《模拟电子技术》实验指导书.docx
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《模拟电子技术》实验指导书
《模拟电子技术》实验指导书
课程类型：
必修课
适应专业：
计算机科学与技术（软件工程、网络工程等相关方向）
总学时：
36学时（上课）
实验学时：
12（上机）
Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse
实验次数：
6
先修课程：
大学物理等
Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse
一、实验教学的目的和任务
模拟电子技术实验的目的是培养学生理论联系实际的能力，培养创新意识，提高学生的动手能力、设计能力、分析问题和解决问题的能力。
通过规范的实验操作训练，使学生学会操作常用的电子仪器设备，掌握基本的电子电路测量方法和调试的基本技能，加深对电子线路工作原理的理解和研究。
1.正确使用常用电子仪器。
如双踪示波器、信号发生器、稳压电源、交流毫伏表、万用电表等。
2.掌握电子电路的基本测试技术。
如电压放大倍数、输入及输出电阻、频率特性、脉冲波形参数的测量等。
3.初步具有分析、寻找和排除电子电路中常见故障的能力。
具有正确处理实验数据、分析误差的能力。
4.具有查阅电子器件手册的能力。
5.根据技术要求能选用合适的元器件，初步具有设计电子小系统并进行组装和调试的能力。
6.能独立写出严谨的、有理论分析的、实事求是的、文理通顺的、字迹端正的实验报告。
二、实验要求
实验前要具备一定的电气测量的基本知识，在实验中学会正确地使用电气测量仪表及电气设备，能独立完成实验接线、测试、正确选择测量仪器，能准确地读取、整理和分析实验数据，能写出完整的实验报告，在实验中掌握安全用电知识。
1.实验须知
1）实验前必须认真地预习实验教材，明确实验目的、内容及实验步骤和方法，并做好实验数据记录表格等一切准备工作。
教师要对实验预习情况抽查提问，抽查不合格者不得参加本次实验。
2）从准备接线到送电前要做好下列工作：
（1）注意设备容量、参数是否合适，工作电源电压不能超过额定值。
（2）合理布线。
布线原则是：
安全、方便、整齐、防止相互影响。
3）正确接线应遵守的原则：
（1）根据实验电路的特点，选择合理的接线步骤，一般是“先串后并”，“先分后合”或“先主后辅”。
（2）接线前先搞清楚电路图上的节点与实验电路中各元件的接头的对应关系。
（3）养成良好的接线习惯，导线的长短粗细要合适，防止接线短路，接线点不宜过于集中于某一点，电表接头上非不得已不接两根导线，接线松紧要适中。
（4）接线完毕后，必须认真检查，经指导教师检查同意后，方可接通电源进行实验。
在改接线路之前，必须切断电源，不得带电操作。
遵守“先接线后合电源，先断电源后拆线”的操作程序。
4）每做完一个实验，都要分析检查实验结果是否符合要求，有的要简单勾画曲线形状或趋势检查实验结果的合理性。
然后再请教师审查，教师同意后方可拆线；将所有仪器放回原处，才能离开实验室。
5）必须严格遵守实验室的一切规章制度。
6）分压器和调压器等可调设备的起始位置放在最安全处。
7）处理故障的一般步骤实验所用电源一般是可调的，实验时电压应从零缓慢上升，同时注意仪表指示是否正常，有无声响、冒烟、焦臭味及设备发烫等异常现象。
一旦发生上述之一异常现象，应立即切断电源，报告指导教师，共同分析故障发生的原因。
8）操作时要做到手合电源，眼观全局，先看现象，再读数据。
2.使用仪表
1）正确地选择仪表的种类、量限、准确度等级。
尽量减小测量仪表对被测电路工作状态的影响。
2）注意仪表刻度盘上的符号，弄清楚被测物理量是什么，如何正确连接，以免损坏仪表。
3）读数前要弄清仪表量限和刻度盘，读数时姿势要正确，要求“眼、针、影成一线”，合理取舍有效数字（最后一位为估算数字）。
3.实验报告
