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模拟电子技术实 验 指 导 书班级: 学号: 姓名: 光 电 学 院目 录实验一 单管交流放大电路 2实验二 负反馈放大电路 6实验三 比例求和运算电路 .9实验四 集成电路RC正弦波振荡电路 13实验要求1实验前必须充分预习,完成指定的预习任务。预习要求如下: 1)认真阅读实验指导书,分析、掌握实验电路的工作原理,并进行必要的估算。 2)完成各实验“预习要求”中指定的内容。 3)熟悉实验任务。 4)复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。2使用仪器和实验箱前必须了解其性能、操作方法及注意事项,在使用时应严格遵守。3实验时接线要认真,相互仔细检查,确定无误才能接通电源,初学或没有把握应经指导教师审查同意后再接通电源。4模拟电路实验注意: 1)在进行小信号放大实验时,由于所用信号发生器及连接电缆的缘故,往往在进入放大器前就出现噪声或不稳定,有些信号源调不到毫伏以下,实验时可采用在放大器输入端加衰减的方法。一般可用实验箱中电阻组成衰减器,这样连接电缆上信号电平较高,不易受干扰。 2)做放大器实验时如发现波形削顶失真甚至变成方波,应检查工作点设置是否正确,或输入信号是否过大,由于实验箱所用三极管hfe较大,特别是两级放大电路容易饱和失真。5实验时应注意观察,若发现有破坏性异常现象(例如有元件冒烟、发烫或有异味)应立即关断电源,保持现场,报告指导教师。找出原因、排除故障,经指导教师同意再继续实验。6实验过程中需要改接线时,应关断电源后才能拆、接线。7实验过程中应仔细观察实验现象,认真记录实验结果(数据波形、现象)。所记录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。8实验结束后,必须关断电源、拔出电源插头,并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理。9实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告。实验一 单级交流放大电路一、实验目的为了方便示波器观察,本书内所写参考值均用峰值,此电路为共射放大电路 1.熟悉电子元器件和模拟电路实验箱, 2.掌握放大电路静态工作点的调试方法及其对放大电路性能的影响。 3.学习测量放大电路Q点,AV,ri,ro的方法,了解共射极电路特性。 4.学习放大电路的动态性能。二、实验仪器 1.示波器 2.信号发生器3.数字万用表4.模拟电路实验箱三、预习要求 1.三极管及单管放大电路工作原理。2.放大电路静态和动态测量方法。四、实验内容及步骤1.装接电路与简单测量 图1.l 基本放大电路 如三极管为3DG6,放大倍数一般是2545;如为9013,一般在150以上(1)用万用表判断实验箱上三极管V的极性和好坏,电解电容C的极性和好坏。 测三极管B、C和B、E极间正反向导通电压,可以判断好坏;测电解电容的好坏必须使用指针万用表,通过测正反向电阻。三极管导通电压UBE=0.7V、UBC=0.7V,反向导通电压无穷大。 (2)按图1.1所示,连接电路(注意:接线前先测量+12V电源,关断电源后再连线),将RP的阻值调到最大位置。2.静态测量与调整(1)接线完毕仔细检查,确定无误后接通电源。改变RP,记录IC分别为0.5mA、1mA、1.5mA时三极管V的值(其值较低)。注意:Ib和Ic的测量和计算方法测Ib和Ic一般可用间接测量法,即通过测Vc和Vb,Rc和Rb计算出Ib和Ic(注意:图1.2中Ib为支路电流)。此法虽不直观,但操作较简单,建议初学者采用。直接测量法,即将微安表和毫安表直接串联在基极和集电极中测量。此法直观,但操作不当容易损坏器件和仪表。不建议初学者采用。(2)按图1.2接线,调整RP使VE=2.2V,计算并填表1.1。图1.2 工作点稳定的放大电路为稳定工作点,在电路中引入负反馈电阻Re,用于稳定静态工作点,即当环境温度变化时,保持静态集电极电流ICQ和管压降UCEQ基本不变。依靠于下列反馈关系:TICQUEUBEIBQICQ,反过程也一样,其中Rb2的引入是为了稳定Ub。但此类工作电路的放大倍数由于引入负反馈而减小了,而输入电阻ri变大了,输出电阻ro不变。,由以上公式可知,当很大时,放大倍数约等于,不受值变化的影响。