模拟电路实验.doc

第2章 模拟电子技术实验实验2.1 电压放大电路1. 实验目的（1）掌握共发射极放大电路的参数对放大电路性能的影响。（2）学习调整交流电压放大电路的静态工作点、测量电压放大倍数。（3）熟悉数字存储示波器、交流毫伏表的使用方法。2. 实验预习要求（1）如何调整放大电路的静态工作点？放大电路电压放大倍数与哪些因素有关？（2）放大电路输出信号波形在哪些情况下可能产生失真？应如何消除失真？3. 实验仪器与设备（1）仪器设备序号名 称型 号数 量1多级放大电路实验板1块2电子技术实验箱TPE-ES1BIT1台3双通道函数发生器DG 10221台4数字式万用表VC9802A+1块5双通道交流毫伏表DF2172C1台6数字示波器DS1052E1台（2）实验板介绍图2.1.1是放大电路实验板的印制电路，它由三个单级放大电路组成：T1管与其周围元件可以组成一级固定偏置或分压式偏置共发射极放大电路，T2管构成一级分压式偏置、并带有电流负反馈的共发射极放大电路，T3管构成一级射极输出器。第一级放大电路有两个独立的集电极电阻RC1 = 3kW、= 1.5kW，发射极电阻由和 RE1串联构成，旁路电容CE1用来控制是否引入交流电流负反馈及控制反馈深度。三级放大电路的上偏置电阻RB11、RB21、RB31，都是由一个固定的10 kW电阻串联一个电位器构成。调节各电位器，可为各级放大电路设定合适的静态工作点。每一级放大电路相互独立，可根据需要灵活组成单级或多级阻容耦合放大电路。射极输出器既可接在末级，也可接在第一级，或作为中间级，只要改变实验板上的接线即可。实验板上“12V”用来接直流电源，“输入ui”用来外接输入信号，“输出uo”是放大电路的输出端。每级放大电路还有各自独立的输出端uo1、uo2、uo3。实验板的印制电路已将几个“地”端固定连接在一起（电子实验要求整个实验系统共地）。另外实验板还设有几个专用电阻供实验时使用。RL = 3kW可作为放大电路的外接负载。RF = 39kW为反馈电阻，当需要引入级间电压负反馈时，可将M点与uo2、M点与T1的发射极e1分别相连。RS = 3 kW可视为信号源的内阻，利用RS可测量放大电路的输入阻抗。图2.1.1ui1+UCC+12VRB31uo3RF39kRL3kC4RE33ke3T3PRW3330kui3uo2RW2100kRC23kc2C3e2T2CE2RE2680WRB224.7kCE1ui2uo1b1C2T1C1RE11kRB11RB1210kR S3k1.5kRC13kRW1560kRB21b2e1c3b3+M+c110k10k51W20WQM10kuo（3）LM386集成功率放大电路 本实验所用LM386的管脚功能如下表所示， 实验中电源电压为+UCC = +9V。电 源 端输 入 端输出端增益设定旁 路+UCC地同相反相uo接R、C或开路接电容643251874. 实验内容及要求（1）把各仪器调整到待用状态 将放大电路小实验板的四个脚对应插在数字电子实验箱的插孔中，则+12V电源线已接到放大电路实验板上。注：只有开启实验箱的电源开关，+12V电源才能接到放大电路上。 调节放大电路的输入信号：由DF1631功率函数发生器“电压输出”端提供。功率函数发生器各旋钮状态如下：波形选择 正弦波；频率 1kHz；衰减 60dB；调节“幅度”旋钮，同时用DF2172A交流毫伏表10mV档监测，使正弦输入信号的有效值为Ui1 = 5mV。 注：DF1631功率函数发生器面板显示的幅度为峰-峰值，即Ui1pp = 2Ui1。+UCCRE1C2RB2CE1uo1RC1RE1RW1C1ui1T1+P图2.1.2RLQ+-b1e1c1（2）关闭各仪器电源，按图2.1.2连接放大电路。