实验报告是实验工作的总结，它是在整理、分析和计算实验结果的基础上，将实验结果完整和真实地表达出来。
实验报告要简明扼要，文理通顺，字迹端正，图表清晰，结论正确，分析合理，讨论深入。
实验报告一般应包括：
1）实验题目；
2）实验目的；
3）实验原理与内容；
4）实验电路图，在图中标明各电量的正方向；
5）实验数据及计算结果；
6）曲线或相量图及实验结果的分析处理（包括结论、体会与意见）；
7）回答问题。
三、实验项目
实验一：
晶体二极管和三极管的测试
实验二：
三极管基本放大电路
实验三：
射极输出器
实验四：
负反馈放大电路
实验五：
集成运算放大线性应用
实验六：
直流稳压电源
四.具体实验说明
实验一晶体二极管和三极管的测试
一、实验目的
学习和掌握使用万用表测量晶体二极管和三极管的方法。
通过万用表测量二极管的正反向电阻，对二极管PN结极性、晶体材料作出判断。
通过万用表测量，学会区分普通二极管和稳压管。
测量三极管，标出BCE极，判断三极管的材料，并测量穿透电流的大小。
二、实验原理
1．万用表测量原理
用万用表测量二极管、三极管，方法简单，无需复杂的专用仪表，就能较为迅速地确定被测管的类型、管脚极性，并判断它的好坏。
用万用表测试二极管和三极管使用万用表的欧姆挡。
在测试时，必须注意万用表欧姆挡的以下几个特点：
（1）万用表欧姆挡等效电路如图1-1所示。
图中E为表内电源（一般基本挡使用一节1.5v的电池），r为万用表等效内阻，I为被测回路中的实际电流。
由图可知万用表正端的表笔（一般习惯用红色表笔）对应表内电源的负极，而负端的表笔（一般习惯用黑色表笔）对应于表内电源的正极。
（2）万用表表面欧姆挡的刻度尺的中央刻度值称为万用表欧姆挡的“中值电阻”，它即为万用表欧姆挡的等效内阻。
（3）一般万用表以R×1k挡作为基本挡。
这时表内电源（电池）为1.5V，为满足测量小电阻的需要，在基本挡的基础上增设电阻r'，如图1-2所示。
这样，使流经表头的电流值所表征的被测电阻值变小了，或者说仪表的等效内阻（中值电阻）变小厂，能够输出的测量电流变大了。
一般万用表R×l00，R×l0，R×l挡级的中值电阻较之基本挡次依次递减10倍；为满足测量大电阻的需要，一般是采用提高电源电压E，同时加大r值的方法，因为E提高后，更大的E能使万用表的表针有足够的偏转，一般万用表R×10k挡的中值电阻较基本挡高十倍，其E多采用9V或15V。
图1-1万用表欧姆挡等效电路图1-2万用表欧姆挡测量挡位扩展原理
2.万用表测量二极管（使用R×lk挡）
（1）判别二极管的极性
因为二极管的核心是一个PN结，所以把二极管当做一个被测元件，以不同方向接人万用表表笔两端时，测量回路里的电流是不一样的，若红表笔（电源—）接在二极管N极，黑表笔（电源+）接在二极管P极，如图1-3所示，则二极管是正向导通。
这时，测量回路里电流较大，指示的电阻较小。
反之，红表笔（电源—）接在二极管P极。
黑表笔（电源+）接在二极管N极，则二极管是反向不导通，这时测量回路里电流极小，指示电阻很大。
因此，根据万用表欧姆挡电阻的大小就可以判别二极管的P极和N极。
（2）判别二极管的好坏
用万用表欧姆挡测二极管反向电阻时，若电阻在200kΩ以上，这时可以认为这只二极管基本上是好的。
若正反向测量时，二极管所呈现电阻都很小，则这只二极管被击穿通路（坏）。
若正反向测量时，二极管所呈现的电阻都很大，则这只二极管是断路的（坏）。
图1-3万用表测量二极管图1-4三极管PN结等效示意图
3.用万用表测量三极管
（1）判定基极和管子类型（用R×1k挡）
由于三极管b到c和b到e分别是两个PN结，如图1-4所示。
首先将任一表笔接在假定的基极上（可以任意假定），另一支表笔分别测试其他两支管脚。
若测试得到两次测量的电阻都大（或者都小），这时可将红、黑表笔互换，再重复以上测量。
若测得结果，电阻变得很小（或很大），则假定的基极就是正确的。