表1.1实测实测计算VBE(V)VCE(V)Rb(K)IB(A)IC(mA)3.动态研究(1)按图1.3所示电路接线。将信号发生器的输出信号调到f=1KHz,幅值为500mV,接至放大电路的A点,经过R1、R2衰减(100倍),Vi点得到5mV的小信号,观察Vi和VO端波形,并比较相位。图1.3所示电路中,R1、R2为分压衰减电路,除R1、R2以外的电路为放大电路。之所以采取这种结构,是由于一般信号源在输出信号小到几毫伏时,会不可避免的受到电源纹波影响出现失真,而大信号时电源纹波几乎无影响,所以采取大信号加R1、R2衰减形式。此外,观察输出波形时要调节Rb1,使输出波形最大且不失真时开始测量。输入输出波形两者反相,相差180度。(2)信号源频率不变,逐渐加大信号源幅度,观察VO不失真时的最大值并填表1.2。分析图1.3的交流等效电路模型,由下述几个公式进行计算:,合适状态时:UB=0.7, UE=0, UC=3.36, Rb=135.4k IB=56A, IC=1.72mA, =30.7,rbe=674 表1.2 RL=实测实测计算估算Vi(mV)VO(V)AVAV图1.3 小信号放大电路(3)保持Vi=5mV不变,放大器接入负载RL,在改变RC数值情况下测量,并将计算结果填表1.3。表1.3给定参数实测实测计算估算RCRLVi(mV)VO(V)AVAV2K5K12K2K25K15K15K12K2(4)Vi=5mV,RC=5K1,不加RL时,如电位器RP调节范围不够,可改变Rb1(51K或150K),增大和减小RP,观察VO波形变化,若失真观察不明显可增大Vi幅值(10 mV),并重测,将测量结果填入表1.4。加Vi=10mV以上,调整RP到适合位置,可观察到截止失真(波形上半周平顶失真)表1.4RPVbVcVe输出波形情况最大合适最小4.测放大电路输入,输出电阻。(1)输入电阻测量所谓输入电阻,指的是放大电路的输入电阻,不包括R1、R2部分。在输入端串接一个5K1电阻如图1.4,测量VS与Vi,即可计算ri。图1.4 输入电阻测量(2)输出电阻测量(见图1.5)图1.5 输出电阻测量在输出端接入可调电阻作为负载,选择合适的RL值使放大电路输出不失真(接示波器监视),测量带负载时VL和空载时的VO,即可计算出rO。将上述测量及计算结果填入表1.5中。用公式进行估算表1.5测算输入电阻(设:RS=5K1)测算输出电阻实测测算估算实测测算估算VS(mV)Vi(mV)ririVORL=VORL=5K1RO(K)RO(K)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RC,RL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。4、分析讨论在调试过程中出现的问题。 实验二 负反馈放大电路一、实验目的 1.研究负反馈对放大电路性能的影响。2.掌握负反馈放大电路性能的测试方法。二、实验仪器 1.双踪示波器。 2.音频信号发生器。3.数字万用表。4.模拟电路实验箱三、预习要求 1.认真阅读实验内容要求,估计待测量内容的变化趋势。2.设图2.1电路晶体管值为40,计算该放大电路开环和闭环电压放大倍数。此电路为电压串联负反馈,负反馈会减小放大倍数,会稳定放大倍数,会改变输入输出电阻,展宽频带,减小非线性失真。而电压串联负反馈会增大输入电阻,减小输出电阻。公式如下:分析图2.1,与两级分压偏置电路相比,增加了R6, R6引入电压交直流负反馈,从而加大了输入电阻,减小了放大倍数。此外R6与RF、 CF形成了负反馈回路,从电路上分析,。四、实验内容1.负反馈放大电路开环和闭环放大倍数的测试开环电路按图2.1接线,RF先不接入。输入端接入Vi=lmV f=lKHz的正弦波(注意:输入lmV信号采用输入端衰减法见实验一)。设置静态工作点。调整接线和参数使输出不失真且无振荡。 a.按图接线,注意接线尽可能短。 b.静态工作点设置:要求第二级在输出波形不失真的前提下幅值尽量大,第一级为增加信噪比,工作点尽可能低。 c.在输入A端接入频率为1KHz幅度为1mV的交流信号(一般采用实验箱上加衰减的办法,即信号源用一个较大的信号。例如100mV,在实验板上经100:l衰减电阻衰减,降为lmV),使Vi1为1mV,调整工作点使输出信号不失真。 注意:如发现有寄生振荡,可采用以下措施消除: 1)重新布线,尽可能走短线。 