集电极电阻RC = RC1 = 3 kW，放大电路空载，P点接到发射极e1。（3）调整和测试静态工作点 开启实验箱后部电源开关。 调节电位器RW1，使三极管T1的集电极电位VC1 = 6 7V，用示波器观察放大电路输出电压uo1的波形是否失真。若有失真，可稍稍调节RW1消除失真后，再测量静态工作点。 用万用表直流电压档测量T1管集电极、基极、发射极对“地”电位VC1、VB1、VE1和各极之间的电压，填入表2.1.1中。表2.1.1测量电量VC1 / VVB1 / VVE1 / VUBE1 / VUBC1 / VUCE1 / V测量值（4）测量放大电路电压放大倍数按表2.1.2的要求测量放大电路输入和输出电压的有效值，并记录数据。注意：测量时，输入信号用晶体管电压表的10 mV档进行测量；测量输出信号时，注意选择合适的量程。表2.1.2测 试 条 件Ui1 /mVUo1 /mV计算Au1 = Uo1/ Ui1不加交流电流负反馈（P点与T1管的发射极e1相连）RC = 3k放大电路空载RC =1.5k放大电路空载RC = 3kRL = 3k加入交流电流负反馈（P点与Q点相连）RC = 3k放大电路空载RC = 3kRL = 3kRC =1.5kRL = 3k （5）观察输出信号与输入信号之间的相位关系选择放大电路RC = 1.5kW，引入交流电流负反馈，并带负载RL = 3kW。然后用示波器的两个通道同时观察输入、输出电压波形，并将波形记录于表2.1.3中（要求标出横轴和纵轴的单位）。0tui10tuo1表2.1.3ui1的波形uo1的波形 （6）观察静态工作点对输出波形失真的影响选择RC = RC1 = 3kW，放大电路空载。按表2.1.4中的要求观察uo1的波形并记录。注：加大输入信号，可将函数发生器的“衰减”减小，或右旋“幅度”旋钮。表2.1.4给 定 条 件uo1 的 波 形不加交流负反馈加入交流负反馈uo1不失真（RC = 3kW）适当加大ui1，使uo1波形的上、下部同时产生失真减小RW1 (逆时针旋转RW1)使uo1产生饱和失真增大RW1 (顺时针旋转RW1)使uo1产生截止失真5实验总结要求（1）根据表2.1.2中的实验数据，计算不同条件下的Au，分析它与哪些因素有关？（2）由实验结果，说明静态工作点对共发射极放大电路输出波形失真的影响及负反馈的作用。（3）放大电路的静态与动态测试有何区别？实验2.2 集成运算放大器的应用1. 实验目的（1）学习正确使用集成运算放大器的方法。（2）掌握集成运算放大器在模拟信号运算方面的应用。（3）掌握电压比较器的特性。2. 实验预习要求（1） 按照本实验的“实验内容及要求”（1）、（2），画出各实验电路图，并标出图中电阻的阻值和运放的引脚号码。（2） 画出图2.2.3所示电压比较器的电压传输特性，说明参考电压对电压传输特性的影响，并分析输出波形与输入波形的关系。（3）如何通过测量手段判断集成运放是否工作在线性区？3. 实验仪器和设备序号名 称型 号数 量1电子技术实验箱TPE-ES1BIT1台2数字式万用表VC9802A+1块3双通道函数发生器DG 10221台4数字示波器DS1052E1台5集成运算放大器mA7411片6硅稳压管2CW11 / 14各2只4. 实验器件介绍（1）本实验采用通用型集成运算放大器 mA741，它具有较高的开环电压放大倍数Au0（105 108），高输入阻抗rid（约为2MW），高共模抑制比等特点。集成运放mA741为8脚、双列直插式扁平封装，各引脚功能如下表所示。电 源 端输 入 端输出端接调零电位器空脚+UCC-UEEu+u-uoOA1OA2NC74326158（2）集成运算放大器 mA741电源电压的允许范围为 9 V 18 V。