行振荡的频率的粗调，可用电位器代替R3，R4来进行频率的细调。
电路起振后，由于元件参数的不稳定性，如果电路增益增大，输出幅度将越来越大，最后由于二极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。
反之，如果增益不足，则输出幅度减小，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。
图中负反馈支路的两个二极管即为自动限幅元件，主要利用二极管的正向电阻随所加电压而改变的特性，来自动调节负反馈深度。
三、实验内容
（1）按照实验电路图连接好仿真电路。
（2）结合图4.1-1，启动仿真按钮，用示波器观察有无正弦波的输出。
若无输出，可调节R5使得VO波形为无明显失真的正弦波，并观察VO的值是否稳定。
用毫伏表测量VO和Vf的有效值和频率，并将结果记录至表4.1-1：
（3）调节电位器Rp使输出波形幅值最大且不失真，分别测出输出电压Vo并将结果记录至表4.1-2中，分析振荡的幅值条件。
四、实验结果
表4.1-1
C1=C2=0.01μF
601.676mV
1.807V
1
C1=C2=0.02μF
601.997mV
1.808V
1
表4.1-2
起振
振幅最大且不失真
临界失真
Rp
4.1kΩ
6.1kΩ
9.0kΩ
VO
920.028mV
1.807V
6.894V
正弦波振荡电路由四部分组成，即放大电路.反馈网络.选频网络和稳幅环节。
（1）放大电路具有一定的电压放大倍数．其作用是对选择出来的某一频率的信号进行放大。
（2）反馈网络是反馈信号所经过的电路，其作用是将输出信号反馈到输入端，引入自激振荡所需的正反馈。
（3）选频网络其作用是选出指定频率的信号，以便使正弦波振荡电路实现单一频率振荡。
选频网络分为LC选频网络和RC选频网络。
（4）稳幅环节具有稳定输出信号幅值的作用，以便使电路达到等幅振荡，因此稳幅环节是正弦波振荡电路的重要组成部分。
2.断开二极管，电路失去限幅能力，一旦开始振荡，稍微增大放大器的增益，便会达到放大器的最大输出幅值，无法完成实际的应用。
实验六：
有源滤波器
一．实验目的
（1）掌握在仿真情况下测试滤波器的波特图与上限频率
（2）掌握滤波器上限频率的测试方法，了解滤波器在实际中的应用
二．实验原理
滤波器是具有频率选择功能的电路，它允许一定频率范围内的信号通过，而对不需要传送的频率范围的信号实现有效的抑制，从而“过滤掉”不需要的频率信号，理想的滤波器通带内具有均匀而稳定的增益，而在通带以外则具有无穷大的衰减。
滤波器在通信、电子工程、仪器仪表等领域中有着极其广泛地应用。
根据滤波器通带和阻带的不同，滤波器可以分为低通、高通、带通、带阻和全通等类型（本实验采用低通滤波器为例）
由于引入反馈的程度不同，即使是同一种类型的滤波器，其幅频响应曲线和相频曲线也会有较大的差别。
有巴特沃兹滤波器、契比雪夫了滤波器、贝塞尔滤波器和椭圆滤波器之分。
巴特沃兹滤波器具有最平坦的通带，但过渡带不够陡峭；切比雪夫滤波器带内有起伏，但过渡带比较陡峭；贝塞尔滤波器过渡带宽而且不陡，但具有限形象频特性；椭圆滤波器通带和阻带内都有起伏，过渡带陡峭。
可以根据不同的需求来设计所需的滤波器的特性。
滤波器的主要技术指标有通带和阻带以及相应的带宽，通带指标有通带的上限频率和通带传输系数。
阻带指标通常为对外带传输系数的衰减速度。
通带的上限频率f’H为滤波器增益比通带增益下降3dB时的频率。
增益Av:
传输系数：
根据表1选择电容，表中的频率，对低通滤波器，指的是上限频率；对高通滤波器，指的是下线频率；对带通滤波器，指的是中心频率。
表1滤波器的工作频率与电容取值的对应关系
f/Hz
10-102
102-103
103-104
104-105
105-106
C
1-01.uf
0.1-0.01uf
104-103pf
103-102
102-10pf
自然频率:
本实验中传输系数为
本实验中阻尼系数选为
本实验选取C1=0.039uf,C2=0.01uf,R1=10k,R2=51k,R3=510k,R4=33k。
实验电路图如图1所示：
图1：
有源滤波器电路
三．实验步骤
（1）根据图1电路图,画出滤波部分仿真电路图如图2所示。
其中得到波特图绘制仪的命令为“Simulate–>Instrument->BodePlott
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