模拟电子技术实验指导书12课时new

1、模拟电子技术实验指导书 课程编号：0806204085实验一 运算放大电路实验实验二 三极管放大电路实验实验三 场效应管放大电路实验实验四 低频功率放大电路实验实验五 电压比较器实验实验六 直流稳压电源实验机电工程学院实验一 运算放大电路实验一、实验目的1、掌握集成运算放大器在线性运用时的基本特征；2、掌握集成运放组成的基本运算电路的功能和调试方法。3、了解集成运放在实际应用时应考虑的一些问题。二、预习要求1、阅读模拟电子技术教材第八章内容。2、认真阅读本实验原理及测试方法的内容。3、了解集成运放实现各种运算电路的设计方法与应用。三、实验内容1、用运放实现两个信号的比例运算电路： 反相输入比例

2、运算电路 同相输入比例运算电路2、用运放实现的反相输入比例加法运算电路。3、用运放实现的差分式减法运算电路。4、根据计算值与测量的数据对电路进行误差分析。四、实验原理及测试方法1、运放在线性运用时的基本特征由集成运放、电阻和电容等器件可构成各种运算电路，分析时可视为理想器件，其电压传输特性如图1，理想参数是：（1）、开环差模增益为： （3）、输出电阻：Ro=0（2）、差模输入电阻： （4）、共模抑制比：由集成运放电压传输特性可以看到，其线性区很窄，为了拓展运放的线性区，必须引入深度负反馈，使之工作在闭环状态。由此推出，理想状态下运算放大器线性应用条件下的两个重要特点：（1）、同相端的电位等于反

3、相端的电位： 即“虚短”的概念；图1 集成运放的电压传输特性（2）、流入运算放大器的输入电流为零： 即“虚断”的概念；根据上述特点，可以分析实验中各种运算电路的性能指标。2、实验箱介绍(1)实验箱的电源接口插孔+9V电源地-12V电源+12V电源+5V电源(2)可调直流电压信号输入端右图是两组同样功能的可调直流电压源，输出插孔是OUT1、OUT2。该模块的+12V和-12V不需要接，实验箱内已经接好，下面介绍一下使用方法：黄色的按钮是量程按钮：按下AN1、AN2时，量程为-0.54V+0.54V，可通过调节W1、W2调节电压大小；松开AN1、AN2时，量程为-5V+5V，可通过调节W1、W2调

4、节电压大小；3、运放的应用及测试方法（1）、反相输入比例运算电路，如下图所示。（实验时用电路板的左边部分）图2 反相输入比例运算电路 按图2连接好实验电路，并加上直流电源+12V、-12V和地。 将直流信号源的输出端与已连好的实验电路的输入端“A”相连，直流信号源的地（GND）与实验电路的GND点相连。 根据表1所示，调节输入信号幅值(-0.4V、+0.5V)，此时万用表用2V量程，再测量出输出信号幅值(万用表用20V量程)，填入表1，计算出该电路的放大倍数。 测试和UP电压时，万用表用小量程（mV档）测量。注 意反相比例运算放大器的放大倍数计算公式为： 实际值为： 理论值为：（2）、同相输入

5、比例运算电路，如图3所示：（实验时用电路板的左边部分） 按图3连接好实验电路，并加上直流电源。 将直流信号源的输出端与实验电路A相连，直流信号源的地（GND）与实验电路的GND点相连。 根据表2所示，调节输入信号幅值分别为-0.4V和+0.5V，用万用表分别对应测量出输出信号幅值，填入表2，计算出放大电路的放大倍数。图3 同相输入比例运算电路注 意同相比例运算放大器的放大倍数计算公式为： 实际值为： 理论值为：（3）、反相输入比例加法运算电路，如图4所示。（实验时用右半部分） 按图4连接好实验电路，并加上直流电源。 将第一路直流信号源的输出端与实验电路相连，第二路直流信号源的输出端与实验电路相