本实验中取正电源为 +UCC = +15 V，负电源为 -UEE = -15 V。（3）硅稳压管2CW11和2CW14的电参数如下表所示。名 称型 号稳定电压稳定电流最大稳定电流硅稳压管2CW113.2 4.5V10.5mA55mA2CW146 7.5V10mA33mA5. 电子电路实验注意事项（1）接好线路经检查正确无误后再通电，严禁带电接线，以免造成设备损坏。（2）实验所用到的芯片、电阻器、电容器、二极管、稳压管等元器件由实验箱提供。（3）在实验中整个实验系统应共“地”：将函数发生器的“-”、示波器的“地”、毫伏表的“地”、以及电路中所有“地（）”均应连接在一起，成为一个“公共端”。（4）本实验所使用的TDS1002数字存储示波器，其测试线选“1”位置，使用示波器时，应设置示波器“探头”选项为“1”（参考附录2.1.1进行操作）；读数时信号无衰减，幅度的实际值 = 测量值。6. 实验内容及要求（1）反相比例运算电路 设计电路：要求Auf = -10，RF = 100kW，画出电路图，并计算电路中未知电阻阻值。 按预先设计的电路图连接反相比例运算电路。 按表2.2.1要求，调整直流输入电压ui（由实验箱上的 -12V +12V电源提供），测量输出电压uo，并计算电路的电压放大倍数Auf，将测量结果记录在表2.2.1中。注意：a) 设计电路时，若电阻阻值为非标称值时，选择与实验箱上阻值最接近的电阻。b) 测量输出电压uo时，应选用万用表直流电压档的合适量程。表2.2.1输入电压ui- 0.4V0.3V输出电压uo 理论值理论值测量值测量值计算理论值理论值测量值测量值（2）同相比例运算电路 设计电路：要求Auf = 4，RF = 30 kW，画出电路图，并计算电路中未知电阻的阻值。 按预先设计的电路图连接电路。 加入f =1 kHz、Uipp = 0.6 V的正弦输入信号ui，由DF1631函数发生器提供。 用TDS 1002型示波器观察uo与ui之间的相位关系，测量输出电压的峰-峰值Uopp，计算电压放大倍数Auf，并填入表2.2.2中。 逐渐增大输入信号ui，使输出电压uo达到双向饱和而产生失真，用示波器测量运算放大器的饱和电压峰-峰值Uopp（即2UOM），将输出电压uo达到双向失真所对应的Uipp、Uopp（拐点处的坐标）的测量结果填入表2.2.2中。 用示波器的CH1测量ui , CH2测量uo。将示波器的“DISPLAY（显示）”按钮置于“XY”方式，观察电压传输特性曲线，并绘在表2.2.2中，注意标出拐点的坐标。表2.2.2运放工作状态输入电压Uipp输出电压Uopp计算电压传输特性曲线线性放大0.6V饱和失真(拐点处坐标)（3）反相积分运算电路 按照图2.2.1连接反相积分运算电路。 从M点加入f = 1 kHz、幅度为4 V的方波输入信号（由功率函数发生器提供）。 用示波器两个通道同时观察输入信号ui和输出信号uo的波形，并画出波形图。注：a) 接线时应注意100mF电解电容的极性，不要接反；b) 描绘积分电路的输入、输出波形时，应注意时间上的对应关系，由于积分电路输出信号uo的初始值与电容的初始储能有关，所以不必画出坐标系。图2.2.11MW100mF220W10kW632mA741MuoA+ui0.047mF10kW+ （4）反相微分运算电路 按图2.2.2连接反相微分运算电路。图中1 kW电位器的作用是为了消除电路中可能产生的自激振荡，使微分电路工作稳定。若用示波器观察波形时，有自激振荡现象，可适当调节该电位器。 从M点加入一个f = 1 kHz、幅度为4 V的方波输入信号。 用TDS 1002型示波器同时观察ui及uo的波形，并对应画出波形图。