模拟电子技术实验指导书.doc

模拟电子技术实验教学指导书iii前 言一、任务总体目标通过任务驱动教学，使学生巩固和加深所学的理论知识，培养学生运用理论解决实际问题的能力。学生应掌握常用电子仪器的原理和使用方法，熟悉各种测量技术和测量方法，掌握典型的电子线路的装配、调试和基本参数的测试，逐渐学习排除实验故障，学会正确处理测量数据，分析测量结果，并在任务中培养严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作之风。二、适用专业年级电子信息工程、通信工程、自动化、建筑设施智能技术等专业二年级本科学生。三、先修课程高等数学、大学物理、电路分析基础或电路。四、实验项目及课时分配实验项目任实验要求实验类型每组人数实验学时任务一常用电子仪器的操作与使用必须验证性12任务二单管放大电路的设计必须设计性14任务三多级放大电路的综合实验必须综合性14任务四差动式放大电路的设计与实现必须设计性14任务五集成运算放大器应用电路综合实验必须综合性14任务六rc正弦波振荡器的设计与实现必须设计性12五、实验环境网络化模拟电路实验台：36套（72组）主要配置：数字存储示波器、dds信号发生器、数字交流毫伏、模块化单元电路板等。六、实验总体要求本课程要求学生自己设计、组装各种典型的应用电路，并用常用电子仪器测试其性能指标，掌握电路调试方法，研究电路参数的作用与影响，解决实验中可能出现各种问题。1、掌握基本实验仪器的使用，对一些主要的基本仪器如示波器、信号发生器等应能较熟练地使用。2、基本实验方法、实验技能的训练和培养，牢固掌握基本电路的调整和主要技术指标的测试方法，其中还要掌握电路的设计、组装等技术。3、综合实验能力的训练和培养。4、实验结果的处理方法和实验工作作风的培养。七、本课程实验的重点、难点及教学方法建议本课程实验的重点是电路的正确连接、仪表的正确使用、数据测试和分析；本课程实验的难点是电路的设计方法和综合测试与分析。在教学方法上，本课程实验应提前预习，使学生能够利用原理指导任务，利用实验加深对电路原理的理解，掌握分析电路、测试电路的基本方法。目 录任务一 常用电子仪器的操作与使用1任务二 单管放大电路的设计4任务三 多级放大电路的综合实验6任务四 差动式放大电路的设计与实现10任务五 集成运算放大器应用电路综合实验12任务六 rc正弦波振荡器的设计与实现18任务一 常用电子仪器的操作与使用一、实验目的1、了解常用电子仪器、仪表的功能与性能指标。2、掌握常用电子仪器的操作和使用方法。二、实验仪器和设备gds2062数字存储示波器、ee1411合成函数信号发生器、sm1030数字交流毫伏表、ut52数字万用表、sz-ama智能网络化模拟电路实验台。三、实验内容及步骤在电子电路实验中，常用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、交流毫伏表、直流稳压电源、万用表、频率计等，用它们可以完成对电子电路的静态和动态工作情况的测试和测量。实验中要对各种电子仪器进行综合使用，可按照信号流向，以连线简捷、调节顺手、观察与读数方便等原则进行合理布局，各仪器与被测实验装置之间的连接如图1.1所示。接线时应注意：为防止外界干扰，各仪器的公共接地线应连接在一起，称“共地”。信号源和交流毫伏表的引线通常采用屏蔽线或专用电缆线，示波器必须采用专用电缆探头线，电源线用普通导线。图1.1 电子电路中电子仪器布局及连线图1、示波器、交流毫伏表、函数信号发生器的使用 用示波器、交流毫伏表测量正弦波信号参数调节函数信号发生器，使输出频率分别为100hz、1khz、10khz、100khz的正弦波信号。示波器的使用只需按下auto set键，即可扫描到波形，按下measure键，即可在屏幕上读出波形的频率、电压峰峰值和有效值等参数。