6、连, 地（GND）与实验电路的GND点相连。 根据表6-3所示，调节输入信号的幅值分别为0.2V、和2.4V，的幅值分别为0.3V和-3V，用万用表分别对应测量输出信号幅值，填入表3中，计算出放大电路的放大倍数。注 意反相比例加法运算放大器的输出电压计算公式为：理论值：图4反相输入比例加法运算电路（4）、差分式减法运算电路，如图5所示。 按图5连接好实验电路，并加上直流电源。 将第一路直流信号源的输出端与实验电路相连，第二路直流信号源的输出端与实验电路相连, 地（GND）与实验电路的GND点相连。图5 差分式减法运算电路 根据表4所示，调节输入信号的幅值分别为1V、1.5V、-2V和-3V，的

7、幅值分别为2V、3V、2.5V和1.5V，用万用表分别对应测量输出信号幅值，填入表4，计算出放大电路的放大倍数。 注 意差分式放大器的输出电压计算公式为：理论值： 五、实验结果与分析表1 反相输入比例运算电路-0.4+0.5UP (实际值)（实际值）（理论值）（理论值）1、表1中UN和UP近似有什么关系，验证了课堂上讲的什么结论？表 2 同相输入比例运算电路-0.4+0.5UP(实际值) （理论值）（实际值）（理论值）表 3 加法运算电路0.2V2.4V0.3V-3V (实际值)（理论值）（实际值）（理论值）表 4 减法运算电路-2V-2V1.5V2.5V (实际值)（理论值）（实际值）（理论

8、值）2、理想的运放增益无穷大，本次实验所做的运放实验，增益都是有限值，是因为引入了什么反馈？在该反馈下，增益仅与什么有关？六、实验报告1、画出各运算电路的实验电路图；2、准确记录实验测试数据；3、记录并分析实验过程中出现的问题和现象。七、实验设备与器件1、万用表 一块2、模拟电子综合实验箱 一台3、示波器 一台4、信号发生器 一台实验二 单管电压放大电路一、实验目的1、学习单管电压放大电路的安装、调试方法；2、观察电路参数变化对放大器性能的影响；3、掌握测试放大器性能指标的方法。二、预习要求1、阅读模拟教材第三、第四章内容。2、认真阅读本实验原理及测试方法的内容。3、了解共射放大电路中各元件参

9、数的选择及估算所设计放大电路的技术指标。三、实验内容1、单管共射放大电路直流静态工作点的测量与调整。3、测量电压放大倍数Ao、AL；4、测量放大电路的输入阻抗Ri、输出阻抗Ro；四、实验原理及测试方法 图- 简单共射放大电路 图-电阻分压式共射放大电路1、单管共射放大电路的偏置原理单管共射放大电路的偏置方法见图2-1和图2-2，图2-1电路结构简单，但当环境温度或其它条件变化时（例如更换三极管），点将会偏移，使本来不失真的输出波形产生失真。图2-2是电阻分压式偏置电路，当满足时，这种电路具有自动调节静态工作点的功能（因电路引入直流电流负反馈），当环境温度变化或更换三极管时，点能基本保持不变。静

10、态工作点与电路参数的关系当时：实验操作可见，在电源电压一定的情况下，电阻、不变时，工作点仅决定于、的值。固定、调节,直至静态工作点合适为止。在图2-2中，接入输入信号Ui，为幅值为20mV即峰-峰值40mV。 用示波器测量Ui，看输入信号是否是峰-峰值40mV，将实际测得的峰峰值记入表1、表3中的Ui1(峰-峰值，mV) 用示波器的一个通道测量输出信号，如波形失真，调节可变电阻RW，直到波形稳定且幅值最大。另一个通道测量输出信号。观察输入、输出信号的关系。 空载，用示波器测量Uo(峰-峰值, V)，并记入表2、表3中。 负载，用示波器测量UL(峰-峰值, V)，并记入表2中。 用示波器测量Ui