图2.2.23.9kW100mF3.9kW632mA741MuoA+ui0.047mF1kW+220W（5）电压比较器 按图2.2.3接好电路，电路中DZ1、DZ2选用2CW14型的稳压管。 输入信号ui为频率f = 100 200 Hz、Uipp = 10 V的正弦波，由DF1631功率函数发生器提供。参考电压UR由实验箱上的 -12V +12V电源提供。 按以下三种情况，用示波器同时观察、并记录电压比较器的输入、输出电压波形：a) 参考电压UR = +2V；b) 参考电压UR = 0V；263ui47kWA+DZ1 2kWURmA741uo+47kWDZ2图2.2.3c) 参考电压UR = -1V。注意：观察、记录波形时，应注意输入波形和输出波形的对应关系。 7实验总结要求（1）根据实验测量数据，计算表2.2.1中的Auf，绘制表2.2.2中的曲线。（2）根据实验结果，画出UR取三种不同数值时，比较器的输入输出电压波形，并画出相应的电压传输特性曲线。附录2.2 TPE-ES1BIT 电子技术实验箱本实验箱可完成电子技术课程实验。由电源、信号源、电路实验区等组成，配有1块作为元件库的小实验板，提供电阻、电容、二极管等元器件，并方便地插接到实验箱中。元件库见附图2.2.1，实验箱见附图2.2.2。1. 技术性能及配置（1）电源：输入：AC220V。输出：（1）+15V，-15V，最大输出电流为500mA。（2）+12V，最大输出电流为500mA。（3）+5V，最大输出电流为1A。（2）信号源： 固定连续脉冲：输出波形为方波，幅值VPP = 5V，频率1Hz，1kHz。 直流信号源：-12V +12V连续可调。 单次脉冲：TTL输出，A、B两路，按下A（B）按钮时，输出从“0”“1”，是上升沿，抬起按钮时从“1”“0”是下降沿。对应的指示灯显示相应的状态，A（B）输出的状态与()的状态相反。（3）电平指示：D0 D9共10路，用于显示数字电路的输出状态。（4）逻辑电平：S0 S9共10路，用于提供数字电路的逻辑输入，向上拨动开关，灯亮，代表逻辑1；向下拨动开关，灯暗，代表逻辑0。（5）译码显示及LED数码显示：实验箱左上方有两个共阳极LED数码管，可用来显示0 9数字，左侧数码管带有译码器，可直接输入8421 BCD码，D为高位，A为低位。右侧数码管必须经过译码器（如74LS248）才能显示数字。2. 使用注意事项：连接线路时不要通电，以防止误操作损坏芯片等器件。附图2.2.1 附图2.2.2A74174LS24874LS0074LS0274LS0474LS16074LS19474LS19474LS16174LS16174LS13974LS11274LS1074LS1174LS2074LS2174LS3274LS7474LS125A741 实验2.3 整流、滤波、稳压电路1实验目的（1）研究整流、滤波电路输出电压与输入电压之间的关系。（2）研究稳压管和三端集成稳压器的稳压性能。（3）掌握数字示波器在本实验中的使用方法与特点。2实验预习要求复习教材中有关整流、滤波、稳压电路的原理和计算方法。（1）分别计算表2.3.1、表2.3.4中电压Ui和Uo的理论值。（2）熟悉稳压管和三端集成稳压器基本稳压电路的连接方法。（3）能否用数字示波器的两个通道，同时观察变压器副方电压和负载两端电压的波形？为什么?3实验仪器和设备（1）仪器设备序号名 称型 号数 量1整流、滤波、稳压实验箱1台2数字式万用表VC9802A+1块3数字示波器DS1052E1台132公共端输出端输入端图2.3.2LM7805（2）整流、滤波、稳压实验箱的结构和功能本实验所用到的整流、滤波、稳压实验箱的面板图如本实验后附录2.3所示。 