测量函数信号发生器输出信号源的频率、电压峰峰值和有效值，记入表1.1中。将信号源输出有效值调为vrms=1v表 1.1正弦波信号频率毫伏表读数（v）示波器测量值周期（ms）频率（hz）峰峰值vpp（v）100hz1khz10khz用示波器、交流毫伏表测量不同幅度的正弦电压。ee1411函数信号发生器输出信号频率为1000赫兹的正弦波。输入不同电压值的信号，测出相关电压值。填入表1.2表1.2函数信号发生器峰峰值vpp300mv500mv1000mv2000mv4000mv交流毫伏表测量示波器测量2、几种周期性信号的幅值、有效值及频率的测量调节函数信号发生器，使它的输出信号波形分别为正弦波、方波和三角波，信号的频率为2khz，电压峰峰为2v，用示波器测量其周期和峰峰值，计算出频率和有效值，记入表1.3中。表 1.3信号波形信号发生器输出频率/幅值vpp交流毫伏表（v）示波器测量值计算值周期t（ms）峰峰值vpp（v）有效值v（v）正弦波2khz/2v三角波2khz/2v方 波2khz/2v注：正弦波有效值vvpp/（21.41）三角波有效值vvpp/（21.73）方波有效值vvpp/2四、实验报告与预习要求1、整理实验数据，将实验结果与标称值或计算值进行分析、比较，若出现误差，则分析误差值和误差原因。2、实验前要求下载并阅读gds2062数字存储示波器、ee1411合成函数信号发生器的使用说明书，了解基本原理和使用方法。 3、将实验数据和实验报告装订后交模拟电子技术实验室。任务二 单管放大电路的设计一、实验目的1、熟悉基本放大电路的典型结构与组成，学会选用典型电路，依据设计指标要求计算元件参数，以及工程上如何选用电路元器件的型号与参数。2、掌握基本放大电路的调试过程与调试要领，掌握基本放大电路有关参数的实验测量方法。3、了解电路元件参数改变对静态工作点、放大电路参数的影响。4、了解放大电路的非线性失真，静态工作点对非线性失真的影响。二、设计任务要求1、设计一个单管共射极放大电路主要设计参数：电源电压12v，三极管选用9011（值约为150）、射极电阻为2k时的静态工作点参数约为ib=10ua、ic=1.6ma、uce=4v；交流参数指标为au100、ri2k、ro3k。2、设计一个共集极放大电路（射极跟随器）主要设计参数：电源电压12v，三极管选用9011（值约为150）、射极电阻为2k时的静态工作点参数约为ib=26ua、ic=4ma、uce=3.5v；交流参数指标为au0.95、ri50k、ro20。三、实验内容和要求1、单管共射极放大电路（1）依据原理设计电路，在实验台上确定选用的元器件。（2）在实验台上搭建电路，进行静态调试并测量静态工作点参数。（3）动态调试，没有非线性失真时（选用1khz15mv左右正弦波），分别测量交流电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。（4）改变静态工作点，分别观察饱和失真和截止失真现象。（5）增大输入信号，观察同时产生饱和失真和截止失真现象。2、单管共集极放大电路（射极跟随器）（1）依据原理设计电路，在实验台上确定选用的元器件。（2）在实验台上搭建电路，进行静态调试并测量静态工作点参数。（3）动态调试，没有非线性失真时，分别测量交流电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。（4）改变静态工作点，分别观察饱和失真和截止失真现象。（5）增大输入信号，观察同时产生饱和失真和截止失真现象。三、实验设备及仪器gds2062数字存储示波器、ee1411合成函数信号发生器、sm1030数字交流毫伏表、ut52数字万用表、sz-ama智能网络化模拟电路实验台。四、设计实验报告要求1、依据设计要求拟定的设计方案、原理电路图、元器件参数计算、选用的器件清单。2、整理实验数据，并与理论值进行比较。