11、2，并记入表1、表3中的Ui2(峰-峰值，mV)2、单管共射放大电路的交流参数（1）输入电阻Ri放大器的输入电阻是从放大器输入端看进去的等效电阻。定义为输入电压与电流的比值,即：测量的方法很多，如电桥法、代替法等，下面介绍一种方法：换算法。测量电路如图2-3所示，在信号源和放大器之间串入一个已知电阻, 只要分别测量出和，则输入电阻为：（2）输出电阻Ro在放大器的输入端加上一个固定电压信号，分别测量出放大器空载与有负载时的输出电压与，用下面公式计算出输出电阻。测量方法与的测量方法相同，仍用换算法。测量原理如图2-4所示。 图2-3 放大器输入电阻的测量 图2-4 放大器输出电阻的测量注意：测量输

12、入输出电阻时，始终要用示波器观察放大器的输出电压波形，一定要保证输出波形不失真（3）电压放大倍数Av单管共射放大电路的电压放大倍数公式为：由公式可知：Av是、和的函数，而，因此，Av也是静态工作点的函数。当其它条件不变时，增大，Av也增大；（静态工作电流）增大时， Av也增大。3. 单管共射放大电路的直流参数(静态工作点)（1）用万用表测量三极管基极B、集电极C、发射极E的电位，验证是否满足发射结正偏，集电结反偏？ (2)用万用表直流档测量VCC、VC，并计算静态工作点。VCC= VVC= VVE= V计算得：= mA= mA= uA V。五、实验结果与分析采用换算法测量。测量电路如图2-3所

13、示，在信号源和放大器之间串入一个已知电阻, 只要分别测量出和，则输入电阻为：表1 输入阻抗Ui1(峰-峰值，mV)Ui2(峰-峰值,mV)R1(k)计算出输入阻抗Ri(k)通过实验，可见共发射极放大电路的输入阻抗不是很大。表2 输出阻抗空载输出Uo(峰-峰值, V)负载输出UL(峰-峰值, V)RL(k)计算出输出阻抗Ro()通过实验，可见共发射极放大电路的输入阻抗不是很小。表3 空载增益Ui1(峰-峰值，mV)Ui2(峰-峰值,mV)Uo(峰-峰值,V)空载增益Av= Uo/ Ui2输入波形和输出波形的相位关系通过实验，可见共发射极放大电路的增益很大。在放大器的输入端加上一个固定电压信号，分

14、别测量出放大器空载与有负载时的输出电压与，用下面公式计算出输出电阻。静态参数测量，用万用表直流档测量: （1）用万用表测量三极管基极B、集电极C、发射极E的电位。VB= V，VC= V，VE= V计算得：VBE= V， VCB= V。验证是否满足单管放大的条件发射结正偏，集电结反偏？(2) VCC= V， VC= V，VE= V计算得：= mA= mA= uA V。通过实验发现，共发射极放大电路，输入阻抗不大，输出阻抗不小，增益很大。因此共发射极放大电路适合做放大作用，但是输入和输出阻抗特性不佳，输入端和输出端需要进行阻抗匹配。六、实验设备与器件1、示波器 一台2、低频信号发生器 一台3、万用

15、表 一块4、毫伏表 一块5、模拟电子综合实验箱 一台实验三 场效应管放大电路实验一、实验目的1.了解结型场效应管的可变电阻特性。2.掌握共源放大电路的特点。二、实验内容1、场效应管主要参数的测试。2、电路的静态工作点测试。4、电路的电压放大倍数测试三、实验原理及测试方法场效应管是一种电压控制型器件。类型：按结构分为MOS型场效应管和结型场效应管两类。特点：与双极型晶体管相比，它的输入阻抗高（一般可达）。动态范围大，热稳定性好，抗辐射能力强，噪声系数亦小，制造工艺较简单，易于大规模集成。1、结型场效应管的特性和参数场效应管的伏安特性主要有输出特性和转移特性。如图2为N沟道结型场效应管的工作原理图

