电子技术基础 (教案).doc

2016 2017 学年度学年度 电子技术基础实验电子技术基础实验 教 教 案 案 电子技术实验 内容提要内容提要 本章介绍了电子电路基础实验 通过基础实验教学 可使学生掌握器件的 基本性能 电子电路基本原理及基本的实验方法 从而验证理论 并发现理论 知识在实际中的运用条件 培养学生从大量的实验数据中总结规律 发现问题 的能力 在实验课的安排上 分成必做和选做题 同时配备了大量的思考题 使学习优秀的学生有发挥的余地 本章内容是进行电子技术设计的基础 3 3 1 1 模拟电子技术基础实验模拟电子技术基础实验 实验一实验一 常用电子仪器的使用常用电子仪器的使用 一 实验目的一 实验目的 1 掌握电子电路实验中常用的电子仪器 示波器 函数信号发生器 交流毫伏表 数字万用表等的主要技术指标 性能及正确使用方法 2 熟悉模拟实验装置的结构 二 实验类型二 实验类型 验证型实验 三 预习要求三 预习要求 1 阅读有关示波器 函数信号发生器 交流毫伏表 数字万用表部分内容 2 了解所用仪器仪表的主要用途并回答下列问题 测量交流信号电压时 应当使用万用表的交流档还是使用交流毫伏表 为什么 当示波器显示屏上的波形高度超出显示屏时应该调整哪个旋钮 如何得到频率 f 1KHz 幅值为 100mv 有效值 的正弦信号 回答上述问题并将答案写在实验报告上 四 实验原理四 实验原理 在模拟电子电路实验中 经常使用的电子仪器有示波器 函数信号发生器 交流毫伏 表 直流稳压电源等 它们和数字万用表一起 可以完成对模拟电子电路的静态和动态工 作情况的测试 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布局与连接如图 3 1 所示 接线时应注意 为防止外界干扰 各仪器的公共接地端应连接在一起 称共地 示 波器 信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线 直流电源的接线用普通导 线 万用表接线用专用的表笔线 1 示波器 示波器是一种用途很广的电子测量仪器 它既能显示电信号的波形 又能对电信号进 行各种参数的测量 现着重指出下列几点 1 寻找扫描光迹 开机预热 然后将示波器 垂直 显示方式置 CH1 或 CH2 输入耦合方式置 GND 若在显示屏上不出现光点和扫描线 可按下列操作去找到扫描线 适当调节亮度旋钮 INTEN 触发方式开关置 自动 AUTO 适当调节垂直 水平 位移 POSITION 旋钮 使扫描亮线位于屏幕的中央 2 双踪示波器一般有四种显示方式 即 CH1 CH2 DUAL ADD 3 为了显示稳定的被测信号波形 触发源选择 SOURCE 开关一般选为 CH1 或 CH2 触发 使扫描触发信号取自示波器内部的被测信号 4 触发方式开关 MODE 通常先置于 自动 AUTO 调出波形后 若被显示的波 形不稳定 可置触发方式开关于 常态 NORM 通过调节 触发电平 旋钮 LEVEL 找到合适的触发电压 使被测试的波形稳定地显示在示波器屏幕上 有时 由于选择了较慢的扫描速率 显示屏上将会出现闪烁的光迹 但被测信号的波 形不在 X 轴方向左右移动 这样的现象仍属于稳定显示 5 适当调节 扫描时间 开关 TIME DIV 及 垂直衰减 开关 VOLTS DIV 使显示屏上能显示 1 2 个周期的被测信号波形 在测量幅值时 应注意将 垂直灵敏度微 调 旋钮 VAR 置于 校准 CAL 位置 即顺时针旋到底 根据被测波形在显示屏坐标刻度上垂直方向所占的格数 DIV 或 CM 与 垂直灵敏度 旋钮指示值 VOLTS DIV 的乘积 即可算得信号幅值的实测值 Vp p 根据被测信号波形一个周期在显示屏坐标刻度水平方向所占的格数 DIV 或 CM 与 扫描时间 旋钮指示值 TIME DIV 的乘积 即可得信号频率的实测值 2 函数信号发生器 函数信号发生器按需要可以输出正弦波 方波 三角波三种信号波形 输出电压最大 可达 9Vp p 通过输出衰减开关 按下 ATT 和拉出 AMPL 各衰减 20dB 和输出幅度调节旋钮 AMPL 可使输出电压在 5mV 8V 的范围内连续调节 输出信号的幅度的有效值和峰值需 用交流毫伏表和示波器测量 函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关 1Hz 1MHz 和频率微调旋钮 FREQUENCY 进行调节 输出的频率从面板上的数码显示直接读出 函数信号发生器作为信号源 它的输出端不允许短路 3 交流毫伏表 交流毫伏表只能在其工作频率范围之内用来测量正弦交流电压的有效值 为了防止过 载而损坏 测量前一般先把量程开关置于量程较大位置上 然后在测量中逐档减小量程 五 实验设备与器件五 实验设备与器件 1 示波器 2 函数信号发生器 3 双输入交流毫伏表 4 数字万用表 5 模拟电路实验箱 六 实验内容和要求六 实验内容和要求 1 用机内基准信号 CAL 2Vp p 对示波器进行自检 1 扫描基线调节 开启电源开关将示波器的显示方式开关置于 CH1 或 CH2 显示 输入耦合方式开关置 GND 触发方式式开关置于 自动 AUTO 调节 辉度 INTEN 旋钮和 聚集 FOCUS 旋钮 使荧光屏上显示一条细且亮度适中的扫描基线 然 后调节 水平位移 POSITION 旋钮和 垂直位移 POSITION 旋钮 