3、综合分析比较两种不同类型的单管放大电路的特点。4、实验收获与心得。五、预习要求1、熟悉分压式偏置共射极单管放大电路和射极跟随器的构成。2、熟悉放大电路和静态工作点及调试方法。3、什么是信号源电压us？什么是放大电路的输入信号ui？什么是放大电路的输出信号uo？如何用示波器和交流毫伏表测量这些信号？4、如何通过动态指标的测量求出放大电路的电压放大倍数av、输入电阻ri和输出电阻ro？5、了解负载变化对放大电路的放大倍数的影响。6、观察静态工作点选择得不合适或输入信号ui过大所造成的失真现象，从而掌握放大电路不失真的条件。7、依据设计要求，确定原理电路，计算有关电路参数，选定元器件，设计制作实验测试的各种数据记录表格。任务三 多级放大电路的综合实验一、实验目的 1、掌握多级放大电路静态工作点的调试方法。2、掌握测试两级放大电路和负反馈放大电路性能指标的基本方法。3、深入理解负反馈对放大电路性能的影响。二、实验设备及仪器gds2062数字存储示波器、ee1411合成函数信号发生器、sm1030数字交流毫伏表、ut52数字万用表、sz-ama智能网络化模拟电路实验台。三、实验内容与步骤1、调整和测试两级放大电路的静态工作点按实验线路图 31接线，其中三极管均采用9011（=150），分别调试两级放大电路的静态工作点，用直流电压表测量两级三极管的其余工作电压，将数据填入表31中。表3-1第一级t1第二级t2电位ub1（v）ue1（v）uc1（v）ub2（v）ue2（v）uc2（v）测量值2.23.22、测量两级放大电路的电压倍数au、输入电阻ri、输出电阻ro 和通频带bw 测量au、ri、ro在输入端us处加入1khz、2mv的正弦信号（有效值），将g点接地，用示波器监视输出波形，在波形不失真的条件下，用交流毫伏表按表3-2进行测量，并计算au1、au2及总au。表3-2交流毫伏表测量数据电位us（mv）ui（mv）uo1（mv）uo（mv）rl开路ul（mv）rl=5.1k测量值2uo=ul=usuo+rsrfrwrluivcc=12v100k20k100f1k2k1005.1k3k2k10k7.5k100kae22f22f100f+22ff图3-1 两级放大电路20k10kb2kcdcf47fg+计算两级放大电路的开环输入电阻ri、开环输出电阻ro 测量两级放大电路的通频带rl=5.1k、ui=1mv，首先测出中频1khz时的输出电压值，然后分别提高和降低正弦信号源ui的频率（注意保持ui=1mv不变）。使输出电压下降为中频输出电压的0.707倍， 则所对应的频率分别为上限截止频率fh和下限截止频率fl，通频带bw= fh - fl，测量数据填入表3-3。表3-3中频高频低频fm（khz）ul（mv）rl=5.1kfh（khz）ul（mv）rl=5.1kfl（hz）ul（mv）rl=5.1k两级放大电路（开环）13. 测量负反馈放大电路的auf、rif、rof和通频带bwf将rf接成电压串联负反馈，（即f与g连接），正弦信号us=10mv、 1khz，按实验步骤2的方法进行，填入表3-4。表3-4交流毫伏表测量数据电位us（mv）ui（mv）uo（mv）rl开路ul（mv）rl=5.1k测量值10uo=ul=测量电压串联负反馈放大电路的通频带bwf：测量方法按实验步骤2的（4）进行操作，测量数据填入表3-5。表3-5中频高频低频fm（khz）ul（mv）rl=5.1kfh（khz）ul（mv）rl=5.1kfl（hz）ul（mv）rl=5.1k两级放大电路（开环）14、观察负反馈深度对放大倍数的影响保持us不变，负载电阻rl=5.1k，用交流毫伏表分别测量ui、uo，将数据记入表36。表3-6rf（k）107.55.1us（mv）101010ui（mv）uo（mv）5、选做内容：改接成电流并联负反馈（即将rf、cf反馈支路在bd间接入），正弦信号us=10mv、1khz，重复实验步骤2的全部内容，填入下表3-7。