单相桥式整流器W02ACAC+图2.3.1-W02整流桥的电路符号如图2.3.1所示。整流桥共有四个端子，标有“AC”的两端为正弦波输入端，标有“+”、“-”的端子分别为整流输出正、负极性端。实验箱中整流桥的型号为2W10，其电参数为：最高反向工作电压50V , 最大整流电流1A。 三端集成稳压器LM7805LM7805为输出固定正电压的三端集成稳压器。LM7805管脚定义如图2.3.2所示。其输出电压（输出端与公共端之间）为+5V，在额定散热条件下，输出电流为1A，最大输出电流可达1.5A。DZ为稳压管，型号是BZX55C，其稳定电压UZ为5.8 6.6V，功率为500mW4实验内容及要求（1）桥式整流电路的测量 按图2.3.3连接线路（虚线所示的电容C1暂不接入），U2取变压器副方12V的抽头，负载电阻RL用滑线变阻器，将其阻值调至最大。注意：线路连接完毕，必须经指导教师检查无误后，再接通电源。13V+UoRLACU2AC+-图2.3.3 220V12V11V0V-C1100mF+W02 用示波器分别观察变压器副方电压和负载两端电压的波形，并记录于表2.3.1中。注意：不能用示波器的两个通道同时观察变压器副方电压u2和负载两端电压uo的波形，因为二者不共地，而两个通道的“地”在示波器内部是接在一起的。 用万用表的交流电压档测量变压器副方电压U2，并记录于表2.3.1中。 用万用表的直流电压档测量负载RL两端的电压Uo，并记录于表2.3.1中。表2.3.1测量电路变压器副方电压负载两端电压波 形有效值U2波 形平均值Uo / V桥式整流无滤波理论值实测值电容滤波理论值实测值（2） 桥式整流电容滤波电路的测量 在图2.3.3中接入滤波电容C1（实验箱上100mF/50V的电容），将负载电阻RL的阻值调至最大。注意：C1为电解电容器，其正、负极性不能接反（上正下负），否则电容器易击穿。 用示波器分别观察变压器副方和负载两端电压的波形，记录于表2.3.1中。 用万用表的直流电压档测量负载RL两端的电压Uo，记录于表2.3.1中。（3） 三端集成稳压器稳压电路的测量A. 负载电阻一定，测量输入电压Ui的变化对稳压器输出电压Uo的影响。 按图2.3.4接线，20W电阻为直流电流表保护电阻。由于设置了保护电阻R，故Uo应为C1两端的电压。使变阻器滑动端置于25刻度处，并保持不变，直流电流表指示负载电流IL约为50mA左右。 按表2.3.2所给定的数值，改变变压器副方电压U2，测量表内所示各电压值，将数据记入表2.3.2中。注意：a) 每次改变U2时，均应断开实验箱的电源开关。b) 为准确计算Ui的理论值，每次改变U2时，均应用万用表的V 档测量U2。R13V12V11V0VUiRLUo图2.3.4+C1+AIL+ACU2AC 220V-+20W-W02LM7805100FC22200F213c) 在电容C1两端测量电压Uo。RL置于25刻度 表2.3.2变压器副方电压U2 标示值11 V12 V13 V实测值Ui / V理论值实测值Uo / V理论值实测值B. 电源电压一定，测量负载电阻RL的变化对输出电压Uo的影响 电路仍为图2.3.4，U2 = 12V，直流电流表选择合适的量程。 调节负载电阻RL，使IL分别为表2.3.4中给定数值，测量相应的输出电压Uo，并记入表2.3.3中。U2 = 12V 表2.3.3IL / mA2060100140Uo / V5. 实验总结要求（1）根据表2.3.1数据，说明整流输出电压的理论值与实测值之间产生误差的主要原因。（2）简述稳压管稳压电路的原理及作用。（3）根据实验结果，总结整流、滤波和稳压三部分电路的作用。并与稳压管稳压比较二者有何不同。附录2.3整流、滤波、稳压实验箱