使扫描线位于屏幕中 央 并且能上下左右移动自如 2 测试 基准信号 波形的幅度 频率 将示波器的 基准信号 CAL 通过专用电 缆线引入选定的 CH1 或 CH2 将垂直输入耦合方式开关置于 AC 或 DC 触发源选择开 关置于 CH1 或 CH2 调节 扫描时间 开关 TIME DIV 和 垂直衰减 开关 VOLTS DIV 使示波器显示屏上显示出一个或数个周期稳定的方波波形 测量 基准信号 CAL 幅度及频率 将 垂直灵敏度微调 旋钮置 校准 CAL 位 置 垂直衰减 开关置适当位置 读取基准信号幅值 记入表 3 1 中 测量 基准信号 频率 将 扫描微调 旋钮置 校准 位置 扫描时间 开关 置适当位置 读取基准信号频率 记入表 3 1 中 2 用示波器和交流毫伏表测量信号参数 调节函数信号发生器有关旋钮 使输出频率分别为 100Hz 1KHz 10KHZ 100KHz 有 效值为 0 5V 1V 10mV 50mV 交流毫伏表测量值 的正弦波信号 将两组数据分别填入 表 3 2 中 改变示波器 扫描时间 开关及 垂直衰减 开关等位置 测量信号源输出电压的周 期 频率 需换算 及峰 峰值和有效值 需换算 记入表 3 2 中 3 用数字万用表测量实验箱中的电源 用数字万用表测量实验箱中的直流稳压电源电压值 并填入表 3 3 中 再用万用表测 量直流信号源的电压值 为一个电压范围 填入表 3 4 中 七 注意事项七 注意事项 预习报告只需写预习实验内容 无需抄录实验指导书中的所有内容 实验过程中所有 的测量数据需记录在书中提供的便撕式原始数据记录表 待实验完成 经指导老师签 字后撕下贴在实验报告的原始数据记录页 实验报告是实验结束后 经过分析和整理实验原始数据得出实验结果 并通过 分析 讨论给出心得体会 八 思考题八 思考题 1 测量实验箱上的直流电源 12V 和 12V 时 万用表的功能开关应放在什么位 置上 挡位打到什么数值上 2 实验过程中 可以从示波器读取测量数据 也可以用交流毫伏表测量数据 度说明两个测量结果有什么不同 九 实验报告九 实验报告 1 整理实验数据 对预习要求回答的问题进行归纳 2 归纳本次实验用到的示波器 信号发生器 交流毫伏表和数字万用表的使用 方法 3 写出通过本次实验 掌握了哪些实验方法和需注意的地方 对实验方法有何 建议 如何改进 4 回答预习要求的思考题中的问题目 5 附上原始数据记录及指导教师签名 实验原始数据记录实验原始数据记录 步骤步骤 1 表 3 1 用机内基准信号 CSL 2Vp p 对示波器进行自检 参数标准值实测值 幅值 Vp p V 频率 f KHz 步骤步骤 2 表 3 2 用示波器和交流毫伏表测量信号参数 示波器测量值示波器测量值 正弦波 信号频率 周期 ms 频率 Hz 信号电压 毫伏表读数 峰 峰值 有效值 计算 100Hz 0 5V 1KHz1V 10KHz10mV 100KHz50mV 步骤步骤 3 表 3 3 用数字万用表测量实验箱中的直流稳压电源电压值 直流稳压电源的电压值 V 12 12 5 5 测量值 V 步骤步骤 4 4 表 3 4 用数字万用表测量实验箱中的直流信号源的电压值 直流信号源 5V 5V 5V 5V 是否可调可调 不可调 可调 不可调 指导教师 实验日期 实验二 共射极单管放大电路 一 实验目的一 实验目的 1 掌握放大器静态工作点的调试方法 学会分析静态工作点对放大器性能的影响 2 掌握放大器电压放大倍数 输入电阻 输出电阻及最大不失真输出电压的测试方 法 3 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用 二 实验类型二 实验类型 验证型实验 三 预习要求三 预习要求 1 阅读教材中有关单管放大电路的内容并估算实验电路的性能指标 假设 NPN 三极管的 100 估算放大电路的静态工作点和电压120RBk 260RBk 2 4RCk 2 4RLk 放大倍数 u A 2 改变静态工作点对放大电路的输入电阻是否有影响 改变外接电阻对输出电 i RRL 阻是否有影响 o R 四 实验原理四 实验原理 图 3 2 为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图 它的偏置电路采用 RB2和 RB1 组成的分压电路 并在发射极中接有电阻 RE 以稳定放大器的静态工作点 当在放大器的 输入端加入输入信号 Ui后 在放大器的输出端便可得到一个与 Ui相位相反 幅值被放大了 的输出信号 U0 从而实现了电压放大 图 3 2 共射极单管放大器实验电路 在图 3 2 电路中 当流过偏置电阻 RB1和 RB2的电流远大于晶体管 T 的基极电流 IB时 一般 5 10 倍 则它的静态工作点可用下式估算 UCC为供电电源 此为 12V 3 1 1 12 B BCC BB R UU RR 3 2 C E BEB E I R UU I 3 3 ECCCCCE RRIUU 电压放大倍数 3 4 be LC V r RR A 输入电阻 3 5 beBBi rRRR 21 输出电阻 3 6 C RR 0 放大器静态工作点的测量与调试 1 1 静态工作点的测量静态工作点的测量 测量放大器的静态工作点 应在输入信号 Ui 0 的情况下进行 即将放大器输入端与地端 短接 然后选用量程合适的数字万用表 分别测量晶体管的集电极电流 IC以及各电极对地 的电位 UB