2)可在三极管b、e两极间加几p到几百p的电容。 3)信号源与放大电路用屏蔽线连接。按表2.1要求进行测量并填表。 根据实测值计算开环放大倍数和输出电阻r0。图 2.1反馈放大电路 (2).闭环电路 接通RF和CF ,按(一)的要求调整电路。 按表2.1要求测量并填表,计算Avf。根据实测结果,验证Avf 。表2.1RL(K)Vi(mV)V0(mV)AV(Avf)Vi2(mV)AV1AV2开环1K5闭环1K52.负反馈对失真的改善作用(1)将图2.1电路开环,逐步加大Vi的幅度,使输出信号出现失真(注意不要过份失真)记录失真波形幅度。(2)将电路闭环,观察输出情况,并适当增加Vi幅度,使输出幅度接近开环时失真波形幅度。闭环后,引入负反馈,减小失真度,改善波形失真。(3)若RF=3K不变,但RF接入1V1的基极,会出现什么情况?实验验证之。引入正反馈,产生大约7Hz的振荡波形。(4)画出上述各步实验的波形图。 3.测放大电路频率特性(1)将图2.1电路先开环,选择Vi适当幅度,保持不变并调节频率使输出信号在示波器上有最大显示。(2)保持输入信号幅度不变逐步增加频率,直到波形减小为原来的70,此时信号频率即为放大电路fH。(3)条件同上,但逐渐减小频率,测得fL。(4)将电路闭环,重复13步骤,并将结果填入表2.2。当频率f在4KHz-10KHz间,输出信号最大(无论开环、闭环),应以此为最大值进行测量。测出的fHf和fH相比,基本符合公式,但fLf和fL相比相差较大,估计是必须考虑三极管的低频特性和几个大电容的影响。表2.2fH(Hz)fL(Hz)开环闭环五、实验总结实验三 比例求和运算电路一、实验目的 1.掌握用集成运算放大电路组成比例、求和电路的特点及性能。 2.学会上述电路的测试和分析方法。二、实验仪器 1.数字万用表 2.示波器3.信号发生器4.模拟电路实验箱三、预习要求 1.计算表3.1中的VO和Af 2.估算表3.3的理论值 3.估算表3.4、表35中的理论值 4.计算表3.6中的VO值 5.计算表3.7中的VO值集成运放的输出端与自身的反向输入端通过电路联接,组成负反馈电路。由于运放的电压增益大约在100000以上,所以处于深度负反馈状态,这种情况下运放主要工作于线性放大区,因而有“虚断”、“虚短”,。四、实验内容1.电压跟随电路实验电路如图3.1所示。按表3.1内容实验并测量记录。图3.1 电压跟随电路电压串联负反馈,根据“虚短”有表3.1Vi(V)20.500.51VO(V)RL=RL=5K12.反相比例放大器实验电路如图3.2所示。图3.2 反相比例放大电路电压并联负反馈,由“虚短”有“虚断”有(1)按表3.2内容实验并测量记录。表3.2直流输入电压Vi(mV)3010030010003000输出电压VO理论估算(V)实际值(V)误差(mV)(2)按表3.3要求实验并测量记录。表3.3测试条件理论估算值实测值V0RL开路,直流输入信号Vi由0变为800mVVABVR2VR1V0LRL由开路变为5K1, Vi=800mV(3)测量图3.2电路的上限截止频率fH。(输入接信号发生器Vpp=1V,频率1KHz,输出接示波器Vpp=10V,增大频率至输出Vpp=7V,记录此刻频率即为fH) 3.同相比例放大电路 实验电路如图3.3所示 图3.3 同相比例放大电路(1)按表3.4和3.5实验测量并记录。电压串联负反馈:“虚断”有,“虚短”有表3.4直流输入电压Vi(mV)3010030010003000输出电压VO理论估算(V)实际值(V)误差(mV)表3.5测试条件理论估算值实测值V0RL开路,直流输入信号Vi由0变为800mVVABVR2VR1V0LRL由开路变为5K1, Vi=800mV(2)测出电路的上限截止频率 4.反相求和放大电路。 实验电路如图3.4所示。按表3.6内容进行实验测量,并与预习计算比较。 图3.4 反相求和放大电路电压并联负反馈,分析方法与图3.2一样:表3.6Vi1(V)0.30.3Vi2(V)0.20.2VO(V)VO估(V) 5.双端输入求和放大电路1)按图3.5连接实验电路。调零和消振。R3为100K2)按表3.7内容进行实验并测量记录。 100k图3.5 双端输入求和电路该电路为减法电路,电压串并联反馈电路,表3.7Vi1(V)120.2Vi2(V)0.51.80.2VO(V)VO估(V)五、实验总结 1.