16、。由于在栅（G）源（S）之间的PN结上加的是反向偏压，栅极基本上不取信号电流，所以输入阻抗很高。场效应管是电压控制器件，利用栅源之间的电压来控制漏极（D）电流。如图3所示为N沟道结型场效应管的输出特性曲线。如果栅源电压固定不变（如），则漏极电流与漏极电压的关系如图中曲线所示，上升的部分基本上为过原点的一条直线，其中P点称为预夹断点。预夹断前，随的增加而增加，称这一区域为电阻区。可以把DS之间看成一个电阻。 图2 场效应管工作原理图 且，改变的值，即得到不同的电阻值。当继续增加使整个沟道被夹断时，不再随的增加而增加，而是基本保持不变，称这一区域为饱和区，场效应管做放大器用时，就工作在这一区域。如

17、果增加到使反向偏置的PN结击穿，则会迅速上升，管子将不能工作，这一区域为击穿区。 图3输出特性曲线 图4 转移特性曲线转移特性曲线是场效应管工作在饱和区，当为常数时，与的关系曲线，如图4所示。图中，时的称为饱和漏极电流。当=0时，称为夹断电压。转移特性可用下式表示： （当0）此外，跨导用来衡量场效应管栅源电压对漏极电流的控制能力，即：常数2、源极输出器JFET共漏极放大电路也称为源极输出器，其特点是输入特别阻抗高，输出阻抗低，电压放大倍数近似为1，所以一般应用在测量仪器的输入端作为阻抗变换。结型场效应管源极跟随器的电路如图7所示。采用电阻分压式偏置电路，源极电阻具有很深的直流负反馈。所以电路稳

18、定性很好。(1) 静态工作点测试理论计算：根据电路图可知电路的静态工作点及基本关系式如下： （当）由上面两式可得：输入电阻： 输出电阻： 实验操作：按图7接好实验电路，接通电源，输入端接地，测量VGSQ、VDSQ、VSQ，并计算IDQ，填入表1中。(2) 增益理论计算：电压放大倍数： 当时，。若源极输出器接负载电阻，则电压放大倍数： （） 图7 源极跟随器实验电路实验操作：在输入端接入f=1kHz，Ui=200mV(峰-峰值)正弦信号，测出接入负载时的输出电压，并计算出电压放大倍数。填入表2中。五、实验结果与分析表1 静态参数测量VGSQ(V)VDSQ(V)VSQ(V)RS(k)计算IDQ=

19、VS/RS2.7测量出来的VGSQ，为正值还是负值，为什么？表2 测量电压放大倍数(峰-峰值)(峰-峰值)分析：若测出Av并不是约等于1，说明原因。六、实验设备与器件1、万用表 一块 4、信号发生器 一台2、模拟电子综合实验箱 一台 5、交流毫伏表 一台3、示波器 一台实验四 低频功率放大电路实验一、实验目的1、设计低频信号发生器；1、设计功率放大电路将低频信号经过功放驱动扬声器； 2、掌握功率放大电路的调试及主要性能指标的测试方法；二、预习要求1、阅读模拟教材关于信号发生器及功率放大电路的设计。2、认真阅读本实验原理及测试方法的内容。3、了解电路中各元件参数的选择及估算所设计电路的技术指标。

20、三、实验内容1、桥式正弦波振荡电路的设计方法；2、用集成功放LM386设计功率放大电路；四、实验原理及设计方法设计低频正弦信号发生电路设计功率放大电路设计思路1.总体设计思路2、正弦波振荡电路的设计方法正弦波振荡电路的设计包括选择电路的结构形式和确定电路中的元件参数。设计参考电路如图1所示。电路在起阵时应满足：其中： ：为二极管正向导通时的等效电阻当电路达到稳定振荡时，其幅度平衡条件为：其步骤如下：（1）、确定RC串并联选频网络的参数RC串并联选频网络的参数应根据所 图 7-4 桥式正弦波振荡电路 要求的振荡频率来确定。为了使RC串并联电路的选频特性尽量不受集成运放输入电阻和输出电阻的影响，应