UC和 UE 一般实验中 为了避免断开集电极 所以采用测量电压 然后算出 IC 的方法 例如 只要测出 UE 即可用算出 IC 也可根据 E E EC R U II C CCC C R UU I 由 UC确定 IC 同时也能算出 ECCEEBBE UUUUUU 2 2 静态工作点的调试静态工作点的调试 放大器静态工作点的调试是指对三极管集电极电流 IC 或 UCE 调整与测试 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的影响 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 uO的负半周将被削底 如图 3 3 a 所 示 如工作点偏低则易产生截止失真 即 uO的正半周被缩顶 一般截止失真不如饱和失真 明显 如图 3 3 b 所示 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定的 ui 检查输出电压 uO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 a 饱和失真 b 截止失真 图 3 3 静态工作点对 U0 波形失真的影响 改变电路参数 UCC RC RB RB1 RB2 都会引起静态工作点的变化 如图 3 4 所示 但 通常多采用调节偏电阻 RB2的方法来改变静态工作点 如减小 RB2 则可使静态工作点提高 等 最后还要说明的是 上面所说的工作点 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 切的说 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 如须满足较大信号的 要求 静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点 图 3 4 电路参数对静态工作点的影响 3 3 放大器动态指标测试 放大器动态指标测试 放大器动态指标测试包括电压放大倍数 输入电阻 输出电阻 最大不失真输出电压 动态范围 和通频带等 1 电压放大倍数 AV的测量 调整放大器到合适的静态工作点 然后加入输入电压 ui 在输出电压 uo不失真的情况 下 用交流毫伏表测出 ui和 uo的有效值 Ui和 Uo 则 AV 3 7 i O U U 2 输入电阻 Ri的测量 为了测量放大器的输入电阻 按图 3 5 电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入 一已知电阻 R 在放大器正常工作的情况下 用交流毫伏表测出 US和 Ui 则根据输入电阻 的定义可得 R 3 8 i i i I U R U U R i R UU U iS i 测量时应注意 测量 R 两端电压 UR时必须分别测出 US和 Ui 然后按 UR US Ui求出 UR值 电阻 R 的值不宜取得过大或过小 以免产生较大的测量误差 通常取 R 与 Ri 为同一数量级为好 本实验可取 R 1 2K 3 输出电阻 RO的测量 按图 3 5 电路 在放大器正常工作条件下 测出输出端不接负载 RL的输出电压 UO和接 入负载后输出电压 UL 根据 U 3 9 LO LO L U RR R 即可求出 RO RO R 3 10 1 L O U U L 在测试中应注意 必须保持 RL接入前后输入信号的大小不变 图 3 5 输入 输出电阻测量电路 最大不失真输出电压 UOPP的测量 最大动态范围 如上所述 为了得到最大动态范围 应将静态工作点调在交流负载线的中点 为此在 放大器正常工作情况下 逐步增大输入信号的幅度 并同时调节 RW 改变静态工作点 用示波器观察 uo 当输出波形同时出现削底和缩顶现象 如图 3 6 时 说明静态工作点 已调在交流负载线的中点 然后反复调整输入信号 使波形输出幅度最大 且无明显失真 时 用交流毫伏表测出 UO 有效值 则动态范围等于 2UO 或用示波器直接读出 UOPP2 来 图 3 6 静态工作点正常 输入信号太大引起的失真 放大器频率特性的测量 放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数 AV与输入信号频率 f 之间的关系曲线 单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图 3 7 所示 图 3 7 幅频特性曲线 Avm为中频电压放大倍数 通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的 1 倍 即 0 707Avm所对应的频率分别称为下限频率 fL和上限频率 fH 则通频带2 fBW fH fL 3 11 放大器的幅频特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数 AV 为此可采用前述测 AV 的方法 每改变一个信号频率 测量其相应的电压放大倍数 测量时要注意取点要恰当 在低频段与高频段要多测几点 在中频可以少测几点 此外 在改变频率时 要保持输入 信号的幅度不变 且输出波形不能失真 五 实验设备与器件五 实验设备与器件 1 模拟电路实验箱 2 函数信号发生器 3 双踪示波器 4 交流毫伏表 5 数字万用表 6 实验中所需的电阻器件 六 