表3-7交流毫伏表测量数据电位us（mv）ui（mv）uo（mv）rl开路ul（mv）rl=5.1k测量值10uo=ul=四、实验报告要求1、计算两级放大电路的开环和闭环的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，与实验所测得的数据进行比较，分析误差原因。2、用实验所测得的数据说明电压串联负反馈对放大电路性能（fbw、ri、ro、fh、fl ）的影响。3、实验中的收获体会。4、回答思考题。五、预习思考题与要求1、放大电路产生失真的原因有哪些？如何调整才会不失真？2、多级放大电路的耦合方式有哪几种？哪种耦合方式对静态工作点影响最大？3、多级放大电路电压放大倍数如何计算？实验如何测量？ 4、负反馈放大电路有几种类型？分别对放大电路性能产生什么影响？5、完成实验原理电路的有关参数计算。任务四 差动式放大电路的设计与实现一、实验目的1、 熟悉典型差动式放大电路的结构与组成，学会选用典型电路，依据设计指标要求计算元件参数，以及工程上如何选用电路元器件的型号与参数。2、 掌握差动放大电路零点调整和静态测试，理解差模放大倍数的意义及测试方法。3、 了解差动放大电路对共模信号的抑制能力，测试共模抑制比。二、设计任务要求1、设计一个不带恒流源的差动式放大电路主要参数：选用9011（值约为150），采用12v双电源，输入电阻20k、双端输出电阻20k，差模电压增益aud10，共模抑制比kcmr20。2、设计一个带恒流源的差动式放大电路主要参数：选用9011（值约为150），采用12v双电源，恒流源为1.2ma，输入电阻20k、双端输出电阻20k，差模电压增益aud14，共模抑制比kcmr40。三、实验内容1、不带恒流源的差动式放大电路（1）依据原理设计电路，在实验台上确定选用的元器件。（2）在实验台上搭建电路，进行调零、静态工作点测量与调试。（3）分别测量四种组态类型的差模增益、共模增益、输入电阻、输出电阻。2、带三极管恒流源的差动式放大电路（1）依据原理设计电路，在实验台上确定选用的元器件。（2）在实验台上搭建电路，进行调零、静态工作点测量与调试。（3）分别测量四种组态类型的差模增益、共模增益、输入电阻、输出电阻。四、实验设备及仪器gds2062数字存储示波器、ee1411合成函数信号发生器、sm1030数字交流毫伏表、ut52数字万用表、sz-ama智能网络化模拟电路实验台。五、设计实验报告要求1、依据设计要求拟定的设计方案、原理电路图、元器件参数计算、选用的器件清单。2、整理实验数据，并与理论值进行比较。3、综合分析比较两种不同类型的差动式放大电路的区别，工程上应如何选用？4、实验收获与心得。六、预习与思考要求1、 差动放大电路的电路结构及元器件的要求。2、 差模信号、共模信号、差模电压增益、共模电压增益、共模抑制比等的基本概念。3、 提高共模抑制比的方法。4、实验中怎样获得双端和单端输入差模信号？怎样获得共模信号？为什么要在信号发生器与放大电路输入端之间加接一电容器？5、怎样用交流毫伏表测双端输出电压uo？6、根据设计参数，估算典型差分放大电路和具有恒流源的差分放大电路的元器件参数，提出元器件清单。7、设计并制作实验测量数据记录表格。任务五 集成运算放大器应用电路综合实验一、实验目的1、了解集成运算放大器(a741)的使用方法。2、掌握由集成运放构成比例、积分基本运算电路及工作原理。3、了解电压比较器的特点及电压传输特性的测试方法。二、实验仪器和器材gds2062数字存储示波器、ee1411合成函数信号发生器、sm1030数字交流毫伏表、ut52数字万用表、sz-ama智能网络化模拟电路实验台。器件：集成运放a741、电阻、电容等。