总结本实验中5种运算电路的特点及性能。 2.分析理论计算与实验结果误差的原因。实验四 集成电路RC正弦波振荡电路一、实验目的 1.掌握桥式RC正弦波振荡电路的构成及工作原理。 2.熟悉正弦波振荡电路的调整、测试方法。 3.观察RC参数对振荡频率的影响,学习振荡频率的测定方法。二、实验仪器 1.双踪示波器 2.低频信号发生器3.频率计4.模拟电路实验箱三、预习要求 1.复习RC桥式振荡电路的工作原理。 2.掌握下面的概念:(1)图4.1中,正反馈支路是由RC串并联电路组成,这个网络具有选频特性,要改变振荡频率,只要改变电阻或电容的数值即可。(2)图4.1中,1RP和R1组成负反馈,其中电位器Rp2是用来调节放大器的放大倍数,使AV3。正弦波震荡电路必须具备两个条件:一是必须引入反馈,而且反馈信号要能代替输入信号,这样才能在不输入信号的情况下自发产生正弦波震荡。二是要有外加的选频网络,用于确定震荡频率。因此震荡电路由四部分电路组成:1、放大电路,2、选频网络,3、反馈网络,4、稳幅环节。实际电路中多用LC谐振电路或是RC串并联电路(两者均起到带通滤波选频作用)用作正反馈来组成震荡电路。震荡条件如下:正反馈时,所以平衡条件为,即放大条件,相位条件,起振条件。本实验电路常称为文氏电桥震荡电路,由和组成电压串联负反馈,使集成运放工作于线性放大区,形成同相比例运算电路,由RC串并联网络作为正反馈回路兼选频网络。分析电路可得:。当时,有,设,有,。当时,此时取稍大于3,便满足起振条件,稳定时。四、实验内容1.按图4.1接线。2.用示波器观察输出波形。思考:(1)若元件完好,接线正确,电源电压正常,而VO=0,原因何在?应怎么办?(2)有输出但出现明显失真,应如何解决?无输出和输出失真都与放大倍数有关,小不起振,大则输出失真,调节电位器来调整放大倍数。3.按图4.2接线,用李沙育图形法测定,测出VO的频率f01并与计算值比较。理论,实际输出频率约为79Hz,峰值为约5.2伏。李沙育图形法: 将被测信号接至示波器Y(CH2)端口,将有频率指示的信号发生器的输出接至示波器X(CH1)端口。适当调节Y与X放大系统,使光迹在荧光屏范围内。改变信号源频率,当fx=fy时,屏幕上显示为椭圆。(时基模式选择X-Y方式)李沙育图形及其实验原理:在示波器x轴和y轴同时输入正弦波时,光点在水平与垂直方向的运动都是简谐振动,光点运动描出的轨迹是两个互相垂直谐振动的合成图一封闭的图形,称为李沙育图形。 或 其中、为李沙育图与外切水平线的切点个数和外切垂直线的切点个数。如果、中有一个已知,再观察李沙育图,利用便可以求出另一个分振动的频率。这是一种常用的测定频率的方法。图4.1图4.2图4.3由于A要大于3,即Rp2大于4K时才起振,但此时放大倍数大于平衡条件,易于出现输出幅值过大而失真的现象,为改善这种现象,可适当加入稳幅环节,在Rp2两端并上6V稳压管,利用稳压管的动态电阻变化特性进行自调节。4.改变振荡频率。在实验箱上设法使文氏桥电容C1=C2=0.1。注意:改变参数前,必须先关断实验箱电源开关在改变参数,检查无误后再接通电源。测f0之前,应适当调节2RP使VO无明显失真后,再测频率。理论,实际输出频率约为157.5Hz,峰值为约5.2伏。5.测定运算放大器放大电路的闭环电压放大倍数Auf先测出图4.1电路的输出电压VO值后,关断实验箱电源,保持2RP及信号发生器频率不变,断开图4.1中A”点接线,把低频信号发生器的输出电压接至一个1K的电位器上,再从这个1K电位器的滑动接点取Vi接至运放同相输入端。如图4.3所示调节Vi使VO等于原值,测出此时的Vi值,测出:Vi=0.5V, VO=1.55V,则Auf=VO/Vi=3.1倍,理论值应为3倍。6.自拟详细步骤,测定RC串并联网络的幅频特性曲线。断开同相放大器电路,并取。输入峰峰值为3伏即峰值为1.5伏的正弦波,改变频率按下表测量A点输出(以下输出值为峰值)。f(Hz)20406080100120130140150VO(V)f(Hz)1601701802002503004005001000VO(V)五、实验总结1.将振荡频率的实测值与理论估算值比较,分析产生误差的原因。2.总结改变负反馈深度对振荡电路起振的幅值条件及输出波形的影响。3.作出RC串并联网络的幅频特性曲线。- 16 -
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