实验内容和要求六 实验内容和要求 1 连线 在实验箱的晶体管系列模块中 按图 3 2 所示连接电路 2 测量静态工作点 静态工作点测量条件 输入接地即使输入接地即使 Ui 0 Ui 0 在步骤 1 连线基础上 Ui 0 打开直流开关 调节 RW 使 IC 2 0mA 即 UE 2 4V 用 万用表测量 UB UE UC RB2值 记入表 3 5 中 3 测量电压放大倍数 调节一个频率为 1KHz 峰峰值为 50mV 的正弦波作为输入信号 Ui 把输入信号连接到 放大电路的输入端 同时用双踪示波器观察放大器输入电压 Ui和输出电压 Uo 的波形 在 Uo波形不失真的条件下用毫伏表测量表 3 6 中三种情况下的和 并用双 0 U V A 踪示波器观察 Uo和 Ui的相位关系 记入表 3 6 中 注意 由于晶体管元件参数的分散性 定量分析时所给注意 由于晶体管元件参数的分散性 定量分析时所给 Ui为 50mV50mV 不一定适合 具体情况不一定适合 具体情况 需要根据实际给适当的需要根据实际给适当的 U Ui i值 以后不再说明 由于值 以后不再说明 由于 UoUo 所测的值为有效值 故峰峰所测的值为有效值 故峰峰 值值 UiUi 需要转化为有效值或用毫伏表测得的需要转化为有效值或用毫伏表测得的 UiUi 来计算来计算 A AV V值 切记万用表 毫伏表测值 切记万用表 毫伏表测 量都是有效值 而示波器观察的都是峰峰值 量都是有效值 而示波器观察的都是峰峰值 4 观察静态工作点对电压放大倍数的影响 在步骤 3 的 RC 2 4K RL 连线条件下 调节一个频率为 1KHz 峰峰值为 50mV 的 正弦波作为输入信号 Ui 调节 RW 用示波器监视输出电压波形 在 uo不失真的条件下 测 量数组 IC和 UO的值 记入表 3 7 测量 IC时 要使 Ui 0 断开输入信号 断开输入信号 U Ui i 5 观察静态工作点对输出波形失真的影响 在步骤 3 的 RC 2 4K RL 连线条件下 使 ui 0 调节 RW使 IC 2 0mA 参见本实验参见本实验 步骤步骤 2 2 测出 UCE值 调节一个频率为 1KHz 峰峰值为 50mV 的正弦波作为输入信号 Ui 再逐步加大输入信号 使输出电压 Uo足够大但不失真 然后保持输入信号不变 分别增大 和减小 RW 使波形出现失真 绘出 Uo的波形 并测出失真情况下的 IC和 UCE值 记入表 3 8 中 每次测每次测 I IC C和和 U UCE CE值时要使输入信号为零 即使 值时要使输入信号为零 即使 u ui i 0 0 6 测量最大不失真输出电压 在步骤 3 的 RC 2 4K RL 2 4K 连线条件下 同时调节输入信号的幅度和电位器 RW 用示波器和毫伏表测量 UOPP及 UO值 记入表 3 9 7 测量输入电阻和输出电阻 按图 2 4 所示 取 R 2K 置 RC 2 4K RL 2 4K IC 2 0mA 输入 f 1KHz 峰峰值 为 50mV 的正弦信号 在输出电压 uo不失真的情况下 用毫伏表测出 US Ui和 UL 用公式 2 8 3 8 算出 Ri 保持 US不变 断开 RL 测量输出电压 UO 参见公式 3 10 算出 R0 8 测量幅频特性曲线 取 IC 2 0mA RC 2 4K RL 2 4K 保持上步输入信号 ui不变 改变信号源频率 f 逐点测出相应的输出电压 UO 自作表记录之 为了频率 f 取值合适 可先粗测一下 找出中频范围 然后再仔细读数 七 注意事项七 注意事项 1 检测所用导线是否导通 尽量连接短导线避免干扰 接好电路检查无误再通电 2 选连接直流通路测静态工作点 接 Ucc 12V 和地线 电路图虚线部分需用导线连 接 测量时开上接通 开关下断开 测量电阻 Rb2 的时候需要将 Rb2 和电路断开 即开关 上断开 3 测量静态电压时 注意正确调整万用表挡位 实验中不直接测量电路电流值 通过 测量两点电压 计算电流 调节电位器进需缓慢些 静态工作调好后 不要再动电位器 以免影响测量 4 如果电路工作不正常 可自己检测电路中的三极管 其方法 将万用表的旋钮拨到 欧姆挡的 R 100 或 R 1K 位置 用红表笔接触基极 用黑表笔分别接触另两个电极 若三极管为 NPN 型 则测量的两个电阻值都较大 几百千欧以上 若三极管为 PNP 型 则 测量的两个电阻值都较小 几百欧至几千欧 如果不符合这个规律 则表明该三极管坏了 八 实验报告八 实验报告 1 整理测试数据 并对数据进行处理 画出相关曲线 2 通过实验结果分析各参数对放大器静态工作点的影响 与理论分析结果进行比较 3 回答预习要求和思考题中的问题 4 附上原始数据记录及指导教师的签名 九 思考题九 思考题 1 如果在实验电路中 将 NPN 型晶体管换成 PNP 型晶体管 试问 Ucc 及电解电容极性 应如何改动 2 在示波器上显示的 NPN 和 PNP 型晶体管放大器输出电压的饱和失真和截止失真波形 是否相同 说明其理由 3 在单级放大电路中 哪些元件是决定电路的静态工作点的 4 负载电阻 RL变化时 对电压放大倍数有无影响 实验原始数据记录实验原始数据记录 步骤步骤 1 1 表 3 5 测量静态工作点 IC 2 0mA 测 量 值计 算 值 UB V UE V UC V RB2 K UBE V UCE V IC mA 步骤步骤 2 2 表 3 6 测量电压放大倍数 IC 2 0mA Ui mV 