如果假定的基极对其他两支管脚的电阻一大一小，则应选择另外的管脚作为假定基极，重复以上测量直至找出基极为止。
假若三个管脚都不能确认为基极，则被测管不是一只晶体管，或是一只坏管。
当基极确定后，假若黑表笔接基极，红表笔分别接c极和e极，所测电阻很小，测被测管为NPN管。
假若红表笔接b极，黑表笔分别接c极和e极,所测电阻很小，则被测管为PNP管。
（2）判断三极管的晶体材料（用R×1k挡）
假若三极管b-c和b-e正向导通时，表针大约在满刻度60％左右，则被测管为一只硅管。
假若三极管b-c和b-e正向导通时，表针指示位置在满刻度90％左右，则被测管为一只锗管。
三、实验步骤
1晶体二极管的测量
按照前面实验原理所介绍的方法，用万用表测量下表中二极管的正反向电阻，然后对二极管好坏情况、PN结极性、二极管晶体材料和二极管类型作出判断，记入表中。
二极好坏情况
标出二极管的极性
二极管的类型
2AP7
2CP13
1N4148
1N4007
2CW
2晶体三极管的测量
按照前面实验原理所介绍的方法，用万用表测量表中的各个三极管，然后对三极管好坏情况、三极管晶体材料和二极管类型作出判断，然后标出各极，记入下表中。
同时还应注意有些国产三极管的管脚布置方式，通常是以等腰三角形形状引出三极管底部，而且位于底部截面偏上半部分的位置。
此外有的三极管帽还带一小科凸起作为标记。
三极管好坏
三极管晶体
三极管类型
三极管各极
3DG6
3AX
9014
9015
四实验仪器和仪表
双踪示波器CA8020
低频信号发生器EM1643
毫伏表GB-9B
万用表MF30
直流稳压电源WYJ-30V/2A
模拟电子电路实验系统
五实验报告要求
整理测试结果，对被测管作出判断
结合实验对万用表测试晶体二极管、三极管的方法进行小结。
实验二三极管基本放大电路
一、实验目的
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。
掌握放大器电压放大倍数、及最大不失真输出电压的测试方法。
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
共射放大电路既有电流放大，又有电压放大，故常用于小信号的放大。
改变电路的静态工作点，可调节电路的电压放大倍数。
而电路工作点的调整，主要是通过改变电路参数来实现，负载电阻RL的变化不影响电路的静态工作点，只改变电路的电压放大倍数。
该电路输入电阻居中，输出电阻高，适用于多级放大电路的中间级。
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V0的负半周将被削底；如工作点偏低易产生截止失真，即V0的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显）。
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不定期的Vi，检查输出电压V0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。
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。
图2－1基本放大电路实验图
三、实验内容与步骤
1.调整静态工作点：
按图连线，然后接通12V电源，调节信号发生器的频率和幅值调切旋钮，使之输出f=1000Hz，Ui=10mV的低频交流信号，然后调节电路图中Rp1和Rp2使放大器输出波形幅值最大，又不失真。
2.去掉输入信号（最好使输入端交流短路），测量静态工作点（Ic，Uce，Ube）
3.测量电压放大倍数：
重新输入信号，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述二种情况下的U0值，此时的U0和Ui相位相反。
4.测量幅频频特性曲线：