三、实验内容和步骤1、调零按图5-1接线，接通电源后，调节调零电位器rp，使输出电压vo0（小于10ma），运放调零后，在后面的实验中不要再改动电位器的位置。图5-1 运算电路调零2、反相比例运算反相比例运算电路如图5-2所示按图接线根据表51给定的值，测量对应的值，并填入表5-1中，并用示波器观察输入和输出波形，并将波形描绘于表5-1中。图5-2 反相比例运算电路表5-1vi为直流信号vi为交流信号vi（mv）100200300500100200300500实测值vo（mv）理论值vo（mv）实测|av|vi波形vo波形注意：vi为直流信号时，vi直接从实验台上的030v直流电源上获取，用直流电压表分别测量vi合vo.当vi为交流信号时，vi由函数信号发生器提供频率为1000hz的正弦信号，用交流毫伏表分别测量vi和vo。3、同相比例运算同相比例运算电路如图53所示，根据表52给定的vi值，测量对应vo值并填入表5-2中，同时用示波器观察输入信号vi和输出信号vo的波形，并将观察到的波形填入表5-2中。 理论值：图5-3 同相比例运算电路表5-2vi为直流信号vi为交流信号vi（mv）100200300500100200300500实测值vo（mv）理论值vo（mv）实测|av|vi波形vo波形4、积分运算电路按图5-4接线，由函数信号发生器提供幅度为f500hz、幅度为vip-p12v的方波和正弦输入信号vi，用示波器测量输入、输出信号幅度和波形，记于表5-3中。 图5-4 积分运算电路表5-3波 形波 形幅 度5、电压比较器（1）单门限电压比较器单门限电压比较器电路原理如图55所示，按图接线，vi为f500hz，最大值为5v的正弦波（由函数信号发生器提供），vref分别为0v、2v、2v（vref从实验台的直流信号源上获取），用双踪示波器观察vi、vo的波形和读出门限电压vt、vi和vo峰峰值电压，将其波形数据填入表5-4中。图5-5 单门限电压比较器电路表5-4 （其中：vt为vo与vi在垂直方向上的交点）基准电压vref（v）022电压值门限电压vt（v）vi峰峰值（v）vo峰峰值（v）波形传输特性(2)滞回比较器滞回比较器电路原来如图5-6所示。按图接线，将a.b短路，接通电源。用万用表的直流电压档测量输出电压；图5-6 滞回比较器电路 若比较器输出电压vo为负值，缓慢调节rw使vo由负变正，此时的vi值为上门限电压vt+，测出上门限电压vt+和输出电压vo；继续调节rw，使|vi|增大，观察vt+和vo有无变化。 若比较器输出电压vo为正值，缓慢调节rw使vo由正变负，此时的vi值为下门限电压vt，测出下门限电压vt和输出电压vo；继续调节rw，使|vi|增大，观察vt+和vo有无变化。将数据记入表5-5中。表 5-5输入电压vi（v）门限电压vt（v）输出电压vo（v）正突变电压值负突变电压值vtvtvohvol 断开a、b，vi接f500hz，最大值为12v的正弦波（由函数信号发生器提供），用双踪示波器观察vi、vo的波形，读出上、下门限电压、vi和vo峰值电压，将其波形和数据记入表5-6中，并画出其传输特性。表 5-6 电压值输入、输出波形传输特性最大值vi（v）12vt（v）vt（v）voh（v）vol（v）四、实验报告要求1、整理实验数据，并对实测数据和理论数据进行比较和分析，说明实测数据和理论数据之间出现误差的原因。2、回答思考题5、7、8、9。五、预习要求与思考题1、集成运算放大器的主要参数，调零的作用和方法。2、基本运算电路的输入输出关系。3、运算放大器组成单门限比较器和滞回比较器的电路结构。4、门限电压的估算和传输特性的测量。5、什么叫“调零”？运算放大器为什么要进行调零？6、理想运放有哪些特性？通过实验试将运放的理想特性与实际运放电路进行比较。7、在积分中，改变r1、c1的参数，输出波形是否有变化？如何变化？8、在积分电路中，如r1100