有效值 RC K RL K U0 V AV 观察记录一组 U0 和 Ui 波形 2 4 1 2 2 42 4 步骤步骤 3 表 3 7 观察静态工作点对电压放大倍数的影响 RC 2 4K RL Ui mV IC mA 2 0 U0 V AV 步骤步骤 4 4 表 3 8 观察静态工作点对输出波形失真的影响 RC 2 4K RL Ui mV IC mA UCE V U0波形失真情况管子工作状态 2 0 步骤步骤 5 5 表 3 9 测量最大不失真输出电压 RC 2 4K RL 2 4K IC mA Uim mV 有效值Uom V 有效值UOPP V 峰峰值 指导教师 实验日期 实验三实验三 射极跟随器射极跟随器 一 实验目的一 实验目的 1 掌握射极跟随器的特性及测试方法 2 进一步学习放大器各项参数测试方法 二 实验类型二 实验类型 验证型实验 三 预习要求三 预习要求 1 复习射极跟随器的工作原理 2 根据图 3 8 的元件参数值估算静态工作点 并画出交 直流负载线 四 实验原理四 实验原理 图 3 8 射极跟随器实验电路 图 3 8 为射极跟随器 输出取自发射极 故称其为射极跟随器 RB 调到最小值时 易出现饱和失真 RB 调到最大值时易出现截止失真 由于本实验不需要失真情况 故由于本实验不需要失真情况 故 RW 100K 取值比较适中 若想看到饱和失真使取值比较适中 若想看到饱和失真使 RW 0K 增加输入幅度即可出现 若 增加输入幅度即可出现 若 想看到截止失真使想看到截止失真使 RW 1M 增加输入幅度即可出现 有兴趣的同学可以验证一下 增加输入幅度即可出现 有兴趣的同学可以验证一下 本实验基于图 3 8 做实验 现分析射极跟随器的特点 其特点是 1 输入电阻 Ri高 Ri rbe 1 RE 3 12 如考虑偏置电阻 RB和负载电阻 RL 的影响 则 Ri RB rbe 1 RE RL 3 13 由上式可知射极跟随器的输入电阻 Ri比共射极单管放大器的输入电阻 Ri RB rbe 要高的多 输入电阻的测试方法同单管放大器 实验线路如图 3 8 所示 Ri 3 14 1R UU U I U iS i i i 即只要测得 A B 两点的对地电位即可 2 输出电阻 RO低 RO RE 3 15 be r be r 如考虑信号源内阻 RS 则 RO RE 3 16 BSbe RRr BSbe RRr 由上式可知射极跟随器的输出电阻 RO比共射极单管放大器的输出电阻 RO RC低得多 三极管的 愈高 输出电阻愈小 输出电阻 RO的测试方法亦同单管放大器 即先测出空载输出电压 UO 再测接入负载 RL后的输出电压 UL 根据 UL 3 17 L LO O R RR U 即可求出 RO RO RL 3 18 1 L O U U 3 电压放大倍数近似等于 1 图 3 8 电路 AV 1 3 19 1 1 LEbe LE RRr RR 上式说明射极跟随器的电压放大倍数小于近似 1 且为正值 这是深度电压负反馈 的结果 但它的射极电流仍比基极电流大 1 倍 所以它具有一定的电流和功率放 大作用 五 实验设备与器件五 实验设备与器件 1 模拟电路实验箱 2 函数信号发生器 3 双踪示波器 4 交流毫伏表 5 数字万用表 6 实验中所需的电阻器件 六 实验内容和要求六 实验内容和要求 1 在晶体管系列实验模块中按图 3 8 正确连接电路 此时开关 K 先开路 2 静态工作点的调整 打开直流开关 在 B 点加入频率为 1KHZ 峰峰值为 1V 的正弦信号 Ui 输出端 用示波器监视 调节 RW及信号源的输出幅度 使在示波器的屏幕上得到一个最大不失 真输出波形 然后置 Ui 0 用万用表测量晶体管各电极对地电位 将测得数据记入表 3 10 中 在下面整个测试过程中应保持 RW和 Rb值不变 即 IE不变 3 测量电压放大倍数 AV 接入负载 RL 1K 在 B 点加入频率为 1KHZ 峰峰值为 1V 的正弦信号 Ui 调节 输入信号幅度 用示波器观察输出波形 Uo 在输出最大不失真情况下 用毫伏表测 Ui U0值 记入表 3 11 4 测量输出电阻 RO 接上负载 RL 1K 在 B 点加入频率为 1KHZ 峰峰值为 1V 的正弦信号 Ui 用示 波器监视输出波形 用毫伏表测空载输出电压 UO 有负载时输出电压 UL 记入表 3 12 5 测量输入电阻 Ri 在 A 点加入频率为 1KHZ 峰峰值为 1V 的正弦信号 US 用示波器监视输出波形 用交流毫伏表分别测出 A B 点对地的电位 US Ui 记入表 3 13 6 测射极跟随器的跟随特性 接入负载 RL 1K 在 B 点加入频率为 1KHZ 峰峰值为 1V 的正弦信号 Ui 并保 持不变 逐渐增大信号 Ui幅度 用示波器监视输出波形直至输出波形不失真时 测所 对应的 UL值 计算出 AV记入表 3 14 七 注意事项七 注意事项 电流值是经由测量电压和电阻值计算获得 不进行电流的直接测量 八 实验报告八 实验报告 1 整理测试数据 并对数据进行处理 画出相关曲线 2 分析射极跟随器的性能和特点各是什么 3 回答预习要求和思考题中的问题 4 附上原始数据记录及指导教师的签名 九 思考题九 思考题 1 射极跟随器和共射极放大电路的区别是什么 2 为了减小电路对信号源的衰减 需要增加电路的输入电阻 在射极跟随器中应该 采取何种措施提高电路的输入电阻 实验原始数据记录实验原始数据记录 步骤步骤 