保持输入信号的幅度不变，改变信号源频率f，按照下面的的频率要求逐点测出相应的输出电压U0，记入下表，并且画出幅频特性曲线。
f
20
50
100
500
1k
2k
5k
20k
200k
500k
1M
2M
U0
AU
5.测量放大器最大不失真输入、输出电压在输入信号为10mV、1000Hz基础上，逐渐加大输入信号强度，观察输出波形，并调节Rw，使输出波形最大，不失真，直到输入信号不能再加大为止。
测量此时的输入、输出电压，求出放大倍数。
四实验仪器和仪表
双踪示波器CA8020
低频信号发生器EM1643
毫伏表GB-9B
万用表MF30
直流稳压电源WYJ-30V/2A
模拟电子电路实验系统
五实验报告要求
认真记录结果，画出幅频特性曲线；
静态工作点的位置与那些因素有关。
实验三射极输出器
一、实验目的
掌握射极输出器的电路特点
进一步学习放大器各项参数测量方法
了解射极输出器的应用
二、实验原理
射级输出器的电路输出信号不是从三极管的集电极取出，而是取自发射级和地之间。
对于交流信号，集电极成为输入信号和输出信号的公共端，故该电路实际上是一个共集电极电路。
共集电极电路的输入电阻大，输出电阻小，所以常用来实现阻抗的转换。
输入电阻大，可使流过信号源的电流减小；输出电阻小，即带负载能力强；故常用于多级放大电路的输入级和输出级。
图3-1射级输出器实验电路图
三、实验内容与步骤
检查电路无误后接通12V电源，然后按电路图接线。
1.在放大器的第一级接入信号电压，由信号发生器提供f=1000Hz，Ui=10mV的交流信号，用示波器观察放大器的输出端（空载）波形。
调节Rp使输出波形幅值最大且不失真（后级不接）。
测量放大器第一级空载输出电压，求出放大倍数。
2.接入负载电阻10k，观察输出电压波形，测量输出电压，求带负载时第一级放大倍数。
3.用射级输出器代替第一级负载电阻10k，测量两级空载总的输出电压，计算两级（空载）总的放大倍数。
4.在射级输出器输出端再接入10k负载电阻，测量此时两级放大器的总的输出电压，计算放大倍数。
5.保持输入信号f=1000Hz，Ui=10mV不变，改变Rp使Ic分别等于1.2V、1.5V、1.7V、2V等，分别测量相对应的第一级空载输出电压，计算放大倍数，观察放大倍数随Ic变化的情况。
Ic（mA）
1.2V
1.5V
1.7V
2V
U0
Au
四实验仪器和仪表
双踪示波器CA8020
低频信号发生器EM1643
毫伏表GB-9B
万用表MF30
直流稳压电源WYJ-30V/2A
模拟电子电路实验系统
五实验报告要求
按实验步骤整理实验结果
列出第三步项测试表格，然后画出Ic-Au曲线。
讨论放大器电压放大作用与哪些因素有关？
射级输出顺的接入在电路中起到了哪些有益的作用？
实验四负反馈放大电路
一、实验目的
加深理解负反馈放大电路的工作原理及负反馈对放大电路性能的影响
掌握负反馈放大电路性能的测量与调试方法
进一步掌握多级放大电路静态工作点的调试方法
二、实验原理
负反馈在电子电路中有着广泛的应用。
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参数，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。
图4-1电压串联负反馈实验电路图
三、实验步骤
在放大器的输入端加入f=1000Hz，Ui=3mV的正弦电压信号。
用示波器观察输出波形，适当调节Rp,使第一级，第二级输出波形幅值最大且不失真。
1.测量放大器的电压放大倍数
保持输入信号不变,工作点不变的情况下，分别测量放大器的第一级和第二级的输出电压U01和U02，然后把数据记入下表。
测试条件
U01
U02
Au1
Au2
Au
Ui=3mV
无反馈
有反馈
2.测量负反馈对放大倍数稳定性影响
保持上述输入信号不变的情况下，将电源电压从12V降低到10V，分别测出无反馈与有反馈情况下的输出电压U0，并与两次得到的结果比较，将结果记入下表。