21、按下面的关系选择电阻R的阻值： 式中：为集成运放的差模输入电阻，一般在几百以上；为集成运放的输出电阻，一般在几百以下。 电容的选择： 注 意选择稳定性较好的电阻和电容，否则会影响振荡频率的稳定性。 （2）、确定和和的阻值应根据正弦波振荡电路的起振幅值条件来确定。通常取，这样既保证起振，又不至于引起严重的波形失真。此外，为了减小运放输入失调电流及其温漂的影响，还应尽量满足：，即：（3）、稳幅元件及参数的确定正弦波振荡电路常用的稳幅措施是根据振荡幅度的变化，采用非线性元件来自动地改变放大电路中负反馈的强弱以实现稳幅。所以选择稳幅二极管时，应注意以下两点： 从温度稳定性来看，选用硅二极管为宜。 为了

22、保证振幅上、下半波对称，两只二极管的特性必须相同，注意配对使用。为了限制二极管非线性所引起的波形失真，在二极管两端并联一个电阻。选择必须兼顾稳幅作用和波形失真都有较好的效果。通常选择为几。当选定后，的阻值选定：功率放大电路：在保证输出信号不出现失真的条件下，向负载提供足够信号功率的放大电路即为功放。 从能量控制和转换的角度看，功放于其它放大电路在本质上没有根本的区别，只是功放即不单纯追求输出高电压或输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。 从电路组成和分析方法到元器件的选择，功放与小信号放大电路有着明显的区别。功率放大电路的主要技术指标：（）、输出功率和最大输出功率（2

23、）、直流电源供给的功率：等于电源电压和电源输出电流平均值的乘积，它是直流功率。包括负载上得到的功率和电路消耗的功率两部分。 （3）、转换效率2、用集成功放LM386设计功率放大电路集成功放LM386是一个单电源供电的音频功放。外部封装为8个引脚如图2，其内部电路如图3所示，通过改变引脚和之间的外部连接电阻和电容，就可以改变放大器的增益。LM386主要性能参数见表1 参 数 测 试 条 件 典 型 值电源电压，LM386N3，LM386N-4412V518V静态电流， 4输出功率，LM386N3，LM386N-4， 700 1000 电压增益，和间开路和间串接接1.2+电容和间接电容 20（26

24、dB） 50（34dB） 200（46dB）带宽，和间开路 300 输入电阻 50 图2 功放LM386 图3 LM386的内部电路由于LM386外部连接元器件较少，所以在AM-FM收音机、视频系统、功率变换等场合获得广泛应用。下面是典型应用的两个电路，图4所示的电路为时的功放；图4 的功放电路 图5 功率放大电路实验箱照片 3、将设计的低频正弦信号接入功率放大电路根据上述电路为参考，在实验箱上(图5)按以下要求进行连接测试；（1）用LM386设计的功放电路，连接信号源，将8的扬声器接在负载端，测量输入信号和输出信号的大小，计算由实验得到的增益：= ；并与理论值相比较。（2）用LM386设计的

25、功放电路，连接信号源，将8的扬声器接在负载端测量输入信号和输出信号的大小，计算由实验得到的增益：= ；并与理论值相比较。（3）从听觉上，两次扬声器的声音大小哪次大？ 五、实验报告1、画出各实验电路图，准确记录实验测试数据。2、分析比较测试数据与估算值的准确性与误差。 3、分析测试中出现的问题。六、实验设备与器件1、万用表 一块 2、模拟电子综合实验箱 一台 3、示波器 一台 4、交流毫伏表 一台七、思考题1、说明图1中D1、D2的作用1、说明图4中除LM386以外各外围元件的作用？实验五 电压比较器实验一、实验目的熟练比较器电路的特点。学会测试比较器的方法。二、预习要求1、阅读模拟电子技术教材

26、第九章内容。2、认真阅读本实验原理及测试方法的内容。3、掌握单门限和双门限迟滞比较器的原理及设计方法与应用。三、实验内容1、研究过零比较器的特性；2、研究门限值不为0的单门限电压比较器的输出波形。3、研究迟滞比较器的上门限电压、下门限电压及传输特性。四、实验原理及测试方法1、四电压比较器LM339介绍LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为1V-18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）