1 1 表 3 10静态工作点的调整 UE V UB V UC V IE UE RE mA 步骤步骤 2 2 表 3 11测量电压放大倍数 AV Ui V U0 V AV U0 Ui 步骤步骤 3 表 3 12测量输出电阻 RO U0 V UL V R0 U0 UL 1 RL K 步骤步骤 4 4 表 3 13测量输入电阻 Ri Us V Ui V KR UU U R iS i i 步骤步骤 5 5 表 3 14 测射极跟随器的跟随特性 1234 Ui V UL V AV 指导教师 实验日期 实验四实验四 场效应管放大器场效应管放大器 一 实验目的一 实验目的 1 了解结型场效应管的性能和特点 2 进一步熟悉放大器动态参数的测试方法 二 实验类型二 实验类型 验证型实验 三 预习要求三 预习要求 1 复习有关场效应管部分内容 并分别用图解法与估算法计算管子的静态工作点 根 据实验电路参数 求出工作点处的跨导 gm 2 场效应管放大器输入回路的电容 C1为什么可以取得小一些 可以取 C1 0 1 F 四 实验仪器四 实验仪器 1 双踪示波器 2 万用表 3 交流毫伏表 4 信号发生器 5 电阻器 电容器若干 五 实验原理五 实验原理 实验电路如下图所示 图 3 9 结型场效应管共源级放大器 1 结型场效应管的特性和参数 图 3 10 3DJ6F 的输出特性和转移特性曲线 场效应管的特性主要有输出特性和转移特性 图 3 10 所示为 N 沟道结型场效应管 3DJ6F 的输出特性和转移特性曲线 其直流参数主要有饱和漏极电流 IDSS 夹断电压 UP等 交流参数主要有低频跨导 gm UGS 常数 3DJ6F 的典型参数值及测试条件如表 3 15 GS D U I 所示 表 3 15 3DJ6F 的典型参数值及测试条件 参数名称饱和漏极电流 IDSS mA 夹断电压 UP V 跨导 gm A V 测试条件UDS 10V UGS 0V UDS 10V IDS 50 A UDS 10V IDS 3mA f 1KHz 参数值1 3 51000 2 场效应管放大器性能分析 图 3 9 为结型场效应管组成的共源极放大电路 其静态工作点 UGS UG US UDD IDRS 3 20 21 1 gg g RR R ID IDSS 1 3 21 2 P GS U U 中频电压放大倍数 AV gm gmRD RL 3 22 L R 输入电阻 Ri RG Rg1 Rg2 3 23 输出电阻 RO RD 3 24 式中跨导 gm可由特性曲线用作图法求得 或用公式 gm 3 25 1 2 P GS P DSS U U U I 计算 但要注意 计算时但要注意 计算时 UGS要用静态工作点处之数值 要用静态工作点处之数值 3 输入电阻的测量方法 场效应管放大器静态工作点 电压放大倍数和输出电阻的测量方法 与实验二中晶体 管放大器测量方法相同 其输入电阻的测量 从原理上讲 也可采用实验二中所述方法 但由于场效应管的 Ri比较大 如直接测量输入电压 US和 Ui 由于测量仪器的输入电阻有 限 必然会带来较大的误差 因此为了减小误差 常利用被测放大器的隔离作用 通过测 量输出电压 UO来计算输入电阻 测量电路如图 3 11 所示 图 3 11 输入电阻测量电路 在放大器的输入端串入电阻 R 把开关 K 掷向位置 1 即使 R 0 测量放大器的输入 电压 UO1 AVUS 保持 US不变 再把 K 掷向 2 即接入 R 测量放大器的输出电压 UO2 由于两次测量中 AV和 US保持不变 故 UO2 AVUi 由此可以求出 VS i i AU RR R R 3 26 i R UU U OO O 21 2 式中 R 和 Ri不要相差太大 本实验可取 R 100 200K 六 实验内容六 实验内容 1 按图 3 9 连接好电路 且使电位器 RD初始值调到 4 3K 2 静态工作点的测量和调整 1 查阅场效应管的特性曲线和参数 记录下来备用 如图 3 10 可知放大区的中间 部分 UDS在 4 8V 之间 UGS在 1 0 2V 之间 2 使 Ui 0 打开直流开关 用万用表测量 UG US和 UD 检查静态工作点是否在 特性曲线放大区的中间部分 如合适则把结果记入表 3 16 中 3 若不合适 则适当调整 Rg2 调好后 再测量 UG US和 UD记入表 3 16 中 3 电压放大倍数 AV 输入电阻 Ri和输出电阻 RO的测量 1 AV和 RO的测量 按图 3 9 电路实验 把 RD值固定在 4 3K 接入电路 在放大器的输入端加入频率 为 1KHz 峰峰值为 200mV 的正弦信号 Ui 并用示波器监视输出 uo的波形 在输出 uo没有失真的条件下 分别测量 RL 和 RL 10K 的输出电压 UO 注意注意 保持保持 Ui不变不变 记 入表 3 17 中 用示波器同时观察 ui和 uo的波形 描绘出来并分析它们的相位关系 2 Ri的测量 按图 3 11 改接实验电路 把 RD值固定在 4 3K 接入电路 选择合适大小的输入电 压 US 将开关 K 掷向 1 测出 R 0 时的输出电压 UO1 然后将开关掷向 2 接入 R 保持 US不变 再测出 UO2 根据公式 Ri 求出 Ri 记入表 3 18 中 R UU U OO O 21 2 七 注意事项七 注意事项 电流值是经由测量电压和电阻值计算获得 不进行电流的直接测量 八 实验报告八 实验报告 1 整理测试数据 