Vcc=12V
Vcc=10V
无反馈
U0=
Au=
U0=
Au=
有反馈
U0=
Au=
U0=
Au=
3.观察负反馈对非线性失真的影响
不带负反馈逐渐增大输入信号幅度，记下放大器未出现明显失真时的Ui，然后继续增加Ui直至有明显失真为止。
引入反反馈观察在上术输入幅度下失真波形是否改善。
继续增加Ui幅度，记下波形尚未出现明显失真时的输入电压值，并与不带负反馈时作比较。
无反馈
Ui=
有反馈
Ui=
四实验仪器和仪表
双踪示波器CA8020
低频信号发生器EM1643
毫伏表GB-9B
万用表MF30
直流稳压电源WYJ-30V/2A
模拟电子电路实验系统
五实验报告要求
根据数据分析有、无负反馈两种情况下，负载对放大倍数的影响。
结合实验总结说明电压负反馈，对电压放大倍数、电压放大倍数稳定性及改善非线性失真的影响。
实验五集成运算放大线性应用
一、实验目的
熟悉集成运算放大器主要参数的定义及表示方法。
掌握集成运算放大器的正确使用方法。
研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法等基本运算电路的功能。
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。
若在它的输出端和输入端之间加上反馈网络，则可实现不同的电路功能。
例如，加入线性负反馈，可以实现放大功能以及加、减、微分、积分等模拟运算功能；加入非线性负反馈，可以实现对数、反对数、乘、除等模拟运算功能。
为了分析方便，通常把运算放大器视为理想器件，满足理想化条件的运放应具有无限大的开环电压增益、无限大的差模输入电阻、无限大的共模抑制比、无限大的开环带宽、零输出电阻以及零失调和漂移。
三、实验步骤
实验前要看清运放组件各管脚的位置，切忌正、负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成电路。
1反相比例运算电路
电路如下图所示。
对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为
2反相加法电路
电路如下图所示。
输出电压与输入电压之间的关系为
3减法器
电路如下图所示，当
时，有如下关系式：
四实验仪器和仪表
双踪示波器CA8020
低频信号发生器EM1643
毫伏表GB-9B
万用表MF30
直流稳压电源WYJ-30V/2A
模拟电子电路实验系统
五实验报告要求
整理实验数据，列表比较实测值与理论值。
分析产生误差的原因。
实验六直流稳压电源
一、实验目的
了解整流电路的工作原理及电容滤波电路的作用；
学习直流稳压电源主要技术指标的测试方法；
学习集成稳压器的使用方法；
二、实验原理
整流、滤波电路的作用是利用二极管的单向导电性能，把交流电变换成直流电压或者电流。
变压器担负把220V交流市电变换成所需交流电压值的任务，半导体二极管则担负整流的任务。
经过整流后，负载上得到的是单向电压。
滤波电路主要是利用电感和电容的贮能作用，使输出电压及电流的脉动趋于平滑。
三、实验步骤
图6-1整流电路测试图6-2整流滤波电路的测试
图6-3集成稳压电路的测试
1.整流电路测试
用示波器观察桥式整流电路后的输出电压U0的脉动波形。
再用毫伏表测量桥式整流输出电压的交流分量有效值U0，再用万用表直流电压档测量桥式整流输出电压的直流分量U00。
2.整流滤波电路的测试
用示波器观察整流滤波输出电压U0的脉动波形，再用晶体管毫伏表测量其交流分量有效值U0，用万用表直流电压档测量其输出直流电压U00。
3.集成稳压电路的测试
测量输出电压U0。
四实验仪器和仪表
双踪示波器CA8020
低频信号发生器EM1643
毫伏表GB-9B
万用表MF30
直流稳压电源WYJ-30V/2A
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