27、输出端电位可灵活方便地选用。LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的

28、输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。+12V-12VGND电源输出模块OUT1OUT2W1W2直流电压源模块0V6V14V交流低压输出模块2、信号源比较器电源3号脚接+12V，12号脚-12V，电源输出模块的GND与交流低压输出模块的0V相连。OUT1或OUT2选择其一，调节电位器，在-5.5V+5.5V之间可调。3、实验内容 1. 过零电压比较器。（1）按图

29、1连接好过零电压比较器电路。（2）测量vi未输入信号且悬空时的vO值。（3）vi输入f=50Hz，幅值为6V的正弦信号，用双踪示波器观测vi、vO的波形，并将其画在下图中,标出横坐标和纵坐标的有关数值。vi/vot02. 门限值不为零的单门限比较器（1）按图2连接好过单门限比较器电路。（2）vi输入f=50Hz，幅值为6V的正弦信号，接可调直流电压OUT1或OUT2，用双踪示波器观测vi、vO的波形，并将其画在下图中。vi/vot0vi/vot0=-2V =3V 由此可以看出：当增大时，输出的PWM波形的占空比将 (增大或减小) 。3、迟滞电压比较器。 图3（1）按图3连接好迟滞电压比较器。（

30、2）按照前面的比较器实验经验，自行构思，并用示波器来观测，不难发现滞后电压比较器为一具有上、下门限电平的比较器。这里提供给大家上、下门限值的计算公式，供实验中参考。当输出电压为VOH时，同相端的电压为（上门限） 当输出电压为VOL时，同相端的电压为（下门限）调节方法：将vi调至最低(约-5.5V)，用示波器观察vo的波形，并测量出其电压值；逐渐慢慢增大vi，同时观察示波器的波形，如果发生跳变，记录数据填入下表；表1 迟滞比较器特性vi（V）-5.5下门限电压0上门限电压+5.5vO（V） 跳变时刻 跳变时刻根据门限电压的理论值：计算上门限电压= ；下门限电压= 。画出传输特性：五、实验报告1、

31、画出各运算电路的实验电路图；2、准确记录实验测试数据并按要求进行处理；六、实验设备与器件1. 电源模块（12v）2. 双踪示波器3. 信号发生器4. 交流毫伏表5. 直流电压表6. 电压比较器实验板七、思考题 1比较器中，同相端和反相端是满足虚短和虚断吗？2简述绘制迟滞比较器传输特性的方法。实验六 直流稳压电源实验一、实验目的1、学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器的方法； 2、学习用集成稳压器构成线性稳压电源的设计方法；3、掌握稳压电源的主要性能参数指标及测试方法； 二、预习要求1、阅读模拟教材第十章内容。2、认真阅读本实验原理及测试方法的内容。3、了解电路中各元件参数的选择及估

32、算所设计电路的技术指标。三、实验内容1、稳压电源的最大输出电流的测试。2、输出电压测试。3、输出内阻的测量。4、纹波电压和稳压系数的观测方法。5、集成稳压电源的典型应用。四、实验原理及测试方法直流稳压电源：是为各种电子仪器和电路提供稳定的直流电压。一般是由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路组成的。是一种非常实用的单元电路。1、直流稳压电源的基本原理：如图 1所示。（1）、电源变压器是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。变压器的效率为： 图 1 直流稳压电源框图（2）、整流滤波电路由四只整流二极管组成单项桥式整流电路，将交流电压变成脉动的直流电压，再经滤波电容滤除纹波，输出直流电压。 （3）、稳压电路选用何种电路形式的直流稳压电源，应根据直流电源的用途、性能指标等要求综合考虑，对于大多数电子仪器、设备或电子电路通常选用线性串联型集成稳压电源，它基本上可以满足不同层次的要求。串联型线性集成稳压电源的基本形式为：桥式整流电容滤波集成稳压器 集成稳压器常见的集成稳压器：有固定式和可调式