并对数据进行处理 画出相关曲线 2 把场效应管放大器与晶体管放大器进行比较 总结场效应管放大器的特点 3 回答预习要求和思考题中的问题 4 附上原始数据记录及指导教师的签名 九 思考题九 思考题 1 场效应管放大电路和晶体三极管放大电路的区别是什么 2 为什么测量场效应管输入电阻时要用测量输出电压的方法 实验原始数据记录实验原始数据记录 步骤步骤 1 1 表 3 16 静态工作点的测量 测 量 值计 算 值 UG V US V UD V UDS V UGS V ID mA UDS V UGS V ID mA 步骤步骤 2 2 表 3 17 AV和 RO的测量 测 量 值计 算 值Ui 和 U0波形 Ui V U0 V AVR0 K AVR0 K RL RL 10K 步骤步骤 3 表 3 18 Ri的测量 测 量 值计 算 值 U01 V U02 V Ri K Ri K 指导教师 实验日期 实验五实验五 差动放大器差动放大器 一 实验目的一 实验目的 1 加深理解差动放大器的工作原理 电路特点和抑制零漂的方法 2 学习差动放大电路静态工作点的测试方法 3 学习差动放大器的差模 共模放大倍数 共模抑制比的测量方法 二 实验类型二 实验类型 验证型实验 三 预习要求三 预习要求 1 根据实验电路 估算典型差动放大电路和具有恒流源的差动放大电路的静态工作 点及差模电压放大倍数 取 1 2 100 2 测量静态工作点时 放大电路输入端 Us1 Us2 与地如何连接 3 怎样进行 uo的静态调零 用什么仪表测量 四 实验仪器四 实验仪器 1 双踪示波器 2 万用表 3 交流毫伏表 4 信号发生器 五 实验原理五 实验原理 图 3 12 恒流源差动放大器 图 3 12 所示电路为具有恒流源的差动放大器 其中晶体管 T1 T2称为差分对管 它与电阻 RB1 RB2 RC1 RC2及电位器 RW1 共同组成差动放大的基本电路 其中 RB1 RB2 RC1 RC2 RW1 为调零电位器 若电路完全对称 静态时 RW1 应处为中点 位置 若电路不对称 应调节 RW1 使 U01 U02两端静态时的电位相等 晶体管 T3 T4与电阻 RE3 RE4 R 和 RW2 共同组成镜像恒流源电路 为差动放 大器提供恒定电流 I0 要求 T3 T4为差分对管 R1和 R2为均衡电阻 且 R1 R2 给差 动放大器提供对称的差模输入信号 由于电路参数完全对称 当外界温度变化 或电 源电压波动时 对电路的影响是一样的 因此差动放大器能有效的抑制零点漂移 1 差动放大电路的输入输出方式 如图 7 1 所示电路 根据输入信号和输出信号的不同方式可以有四种连接方式 即 1 双端输入 双端输出 将差模信号加在 US1 US2两端 输出取自 U01 U02 两端 2 双端输入 单端输出 将差模信号加在 US1 US2两端 输出取自 U01或 U02到地 的信号 3 单端输入 双端输出 将差模信号加在 US1上 US2接地 或 US1接地而信号加 在 US2上 输出取自 U01 U02两端 4 单端输入 单端输出 将差模信号加在 US1上 US2接地 或 US1接地而信号加 在 US2上 输出取自 U01或 U02到地的信号 连接方式不同 电路的性能参数不同 2 静态工作点的计算 静态时差动放大器的输入端不加信号 由恒流源电路得 3 27 044 4 44 2 2III I III CC C CBR I0为 IR的镜像电流 由电路可得 3 28 4 0 2 7 0 E EE R RRWR VV II 由上式可见 I0主要由 VEE 12V 及电阻 R RW2 RE4决定 与晶体管的特性参 数无关 差动放大器中的 T1 T2参数对称 则 IC1 IC2 I0 2 3 29 3 30 2 10 1121 C CCCCCCCC RI VRIVVV 3 31 mAI mV h A mV hh fefeie 2 26 1 300 Im 26 1 300 0 由此可见 差动放大器的工作点 主要由镜像恒流源 I0决定 3 差动放大器的重要指标计算 1 差模放大倍数 AVd 由分析可知 差动放大器在单端输入或双端输入 它们的差模电压增益相同 但 是 要根据双端输出和单端输出分别计算 在此分析双端输入 单端输入自己分析 设差动放大器的两个输入端输入两个大小相等 极性相反的信号 Vid Vid1 Vid2 双端输入 双端输出时 差动放大器的差模电压增益为 3 32 2 1 1 1 21 21 RW hhR Rh A VV VV V V A feieB Lfe Vi idid odod id od Vd 式中 AVi为单管电压增益 2 L CL R RR 双端输入 单端输出时 电压增益为 3 33 2 1 1 2 2 1 2 1 1 11 1 RW hhR Rh A V V V V A feieB Lfe Vi id Od id Od Vd 式中 LCL RRR 2 共模放大倍数 AVC 设差动放大器的两个输入端同时加上两个大小相等 极性相同的信号即 Vic Vi1 Vi2 单端输出的差模电压增益 3 1 2 2010 1 2 1 2 1 1 e L efefeieB Lfe VC iC C iC C VC R R Rh RW hhR Rh A V V V V A 34 式中为恒流源的交流等效电阻 即 e R 3 1 1 33 33 3 BEie Efe oe e RRh Rh h R 35 3 mAI mV hh E feie 3 3 26 1 300 36 3 4 2 EB RRWRR 37 由于一般为几百千欧 所以 3 1 oe h Le RR 则共模电压增益 AVC 1 在单端输出时 共模信号得到了抑制 双端输出时 在电路完全对称情况下 则输出电压 A0C1 VOC2 共模增益为 3 0 1010 iC cc VC V VV A 38 上式说明 双单端输出时 对零点漂移 电源波动等干扰信号有很强的抑制能力 注 如果电路的对称性很好 恒流源恒定不变 则注 如果电路的对称性很好 恒流源恒定不变 则 U01与与 U02的值近似为零 示波器观的值近似为零 示波器观 测测 U01与与 U02的波形近似于一条水平直线 共模放大倍数近似为零 则共模抑制比的波形近似于一条水平直线 共模放大倍数近似为零 则共模抑制比 KCMR为无穷大 如果电路的对称性不好 或恒流源不恒定 则为无穷大 如果电路的对称性不好 或恒流源不恒定 则 U01 U02为一对大为一对大 小相等极性相反的正弦波 示波器幅度调节到最低档 小相等极性相反的正弦波 示波器幅度调节到最低档 用长尾式差动放大电路可 用长尾式差动放大电路可 观察到观察到 U01 U02分别为正弦波 实际上对管参数不一致 受信号频率与对管内部分别为正弦波 实际上对管参数不一致 受信号频率与对管内部 容性的影响 大小和相位可能有出入 但不影响正弦波的出现 容性的影响 大小和相位可能有出入 但不影响正弦波的出现 3 共模抑制比 KCMR 差动放大电器性能的优劣常用共模抑制比KCMR来衡量 即 或 dB 3 VC Vd CMR A A K C d CMR A A Klg20 39 单端输出时 共模抑制比为 3 2 1 1 1 1 RW hhR Rh A A K feieB efe VC Vd CMR 40 双端输出时 共模抑制比为 3 VC Vd CMR A A K 41 六 实验内容六 实验内容 1 参考本实验所附差动放大模块元件分布图 对照实验原理图图 3 12 所示正确 连接原理图 2 调整静态工作点 打开直流开关 不加输入信号 将输入端 US1 US2 两点对地短路 调节恒流源 电路的 RW2 使 I0 1mA 即 I0 2VRC1 RC1 再用万用表直流档分别测量差分对管 T1 T2 的集电极对地的电压 VC1 VC2 如果 VC1 VC2应调整 RW1 使满足 VC1 VC2 若始终调节 RW1 与 RW2 无法满足 VC1 VC2 可适当调电路参数如 RC1 或 RC2 使 RC1 与 RC2 不相等以满足电路对称 再调节 RW1 与 RW2 满足 VC1 VC2 然后分别测 VC1 VC2 VB1 VB2 VE1 VE2的电压 记入 3 19 表中 3 测量差模放大倍数 AVd 将 US2端接地 从 US1端输入 Vid 50mV 峰峰值 f 1KHz 的差模信号 用毫伏 表分别测出双端输出差模电压 Vod Uo1 Uo2 和单端输出电压 Vod1 Uo1 Vod2 Uo2 且用示波器观察他们的波形 Vod的波形观察方法 用两个探头 分别测用两个探头 分别测 Vod1 Vod2的波的波 形 微调档相同 按下示波器形 微调档相同 按下示波器 Y2 反相按键 在显示方式中选择叠加方式即可得到所测反相按键 在显示方式中选择叠加方式即可得到所测 的差分波形的差分波形 并计算出差模双端输出的放大倍数 Avd和单端输出的差模放大倍数 AVd1 或 Avd2 记入 3 20 表中 4 测量共模放大倍数 AVC 将输入端 US1 US2两点连接在一起 R1 与 R2 从电路中断开 从 US1端输入 10V 峰峰值 f 1KHz 的共模信号 用毫伏表分别测量 T1 T2 两管集电极对地的共 模输出电压 UOC1和 UOC2且用示波器观察他们的波形 则双端输出的共模电压为 UOC UOC1 UOC2 并计算出单端输出的共模放大倍数 AVC1 或 AVC2 和双端输出的共模 放大倍数 AVC 5 根据以上测量结果 分别计算双端输出 和单端输出共模抑制比 即 KCMR 单 和 KCMR 双 6 有条件的话可以观察温漂现象 首先调零 使 VC1 VC2 方法同步骤 2 然 后用电吹风吹 T1 T2 观察双端及单端输出电压的变化现象 7 用一固定电阻 RE 10K 代替恒流源电路 即将 RE接在 VEE和 RW1 中间触点 插孔之间组成长尾式差动放大电路 重复步骤 3 4 5 并与恒流源电路相比较 七 注意事项七 注意事项 用交流毫伏表测量输出电压 时 毫伏表后面板的开关打到 FLOAT 位置 1C U 2C U 保证两个被测信号不共地 八 实验报告八 实验报告 1 整理测试数据 并对数据进行处理 列表比较实验结果和理论估算值 分析误差原 因 2 计算静态工作点和差模电压放大倍数 3 回答预习要求和思考题中的问题 4 附上原始数据记录及指导教师的签名 九 思考题九 思考题 1 差分放大电路中两只 FET 元件是否对称对电路性能有何影响 2 为什麼要对差分放大电路进行调零 3 试叙述本实验电路中的交流双端输入 双端输出的测试的方法 为什么 实验原始数据记录实验原始数据记录 步骤步骤 1 1 表 3 19 静态工作点的测量 UC1 V UB1 V UE1 V UC2 V UB2 V UE2 V 测量值 IC mA IB mA UCE V 计算值 步骤步骤 2 2 表 3 20 测量差模 共模电压放大倍数 测